Síntese e caracterização de nanomateriais superparamagnéticos do tipo core-shell para aplicação em catálise e biomedicina

As diversas aplicações tecnológicas de nanopartículas magnéticas (NPM) vêm intensificando o interesse por materiais com propriedades magnéticas diferenciadas, como magnetização de saturação (MS) intensificada e comportamento superparamagnético. Embora MNP metálicas de Fe, Co e bimetálicas de FeCo e FePt possuam altos valores de MS, sua baixa estabilidade química dificulta aplicações em escala nanométrica. Neste trabalho foram sintetizadas NPM de Fe, Co, FeCo e FePt com alta estabilidade química e rigoroso controle morfológico. NPM de óxido metálicos (Fe e Co) também foram obtidas. Dois métodos de síntese foram empregados. Usando método baseado em sistemas nanoheterogêneos (sistemas micelares ou de microemulsão inversa), foram sintetizadas NPM de Fe3O4 e Co metálico. Foram empregados surfactantes cátion-substituídos: dodecil sulfato de ferro(III) (FeDS) e dodecil sulfato de cobalto(II) (CoDS). Para a síntese das NPM, foram estudados e determinados a concentração micelar crítica do FeDS em 1-octanol (cmc = 0,90 mmol L-1) e o diagrama de fases pseudoternário para o sistema n-heptano/CoDS/n-butanol/H2O. NPM esferoidais de magnetita com3,4 nm de diâmetro e comportamento quase-paramagnético foram obtidas usando sistemas micelares de FeDS em 1-octanol. Já as NPM de Co obtidas via microemulsão inversa, apesar da larga distribuição de tamanho e baixa MS, são quimicamente estáveis e superparamagnéticas. O segundo método é baseado na decomposição térmica de complexos metálicos, pelo qual foram preparadas NPM esféricas de FePt e de óxidos metálicos (Fe3O4, FeXO1-X, (Co,Fe)XO1-X e CoFe2O4) com morfologia controlada e estabilidade química. O método não mostrou a mesma efetividade na síntese de NPM de FeAg e FeCo: a liga FeAg não foi obtida enquanto que NPM de FeCo com estabilidade química foram obtidas sem controle morfológico. NPM de Fe e FeCo foram preparadas a partir da redução térmica de NPM de Fe3O4 e CoFe2O4, as quais foram previamente recobertas com sílica. A sílica previne a sinterização inter-partículas, além de proporcionar caráter hidrofílico e biocompatibilidade ao material. As amostras reduzidas apresentaram aumento dos valores de MS (entre 21,3 e 163,9%), o qual é diretamente proporcional às dimensões das NPM. O recobrimento com sílica foi realizado via hidrólise de tetraetilortosilicato (TEOS) em sistema de microemulsão inversa. A espessura da camada de sílica foi controlada variando-se o tempo de reação e as concentrações de TEOS e de NPM, sendo então proposto um mecanismo do processo de recobrimento. Algumas amostras receberam um recobrimento adicional de TiO2 na fase anatase, para o qual foi empregado etilenoglicol como solvente e ligante para formação de glicolato de Ti como precursor. A espessura da camada de TiO2 (2-12 nm) é controlada variando as quantidades relativas entre NPM e o precursor de Ti. Ensaios de hipertermia magnética foram realizados para as amostras recobertas com sílica. Ensaios de hipertermia magnéticas mostram grande aumento da taxa de aquecimento das amostras após a redução térmica, mesmo para dispersões diluídas de NPM (0,6 a 4,5 mg mL-1). Taxas de aquecimento entre 0,3 e 3,0oC min-1 e SAR entre 37,2 e 96,3 W g-1. foram obtidos. A atividade fotocatalítica das amostras recobertas foram próximas à da fase anatase pura, com a vantagem de possuir um núcleo magnético que permite a recuperação do catalisador pela simples aplicação de campos magnéticos externos. Os resultados preliminares dos ensaios de hipertermia magnética e fotocatálise indicam um forte potencial dos materiais aqui relatados para aplicações em biomedicina e em fotocatálise.

