Síntese e caracterização de fluidos magnéticos de ferrita de cádmio

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2006.Neste trabalho foi feita a síntese do fuido magnetico de ferrita de cadmio, pelo método da coprecipitação ao de nanoparticulas de CdFe2O4 proposto por Yokoyama (YOKOYAMA et al.,1996). A caracterizacção foi feita por várias técnicas, tais como, absorção atômica, microsco- pia eletrônica de transmissão (MET), birrefringência, Mössbauer e ressonância paramagnética eltrônica (RPE). A nanopartícula sintetizada apresenta magnetização espontânea. Os resultados da absorção atômica mostram a que nanopartícula é estequiométrica, mantedo a proporção 2[Fe] : [Cd]. A micrografia da microscopia eletrônica de transmissão mostra a presença de dois tipos de partículas, com diâmetros diferentes. A polidispersão ajustada, com base na micrografia, mostra partículas com diâmetro médio de 4,56 nm e ¾ = 0; 195 e partículas com diâmetro médio de 7,34 nm e ¾ = 0; 110. Ou seja, a maior polidispersão é das partículas com menor diâmetro. Os resultados obtidos através das medidas de birrefringência magnética estática mostram que o sinal é composto por tretrâmeros (90,4%) e dímeros (6,05%), com pouca, ou nenhuma, contribuição de monômeros. Utilizando a montagem da técnica de birrefringência podemos, ainda, determinar a transmissividade observando um valor muito alto, maior que a da maioria dos fluidos magnéticos conhecidos. Esse comportamento se deve µa formação de aglomerados e cadeias longas. Os espectros Mössbauer indicam um comportamento superparamagnético para as nanopartículas de ferritas de cádmio. Os espectros de ressonância magnética apresentam duas linhas de ressonância em posições distintas. A primeira em campo mais baixo, em torno de 1000 G (g ¼ 4) e outra em torno de 3000 G (g ¼ 2). A linha em g ¼ 4 foi identificada como a contribui»c~ao das partículas menores, com baixa simetria, e a linha em g ¼ 2 foi associada com as partículas maiores. As medidas da variações da largura de linha de ressonância revelam que a barreira de energia de anisotropia (¢E), para a amostra mais concentrada, é mais sensível µa variação de temperatura. A maior concentração de partículas favorece o aparecimento de dímeros e cadeias, e isso aumentaria a interação das partículas. Na variação da largura de linha com a concentração as contribuições dipolares prevalecem, reforçando a idéia de alinhamento das partículas. xv A variação do campo de ressonância com a temperatura é coerente com os dados obtidos via MET. A razão entre as áreas das polidispersões é igula à razão entre µas áreas dos sinais de RPE em baixo e alto campo. Isso reforçaa a idéia da relação entre os sinais de ressonância e os tamanhos das nanopartículas. Na avaliação dos dados da ressonância, como a variação angular, aparece um termo de quadrupolo (Hk4), quando aumentamos a concentração, indicando que a simetria passa de uniaxial para bi-axial. Mudando a concentração conseguimos, ainda, calcular a distância entre as partículas e sua relação com as concentrações. ________________________________________________________________________________________ ABSTRACTIn this work we report the sinthesys and characterization of a cadmium ferrite CdFe2O4 magnetic °uid. The sinthesys was carried on according to the Yokoyama (YOKOYAMA et al., 1996) process and the characterization was done using several techniques, such as, transmis- sion electron microscopy, magnetic resonance, MÄossbauer spectroscopy, and atomic absorption. TheCdFe2O4 ferro°uid produced shows spontaneous magnetization and, according to the atomic absorption measurements, has a stechiometric proportion of 2[Fe] : [Cd]. The transmission electron microscopy reveals the presence of two kinds of CdFe2O4 ferrite particles having mean diameters of 4:56 nm and 7:34 nm, and 0:195 and 0:110 polidispersions, respec-tively. Mössbauer spectroscopy measurements show that the particles are superparamagnetic. The magnetization and the susceptibility ac were studied as a function of temperature and give evidence of two kinds of relaxation (Neél and Boltzman) in the sample, which is characteristic of cooperative phenomena as dipolar interactions. The strong diamagnetic component of the magnetization, however, do not allow the \measurement" of the saturation magnetization. Birefringence measurements show a predominant presence in the sample of tetramers (90:4%) and dimers (6:05%). The presence of clusters and long chains of particles in the sample gives rise to a high (light) transmission coeficient, highest than those for known ferro°uids. The magnetic resonance spectra give evidence of contributions from two distinct crystallographic sites to the resonance line. The first one, giving a resonance line at low field and g-factor ¼ 4 is attributed to low symmetry sites, related to the smaller particles, and the second, giving a resonance line at the higher field and g-factor ¼ 2, to well defined crystallographic sites, related to larger particles. The ratio between the areas of the two resonance lines agrees with the ratio for the polidispertions areas. The study of the linewidth of the resonance lines as function of temperature and concentration of magnetic particles also give evidence of dimers and chains of particles in the samples. From de dependence of the lineewidth on the concentration, the interparticle distance is deduced