Caracterización microscópica de compositos de nanoestructuras magnéticas y polímeros conductores

JUAN CALVINO; FERNANDO V. MOLINA; P. SOLEDAD ANTONEL; ROMINA A. LANDA; MIGUEL LÓPEZ HARO

Bariloche

Congreso; XVII Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados NANO 2017; 2017

Instituto Balseiro

La preparación de compositos de nanoestructuras magnéticas y polímeros conductores resulta muy interesante, dado que los mismos presentan funcionalidades múltiples, combinando la conductividad eléctrica de los polímeros con la propiedad magnética de las nanoestructuras. De esta manera, estos materiales resultan muy prometedores para el desarrollo de dispositivos magnéticos con conducción eléctrica, con propiedades controlables eléctricamente a través de procesos electroquímicos en la matriz del polímero.Se prepararon compositos basados en polianilina (PANI) y nanopartículas magnéticas (NP) de CoFe2O4 puras y sustituidas parcialmente por Mn, por vía química, mediante la polimerización in situ del monómero, utilizando Fe(III) como agente oxidante y ácido dodecilbencensulfónico (DBSA) como medio ácido y agente protector de las NP. Estos materiales fueron caracterizados mediante microscopía de transmisión de alta resolución (HRTEM), microscopía de barrido por transmisión en modo anular de campo oscuro de alto ángulo (STEM-HAADF), espectroscopia electrónica de pérdida de energía (EELS), espectroscopia de energía dispersiva (EDS), difracción de rayos X (DRX), fluorescencia de rayos X (FRX), medidas de magnetización (VSM) y de conductividad eléctrica.Se obtuvieron materiales con buenas propiedades magnéticas y conductoras, las cuales dependen de la identidad de las NP empleadas y de la relación anilina : NP en el medio de reacción. En base a los patrones de difracción obtenidos por DRX y al análisis de las imágenes HRTEM se logró confirmar que las NP poseen una estructura de tipo espinela inversa, concordante con la identidad química de las NP y que, además, la misma no se ve afectada por el medio de reacción durante la preparación de los compositos.En base a las imágenes HRTEM y HAADF-STEM se comprobó que, afortunadamente, el tamaño de las NP no se ve modificado durante la preparación de los compositos. Las muestras que poseen polímero presentan un centro formado por NP con estructura definida, recubiertas por una capa amorfa. El espesor de dicha capa aumenta a medida que aumenta la proporción de polímero en los compositos, hecho que indica que al aumentar la proporción de monómero en el medio de reacción se obtiene mayor cantidad de polímero en el material final.Los resultados obtenidos por VSM muestran que el campo coercitivo para todos los materiales obtenidos es idéntico al observado para las NP puras. Este resultado indica que las propiedades magnéticas no se ven alteradas por la presencia de polímero conductor. Por otro lado, la magnetización de saturación disminuye al aumentar la proporción monómero : NP empleada en la síntesis, dada la mayor incorporación de polímero (material no magnético) en los compositos obtenidos, tal cual se dedujo a partir de las imágenes de HRTEM.Por último, todos los compositos obtenidos presentan conductividades eléctricas del orden de las decenas de S/cm. Los compositos presentan altas conductividades eléctricas en comparación a los obtenidos utilizando persulfato de amonio como agente oxidante. Este resultado sugiere que el producto de la reducción del Fe(III) permanece en los compositos, favoreciendo la conducción.