Propriedades magneto-ópticas de colóides magnéticos á base de nanopartículas de magnetita recobertas com prata - Lopes Junior, José Carlos Campello (2010)
Neste trabalho investigamos, teorica e experimentalmente, as propriedades magneto-´opticas de um fluido magn´etico constitu´ıdo de nanopart´ıculas core-shell (caro¸co-casca), em que o caro¸co ´e feito de magnetita e a casca de prata. O modelo te´orico utilizado baseou-se no modelo de Mie, dentro da aproxima¸c ao eletrost ´atica, que consiste no caso em que o di ametro das nanopart´ıculas ´e muito menor que o comprimento de onda da luz incidente ( ). Uma rela¸c ao de Claussius-Mossotti para o sistema core-shell foi utilizada para o c´alculo da susceptilidade el´etrica da nanopart´ıcula core-shell para lambda=632 nm. A susceptilidade el´etrica do nanocomposto foi fortemente dependente do di ametro do caro¸co e da espessura da casca. Entretanto atinge um valor m´aximo de 7,20 (maior que o de uma nanopart´ıcula de prata com 0 = 4, 30 ou de magnetita 0 = 1, 47) para uma fra¸c ao f, definida como f = (Dcore/Dcore−shell)3, igual a 0,36. Este resultado sugere que existe uma fra¸c ao ideal entre os materiais que proporciona ao nanocomposto resposta m´axima `as propriedades ´opticas. No intuito de comparar nossos resultados te´oricos com dados experimentais, um fluido magn´etico core-shell foi sintetizado no Instituto de Qu´ımica da UFG pelo grupo da Profa. Dra. Em´ılia Celma de Oliveira Lima. As nanopart´ıculas foram suspensas em ´agua em pH fisiol´ogico e recobertas por uma dupla camada de ´acido la´urico (´acido dodecan´oico). As nanopart´ıculas foram caracterizadas por difra¸c ao de raios-X (DRX), microscopia eletr onica de transmiss ao de alta resolu¸c ao (HR-TEM), espectrometria de energia dispersiva de raios-X (EDS) e magnetometria de amostra vibrante (VSM).O m´etodo de Sturges foi utilizado para montar o histograma dos di ametros das nanopart´ıculas. Os dados revelaram a exist encia de uma distribui¸c ao bimodal. Ambas distribui¸c oes foram ajustadas considerando uma distribui¸c ao do tipo lognormal. O di ametro modal de uma delas foi de 9.24 ± 0.03 nm com uma dispers ao de 0.27 ± 0.02, enquanto que para a outra distribui¸c ao foi encontrado um di ametro modal de 23.0 ± 0.2 nm e dispers ao 0.2 ± 0.1. A espectrometria de energia dispersiva confirmou a presen¸ca de magnetita e prata, em quantidades significativas, somente nas part´ıculas de maior di ametro, enquanto nas de menor di ametro foi confirmado a exist encia apenas de magnetita. A partir destas an´alises foi confirmada a s´ıntese de um fluido magn´etico contendo 10 % das nanopart´ıculas do tipo core-chell . Dados de magnetiza¸c ao foram obtidos para estimar a fra¸c ao volum´etrica de nanopart´ıculas magn´eticas. Medidas das propriedades magneto-´opticas foram feitas utilizando a t´ecnica de magnetotransmissividade com polarizador e analisador orientados na dire¸c ao do campo magn´etico aplicado. Amostra contendo10% de suas nanopart´ıculas do tipo core-shell , com uma fra¸c ao volum´etrica total de apenas 0,18%, apresentou uma extin¸c ao da luz de 100% a um campo de apenas 500 Oe, enquanto que uma amostra com 100% de nanopart´ıculas do tipo core , em concentra¸c ao semelhante (0,15%), apresentou uma extin¸c ao de 50% na mesma faixa de campo magn´etico. Os dados de magnetotransmissividade foram ajustados considerando um modelo contendo apenas 2 par ametros, estando um deles relacionado a susceptibilidade el´etrica e outro a forma¸c ao de estruturas auto-organizadas no col´oide. O tamanho m´edio de aglomerados (nanopart´ıculas formando uma cadeia linear) variou de 2.09 para 3.36 para uma fra¸c ao volum´etrica crescendo de 0,06% para 0,18%. Usando dados da literatura acerca da estimativa do comprimento da dupla camada de ´acido la´urico, como sendo de aproximadamente 2 nm, e analisando os dados de magnetotransmissividade para diversas concentra¸c oes de nanopart´ıculas, foi poss´ıvel obter a fra¸c ao f das nanopart´ıculas core-shell como sendo de 0,17. Este resultado, conjuntamente com os dados de TEM, permitiu concluir que o di ametro do caro¸co na nanopart´ıcula core-shell ´e de 13 nm. Este resultado ´e interessante tecnologicamente, pois sugere que, para se obter sucesso no recobrimento de nanopart´ıculas, seja necess´ario, ou ao menos importante, utilizar amostras com baixa dispers ao de di ametros.