Efeitos de viés de troca e treinamento em dispersões de nanopartículas bimagnéticas : características intrapartícula e interpartícula

Abstract

Nas últimas décadas, as nanopartículas magnéticas têm sido um grande objeto de pesquisas científicas, devido suas propriedades únicas não observadas em materiais bulk, que permitem sua utilização em aplicação biomédica, ambiental e do setor energético. Nesse contexto, objetiva-se nesta tese, investigar as características intrapartícula e interpartícula nos efeitos de viés de troca e treinamento em dispersões de nanopartículas bimagnéticas. Assim, foram sintetizados fluidos magnéticos baseado em nanopartículas de ferrita de cobalto com tamanhos de 3,5 nm, 4,2 nm, 4,7 nm e 6,0 nm, recobertas com uma camada de maguemita. Amostras com estados de interação entre partículas diferentes foram obtidas, variando a fração volumétrica das dispersões coloidais φ entre 0,10 % e 2,65 % e na forma de pó. A caracterização estrutural das nanopartículas foi feita por meio de medidas de Difração de Raios X, indicando uma estrutura cúbica do tipo espinélio. Resultados de Microscopia Eletrônica de Transmissão confirmaram a formação de partículas aproximadamente esféricas com baixa polidispersão. Utilizando medidas de Espectroscopia de Absorção Atômica, foram extraídas a estequiometria e as caraterísticas morfoquímicas das partículas, assim como a fração volumétrica de partículas nas dispersões. Medidas em alto campo de magnetização DC em função da temperatura, evidenciaram a existência de uma interface intrapartícula entre um núcleo ordenado ferrimagneticamente (FI) e uma superfície de spins desordenados do tipo spin glass (SGL). Desse tipo de estrutura bimagnética, surge o fenômeno de viés de troca ou exchange bias, quando realizadas medidas de magnetização após o resfriamento com campo aplicado (field cooling - FC). Em regime de fluido diluído, no qual o comportamento individual se sobressai, observou-se que as partículas de menor diâmetro e com maior fração de spins congelados na camada SGL apresentam um viés de troca mais intenso em detrimento das partículas de maior diâmetro e com menor proporção de spins desordenados. A análise de Thamm-Hesse mostrou em ambas as dispersões concentradas e, no pó, um estado global de interação desmagnetizante, em que predominaram as interações dipolares interpartículas, que vai se intensificando quando diminui a distância interpartícula. Em toda a faixa de campo de resfriamento investigada, o viés de troca é maior quando mais intensas as interações dipolares. A investigação do efeito de treinamento indica duas populações de spins desordenados. Os spins rodáveis sempre se reorganizam mais rapidamente que os congelados, o que é potencializado pelas interações dipolares. Entretanto, no regime de pó, as interações de troca interpartículas dificultam o rearranjo dos spins desordenados.