Estudo da densidade de corrente crítica para reversão da magnetização de nanoelementos ferromagnéticos

The discovery that a spin-polarized current is capable of exerting a torque in a ferromagnetic material, through spin transfer, might provide the development of new technological devices that store information via the direction of magnetization. The reduction of current density to revert the magnetization is a primary issue to potential applications on non volatile random access memories (MRAM). We report a theorical study of the dipolar and shape effects on the critical current density for reversal of magnetization, via spin transfer torque (STT), on ferromagnetic nanoelements. The nanostructured system consists on a reference layer, in which the current will be spin-polarized, and a free layer of magnetization reversal. We observed considerable changes on the critical current density as a function of the element’s reversion layer thickness (t = 1.0 nm, 1.5 nm, 2.0 nm e 2.5 nm) and geometry (circular and elliptical), the material kind of the system free layer (Iron and Permalloy) and according to the orientation of the magnetization and the spin polarization with the major axis. We show that the critical current density may be reduced about 50% by reducing the Fe free layer thickness and around 75% when we change the saturation magnetization of circular nanoelements with 2.5 nm of thickness. We still observed a reduction as much as 90% on the current density of reversion for thin nanoelements magnetized along the minor axis direction, using in-plane spin polarization parallel to the magnetization.

Magnetita e sua transformação para hematita em um solo derivado de esteatito

O presente trabalho objetivou caracterizar o mineral magnético e identificar suas rotas pedogenéticas de transformação em um solo formado sobre esteatito, de Minas Gerais, Brasil. O óxido de ferro isoestrutural ao espinélio foi identificado e caracterizado por análises químicas, difração de raios X, espectroscopia Mössbauer e medidas de magnetização de saturação. Na rocha fresca, foi encontrada magnetita estequiométrica e bem cristalizada, com parâmetro da rede cúbica, a o = 0.8407(5) nm. Nas frações areia e silte, foram detectadas magnetita parcialmente alterada e hematita estequiométrica e bem cristalizada, com parâmetros da rede hexagonal, a = 0.5036(3) nm e c = 1.375(4) nm. A ocorrência dessas hematitas deveu-se principalmente à oxidação do Fe2+ a Fe3+, no sítio octaédrico da magnetita, durante a pedogênese. Esse processo foi caracterizado pelo aparecimento de pequena quantidade de Fe3+ eletronicamente desacoplada, encontrada nas magnetitas parcialmente oxidadas, cujas fórmulas para as diferentes estequiometrias foram propostas. Verificou-se também pequena quantidade de ilmenita nas amostras de rocha e de solo.

Magnesioferrita e caminho pedogenético de transformação de óxidos de ferro magnéticos em dois perfis de solo derivados de tufito da região do Alto Paranaíba (MG)

Solos magnéticos derivados de tufito da região do Alto Paranaíba (MG) têm mineralogia bastante variável, mas são relativamente ricos em óxidos de Fe isoestruturais ao espinélio, mais especificamente: (Ti, Mg)-magnetita e (Ti, Mg)-maghemita. No presente trabalho, foram estudados os concentrados magnéticos (magnetização de saturação, 34,4 < sigma/J T-1 kg-1 < 43,7) da fração areia de pedomateriais de um Brunizém (Chernossolo) (amostras AP31CR; AP31B e AP31A) e de um Chernossolo Léptico (AP33CR e AP33A) derivados de tufito, coletados no município de Patos de Minas (MG). Foram identificadas, por difratometria de raios X (método do pó) e espectroscopia Mössbauer do 57Fe, a 298 K e a 110 K, maghemita (gamaFe2O3) e hematita (alfaFe2O3) e uma inédita magnesioferrita (fórmula ideal, MgFe2O4), inédita em solos do Brasil, nas frações minerais desses materiais magnéticos. Observou-se, também, que as proporções ponderais e os tamanhos de partículas dos óxidos de Fe variam progressivamente ao longo dos perfis estudados. Os diâmetros médios estimados dos cristalitos de magnesioferrita variam progressivamente, em cada perfil: 27 nm (concentrado magnético da amostra AP31CR); 25 nm (AP31B); 23 nm (AP31A); 48 nm (AP33CR) e 32 nm (AP33A). A proporção de Al isomorficamente substituinte na hematita aumenta sistematicamente de 5 a 13 mol %, da base para o topo do perfil AP31, e tende a se manter constante, em torno de 9 mol %, no perfil AP33. Propõe-se um modelo geral de transformação envolvendo somente óxidos de Fe, em que magnesioferrita é o precursor pedogenético da maghemita, até hematita, nesses pedossistemas: MgFe2O4 -> gFe2O3 -> aFe2O3.

