In this work, the effect of different molecular coatings on the alternating magnetic field-induced heating properties of 15 nm maghemite nanoparticles (NPs) in water dispersions was studied at different frequencies (159-782 kHz) and field amplitudes (100-400 G). The original hydrophobic oleate coating was replaced with dimercaptosuccinic acid (DMSA) or polyethylene glycol trimethoxysilane (PEGTMS), while cetrimonium bromide (CTAB) or stearic acid-poloxamer 188 (SA-P188) was intercalated or encapsulated, respectively, to transfer the dispersions into water. Surface modification, based on intercalation processes, induced clustering phenomena with the formation of spherical-like assemblies (CTAB and SA-P188), while ligand-exchange strategies kept the particles isolated. The clustering phenomenon has detrimental effects on the heating performances compared with isolated systems, in line with the reduction of Brown relaxation times. Furthermore, broader comprehension of the heating phenomenon in this dynamic system is obtained by following the evolution of SPA and ILP with time and temperature beyond the initial stage.

Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali Italy

Department of Chemical and Geological Sciences University of Cagliari S S 554 Bivio per Sestu Monserrato 09042 CA Italy

Department of Condensed Matter Physics Charles University Ke Karlovu 5 12116 Prague 2 Czech Republic

See more in PubMed

Cara C. Rombi E. Musinu A. Mameli V. Ardu A. Sanna Angotzi M. Atzori L. Niznansky D. Xin H. L. Cannas C. J. Mater. Chem. A. 2017;5:21688–21698. doi: 10.1039/C7TA03652C. PubMed DOI

Vacca M. Cara C. Mameli V. Sanna Angotzi M. Scorciapino M. Cutrufello M. G. Musinu A. Tyrpekl V. Pala L. Cannas C. ACS Sustainable Chem. Eng. 2020;8:14286–14300. doi: 10.1021/acssuschemeng.0c03218. DOI

Cara C. Rombi E. Mameli V. Ardu A. Sanna Angotzi M. Niznansky D. Musinu A. Cannas C. J. Phys. Chem. C. 2018;122:12231–12242. doi: 10.1021/acs.jpcc.8b01487. DOI

Cara C. Mameli V. Rombi E. Pinna N. Sanna Angotzi M. Nižňanský D. Musinu A. Cannas C. Microporous Mesoporous Mater. 2020;298:110062. doi: 10.1016/j.micromeso.2020.110062. DOI

Sanna Angotzi M. Mameli V. Cara C. Borchert K. B. L. Steinbach C. Boldt R. Schwarz D. Cannas C. Nanoscale Adv. 2021;3:6100–6113. doi: 10.1039/D1NA00487E. PubMed DOI PMC

Lee N. Yoo D. Ling D. Cho M. H. Hyeon T. Cheon J. Chem. Rev. 2015;115:10637–10689. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00112. PubMed DOI

Sanna Angotzi M. Mameli V. Cara C. Musinu A. Sangregorio C. Niznansky D. Xin H. L. Vejpravova J. Cannas C. Nanoscale Adv. 2020;2:3191–3201. doi: 10.1039/D0NA00134A. PubMed DOI PMC

Sanna Angotzi M. Mameli V. Cara C. Peddis D. Xin H. L. Sangregorio C. Mercuri M. L. Cannas C. Nanoscale Adv. 2021;3:1612–1623. doi: 10.1039/D0NA00967A. PubMed DOI PMC

Kirschning A. Kupracz L. Hartwig J. Chem. Lett. 2012;41:562–570. doi: 10.1246/cl.2012.562. DOI

Baig R. B. N. Varma R. S. Chem. Commun. 2013;49:752–770. doi: 10.1039/C2CC35663E. PubMed DOI

Polshettiwar V. Luque R. Fihri A. Zhu H. Bouhrara M. Basset J. M. Chem. Rev. 2011;111:3036–3075. doi: 10.1021/cr100230z. PubMed DOI

Zhang D. Zhou C. Sun Z. Wu L.-Z. Tung C.-H. Zhang T. Nanoscale. 2012;4:6244. doi: 10.1039/C2NR31929B. PubMed DOI

Mameli V. Musinu A. Ardu A. Ennas G. Peddis D. Niznansky D. Sangregorio C. Innocenti C. Thanh N. T. K. Cannas C. Nanoscale. 2016;8:10124–10137. doi: 10.1039/C6NR01303A. PubMed DOI

