Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas a base de Ferritas de Gadolínio

Abstract

O efeito do teor de gadolínio nas propriedades estruturais e magnéticas de ferritas de GdxFe(3-x)O4, com 0≤x≤0,50, foi investigado. As amostras foram preparadas pelo método de coprecipitação química da mistura de cloretos de Gd e Fe em meio alcalino e caracterizadas por difração de Raios-X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia Raman e espectroscopia Mössbauer. O método de Rietveld foi utilizado na discussão dos dados de DRX. Os dados, de modo geral, evidenciaram que íons de Fe foram substituídos por íons de Gd em todas as amostras estudadas. Além do mais, os dados Raman e Mössbauer mostraram que íons de Gd estão presentes tanto no sítio tetraédrico quanto no octaédrico. Este resultado foi confirmado pela análise de Rietveld. A espectroscopia Raman mostrou que as nanopartículas de GdxFe(3-x)O4 apresentaram simetria espinélio cúbica, com o teor de Gd introduzido na estrutura cristalina variando muito pouco de amostra para amostra. A difração de Raios-X revelou a presença de apenas uma fase cristalina e que tanto o diâmetro médio quanto o parâmetro de rede aumentam com o aumento do teor nominal de Gd nas amostras. Contudo, verificou-se que os diâmetros médios obtidos por DRX são muito superiores aos obtidos por MET, sugerindo que as nanopartículas menores são provavelmente amorfas. Da análise de Rietveld, a fórmula química das nanopartículas de GdxFe(3-x)O4 foi determinada, constatando-se que o teor efetivo de Gd na estrura cristalina das amostras está em torno de 10% do total disponível na síntese. Diferentemente do esperado, foi constatado que íons Gd3+ também substituem íons Fe2+ , o que consequentemente induziu a formação de vacâncias na estrutura cristalina das nanopartículas. Finalmente, observou-se que o parâmetro de rede da célula cúbica decresce linearmente com o aumento do teor de vacâncias. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The effect of the concentration of gadolinium in the structural and magnetic properties of GdxFe(3-x)O4, with 0≤x≤0,50 ferrites was investigated. The samples were prepared by the chemical coprecipitation method of Fe and Gd chlorides in an alkaline medium and characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy and Mössbauer spectroscopy. The Rietveld method was used to discuss XRD data. In general, the data pointed that iron ions were replaced by gadolinium ions in all samples. Furthermore, Raman and Mössbauer data have shown that Gd ions are in both tetrahedral and octahedral sites, which was confirmed by Rietveld analysis. Raman spectroscopy has shown that the GdxFe(3-x)O4 nanoparticles have cubic spinel symmetry, with little variation of the content of Gd introduced into the crystal structure from sample to sample. XRD revealed the presence of only one crystalline phase and that both the average diameters and the lattice parameters raise with increasing nominal content of Gd in the samples. However, it was found that the average diameters obtained by XRD are far superior than that obtained by TEM, suggesting that the smaller nanoparticles are probably amorphous. From Rietveld analysis, the chemical formula of the nanoparticles of GdxFe(3-x)O4 was determined, verifying that the effective Gd-content in the lattice structure of the samples is around 10% of the total available in the synthesis. Differently from expected, it was verified that Gd3+ ions also replace Fe2+ ions, which induced vacancy formation in the nanoparticles crystalline structure. Finally, it was observed that lattice parameters decreases linearly with increasing vacancy content.