Estudo da estrutura local de nanopartículas de ferrita de manganês por xanes e difração de nêutrons e raios x

Abstract

Neste trabalho, investigamos as propriedades estruturais locais de fluidos magnéticos à base de nanopartículas de ferritas de manganês. Tais nanopartículas são obtidas durante a etapa de coprecipitação hidrotérmica e são dispersas em meio ácido graças à estratégia núcleo-superfície, o que impede que os nanogrãos sofram a ação corrosiva do ácido. Este tratamento modifica a composição química que pode ser descrita por um núcleo de ferrita estequiométrica e uma camada superficial de composição química γ-Fe2O3 num modelo “core-shell”. Dosagens químicas permitem determinar a fração volumétrica em nanopartículas assim como a espessura da camada superficial. A espectroscopia de absorção de raios x é utilizada para determinar o estado de oxidação médio do átomo absorvedor. Os resultados obtidos pela análise na região de XANES mostram a presença de íons Mn3+ e a presença destes induz distorções chamadas de efeito Jahn-Teller. Difração de raios x e de nêutrons é utilizada a fim de se obter informações sobre a estrutura local dos nanocristais, em particular a distribuição catiônica nos sítios intersticiais da estrutura espinélio. Os resultados apresentados indicam uma inversão catiônica diferente daquela encontrada para a ferrita maciça. O refinamento de Rietveld dos difratogramas de raios x e nêutrons é utilizado para determinar o tamanho médio e o parâmetro de malha das nanopartículas com qualidade e precisão. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

We investigate the local structure of magnetic fluids based on nanosized particles of manganese. These nanoparticles were obtained by soft chemistry method and they are dispersed thanks a core-shell strategy which prevents the acid attack. This treatment modifies the chemical composition of the particles and they can be described as a core of stoechiometric ferrite surrounded by a surface layer with a mean composition of maghemite γ-Fe2O3 in a “core-shell” strategy. Chemical titration allows us to determine the thickness of this surface layer. X-ray absorption spectroscopy is used to determine the mean oxidation state of the absorber atom. The results obtained by XANES analysis shows the presence of Mn3+ ions and such presence induces some distortions known by Jahn-Teller effect. X-ray and neutron diffractions were used to obtain information about the local structure of the nanosized particles, in particular the cation distribution. The results indicate an inversion degree that is different of the bulk ferrite. Rietveld refinement of the x-ray and neutron diffractograms is used to determine the size and lattice parameter with precision and quality.