Avolio M. Guerrini A. Brero F. Innocenti C. Sangregorio C. Cobianchi M. Mariani M. Orsini F. Arosio P. Lascialfari A. J. Magn. Magn. Mater. 2019;471:504–512. doi: 10.1016/j.jmmm.2018.09.111. DOI

Fantechi E. Innocenti C. Zanardelli M. Fittipaldi M. Falvo E. Carbo M. Shullani V. Di Cesare Mannelli L. Ghelardini C. Ferretti A. M. Ponti A. Sangregorio C. Ceci P. ACS Nano. 2014;8:4705–4719. doi: 10.1021/nn500454n. PubMed DOI

Rosensweig R. E. J. Magn. Magn. Mater. 2002;252:370–374. doi: 10.1016/S0304-8853(02)00706-0. DOI

Hergt R. Dutz S. Zeisberger M. Nanotechnology. 2010;21:015706. doi: 10.1088/0957-4484/21/1/015706. PubMed DOI

Carrey J. Mehdaoui B. Respaud M. J. Appl. Phys. 2011;109:083921. doi: 10.1063/1.3551582. DOI

Dennis C. L. Jackson A. J. Borchers J. A. Ivkov R. Foreman A. R. Lau J. W. Goernitz E. Gruettner C. J. Appl. Phys. 2008;103:2–5. doi: 10.1063/1.2837647. DOI

Zubarev A. Y. Phys. Rev. E. 2018;98:032610. doi: 10.1103/PhysRevE.98.032610. DOI

Mehdaoui B. Tan R. P. Meffre A. Carrey J. Lachaize S. Chaudret B. Respaud M. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013;87:1–10. doi: 10.1103/PhysRevB.87.174419. DOI

Serantes D. Simeonidis K. Angelakeris M. Chubykalo-Fesenko O. Marciello M. Del Puerto Morales M. Baldomir D. Martinez-Boubeta C. J. Phys. Chem. C. 2014;118:5927–5934. doi: 10.1021/jp410717m. DOI

Abu-Bakr A. F. Zubarev A. Y. J. Magn. Magn. Mater. 2019;477:404–407. doi: 10.1016/j.jmmm.2018.07.010. DOI

Blanco-Andujar C. Ortega D. Southern P. Pankhurst Q. A. Thanh N. T. K. K. Nanoscale. 2015;7:1768–1775. doi: 10.1039/C4NR06239F. PubMed DOI

Branquinho L. C. Carrião M. S. Costa A. S. Zufelato N. Sousa M. H. Miotto R. Ivkov R. Bakuzis A. F. Sci. Rep. 2013;3:20–22. PubMed PMC

Haase C. Nowak U. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012;85:2–6.

Mehdaoui B. Meffre A. Carrey J. Lachaize S. Lacroix L.-M. Gougeon M. Chaudret B. Respaud M. Adv. Funct. Mater. 2011;21:4573–4581. doi: 10.1002/adfm.201101243. DOI

Mameli V. Sanna Angotzi M. Cara C. Cannas C. J. Nanosci. Nanotechnol. 2019;19:4857–4887. doi: 10.1166/jnn.2019.16808. PubMed DOI

Fantauzzi M. Secci F. Sanna Angotzi M. Passiu C. Cannas C. Rossi A. RSC Adv. 2019;9:19171–19179. doi: 10.1039/C9RA03488A. PubMed DOI PMC

Sanna Angotzi M. Mameli V. Cara C. Ardu A. Nizňnanský D. Musinu A. J. Nanosci. Nanotechnol. 2019;19:4954–4963. doi: 10.1166/jnn.2019.16785. PubMed DOI

Sanna Angotzi M. Mameli V. Musinu A. Nizňnanský D. J. Nanosci. Nanotechnol. 2019;19:5008–5013. doi: 10.1166/jnn.2019.16793. PubMed DOI

Sanna Angotzi M. Mameli V. Zákutná D. Kubániová D. Cara C. Cannas C. J. Phys. Chem. C. 2021;125:20626–20638. doi: 10.1021/acs.jpcc.1c06211. DOI

Sanna Angotzi M. Musinu A. Mameli V. Ardu A. Cara C. Niznansky D. Xin H. L. Cannas C. ACS Nano. 2017;11:7889–7900. doi: 10.1021/acsnano.7b02349. PubMed DOI

Sanna Angotzi M. Mameli V. Cara C. Grillo V. Enzo S. Musinu A. Cannas C. Sci. Rep. 2020;10:17015. doi: 10.1038/s41598-020-73502-5. PubMed DOI PMC

Nandwana V. Ryoo S. R. Kanthala S. De M. Chou S. S. Prasad P. V. Dravid V. P. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2016;8:6953–6961. doi: 10.1021/acsami.6b01377. PubMed DOI

