Estudo das propriedades estruturais e magnéticas da ferrita de cobalto-alumínio

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2016.Ferritas de cobalto (CoFe2O4) têm sido estudados extensivamente nos últimos anos devido a suas notáveis propriedades físicas. Estas propriedades fazem dele um bom candidato para a fabricação de sensores magnéticos, sistemas de carreamento de fármacos, diagnóstico médico, gravação magnética de alta densidade, etc. Suas propriedades magnéticas, que são comuns à maioria das ferritas de estrutura espinélio, são explicadas pela intensa interação de supertroca entre os cátions localizados nos sítios A e B. Assim, pode ser possível ajustar o momento magnético, substituindo os cátions de ferro na estrutura espinélio por algum outro elemento não-magnético, enfraquecendo a interação de supertroca, abrindo a possibilidade de um ajuste magnético fino de maneira a atender a aplicação tecnológica visionada. Um possível bom candidato para substituição é o alumínio. Ele tem zero momento magnético e também a vantagem econômica de baixo custo de aquisição. As ferritas de cobalto-alumínio (CoAlxFe2-xO4) trazem algumas alterações importantes nas propriedades estruturais e magnéticas do CoFe2O4, expandindo as possíveis áreas de aplicação. Neste trabalho, foi utilizado a espectroscopia Mössbauer e Difração de raios X (DRX) para investigar a distribuição de cátions no CoAlxFe2-xO4 sintetizado pelo método de reação de combustão, com teor de Alumínio (x) variando entre 0,00 e 2,00. A estrutura de fase única espinélio foi verificada por DRX e confirmada por espectroscopia de Raman. Os modos Raman foram deslocados para o azul com o aumento no teor de alumínio. Além disso, observou-se que a intensidade dos picos de difração nos padrões de DRX varia em função da distribuição catiônica de alumínio substitucional. Fazendo uso destes resultados foi possível determinar, com ajuda do método de refinamento de Rietveld e da espectroscopia Mössbauer, a distribuição catiônica das amostras de CoAlxFe2-xO4. Além do mais, medidas de magnetização mostraram uma queda geral da magnetização de saturação e magnetização remanescente com o aumento no teor de Alumínio, indicando um enfraquecimento das interações de supertroca.Cobalt ferrites (CoFe2O4) have been extensively studied in the past few years due to their remarkable physical properties. They have been quoted as one of the best candidates for high density magnetic recording. These properties make it also a good candidate for its use in magnetic sensors, drug delivery systems, medical diagnosis, etc . Their magnetic properties, that are common to most of the spinel ferrite materials, are explained by the super-exchange interactions between A- and B-sites cations. Thus, it may be possible to tune the magnetic moment by replacing the iron cation in the spinel structure by some other non-magnetic element, weakening the super-exchange interaction, opening the possibility of magnetic fine adjustment as the technological application may require. One possible good candidate for substitution is aluminium. It has zero magnetic moment and also the economic advantage of low cost of purchase. The aluminium substituted cobalt ferrites (CoAlxFe2-xO4) brings some important changes in the structural and magnetic properties of CoFe2O4, expanding the fields of possible applications. In this work, we use X-Ray Difraction and Mössbauer spectroscopy to investigate the cation distribution on the CoAlxFe2-xO4 with x varying composition from 0,00 to 2,00 synthesized by combustion reaction method. The formation of a single phase spinel structure was verified by X-ray diffraction (XRD) and confirmed by Raman spectroscopy. The Raman modes were blue-shifted with increase on aluminum content. In addition, it was observed that the intensity of the diffraction peaks changed as the aluminium content distribution was varied. Using those observations it was possible, with the help of the Rietveld refinement method and Mössbauer spectroscopy, to calculate the cation distribution in A- and B-sites of the spinel structure. Also, magnetization measurements showed an overall decay of the saturation magnetization and remanent magnetization with increase in aluminium content, indicating the weakening of the super-exchange interactions