Caracterización de un Ferrogel de Nanopartículas magnéticas de Óxido de Hierro en una red de PVA

L. ARCINIEGAS; P. MENDOZA ZÉLIS; G. A. PASQUEVICH; F. H. SÁNCHEZ; J. GONZALES; C. HOPPE; V. ALVAREZ

Villa Carlos Paz, Córdoba

Congreso; 97ª Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina; 2012

Asociación Física Argentina

Los ferrogeles (FGs) son nanocompuestos formados por nanopartículas (NPs) magnéticas dispersas en una matriz polimérica (hidrogel). Entre sus aplicaciones se encuentran procesos de administración de drogas y músculos artificiales, que pueden controlarse y manipularse mediante campos magnéticos externos. En esta comunicación se presenta un estudio de las propiedades magnéticas de ferrogeles de polivinil alcohol (PVA) y NPs de óxidos de Fe. Para la preparación de estos ferrogeles, primero se obtuvieron hidrogeles de PVA por el método de congelamiento-descongelamiento[1,2] a partir de soluciones acuosas del polímero. La fase magnética fue sintetizada por inmersión del hidrogel en una solución acuosa de sales de Fe y posterior coprecipitación del óxido en medio básico. Dadas sus potenciales aplicaciones es de gran relevancia estudiar la respuesta de los FGs a campos externos estáticos y variables. El estudio experimental se realizó por medio de magnetometría SQUID y VSM y susceptometría ac. Teniendo en cuenta el importante cambio de volumen experimentado por el FG al ser hidratado se midieron muestras secas y húmedas, estas ultimas encapsuladas con agua en recipientes herméticos diamagnéticos. Se realizaron medidas exploratorias de ciclos M vs H (hasta 18000 Oe) a temperatura ambiente en un VSM. Posteriormente se estudió la respuesta ac de las muestras por susceptometría 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 estudió la respuesta FC-ZFC en ese mismo rango de temperaturas bajo campos de 4 y 8 kA/m en un magnetómetro SQUID[3]. Los ciclos muestran que la coercitividad desaparece a T entre 10 y 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 distribución lognormal de momentos de NP. El análisis de las medidas a temperaturas próximas a ambiente (VSM y SQUID) sobre muestras húmedas y secas sugieren un diámetro característico D de NP entre 4.9 y 5.6 nm. Sin embargo, el resultado del análisis para todo el rango térmico presenta una inconsistencia física: el momento de NP parece experimentar un incremento continuo y sustancial con T. Resultados similares fueron reportados por Allia et al[4] en donde este comportamiento fue atribuido a artefactos originados en interacciones dipolares entre NPs. No obstante, esa interpretación sería discutible en el caso presente en el que observaciones TEM sugieren una distribución homogénea de NPs con una distancia media entre ellas d mayor a 3D, por lo que en principio no se esperar efectos dipolares importantes. Esta interpretación es consistente con experimentos realizados para investigar el efecto de forma (interacción magnetostática) sobre cortes de muestra aciculares que no brindaron diferencias apreciables para configuraciones paralela y perpendicular al campo aplicado. No obstante, aún es posible que existan pequeños aglomerados de NPs de forma isótropa, donde las NPs interactúen entre sí. Se puede establecer una cota máxima de 8 nm para el tamaño de NPs a partir del comportamiento de la magnetización de saturación MS con T. Este da evidencia de la existencia de oscilaciones colectivas del momento según Ms(T)= Ms(0) (1 - alfa T)[5], donde alfa = KV , siendo kb la constante de Boltzmann, K la constante de anisotropía magnética efectiva de las NPs y V el volumen medio de las NPs. Dado que Ms no depende de la existencia de interacciones entre partículas la cota mencionada es confiable. Los posibles orígenes del comportamiento no físico del momento aparente de las NPs en función de la temperatura serán discutidos. [1] Hassan CM, Peppas NA. Adv Polym Sci. 2000;153:37-65. [2] J.S. González and V.A. Alvarez. Thermochimica Acta. 521,184-190 (2011). [3] Perteneciente a la RN3M (Red Nacional de Magnetismo y Materiales Magnéticos). [4] P. Allia, M. Coisson, P. Tiberto, F. Vinai, M. Knobel, M. Novak ans W.C. Nunez. Phys. Rev. B 2001, 64, 144420-144430. [5] S. Mørup, C. Frandsen and M. F. Hansen, Beilstein J. Nanotechnol. 2010, 1, 48-54.