Synthesis, characterization, and measurements of hyperfine interactions in magnetic nanoparticles of pure and doped ferrites

As nanopartículas magnéticas (NPMs) são estudadas ao longo das últimas décadas devido ao seu uso potencial em diversas áreas. Geralmente, são constituídas por pelo menos um elemento magnético e podem ser manipuladas utilizando um campo magnético externo. O presente trabalho visou estudar, produzir e caracterizar ferritas puras e dopadas com interesse em biomedicina, utilizando a técnica de espectroscopia de correlação angular gama-gama perturbada (CAP) pra investigar as propriedades magnéticas em escala atômica, utilizando como núcleos de provas 111In(111Cd) e 181Hf(181Ta). As amostras de magnetita foram produzidas pelos métodos de coprecipitação, decomposição térmica e sol-gel. As nanopartículas foram caracterizadas quanto a sua estrutura pela difração de raios X (DRX); e ao seu tamanho, morfologia e composição elementar pela técnica de microscopia eletrônica de transmissão (MET) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS). Testes biológicos também foram realizados para verificar a citotoxicidade para viabilidade celular. Os resultados de DRX mostraram que as nanopartículas de ferrita mostram estrutura pertencente ao grupo espacial Fd3m e que seu tamanho varia conforme a mudança de síntese e após o tratamento térmico. As nanopartículas (NPs) produzidas pelo método de decomposição térmica apresentaram maior monodispersão e controle do tamanho médio das partículas. Entretanto, o método de coprecipitação é o método mais indicado devido ao baixo custo e a simplicidade. A técnica CAP mostrou que as amostras dopadas com érbio não apresentaram modificações em relação ao comportamento magnético da magnetita pura. Enquanto na magnetita dopada com háfnio e ferrita de níquel precisam de um estudo mais refinado pela técnica CAP. Os testes biológicos mostraram que a magnetita pura e dopada com samário apresentaram baixa toxicidade resultando num material potencial para aplicações biomédicas.Magnetic nanoparticles (MNPs) have been studied over the last few decades due to their potential use in several areas. Generally, they consist of at least one magnetic element and can be manipulated using an external magnetic field. The present work aimed to study, produce and characterize pure and doped ferrites with interest in biomedicine, using the technique of perturbed gamma-gamma angular correlation spectroscopy (PAC) to investigate the magnetic properties on an atomic scale, using ion-implanted 111In(111Cd) and 181Hf(181Ta) as probe. Magnetite samples were produced by coprecipitation, thermal decomposition and sol-gel methods. The nanoparticles were characterized as to their structure by X-ray diffraction (XRD); and their size, morphology and elemental composition by the technique of transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersion spectroscopy (EDS). Biological tests were also performed to verify cytotoxicity for cell viability. The XRD results showed that the ferrite nanoparticles show a structure belonging to the Fd3m space group and that their size varies according to the synthesis change and after the heat treatment. The nanoparticles (NPs) produced by the thermal decomposition method showed greater monodisperse and control of the average particle size. However, the coprecipitation method is the most suitable method due to its low cost and simplicity. The PAC technique showed that the samples doped with erbium exhibited no changes in relation to the magnetic behavior of pure magnetite. While the magnetite doped with hafnium and nickel ferrite need a more refined study by the PAC technique. Biological tests showed that pure and samarium doped magnetite showed low toxicity resulting in a potential material for biomedical applications