Efeitos de viés de troca e treinamento em dispersões de nanopartículas bimagnéticas : características intrapartícula e interpartícula

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Viana, Márcio Gomes
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/46174
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2022.
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Assim, foram sintetizados fluidos magnéticos baseado em nanopartículas de ferrita de cobalto com tamanhos de 3,5 nm, 4,2 nm, 4,7 nm e 6,0 nm, recobertas com uma camada de maguemita. Amostras com estados de interação entre partículas diferentes foram obtidas, variando a fração volumétrica das dispersões coloidais φ entre 0,10 % e 2,65 % e na forma de pó. A caracterização estrutural das nanopartículas foi feita por meio de medidas de Difração de Raios X, indicando uma estrutura cúbica do tipo espinélio. Resultados de Microscopia Eletrônica de Transmissão confirmaram a formação de partículas aproximadamente esféricas com baixa polidispersão. Utilizando medidas de Espectroscopia de Absorção Atômica, foram extraídas a estequiometria e as caraterísticas morfoquímicas das partículas, assim como a fração volumétrica de partículas nas dispersões. Medidas em alto campo de magnetização DC em função da temperatura, evidenciaram a existência de uma interface intrapartícula entre um núcleo ordenado ferrimagneticamente (FI) e uma superfície de spins desordenados do tipo spin glass (SGL). Desse tipo de estrutura bimagnética, surge o fenômeno de viés de troca ou exchange bias, quando realizadas medidas de magnetização após o resfriamento com campo aplicado (field cooling - FC). Em regime de fluido diluído, no qual o comportamento individual se sobressai, observou-se que as partículas de menor diâmetro e com maior fração de spins congelados na camada SGL apresentam um viés de troca mais intenso em detrimento das partículas de maior diâmetro e com menor proporção de spins desordenados. A análise de Thamm-Hesse mostrou em ambas as dispersões concentradas e, no pó, um estado global de interação desmagnetizante, em que predominaram as interações dipolares interpartículas, que vai se intensificando quando diminui a distância interpartícula. Em toda a faixa de campo de resfriamento investigada, o viés de troca é maior quando mais intensas as interações dipolares. A investigação do efeito de treinamento indica duas populações de spins desordenados. Os spins rodáveis sempre se reorganizam mais rapidamente que os congelados, o que é potencializado pelas interações dipolares. Entretanto, no regime de pó, as interações de troca interpartículas dificultam o rearranjo dos spins desordenados.In the last decades, magnetic nanoparticles have been the object of increasing scientific research, due to their unique properties, not observed in bulk materials, which allow their use in biomedical, environmental, and energy applications. In this context, the objective of this thesis is to investigate the intraparticle and interparticle characteristics in exchange bias and training effects observed in dispersions of bimagnetic nanoparticles. Thus, we synthesized magnetic fluids based on cobalt ferrite nanoparticles with sizes of 3.5 nm, 4.2 nm, 4.7 nm, and 6.0 nm, covered with a shell of maghemite. Samples with different states of interaction between particles were obtained, by varying the volumetric fraction of the colloidal dispersions φ between 0.10% and 2.65% and also in powder. The structural characterization of the nanoparticles was performed using X-Ray Diffraction measurements and indicate a spinel-like cubic structure. Transmission Electron Microscopy results confirmed the formation of approximately spherical particles with low polydispersion. Using Atomic Absorption Spectroscopy measurements, the stoichiometry and morphochemical characteristics of the particles were extracted, as well as the volumetric fraction of particles in the dispersions. Measurements of high field DC magnetization as a function of temperature showed the existence of an intraparticle interface between a ferrimagnetically ordered core (FI) and a spin glass disordered shell (SGL). From this type of bimagnetic structure, the phenomenon of exchange bias arises, when magnetization measurements are performed after cooling with an applied field (field cooling - FC). In a dilute fluid regime, in which the individual behavior stands out, it was observed that the particles of smaller diameter and with a higher fraction of spins frozen in the SGL shell present a more intense exchange bias when compared to particles of larger diameter and with smaller proportion of disordered spins. Thamm-Hesse analysis showed, both in concentrated dispersions and powder sample, a demagnetizing contribution, in which interparticle dipolar interactions predominated, which intensifies when the interparticle distance decreases. Over the entire range of the investigated cooling field, the exchange bias is greater when the dipole interactions are more intense. The investigation of the training effect indicates two populations of disordered spins. Rotatable spins always reorganize faster than frozen ones and this is enhanced by dipole interactions. However, in powder regime, interparticle exchange interactions make more difficult to rearrange disordered surface spins.Instituto de Física (IF)Programa de Pós-Graduação em FísicaDepeyrot, Jérômemarcio.viana@ifpi.edu.brViana, Márcio Gomes2023-07-21T18:35:27Z2023-07-21T18:35:27Z2023-07-212022-12-09info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfVIANA, Márcio Gomes. Efeitos de viés de troca e treinamento em dispersões de nanopartículas bimagnéticas: características intrapartícula e interpartícula. 2022. 116 f. il. Tese (Doutorado em Física) — Universidade de Brasília, Brasília, 2022.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/46174porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-20T16:58:43Zoai:repositorio.unb.br:10482/46174Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-20T16:58:43Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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