Investigação da ordem local de nanocolóides magnéticos por espalhamento em baixo ângulo

Abstract

Neste trabalho, investigamos por espalhamento em baixo ângulo, a estabilidade coloidal e a ordem local (tipicamente entre 10 nm e 100 nm) de nanocolóides magnéticos, constituídos por soluções de nanoesferas magnéticas de ferrita e sistemas mistos de nanoesferas magnéticas e nanoplaquetas de Laponita. O balanço de interações interpartículas foi caracterizado quantitativamente e relacionado com o estado coloidal. Em ferrofluidos diluídos, predominam as atrações interpartículas induzindo a um comportamento do tipo esferas adesivas. A aplicação de um campo externo em soluções, inicialmente monofásicas, induz a uma transição de fase líquido-gás e um padrão de espalhamento anisotrópico. Em soluções mais concentradas, as dispersões são fluidas em concentrações mais baixas e apresentam uma transição vítrea fluido-sólido quando a concentração aumenta. O balanço das interações é completamente governado pelas repulsões eletrostáticas de longo alcance: as dispersões se comportam como dispersões de esferas duras. A fase sólida obtida é sempre um vidro coloidal com transição vítrea ocorrendo sempre abaixo de 20 % em decorrência da alta polidispersão de tamanhos. Em soluções mistas, o comportamento observado globalmente atrativo, de longo alcance, entre as nanopartículas magnéticas, é associado à presença de nanoplaquetas de Laponita e pode ser devido a um processo de segregação que resulta em exclusão espacial dos dois tipos de nanoestruturas ________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this work, we investigate using small angle scattering measurements the colloidal stability and the local order (typically between 10 nm and 100 nm) of magnetic nanocoloides, made of solution of magnetic ferrite nanospheres and mixed systems of magnetic nanospheres and laponite nanoplatelets. The balance of interparticles interactions has been quantitatively characterized and related to the colloidal state. In diluted ferrofluids, the interparticles attractions are dominating and induce a behavior typical of adhesive spheres. An external magnetic field applied to solutions initially monophasic induces a liquid-gas phase transition and an anisotropic 2D scattering pattern. In more concentrated solutions, the dispersions are fluid for the lower concentration and present a vitreous transition fluid-solid when the concentration increases. The interactions balance is completely governed by the long range electrostatic repulsion and the dispersions behave as a hard-spheres system. The solid phase is always a colloidal glass with a glassy transition occurring always below 20 % due to the high size polidispersity. In mixed systems, the behavior presents effective attractive interactions between magnetic nanoparticles on a longer scale, induced by the presence of Laponite platelets, which lead to a segregation phenomenon and a progressive spatial exclusion of the two kinds of nanostructures.