Investigation of the particle size influence in the thermodiffusion of positively charged magnetic colloids

Esta dissertação apresenta um estudo experimental sobre o transporte de massa de nanopartículas magnéticas induzido por um gradiente de temperatura, denominado termodifusão. A técnica de Varredura-Z é utilizada para gerar o aumento de temperatura na região irradiada pelo laser Gaussiano e formar o gradiente de temperatura. A sequente migração de nanopartículas é caracterizada pelo gradiente de concentração gerado no estado estacionário do fluxo de partículas, definindo o coeficiente Soret ST. O objetivo deste trabalho é verificar a variação de ST com o tamanho médio d0 das nanopartículas de ferrofluidos eletrostaticamente carregados em solução ácida. A dependência de ST com d0 surge do coeficiente de difusão de massa, explicando a dependência linear encontrada experimentalmente. Nestes materiais, a migração de nanopartículas ocorre para a região quente da amostra. Mostramos que este comportamento ocorre pela diminuição da carga superficial da nanopartícula na parte mais quente da amostra, diminuindo a repulsão eletrostática. A influência dos íons presentes na solução é obtida através da mudança na amplitude de ST com a diminuição do pH na amostra. Uma previsão teórica, baseada na eletrostática da dupla camada elétrica, concorda com estes dados considerando alta blindagem eletrostática das nanopartículas e a diminuição da carga superficial com o aumento da temperatura.This dissertation presents an experimental study about the mass transport of magnetic nanoparticles induced by a temperature gradient, called thermodiffusion. The Z-scan technique is used to generate the temperature increasing in the region irradiated by the Gaussian laser beam and create the temperature gradient. The following nanoparticles migration is characterized by the concentration gradient of the stationary particles flux, defining the Soret coefficient ST. The aim of this work is to obtain the variation of ST with the average size d0 of electrostatically charged ferrofluid nanoparticles in acidic solution. The ST dependence with d0 comes from the mass diffusion coefficient, in agreement with the linear dependence found experimentally. In these materials the nanoparticles migration occurs to the hot region of the sample. We show that this behavior is owing to the reduction of the nanoparticle´s surface charge in the hottest region of the sample, decreasing electrostatic repulsion. The influence of the ions from solution is obtained through the change in ST amplitude with reduction of the samples pH. A theoretical prediction, based in the electrostatic of the double layer, agrees with this data considering a high screening of the nanoparticles and decreasing of the surface charge with temperature increasing