Efecto del pre-tratamiento en sustrato de vidrio en la obtención de películas magnéticas de nanopartículas de Fe3O4 mediante la técnica de Langmuir-Blodgett

V. DABOIN; E. D. FARÍAS; J. S. RIVA; P. G. BERCOFF

Córdoba

Encuentro; 8vo Encuentro de Jóvenes Investigadores en Ciencia y Tecnología de Materiales (JIM 2023); 2023

La síntesis y caracterización de nanopartículas magnéticas (NPMs) han sido motivo de investigación durante los últimos años debido a sus múltiples aplicaciones, tales como almacenamiento de datos [1], como agentes de contraste en imágenes de resonancia magnética (IRM) [2], en celdas solares [3], como catalizadores [4], entre otros. No obstante, hoy en día, las NPMs se consideran como bloques de construcción para futuros dispositivos nanotecnológicos siendo el desarrollo de nanomateriales bidimensionales (2D) formados por nanopartículas todo un desafío [5]. Entre las diversas técnicas para el ensamblaje y depósito de NPMs como nanomateriales 2D sobre sustratos sólidos, la técnica de Langmuir-Blodgett (LB) es sin duda uno de los mejores métodos, debido al control del espesor y homogeneidad de la película, además de su buena reproducibilidad [6,7]. En este trabajo se analiza el efecto de los diferentes pre-tratamientos de los sustratos y de las presiones superficiales empleadas en la transferencia de NPMs de Fe3O4, sobre las películas obtenidas. Las NPMs de Fe3O4 recubiertas de ácido oleico se sintetizaron empleando el método de descomposición térmica. Posteriormente, fueron transferidas a la superficie de los sustratos previamente tratados con 1-octadeceno, hexano, o un fosfolípido (DSPA), mediante la técnica de Langmuir-Blodgett. Para ello, se dispersó una solución de NPMs de Fe3O4 en cloroformo (~1,5 mg/mL) en la interfase aire-agua utilizando una microjeringa. Luego, la compresión de la película se realizó a una velocidad de 10 mN/min después de esperar 10 min para permitir la evaporación del cloroformo. Las películas se prepararon a presiones superficiales de 15 mN/m, 30 mN/m y 40 mN/m y se depositaron sobre el sustrato de vidrio a una velocidad de 3 mm/min. La caracterización estructural y magnética se realizó para todas las películas de NPMs de Fe3O4 obtenidas en las diferentes presiones y sustratos (tratados con el fosfolípido y los solventes mencionados anteriormente). En la Figura 1 solo se muestran los resultados obtenidos de las películas de NPMs Fe3O4 para una presión de transferencia de 40mN/m en un sustrato de vidrio tratado previamente con 1-octadeceno. La Figura 1 (a) muestra una isoterma de presión superficial versus el área usando 150 µL de la solución de NPMs de Fe3O4 en cloroformo y la presión a la cual se realizó el depósito de la película de NPMs Fe3O4 en el sustrato. En la imagen tomada con un microscopio electrónico de barrido (SEM) mostrada en la Figura 1 (b) se observan arreglos bien ordenados y compactos de NPMs, mientras que en la imagen de AFM de la Figura 1 (c) se puede apreciar una película homogénea de NPMs depositada en el sustrato. Las pequeñas áreas oscuras observadas en ambas imágenes se correlacionan con dominios no cubiertos con NPMs. Cabe destacar que la caracterización por imágenes SEM y AFM de todas las muestras, confirman la transferencia de las NPMs de Fe3O4 a los sustratos de vidrio tratados para las tres presiones superficiales empleadas, sin embargo, se observa una mayor homogeneidad y área cubierta del sustrato al transferir las películas a una presión superficial de 40 mN/m con respecto a las presiones de 15mN y 30mN/m. Este comportamiento se reiteró en los sustratos modificados con hexano, 1-octadeceno y DSPA. La altura de las películas obtenidas para los sustratos tratados varía entre (2 y 8) nm para 1-octadeceno, (4 y 12 nm) para hexano y (10 y 17) nm para DSPA.Las propiedades magnéticas de las películas de NPMs de Fe3O4 transferidas al sustrato se midieron mediante un magnetómetro de muestra vibrante (VSM) a temperatura ambiente, obteniendo curvas de magnetización como se muestran en Figura 1 (d). El campo magnético se aplicó de forma paralela (PA) y perpendicular (PE) a la superficie del sustrato, como se esquematiza en el inset de la Figura 1 (d). Las películas de NPMs de Fe3O4 sobre el sustrato muestran una rápida respuesta al campo magnético aplicado y con campos coercitivos de 18 mT cuando se miden en geometría PA y 41 mT cuando se miden en geometría PE. Este hecho indica la existencia de un plano de fácil magnetización, como se esperaba por la anisotropía de forma asociada. Esta anisotropía forma se manifiesta solo en las películas producidas a una presión superficial de 40mN/m en los sustratos tratados con 1-cotadeceno, hexano y DSPA.En base a los resultados obtenidos, la presión superficial que permitió obtener películas más homogéneas y con un mayor porcentaje de área cubierta fue de 40mN/m. Los sustratos tratados con DSPA son los que presentan mayor porcentaje de transferencia de material durante el depósito a 40 mN/m, seguido de los sustratos tratados con hexano y finalmente le siguen los tratados con 1-octadeceno. Las imágenes SEM (no mostradas en este resumen) indican que con los sustratos tratados con hexano se obtienen películas más homogéneas en comparación con los demás tratamientos.