Estudo das propriedades de superfície e interações partícula-partícula de nanopartículas de Fe3O4 recobertas com ácido oleico e ácido oleico/óleo essencial
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| Data de Publicação: | 2023 |
| Tipo de documento: | Tese |
| Idioma: | por |
| Título da fonte: | Repositório Institucional da UnB |
| Texto Completo: | http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/49542 |
Resumo: | Tese (doutorado em Física) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023. |
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Estudo das propriedades de superfície e interações partícula-partícula de nanopartículas de Fe3O4 recobertas com ácido oleico e ácido oleico/óleo essencialStudy of the surface properties and particle-particle interactions in oleic acid and oleic acid/essential oil coated Fe3O4 nanoparticlesNanopartículas de magnetitaÁcido oléicoAnisotropiaTese (doutorado em Física) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.Nanopartículas de magnetita (Fe3O4) recobertas com matéria orgânica são de considerável importância em diversas áreas da engenharia, bem como na biomedicina. Variados trabalhos mostram mudanças drásticas nas propriedades magnéticas relacionadas com efeitos de superfície e interações partícula-partícula. No entanto, não há consenso sobre a origem ou os mecanismos que produzem essas alterações, podendo ser diferentes dependendo do tamanho e formato da partícula, da eficiência do revestimento e das interações partícula-partícula. Com o objetivo de esclarecer essas questões, nanopartículas de Fe3O4 revestidas com ácido oleico ((Fe3O4@AO) de tamanhos 4, 6 e 9 nm foram sintetizadas pelo método de decomposição térmica usando difeniléter, benziléter e 1-octadeceno como solventes de síntese. Estas amostras foram adicionalmente recobertas com óleo essencial ((Fe3O4@AO/OE). As amostras foram caraterizadas por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia Infravermelha (FTIR), Análise Termogravimétrica (TGA), Medidas de magnetização e Espectroscopia Mössbauer (EM). Os resultados estruturais e microscópicos das nanopartículas Fe3O4@AO, revelaram a formação da fase espinélio da magnetita com boa cristalinidade e formas quase esféricas ou poliédricas, dependendo do solvente utilizado para a síntese. A análise por espectroscopia infravermelho (FTIR) indicou moléculas de AO ligadas à superfície das NPs de Fe3O4 por meio de ligações bidentadas (quelantes e/ou em ponte). A análise termogravimétrica (TGA) confirmou a presença de moléculas de AO fracamente e fortemente ligadas nas amostras de Fe3O4@AO, sugerindo um recobrimento bem-sucedido das NPs de Fe3O4. As curvas de magnetização (M) vs. campo magnético (H) são consistentes com uma estrutura de núcleo/casca formada por fases de magnetita/maghemita, em consistência com a espectroscopia FTIR. Foram determinados valores de magnetização de saturação mais baixos do que o esperado para magnetita bulk, o que foi atribuído à provável presença de uma fração de íons de ferro em estado de low-spin (LS) na camada de maghemita na superfície das partículas. As análise por espectroscopia Mössbauer confirmaram estes resultados, assim como boa estequiometria (poucos defeitos) nas amostras sintetizadas com benziléter usado como solvente de síntese. Os resultados magnéticos evidenciam que dependendo da quantidade de revestimento AO, é possível ajustar a distância de separação partícula-partícula, evitar aglomeração de nanopartículas e interações partícula-partícula. A dependência da magnetização com a temperatura revela a presença de NPs interagentes e não interagentes. As medidas de suscetibilidade magnética AC são consistentes com esses resultados e confirmam um comportamento superparamagnético (SPM), atribuído as NPs não interagentes, e SPM interagente, atribuído as NPs que interagem e cuja força de interação não é suficiente para levar a um comportamento semelhante ao de spin-glass. Por outro lado, os resultados FTIR das amostras Fe3O4@AO/OE indicam a presença de OE sem ligação direta com o AO ou com os íons metálicos na superfície das NPs de Fe3O4. Estes resultados são consistentes com os obtidos da análise das curvas termogravimétricas, onde a amostra de tamanho intermediário apresentou maior quantidade de OE. Também, o recobrimento com OE teve mudanças na resposta magnética. Para estas amostras observou-se uma redução da magnetização de saturação, variação nas curvas ZFC e FC com menores temperaturas de bloqueio e menores energias de ativação com relação às amostras de Fe3O4@AO. Estes resultados foram confirmados por medidas de susceptibilidade AC em função da temperatura. Sugerindo um menor grau de aglomeração das partículas e enfraquecimento das interações partícula-partícula em função da quantidade do OE nas amostras Fe3O4@AO/OE.