Surowiec Z. Miaskowski A. Budzyński M. Nukleonika. 2017;62:183–186. doi: 10.1515/nuka-2017-0028. DOI

Coral D. F. Mendoza Zélis P. Marciello M. Morales M. D. P. Craievich A. Sánchez F. H. Fernández Van Raap M. B. Langmuir. 2016;32:1201–1213. doi: 10.1021/acs.langmuir.5b03559. PubMed DOI

Gutiérrez L. L. de la Cueva L. Moros M. Mazarío E. de Bernardo S. de la Fuente J. M. Morales M. P. Salas G. Nanotechnology. 2019;30:112001. doi: 10.1088/1361-6528/aafbff. PubMed DOI

Avolio M. Guerrini A. Brero F. Innocenti C. Sangregorio C. Cobianchi M. Mariani M. Orsini F. Arosio P. Lascialfari A. J. Magn. Magn. Mater. 2019;471:504–512. doi: 10.1016/j.jmmm.2018.09.111. DOI

Oanh Vuong T. K. Le T. T. Do H. D. Nguyen X. T. Nguyen X. C. Vu T. T. Le T. L. Tran D. L. Mater. Chem. Phys. 2020;245:122762. doi: 10.1016/j.matchemphys.2020.122762. DOI

Mérida F. Rinaldi C. Juan E. J. Torres-Lugo M. Int. J. Nanomed. 2020;15:419–432. doi: 10.2147/IJN.S217870. PubMed DOI PMC

Storozhuk L. Iukhymenko N. Appl. Nanosci. 2019;9:889–898. doi: 10.1007/s13204-018-0777-x. DOI

Orozco-Henao J. M. Muraca D. Sánchez F. H. Mendoza Zélis P. J. Phys. D: Appl. Phys. 2020;53:385001. doi: 10.1088/1361-6463/ab9264. DOI

de Sousa M. E. Carrea A. Mendoza Zélis P. Muraca D. Mykhaylyk O. Sosa Y. E. Goya R. G. Sánchez F. H. Dewey R. A. Fernández van Raap M. B. J. Phys. Chem. C. 2016;120:7339–7348. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b12330. DOI

Cheraghipour E. Pakshir M. J. Environ. Chem. Eng. 2021;9:104883. doi: 10.1016/j.jece.2020.104883. DOI

Bauer L. M. Situ S. F. Griswold M. A. Samia A. C. S. Nanoscale. 2016;8:12162–12169. doi: 10.1039/C6NR01877G. PubMed DOI

Skumiel A. Kaczmarek K. Flak D. Rajnak M. Antal I. Brząkała H. J. Mol. Liq. 2020;304:0–5. doi: 10.1016/j.molliq.2020.112734. DOI

Linh P. H. Phuc N. X. Hong L. V. Uyen L. L. Chien N. V. Nam P. H. Quy N. T. Nhung H. T. M. Phong P. T. Lee I. J. J. Magn. Magn. Mater. 2018;460:128–136. doi: 10.1016/j.jmmm.2018.03.065. DOI

Shaterabadi Z. Nabiyouni G. Soleymani M. Mater. Sci. Eng., C. 2020;117:111274. doi: 10.1016/j.msec.2020.111274. PubMed DOI

Illés E. Szekeres M. Tóth I. Y. Szabó Á. Iván B. Turcu R. Vékás L. Zupkó I. Jaics G. Tombácz E. J. Magn. Magn. Mater. 2018;451:710–720. doi: 10.1016/j.jmmm.2017.11.122. DOI

Piazza R. D. Viali W. R. dos Santos C. C. Nunes E. S. Marques R. F. C. Morais P. C. da Silva S. W. Coaquira J. A. H. Jafelicci M. Mater. Res. Express. 2020;7:015078. doi: 10.1088/2053-1591/ab6700. DOI

Kishimoto M. Miyamoto R. Oda T. Yanagihara H. Ohkohchi N. Kita E. J. Magn. Magn. Mater. 2016;398:200–204. doi: 10.1016/j.jmmm.2015.09.038. DOI

Nguyen L. H. Oanh V. T. K. Nam P. H. Doan D. H. Truong N. X. Ca N. X. Phong P. T. Hong L. V. Lam T. D. J. Nanopart. Res. 2020;22:258. doi: 10.1007/s11051-020-04986-5. DOI

Ganesan V. Lahiri B. B. Louis C. Philip J. Damodaran S. P. J. Mol. Liq. 2019;281:315–323. doi: 10.1016/j.molliq.2019.02.095. DOI