Efeito da moagem de alta energia na microestrutura e nas propriedades magnéticas do compósito wc-10%p.Co

This work a studied the high energy milling effect in microstructure and magnetic properties of the WC-10wt.%Co composite. The composite powders were prepared by mechanical mixed and milled at 2 hours, 100 hours, 200 hours and 300 hours in planetary milling. After this process the composite were compacted in stainless steel die with cylindrical county of 10 mm of diameter, at pressure 200 Mpa and sintered in a resistive furnace in argon atmosphere at 1400 oC for 5 min. The sintered composite were cutted, inlaid, sandpapered, and polished. The microestrutural parameters of the composite was analyzed by X-ray diffraction, scanning electronic microscopy, optical microscopy, hardness, magnetic propriety and Rietveld method analyze. The results shows, with milling time increase the particle size decrease, it possibility minor temperature of sintering. The increase of milling time caused allotropic transformation in cobalt phase and cold welding between particles. The cold welding caused the formation of the particle composite. The X-ray diffraction pattern of composite powders shows the WC peaks intensity decrease with the milling time increase. The X-ray diffraction pattern of the composite sintered samples shows the other phases. The magnetic measurements detected a significant increase in the coercitive field and a decrease in the saturation magnetization with milling time increase. The increase coercitive field it was also verified with decrease grain size with milling time increase. For the composite powders the increase coercitive field it was verified with particle size reduction and saturation magnetization variation is relate with the variation of free cobalt. The Rietveld method analyze shows at milling time increase the mean crystalline size of WC, and Co-cfc phases in composite sintered sample are higher than in composite powders. The mean crystallite size of Co-hc phase in composite powders is higher than in composite sintered sample. The mean lattice strains of WC, Co-hc and Co-cfc phases in composite powders are higher than in composite sintered samples. The cells parameters of the composite powder decrease at milling time increase this effect came from the particle size reduction at milling time increase. In sintered composite the cells parameters is constant with milling time increase

Estudo das propriedades magnéticas e estruturais do composto (Sm1 - xMMx)2Fe17 e seus nitretos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Caracterização magnética e estrutural de filmes depositados por gaiola catódica

Iron nitrite films, with hundred of nanometers thick, were deposited using the Cathodic cage plasma nitriding method, with a N2/H2 plasma, over a common glass substract. The structure, surface morphology and magnetic properties were investigated using X-ray diffractometry (XRD), atomic force microscopy (AFM) and vibrating sample magnetometer (VSM). XRD shows the formation of γ FeN phase and a combination of ζFe2N + ɛFe3N phases. The film s saturation magnetization and coercivity depends on morphology, composition, grain size and treatment temperature. Temperature raising from 250 ºC to 350 ºC were followed by an increase in saturation magnetization and film s surface coercivity on the parallel direction in relative proportion. This fact can be attributed to the grain sizes and to the different phases formed, since iron rich fases, like the ɛFe3N phase, emerges more frequently on more elevated treatment s temperature. Using this new and reasonably low cost method, it was possible to deposit films with both good adhesion and good magnetic properties, with wide application in magnetic devices

Síntese e caracterização de ferritas de níquel dopadas com cobalto e efeito da substituição nas suas propriedades magnéticas

The ferrite composition Ni1 - xCoxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 0.75) were obtained by the method of microwave assisted synthesis and had their structural and magnetic properties evaluated due to the effect of the substitution of Ni by Co. The compounds were prepared: according to the concept of chemical propellants and heated in the microwave oven with power 7000kw. The synthesized material was characterized by absorption spectroscopy in the infrared (FTIR), Xray diffraction (XRD) using the Rietveld refinement, specific surface area (BET) , scanning electron microscopy (SEM) with aid of energy dispersive analysis (EDS) and magnetic measurements (MAV). The results obtained from these techniques confirmed the feasibility of the method of synthesis employed to obtain the desired spinel structure, the ferrite, nickel ferrite as for nickel doped with cobalt. The results from XRD refinement ally showed the formation of secondary phases concerning stages α - Fe2O3, FeO, (FeCo)O e Ni0. On the other hand, there is an increase in crystallite size with the increase of cobalt in systems, resulting in an increased crystallinity. The results showed that the BET systems showed a reduction in specific surface area with the increase of cobalt and from the SEM, the formation of irregular porous blocks and that the concentration of cobalt decreased the agglomerative state of the system. The magnetic ferrites studied showed different characteristics according to the amount of dopant used, ranging from a very soft magnetic material (easy magnetization and demagnetization ) - for the system without cobalt - a magnetic material with a little stiffer behavior - for systems containing cobalt. The values of the coercive field increased with the increasing growth of cobalt, and the values of saturation magnetization and remanence increased up to x = 0,25 and then reduced. The different magnetic characteristics presented by the systems according to the amount of dopant used, allows the use of these materials as intermediates magnetic

Síntese e caracterização da ferrita de MnZn obtida pelo método dos citratos precursores

