Estudo das propriedades magnéticas de nanopartículas de maghemita dispersas em óleos magnéticos isolantes

Abstract

Nesta Tese foram estudadas as propriedades magnéticas de nanopartículas de maghemita funcionalizadas com ácido oléico, dispersas em óleos magnéticos isolantes, usando as técnicas de magnetização, birrefringência magnética estática e ressonância paramagnética eletrônica. O conjunto de resultados experimentais obtido a partir dessas técnicas, relacionados às propriedades magnéticas desses fluidos (óleos magnéticos), juntamente com os resultados da técnica de apoio Espectroscopia Mössbauer, são apresentados, visando construir uma compreensão mais profunda da relação entre as propriedades magnéticas das nanopartículas, suspensas nos fluidos magnéticos, em função de alguns parâmetros magnéticos. Além disso, mostramos que temperaturas de transição características desses materiais são sensíveis ao padrão da distribuição de partículas (determinada através da microscopia eletrônica de transmissão), na região de temperaturas onde esses materiais apresentam propriedades superparamagnéticas ou ordenamento magnético, sendo que a interpretação das propriedades magnéticas deve levar em conta tais distribuições. Os resultados de espectroscopia Mössbauer mostram o caráter magnético das nanopartículas, assim como os resultados de magnetização. Nos resultados experimentais de ressonância paramagnética eletrônica dos óleos magnéticos, foram encontradas duas temperaturas de transição; sendo a primeira associada a uma mudança no ordenamento magnético das partículas, possivelmente a temperatura de bloqueio (TB); ao passo que a segunda, supomos ser a temperatura de descongelamento do solvente, transição sólido-líquido. Admitimos que o conjunto de partículas magneticamente ordenadas apresenta uma distribuição de temperatura P(T,TB), onde assumimos que o máximo dessa distribuição está em torno da temperatura de bloqueio (TB) do sistema, relacionada à distribuição de tamanho das partículas. A temperatura de bloqueio, estimada a partir das curvas ZFC e FC, está próxima do valor de TB ajustado a partir da magnetização e próxima do valor de TB ajustado na ressonância magnética eletrônica. Para a análise dos resultados experimentais de magnetização e birrefringência magnética estática foi utilizado o modelo proposto pelo grupo, apresentado respectivamente nas seções 3.1.1 e 3.2.1, que leva em consideração o estudo da magnetização de partículas isoladas e interações partícula-partícula, podendo ser do tipo aglomerados (clusters com duas ou mais nanopartículas). Nos modelos da magnetização e birrefringência magnética estática, comprovamos a inclusão do termo da susceptibilidade rotacional. Evidenciamos, também, no modelo da magnetização, à temperatura ambiente, a necessidade de inserir a contribuição da susceptibilidade. Ainda se tratando do modelo, o efeito da viscosidade magnética é observado nos resultados de birrefringência magnética estática e comprovado também no estudo das medidas de magnetização. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this thesis we studied the magnetic properties of functionalized maghemite nanoparticles with oleic acid dispersed in insulating magnetic oils, using measurements of magnetization, static magnetic birefringence and electron paramagnetic resonance. The set of experimental results obtained from these techniques related to the magnetic properties of the magnetic fluids (magnetic oils), including the results of the support Mössbauer spectroscopy technique, are presented in order to construct a deeper understanding of the relationships of the magnetic properties of nanoparticles, suspended in magnetic fluids, as function of some magnetic parameters. Furthermore, we show that characteristics transition temperatures are sensitive to the pattern of particle distribution (determined by transmission electron microscopy) in the region of temperatures in which these materials show superparamagnetic properties or a magnetic ordering and the interpretation of the magnetic properties should take into account such distribution. Mössbauer spectroscopy results show the magnetic character of nanoparticles, as well as the magnetization results. From the experimental results of electron paramagnetic resonance of magnetic oils we found two transition temperatures; the first one associated with a change in the magnetic particle ordering, a possible blocking temperature (TB), whereas the second temperature we presume to be the melting point of the solvent, the solid-liquid transition. We understand the magnetically ordered/arranged set of particles has a P(T,TB) temperature distribution, in which we assume the maximum is around the blocking temperature (TB) of the system, related to the distribution of particle sizes. The blocking temperature, estimated from the ZFC and FC curves, is close to the value of TB adjusted from magnetization and close to the value of TB found from the magnetic resonance. Data to analyze the experimental results of magnetization and static magnetic birefringence the model proposed by the group, presented respectively in sections 3.1.1 and 3.2.1, which takes into account the study of the magnetization of isolated particles, particle-particle interactions and clusters (clusters with two or more nanoparticles) was used. In the model of magnetization and static magnetic birefringence, the rotational susceptibility term was included. In addition we found evidence for the contribution of the rotational susceptibility in the magnetization model at room temperature. Still addressing the model, the effect of magnetic viscosity is observed in the results of static magnetic birefringence and also found in the study of the magnetization.