Cobianchi M. Guerrini A. Avolio M. Innocenti C. Corti M. Arosio P. Orsini F. Sangregorio C. Lascialfari A. J. Magn. Magn. Mater. 2017;444:154–160. doi: 10.1016/j.jmmm.2017.08.014. DOI

Sakellari D. Brintakis K. Kostopoulou A. Myrovali E. Simeonidis K. Lappas A. Angelakeris M. Mater. Sci. Eng., C. 2016;58:187–193. doi: 10.1016/j.msec.2015.08.023. PubMed DOI

Alves A. F. Mendo S. G. Ferreira L. P. Mendonça M. H. Ferreira P. Godinho M. Cruz M. M. Carvalho M. D. J. Nanopart. Res. 2016;18:1–13. doi: 10.1007/s11051-016-3327-z. DOI

Khmara I. Molcan M. Antosova A. Bednarikova Z. Zavisova V. Kubovcikova M. Jurikova A. Girman V. Baranovicova E. Koneracka M. Gazova Z. J. Magn. Magn. Mater. 2020;513:167056. doi: 10.1016/j.jmmm.2020.167056. DOI

Soleymani M. Velashjerdi M. Shaterabadi Z. Barati A. Carbohydr. Polym. 2020;237:116130. doi: 10.1016/j.carbpol.2020.116130. PubMed DOI

Koli R. R. Deshpande N. G. Kim D. S. Shelke A. R. Fulari A. V. Fulari V. J. Cho H. K. Ceram. Int. 2020;46:24290–24301. doi: 10.1016/j.ceramint.2020.06.210. DOI

Cannas C. Ardu A. Musinu A. Suber L. Ciasca G. Amenitsch H. Campi G. ACS Nano. 2015;9:7277–7286. doi: 10.1021/acsnano.5b02145. PubMed DOI

Gomez L. De Weerd C. Hueso J. L. Gregorkiewicz T. Nanoscale. 2017;9:631–636. doi: 10.1039/C6NR08892A. PubMed DOI

Carlà F. Campo G. Sangregorio C. Caneschi A. de Julián Fernández C. Cabrera L. I. J. Nanopart. Res. 2013;15:1813. doi: 10.1007/s11051-013-1813-0. DOI

Larsen E. K. U. Nielsen T. Wittenborn T. Birkedal H. Vorup-Jensen T. Jakobsen M. H. Østergaard L. Horsman M. R. Besenbacher F. Howard K. A. Kjems J. ACS Nano. 2009;3:1947–1951. doi: 10.1021/nn900330m. PubMed DOI

Abuin E. B. Rubio M. A. Lissi E. A. J. Colloid Interface Sci. 1993;158:129–132. doi: 10.1006/jcis.1993.1237. DOI

Ferreira T. A. S. Waerenborgh J. C. Mendonça M. H. R. M. Nunes M. R. Costa F. M. Solid State Sci. 2003;5:383–392. doi: 10.1016/S1293-2558(03)00011-6. DOI

Lutterotti L. Scardi P. J. Appl. Crystallogr. 1990;23:246–252. doi: 10.1107/S0021889890002382. DOI

Young R. A. Wiles D. B. J. Appl. Crystallogr. 1982;15:430–438. doi: 10.1107/S002188988201231X. DOI

Montoro V. Gazz. Chim. Ital. 1938;68:728–733.

Mondini S. Ferretti A. M. Puglisi A. Ponti A. Nanoscale. 2012;4:5356. doi: 10.1039/C2NR31276J. PubMed DOI

Matyi R. J., Schwartz L. H. and Butt J. B., Particle Size, Particle Size Distribution, and Related Measurements of Supported Metal Catalysts, 1987, vol. 29

Kneller E. F. Luborsky F. E. J. Appl. Phys. 1963;34:656–658. doi: 10.1063/1.1729324. DOI

Duarte J. M. G. Campbell S. L. Design. 2009;02142:3–7.

