Preparación de nanopartículas de ferrita y estudio de propiedades magnéticas y magnetotérmicas

Resumen

Las propiedades de las nanopartículas magnéticas vienen determinadas por la composición, el tamaño y la forma de las partículas y las interacciones entre partículas y con su entorno. Se han preparado nanopartículas de magnetita y magnetita dopada con cinc y cobalto estabilizadas con ácido oleico mediante descomposición térmica de precursores en disolventes de alto punto de ebullición. Mediante coprecipitación se han obtenido muestras de magnetita funcionalizada con grupos ácido y amino con diferentes tamaños de partícula y microestructuras. Se han preparado también nanopartículas de magnetita funcionalizadas con DMSA a partir de las nanopartículas estabilizadas con ácido oleico. Utilizando un procedimiento solvotermal, se han obtenido muestras de magnetita y ferrita de manganeso que presentan una distribución ancha en el tamaño de las partículas y forma heterogénea. Las nanopartículas obtenidas se han caracterizado mediante difracción de rayos X y microscopia electrónica de transmisión, observándose un alto grado de cristalinidad en todas las muestras. Mediante espectroscopía infrarroja se han caracterizado los grupos funcionales coordinados a la superficie de las partículas y se ha estimado la fortaleza de la interacción entre los cationes superficiales y las moléculas coordinadas. Mediante análisis termogravimétrico se ha determinado el número de moléculas coordinadas por partícula y por unidad de superficie. Los resultados de análisis térmico y las distancias entre partículas indican que en las partículas estabilizadas los grupos oleato forman una monocapa en la superficie de las partículas y en las muestras funcionalizadas se forma aproximadamente una monocapa. De los resultados obtenidos en la caracterización magnética se deduce que el comportamiento magnético depende del tamaño de las nanopartículas. En las nanopartículas estabilizadas con ácido oleico, tanto la temperatura de bloqueo, como el campo coercitivo, aumentan al aumentar el tamaño, debido a que aumenta el número de portadores de momento acoplados y disminuye la contribución de la capa superficial de espines canteados. Al aumentar el tamaño de partícula, las interacciones entre partículas se hacen importantes afectando al comportamiento magnético. La sustitución de Fe (II) por Zn (II) o Co (II) da lugar a un aumento de la magnetización cuando el catión dopante se incorpora a los huecos tetraédricos de la estructura espinela. En algunas muestras, las nanopartículas forman agregados con una microestructura característica, en la que se observa coherencia en los planos cristalográficos de diferentes partículas. En estas muestras, las interacciones dipolares entre partículas parecen actuar sobre la capa de espines canteados rebajando la anisotropía superficial y aumentando la magnetización, con respecto a partículas no agregadas. Se ha podido deducir que la eficiencia de calentamiento de las nanopartículas en presencia de un campo magnético alterno aumenta al aumentar la intensidad del campo magnético aplicado, la frecuencia y el tamaño de las partículas. Los valores más altos del SAR (Specific Absorption Rate) se han encontrado en nanopartículas con anisotropía de forma, y en agregados en los que las interacciones entre partículas danr lugar al ordenamiento de los momentos de las partículas individuales en una dirección. Esto produce un aumento de la anisotropía total del sistema y de la capacidad de generar calor. Se ha determinado el efecto magnetocalórico que presentan las nanopartículas a partir de loa curvas de magnetización isoterma a diferentes campos magnéticos .Las nanopartículas de ferrita presentan variaciones de entropía, en un rango amplio de temperatura. .La temperatura a la que aparece el máximo valor de la variación de entropía se localiza a temperaturas mucho más altas que la temperatura de bloqueo.