Caracterización de un ferrogel de nanopartículas magnéticas de Oxido de Hierro en una red de PVA

ARCINIEGAS L; MENDOZA ZELIS P; PASQUEVICH G A; SANCHEZ F H; GONZALEZ J S; HOPPE C E; ALVAREZ V A

Congreso; 97° Reunión Nacional de Física de la Asociación Física Argentina, Villa Carlos Paz, Córdoba, Argentina.; 2012

Los ferrogeles (FGs) son nanocompuestos formados por nanopart´ıculas (NPs) magn´eticas dispersas en una matriz polim´erica (hidrogel). Entre sus aplicaciones se encuentran procesos de administraci´on de drogas y m´usculos artificiales, que pueden controlarse y manipularse mediante campos magn´eticos externos. En esta comunicaci´on se presenta un estudio de las propiedades magn´eticas de ferrogeles de polivinil alcohol (PVA) y NPs de ´oxidos de Fe. Para la preparaci´on de estos ferrogeles, primero se obtuvieron hidrogeles de PVA por el m´etodo de congelamientodescongelamiento1,2 a partir de soluciones acuosas del pol´ımero. La fase magn´etica fue sintetizada por inmersi´on del hidrogel en una soluci´on acuosa de sales de Fe y posterior coprecipitaci´on del ´oxido en medio b´asico. Dadas sus potenciales aplicaciones es de gran relevancia estudiar la respuesta de los FGs a campos externos est´aticos y variables. El estudio experimental se realiz´o por medio de magnetometr´ıa SQUID y VSM y susceptometr´ıa ac. Teniendo en cuenta el importante cambio de volumen experimentado por el FG al ser hidratado se midieron muestras secas y h´umedas, estas ´ultimas encapsuladas con agua en recipientes herm´eticos diamagn´eticos. Se realizaron medidas exploratorias de ciclos M vs H (hasta 18000 Oe) a temperatura ambiente en un VSM. Posteriormente se estudi´o la respuesta ac de las muestras por susceptometr´ıa entre 14 K y 300 K a una frecuencia de 825 Hz. Finalmente se midieron ciclos de M vs H (hasta 2400 kA/m), a diferentes temperaturas desde 10K hasta 290 K, y se estudi´o la respuesta FC-ZFC en ese mismo rango de temperaturas bajo campos de 4 y 8 kA/m en un magnet´ometro SQUID3 Los ciclos muestran que la coercitividad desaparece a 10 K  T  40 K en acuerdo con la medida ZFC que indica una temperatura media de bloqueo de 17 − 25 K y con los resultados de susceptibilidad ac. En consecuencia los ciclos fueron analizados con funciones de Langevin y proponiendo una distribuci´on lognormal de momentos de NP. El an´alisis de las medidas a temperaturas pr´oximas a ambiente (VSM y SQUID) sobre muestras h´umedas y secas sugieren un di´ametro caracter´ıstico D de NP entre 4.9 y 5.6 nm. Sin embargo, el resultado del an´alisis para todo el rango t´ermico presenta una inconsistencia f´ısica: el momento de NP parece experimentar un incremento continuo y sustancial con T. Resultados similares fueron reportados por Allia et al4 en donde este comportamiento fue atribuido a artefactos originados en interacciones dipolares entre NPs. No obstante, esa interpretaci´on ser´ıa discutible en el caso presente en el que observaciones TEM sugieren una distribuci´on homog´enea de NPs con una distancia media entre ellas d  3D, por lo que en principio no se esperar´ıan efectos dipolares importantes. Esta interpretaci´on es consistente con experimentos realizados para investigar el efecto de forma (interacci´on magnetost´atica) sobre cortes de muestra aciculares que no brindaron diferencias apreciables para configuraciones paralela y perpendicular al campo aplicado. No obstante, a´un es posible que existan peque?nos aglomerados de NPs de forma is´otropa, donde las NPs interact´uen entre s´ı. Se puede establecer una cota m´axima de 8 nm para el tama?no de NPs a partir del comportamiento de la magnetizaci ´on de saturaci´on MS con T. ´Este da evidencia de la existencia de oscilaciones colectivas del momento seg´un Ms(T)= Ms(0) (1− T)5, donde  = kb KV , siendo kb la constante de Boltzmann, K la constante de anisotrop´ıa magn´etica efectiva de las NPs y V el volumen medio de las NPs. Dado que Ms no depende de la existencia de interacciones entre part´ıculas la cota mencionada es confiable. Los posibles or´ıgenes del comportamiento no f´ısico del momento aparente de las NPs en funci´on de la temperatura ser´an discutidos.