Murad E. and Johnston J. H., Mössbauer Spectrosc. Appl. to Inorg. Chem., 1987, pp. 507–583

De Palma R. Peeters S. Van Bael M. J. Van Den Rul H. Bonroy K. Laureyn W. Mullens J. Borghs G. Maes G. Chem. Mater. 2007;19:1821–1831. doi: 10.1021/cm0628000. PubMed DOI

Bandyopadhyay S. Dey A. Analyst. 2014;139:2118–2121. doi: 10.1039/C3AN02166A. PubMed DOI

Chen Z. P. Zhang Y. Zhang S. Xia J. G. Liu J. W. Xu K. Gu N. Colloids Surf., A. 2008;316:210–216. doi: 10.1016/j.colsurfa.2007.09.017. DOI

Yamaura M. Camilo R. L. Sampaio L. C. Macêdo M. A. Nakamura M. Toma H. E. J. Magn. Magn. Mater. 2004;279:210–217. doi: 10.1016/j.jmmm.2004.01.094. DOI

Shukla N. Liu C. Jones P. M. Weller D. J. Magn. Magn. Mater. 2003;266:178–184. doi: 10.1016/S0304-8853(03)00469-4. DOI

Zhai H. Wang Y. Wang M. Liu S. Yu F. Gao C. Li G. Wu Q. Int. J. Mol. Sci. 2018;19:3790. doi: 10.3390/ijms19123790. PubMed DOI PMC

Xiong F. Zhu Z. Xiong C. Hua X. Shan X. Zhang Y. Gu N. Pharm. Res. 2012;29:1087–1097. doi: 10.1007/s11095-011-0653-9. PubMed DOI

Wang H. Zhao X. Meng W. Wang P. Wu F. Tang Z. Han X. Giesy J. P. Anal. Chem. 2015;87:7667–7675. doi: 10.1021/acs.analchem.5b01077. PubMed DOI

Tang Z. Zhao X. Zhao T. Wang H. Wang P. Wu F. Giesy J. P. Environ. Sci. Technol. 2016;50:8640–8648. doi: 10.1021/acs.est.6b01749. PubMed DOI

Ramos Guivar J. A. Sanches E. A. Magon C. J. Ramos Fernandes E. G. J. Electroanal. Chem. 2015;755:158–166. doi: 10.1016/j.jelechem.2015.07.036. DOI

Elfeky S. A. Mahmoud S. E. Youssef A. F. J. Adv. Res. 2017;8:435–443. doi: 10.1016/j.jare.2017.06.002. PubMed DOI PMC

Joseph D. Rodriguez R. D. Verma A. Pousaneh E. Zahn D. R. T. Lang H. Chandra S. RSC Adv. 2017;7:3628–3634. doi: 10.1039/C6RA26235J. DOI

Bateer B. Tian C. Qu Y. Du S. Yang Y. Ren Z. Pan K. Fu H. Dalton Trans. 2014;43:9885–9891. doi: 10.1039/C4DT00089G. PubMed DOI

Qiu P. Jensen C. Charity N. Towner R. Mao C. J. Am. Chem. Soc. 2010;132:17724–17732. doi: 10.1021/ja102138a. PubMed DOI PMC

Roca A. G. Veintemillas-verdaguer S. Port M. Robic C. Serna C. J. Morales M. P. J. Phys. Chem. B. 2009;113:7033–7039. doi: 10.1021/jp807820s. PubMed DOI

Kreuzer H. J. Wang R. L. C. Grunze M. J. Am. Chem. Soc. 2003;125:8384–8389. doi: 10.1021/ja0350839. PubMed DOI

Kallumadil M. Tada M. Nakagawa T. Abe M. Southern P. Pankhurst Q. a. J. Magn. Magn. Mater. 2009;321:1509–1513. doi: 10.1016/j.jmmm.2009.02.075. DOI

Tóth I. Y. Nesztor D. Novák L. Illés E. Szekeres M. Szabó T. Tombácz E. J. Magn. Magn. Mater. 2017;427:280–288. doi: 10.1016/j.jmmm.2016.11.011. DOI

Yadav R. S. Anju Jamatia T. Kuřitka I. Vilčáková J. Škoda D. Urbánek P. Machovský M. Masař M. Urbánek M. Kalina L. Havlica J. Nanomaterials. 2021;11:1112. doi: 10.3390/nano11051112. PubMed DOI PMC

Pilati V. Cabreira Gomes R. Gomide G. Coppola P. Silva F. G. Paula F. L. O. Perzynski R. Goya G. F. Aquino R. Depeyrot J. J. Phys. Chem. C. 2018;122:3028–3038. doi: 10.1021/acs.jpcc.7b11014. DOI

de la Presa P. Luengo Y. Multigner M. Costo R. Morales M. P. Rivero G. Hernando A. J. Phys. Chem. C. 2012;116:25602–25610. doi: 10.1021/jp310771p. DOI

As(III, V) Uptake from Nanostructured Iron Oxides and Oxyhydroxides: The Complex Interplay between Sorbent Surface Chemistry and Arsenic Equilibria