Magnetoelasticidad: elastómeros estructurados de nanopartículas ferromagnéticas (Ni0) y superparamagnéticas (Fe3O4) en PDMS,

P. SOLEDAD ANTONEL; ROMINA A. LANDA; JOSÉ LUIS MIETTA; OSCAR PEREZ; GUILLERMO JORGE; MARTÍN NEGRI

Córdoba

Congreso; XVII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2011

Asociación Argentina de Investigaciones Fisicoquímicas

Introducción: La preparación de materiales con propiedades anisotrópicas moduladas por campos externos es de gran importancia para el diseño de dispositivos electrónicos. Por estos motivos nos proponemos explorar la modulación de las propiedades elásticas y magnéticas de dispersiones de nanopartículas magnéticas en una matriz elastomérica, utilizando nanopartículas ferromagnéticas y superparamagnéticas, en el contexto del desarrollo actuadores y sensores (1,2). Objetivos: - Síntesis de nanopartículas con diferentes propiedades magnéticas: superparamagnetismo (Fe3O4) y ferromagnetismo. - Preparación de compositos elastoméricos estructurados de las nanopartículas en polidimetilsiloxano (PDMS), curando en presencia de un campo magnético. - Determinación de las propiedades elásticas y magnéticas de los compositos en función de la orientación con respecto al campo magnético aplicado durante el curado. Resultados: Las nanopartículas superparamagnéticas de Fe3O4 fueron obtenidas por co-precipitación ácido-base, mientras que las nanopartículas ferromagnéticas de níquel fueron sintetizadas por reducción con borohidruro de sodio en medio micelar. Las propiedades magnéticas a temperatura ambiente se determinaron por VSM. Se realizaron experimentos de SQUID, que permitieron observar la transición paramagnética-ferromagnética a 260 K a campo cero. Los resultados de DRX, TEM y SEM fueron consistentes con tamaños promedio de 13 nm para Ni y 16 nm para Fe3O4. Se colocaron dispersiones de nanopartículas-PDMS en un dispositivo especialmente diseñado que permite curado a una temperatura dada en presencia de un campo magnético uniforme (0,3 T), rotando la muestra a velocidad constante. Como resultado de este proceso se obtuvieron cadenas macroscópicas (agujas), formadas mediante la agregación de las nanopartículas, alineadas en la dirección del campo aplicado. Por lo tanto, el composito curado aparece morfológicamente estructurado. Las propiedades elásticas y magnéticas se estudiaron en función de la orientación. Los compositos presentaron siempre carácter elástico, con baja histéresis y con módulo de Young mayor en la dirección de las agujas (valores dependientes de la composición). Todos los sistemas presentan también anisotropía magnética, con mayor magnetización en la dirección de las agujas. Conclusiones: Los efectos anisotrópicos fueron inducidos en los dos sistemas (superparamagnéticos y ferromagnéticos), sugiriendo que la magnitud relevante es el valor absoluto de la magnetización en presencia del campo aplicado durante el curado (20 y 40 emu/g para Ni y Fe3O4, respectivamente). Esto es apoyado por resultados obtenidos para CoFe2O4, donde la alineación se obtuvo para nanopartículas ferromagnéticas magnetizaciones grandes (30-50 emu/g), pero no para nanopartículas superparamagnéticas con baja magnetización (