Elaboração e caracterização de nanocoloides magnéticos em elevadas frações volumétricas

Abstract

Em ferrofluidos, bem como nos sistemas de soluções coloidais, tem havido um constante interesse sobre a estabilidade da dispersão, tanto teórica quanto experimental: sua estrutura, as interações entre partículas, e seu comportamento de fase. Em tais sistemas é essencial descrever o seu comportamento de fase em função de diferentes parâmetros que podem influenciar o alcance e as interações interpartículas. Na verdade a forma e a amplitude do potencial interpartículas podem ser ajustadas a partir de parâmetros como pH, força iônica, e a pressão osmótica. Além disso, durante a síntese de ferrofluidos é possível controlar esses parâmetros experimentais, bem como variar a fração molar das partículas ᶲ. Por conseguinte, soluções coloidais devem, portanto, levar ao mesmo tipo de diagramas de fase de sistemas atômicos: gás, líquido, fluido e fase sólida. A pressão osmótica π substitui a pressão P e a fração volumétrica em partículas ᶲ substitui o volume V. A fase gasosa corresponde a uma solução de baixa fração volumétrica, a fase líquida corresponde a uma solução densa, mas não organizada, e a fase cristalina é uma fase sólida organizada. Neste contexto, este trabalho concentra-se na elaboração de amostras de ferrofluido, utilizando a técnica de compressão osmótica, onde a dispersão coloidal é colocada na membrana ou saco de diálise que consiste de uma rede de celulose entrelaçada. O limiar de permeabilidade da membrana é entre 12.000 e 14.000 g/mol, o que corresponde a um diâmetro de poro de 25 Å. Assim, o saco de diálise é colocado dentro de um reservatório, considerado infinito; contendo um polímero neutro (PEG com massa molar Mw de 35000 u) e a pressão osmótica depende apenas da concentração do polímero e fixa o potencial químico. Ainda foram mantidos constantes parâmetros como pH e força iônica. A concentração em massa usada para definir a pressão osmótica é determinada a partir do PEG 35000. A fração volumétrica ᶲ em partículas foi determinada levando em consideração o modelo químico núcleo-superfície de composição das nanopartículas. Além disso, temos sido capazes de obter ferrofluidos com ᶲ entre 2 a 30%, apresentando fases fenomenológicas de gás, líquido e sólido. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In ferrofluids as well as in the colloidal solutions systems, there has been a constant interest on the dispersion stability, both from theoretical and experimental: their structure, the interactions between particles, and their phase behavior. In such systems is essential to depict their phase behavior as a function of the different parameters that can influence the range and strength of interparticle interactions. Indeed the shape and the amplitude of the interparticle potential can be tuned by adjusting parameters such as pH, ionic strength, and the osmotic pressure. Moreover during synthesis method of ferrofluids it is possible to control these experimental parameters as well as to vary the molar fraction of particles ᶲ. Therefore colloidal solutions should thus lead to the same kind of phase diagrams as atomic systems: gas, liquid, fluid, and solid phases should exist. The osmotic pressure π replaces the pressure P and the volume fraction of particles ᶲ replaces the volume V. The gas phase corresponds to a solution of low volume fraction, the liquid phase corresponds to a dense but not organized solution, and the crystal phase is an organized solid phase. In this context we report the elaboration of concentrated ferrofluid samples, using the technique of osmotic compression, where the ferrofluid colloidal dispersion is placed in membrane bag that consists of a network of interwoven cellulose. The threshold of permeability of the membrane is between 12000 and 14000 g / mol, which correspond to a pore diameter of 25 Å. Thus the membrane bag is placed in a reservoir, considered infinite; containing a neutral polymer (PEG with a molar mass Mw of 35000 u) and the osmotic pressure depends only on the concentration of the polymer and fixes the chemical potential of water. Still has been kept constant parameters as pH and ionic strength. The mass concentration used to set the osmotic pressure is determined from the PEG 35000. The volume fraction of particles ᶲ was determined taking into consideration the chemical core/shell model of nanoparticle composition. Furthermore we have been able to obtain ferrofluids with ᶲ between 2 to 30%, presenting phenomenological phases of gas, liquid and solid.