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Magnetite (Fe3O4) nanoparticles coated with organic material are of considerable importance in various areas of engineering, as well as in biomedicine. Several papers show drastic changes in the magnetic properties related to the surface effects and the particle-particle interactions strength. However, there is no consensus about the origin or mechanisms that produce these changes, which could be different depending on the particle size and shape, coating efficiency and particle-particle interaction strength. Aiming to shed light on these issues, oleic acid (OA) coated Fe3O4 nanoparticles with sizes 4, 6 and 9 nm were synthesized by a thermal decomposition method using phenyl ether, benzyl ether and octadecene as organic solvents. These samples were additionally coated with essential oil (Fe3O4@AO/OE). Samples were characterized by Transmission Electron Microscopy (TEM), X-Ray Diffraction (DRX), Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Magnetization measurements and Mössbauer Spectroscopy (EM). Structural and microscopic results of the Fe3O4@AO nanoparticles revealed the formation of the spinel phase of magnetite with good crystallinity andalmost-spherical or polyhedral shapes depending on the solvent used for the synthesis.Infrared (FTIR) spectroscopy indicated OA molecules attached to the surface of Fe3O4NPs via bidentate (chelating and/or bridging) bonds. Thermogravimetric analysis (TGA) confirmed the presence of weakly and strongly bound AO molecules in the Fe3O4@AO samples, suggesting a successful coating of the Fe3O4 NPs. Magnetization (M) vs. magnetic field (H) curves are consistent with a core/shell structure formed by magnetite/maghemite phases, in consistency with FTIR spectroscopy. Lower than expected saturation magnetization values were determined for bulk magnetite, which was attributed to the probable presence of a fraction of low-spin (LS) iron ions in the surface layer of the particles. In that regard, Mössbauer spectroscopy measurements confirmed these results, as well as the better stoichiometry (no defects) in the samples synthesized using benzylether as the synthesis solvent. The magnetic results show that depending on the amount of AO coating, it is possible to adjust the particle-particle separation distance, avoiding nanoparticle agglomeration and particle-particle interactions. Dependence of magnetization on temperature reveals the presence of interacting and non-interacting NPs. AC magnetic susceptibility measurements are consistent with these results and confirm a superparamagnetic behavior (SPM), attributed to non-interacting NPs, and interacting SPM, attributed to interacting NPs and whose interaction strength seems to be not enough to lead spin-glass like behavior. On the other hand, the FTIR results of the Fe3O4@AO/EO samples indicate the presence of EO without direct connection with the AO or with the metal ions on the surface of the Fe3O4 NPs. These results are consistent with those obtained from the analysis of thermogravimetric curves, where the intermediate-sized sample showed a higher amount of EO. Also, the EO coating lead tochanges in the magnetic response. A reduction in the saturation magnetization and variation in the ZFC and FC curves was observed with lower blocking temperatures and lower activation energies with respect to Fe3O4@AO samples. These results were confirmed by AC susceptibility measurements as a function of the temperature. This suggests a lower particle agglomeration degree and the weakening of particle-particle interactions as a function of the amount of EO in the Fe3O4@AO/EO samples.Instituto de Física (IF)Programa de Pós-Graduação em FísicaHuamaní Coaquira, José AntonioAcosta Urian, Yessica2024-08-05T20:55:18Z2024-08-05T20:55:18Z2024-08-052023-06-01info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfACOSTA URIAN, Yessica. Estudo das propriedades de superfície e interações partícula-partícula de nanopartículas de Fe3O4 recobertas com ácido oleico e ácido oleico/óleo essencial. 2023. 130 f. il. Tese (Doutorado em Física) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/49542porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-08-05T20:55:19Zoai:repositorio.unb.br:10482/49542Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-08-05T20:55:19Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false |
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