As ferritas de estrutura cristalina do tipo espinélio, que possuem uma fórmula geral M F e2O4, onde M = M g, Co, N i, Cu e Zn, são uma das classes de materiais magnéticos
mais estudados, devido algumas de suas propriedades interessantes como: baixo ponto de fusão, alto calor específico, grande coeficiente de expansão e baixa temperatura de tran- sição. Por causa dessas propriedades, as ferritas são amplamente utilizadas na tecnologia de ferrofluidos, armazenamento de informações e pigmentos magnéticos. Suas peculiares propriedades magnéticas e capacidade de responder no nível molecular vêm sendo explo- radas em biomedicina, como agentes de contraste em ressonância magnética, portadores de fármacos, bem como na terapia em tratamento de câncer [8].
Neste trabalho, grande atenção é devotada para a ferrita de magnésio e a ferrita de cobalto. A ferrita de magnésio é um óxido com estrutura do tipo espinélio normal cúbica, pertencente ao grupo espacial Fd3m com parâmetro de rede a = 8,3931 Å [55]. É conside- rada um material magneticamente macio por apresentar baixa coercividade e moderada magnetização de saturação [56]. Este material ganhou muita atenção devido à sua ampla gama de aplicações, como por exemplo: aplicações em microondas devido à baixa perda magnética e dielétrica, meios de gravação de alta densidade, catálise heterogênea e senso- res [57]. A ferrita de magnésio é conhecida por seu bom efeito fotoelétrico e, além disso, é um promissor candidato a aquecimento local em terapia de câncer [58]. Na Figura 14, é apresentado um difratograma de raios X, com seus picos de difração característicos, da ferrita de magnésio sintetizada no trabalho de Durrami et al. [55] via método de sol-gel combustão feita com tratamento térmico de 1050◦C.
Por outro lado, a ferrita de cobalto é um óxido com uma estrutura cristalina do tipo espinélio inverso, com simetria cúbica, pertencente ao grupo espacial Fd3m com parâmetro de rede a = 8,3554 Å [59]. Ela tem uma alta coercividade, elevada remanência, forte anisotropia magnetocristalina e alta magnetização de saturação (∼ 80 emu/g) [11]. É conhecida na literatura como a única ferrita, dentre as que possuem estrutura espinélio cúbica, que é classificada como material duro magneticamente [60]. Além disso, a ferrita
Figura 14: Difratograma da ferrita de magnésio (M gF e2O4), com ajuste feito pelo refinamento Rietveld,
produzida no trabalho de Durrami et al. A faixa verde mostra a diferença entre os dados teóricos e experimentais e os traços azuis indica a posição referente a cada pico. Retirada da referência [55].
de cobalto tem se mostrado promissora para diversas aplicações como: gravações em discos digitais de alta densidade, fluidos magnéticos, produção de ímãs permanentes, diagnósticos médicos, liberação controlada de fármacos e sensores, transporte de enzimas e tratamento de tumores por hipertermia [61]. Existem vários trabalhos de autores que produziram esse material e estudaram suas propriedades magnéticas e estruturais para aplicações nessas áreas [62, 44, 59]. Na Figura 15 é apresentado o difratograma de raios X da ferrita de cobalto com seus picos característicos, sintetizada pelo método de sol-gel, feita no trabalho de Cardoso et al. [63].
Figura 15: Ferrita de cobalto (CoF e2O4), com ajuste feito pelo refinamento Rietveld, sintetizada pelo
método de sol-gel com um tratamento térmico de 850◦C. Retirada da referência [63].
Na literatura, são encontrados pouquíssimos trabalhos abordando as duas fases jun- tas. Em particular, Varma et al. [64] produziram amostras de ferritas de AxCo1−xF e2O4,
tamento da relaxação dielétrica dessas ferritas quando dopadas com materiais diferentes. O padrão de difração de raios X, com o ajuste feito pelo método Rietveld, apontaram a formação de fase única de estrutura cúbica com grupo espacial Fd3m para todas as amostras preparadas, conforme mostra a Figura 16. Estes difratogramas serão debatido com mais detalhes na discussão dos resultados das amostras produzidas neste trabalho.
Figura 16: Difratograma das ferritas de AxCo1−xF e2O4 com A=M g e Zn, produzidas pelo método
de precipitação química, feitas no trabalho de Varma et al. Na Figura tem-se a ferrita de cobalto pura, dopada com 50% de zinco e 50% de magnésio. Retirada da referência [64].
experimentais
Neste capítulo, será apresentado uma breve descrição da síntese das nanopartículas de M gF e2O4 e M g1−xCoxF e2O4, assim como as técnicas utilizadas para caracterização
estrutural, morfológica, magnética e calorimétrica. Inicialmente foi preparado um con- junto de amostras de ferrita de magnésio M gF e2O4, submetidas a diferentes tratamentos
térmicos 400◦C, 500◦C, 600◦C e 1000◦C, com o objetivo de obtenção de partículas com mesma composição e com diâmetros médios de cristalitos diferentes. Em seguida, um se- gundo conjunto foi preparado um conjunto de amostras de ferritas de magnésio dopadas com cobalto M g1−xCoxF e2O4, com x = 0,0; 0,2; 0,5; 0,8 e 1,0, tratatadas a 1000◦C, a fim
de obtenção de partículas com diferentes composições.
3.1
Preparação das amostras
A síntese das nanopartículas produzidas neste trabalho foi realizada em parceira com o Laboratório de Análise Magnética e Óptica (LAMOp) da Universidade Estadual do Estado do Rio Grande do Norte (UERN), em colaboração com o Dr. Rodolfo Bezerra da Silva.
Para produção das amostras foi utilizado o método de sol-gel [14, 65, 66]. Na síntese da M gF e2O4, usaram-se o nitrato de magnésio hidratado (M g(N O3)2.6H2O), nitrato de
ferro hidratado (F e(N O3)3.9H2O) e os reagentes etileno glicol e ácido cítrico dissolvidos
em água. Para a execução do procedimento, foi produzida uma solução de ácido cítrico e em seguida, a esta, foi adicionada a quantidade estequiométrica dos respectivos nitratos. Depois, adicionou-se o etileno glicol e em seguida a solução foi colocada sob agitação a uma temperatura de 90◦C por 12 horas até a formação do gel. O gel foi posto em uma estufa e queimado a 200◦C por 12 horas até secá-lo totalmente. Uma vez seca, a amostra foi separada em quatro partes as quais sofreram tratamentos térmicos de 400◦C, 500◦C,
600◦C e 1000◦C por 2 horas em atmosfera de O2.
Para as amostras de M g1−xCoxF e2O4, feitas com diferentes concentrações de cobalto,
usaram-se F e(N O3)3.9H2O, Co(N O3)3.6H2O, M g(N O3)2.6H2O e os reagentes etileno
glicol e ácido cítrico dissolvidos em água. O procedimento em seguida foi igual ao descrito anteriormente, sendo que o tratamento térmico neste caso foi de 1000◦C. Apenas para a composição com x = 0,5, uma amostra adicional foi produzida considerando-se um tratamento térmico a 1200◦C. Na Figura 17, é representado um esquema do processo da síntese. A Tabela 1 apresenta o conjunto completo de amostras produzidas.
Figura 17: Representação esquemática de síntese das amostras produzidas neste trabalho.