It was synthesized MnZn ferrite with general formulae Mn1-xZnxFe2O4 (mol%), 0,3 ≤ x ≤ 0,7 by using the citrate precursor method. The precursors decomposition was studied by thermogravimetric analysis (TGA), differential thermogravimetric analysis (DTG), differential thermal analysis (DTA) and Fourier transform infrared (FTIR) of powder calcined at 350ºC/3,5h. X-ray diffraction pattern (XRD) of samples was done from 350 to 1200ºC/2h using various atmospheres. The power calcined at 350ºC/3,5h formed spinel phase. It is necessary atmosphere control to avoid secondary phase such as hematite. From 900 to 1200ºC was obtained 90,66 and 100% of MnZn spinel ferrite phase, respectively. Analysis by dispersive energy scanning (EDS) at 350ºC shows high Mn and Zn dispersion, indicating that the diffusion process was homogeneous. Semi-quantitative analysis by EDS verified that despite the atmosphere control during calcinations at high temperatures (< 800ºC) occurred ZnO evaporation causing stoichiometric deviation. Vibrating sample magnetometer (VSM) measures show soft ferrite material characteristics with Hc from 6,5 x 10-3 to 11,1 x 10-2 T. Saturation magnetization (Ms) and initial permeability (µi) of MnZn spinel phase obtained, respectively, from 14,3 to 83,8 Am2/kg and 14,1 to 62,7 (Am2/kg)T

Histerese térmica de sistemas magnéticos nanoestruturados

We report a theoretical investigation of thermal hysteresis in magnetic nanoelements. Thermal hysteresis originates in the existence of meta-stable states in temperature intervals which may be tuned by small values of the external magnetic field, and are controlled by the systems geometric dimensions as well as the composition. Two systems have been investigated. The first system is a trilayer consisting of one antiferromagnetic MnF2 film, exchange coupled with two Fe lms. At low temperatures the ferromagnetic layers are oriented in opposite directions. By heating in the presence of an external magnetic field, the Zeeman energy induces a gradual orientation of the ferromagnets with the external field and the nucleation of spin- op-like states in the antiferromagnetic layer, leading eventually, in temperatures close to the Neel temperature, to full alignment of the ferromagnetic films and the formation of frustrated exchange bonds in the center of the antiferromagnetic layer. By cooling down to low temperatures, the system follows a different sequence of states, due to the anisotropy barriers of both materials. The width of the thermal hysteresis loop depends on the thicknesses of the FM and AFM layers as well as on the strength of the external field. The second system consists in Fe and Permalloy ferromagnetic nanoelements exchange coupled to a NiO uncompensated substrate. In this case the thermal hysteresis originates in the modifications of the intrinsic magnetic

Síntese, sinterização e caracterização de ferrita de níquel

In this work we obtain nickel ferrite by the combustion synthesis method whcih involves synthesising in an oven at temperatures of 750oC, 950oC and 125oC. The precursors oxidizing used were nickel nitrate, ferric as an oxidizing and reducing urea (fuel). After obtaining the mixture, the product was deagglomerated and past through a 270 mesh sieve. To assess the structure, morphology, particle size, magnetic and electrical properties of nanoparticles obtained the samples were sintered and characterized by x-ray distraction (XRD), x-ray fluorescence spectroscopy (FRX); scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), vibrating sample magnetometer (MAV ) and electrical permittivity. The results indicated the majority of phase inverse spinel ferrite and Hematite secondary phase nickel and nickel oxide. Through the intensity of the distraction, the average size of the crystallization peaks were half-height width which was calculated using the Scherrer equation. From observing the peaks of all the reflections, it appears that samples are crystal clear with the formation of nanoparticles. Morphologically, the nanoferritas sintered nickel pellet formation was observed with three systems of particle size below 100mn, which favored the formation of soft pellets. The average size of the grains in their micrometric scale. FRX and EDS showed qualitatively the presence of iron elements nickel and oxygen, where through quantitative data we can observe the presence of the secondary phase. The magnetic properties and the saturation magnetization and the coercive field are in accordance with the nickel, ferrite where the curve of hysteresis has aspects of a soft material. Dielectric constant values are below 10 and low tangent loss

Obtenção de materiais magnéticos para o estudo da propriedade magnetocalórica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Ferrita de bário: preparação de fases dopadas com cobalto, titânio e estanho

Pós-graduação em Química - IQ

Estudo da transformação da austenita retida em martensita induzida por deformação plástica em aços multifásicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Partículas magnéticas: ferrita de ítrio 'Y IND. 3''FE IND. 5''O IND. 12' (YIG) recoberta com sílica ('SIO IND. 2')

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)