Nanoestruturas magnéticas de ferritas: análise das propriedades magnéticas e estruturais

dc.contributor.advisorAraújo, José Humberto de
dc.contributor.advisor-co1Torres, Marco Antonio Morales
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0091292234916055pt_BR
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0002-3390-8600pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2455132422249405pt_BR
dc.contributor.authorNunes, Marcos Santos
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8380510294599672pt_BR
dc.contributor.referees1Dantas, Ana Lucia
dc.contributor.referees2Júnior, Andrea Paesano
dc.contributor.referees3Bohn, Felipe
dc.contributor.referees4Araújo, José Humberto de
dc.contributor.referees5Soares, João Maria
dc.date.accessioned2024-05-16T14:21:07Z
dc.date.available2024-05-16T14:21:07Z
dc.date.issued2024-02-23
dc.description.abstractThe enhancement of magnetic properties in core-shell nanoparticle structures and the e ect of heating magnetic nanoparticles through the application of an alternating magnetic eld have sparked signi cant scienti c and technological interest. Advances in this eld have been driven by progress in techniques for producing magnetic materials on the nanoscale, enabling various applications such as permanent magnets, biomedical applications, and magnetic hyperthermia. This thesis addresses two distinct nanostructured systems. The rst focuses on the synthesis of CoFe2O4@CoFe2 nanocomposites with a core-shell structure, using a method that does not involve special reagents or gases. The process involved the preparation of glutaraldehyde-crosslinked chitosan spheres containing CoFe2O4 nanoparticles, followed by high-temperature and vacuum heat treatment. The CO gas released during this process facilitated the reduction of Fe3+ and Co2+ ions to their zero-valent states. Upon production of the samples, their structural, morphological, and magnetic properties were investigated. X-ray di raction analysis, transmission electron microscopy (TEM), and Mössbauer spectroscopy revealed the presence of the desired magnetic phases. TEM images con rmed the core-shell structure con guration. Magnetic characterization indicated a magnetic exchange coupling between the phases under certain synthesis conditions, resulting in a maximum energy product (BH)max = 0.67 MGOe. The thickness of the CoFe2 phase (∼ 9.0 nm) aligns with the theoretical limit expected by the Kneller-Hawig theory, which is 10.2 nm for exchange coupling at the interface. The second system addresses the synthesis and study of the magnetic properties of Manganese Ferrite (MnFe2O4) nanoparticles. In this part of the work, MnFe2O4 nanoparticles were synthesized using the same method as the previous system, but with conventional heat treatment in the presence of air. Particles with various sizes were obtained by heat treatments at di erent temperatures, ranging from 7.8 to 13.3 nm. At 300 K, the saturation magnetization of the nanoparticles varied from 16.2 to 35.8 emu/g. Low-temperature Mössbauer spectroscopy showed the presence of monophasic MnFe2O4. For all samples, Mössbauer results at 300 K suggest the samples are in the superparamagnetic regime. AC and DC susceptibility measurements indicated that below the blocking temperature, the system behaves as a superspin glass. Speci c loss power (SLP) measurements were conducted at a frequency of 74 kHz and an AC eld amplitude of 247 Oe. Our results for both systems were promising, suggesting potential applications in permanent magnets and magnetic hyperthermia. Speci cally, we highlight the CoFe2O4@CoFe2 and MnFe2O4 systems.pt_BR
dc.description.resumoO aprimoramento das propriedades magnéticas de nanopartículas com estrutura núcleo@casca e o efeito do aquecimento de nanopartículas magnéticas através da aplicação de um campo magnético alternado têm despertado intenso interesse cientí co e tecnológico. Avanços signi cativos nesse campo foram impulsionados pelo progresso nas técnicas de produção de materiais magnéticos em escala nanométrica, permitindo diversas aplicações, tais como ímãs permanentes, aplicações biomédicas e hipertermia magnética. Esta tese aborda dois sistemas nanoestruturados distintos, o primeiro deles com foco na síntese de nanocompósitos de CoFe2O4@CoFe2 com estrutura núcleo@casca, por meio de um método que não usa reagentes ou gases especiais. O processo envolveu a preparação de esferas de quitosana reticuladas com glutaraldeído contendo nanopartículas de CoFe2O4, seguida por um tratamento térmico em altas temperaturas e vácuo. O gás CO liberado durante esse processo facilitou a redução dos íons Fe3+ e Co2+ para seus estados de valência zero. Após produzidas as amostras, suas propriedades estruturais, morfológicas e magnéticas foram investigadas. A análise de difração de raios-X, microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e espectroscopia Mössbauer revelou a presença das fases magnéticas desejadas. As imagens de TEM con rmaram a con guração de uma estrutura núcleo@casca. A caracterização magnética indicou um acoplamento magnético de troca entre as fases para determinadas condições de síntese, resultando em um produto energético máximo (BH)max = 0,67 MGOe. A espessura da fase CoFe2 (∼ 9, 0 nm) está de acordo com o limite teórico esperado pela teoria de Kneller-Hawig, que é de 10,2 nm, para que ocorra o acoplamento de troca na interface. O segundo sistema aborda a síntese e estudo das propriedades magnéticas de nanopartículas de ferrita de Manganês MnFe2O4. Nesta parte do trabalho, nanopartículas de MnFe2O4 foram sintetizadas usando o mesmo método do sistema anterior, porém, com o tratamento térmico convencional, na presença do ar. Partículas com diversos tamanhos foram obtidas por tratamentos térmicos em diferentes temperaturas. Assim, os tamanhos de partículas variaram de 7,8 a 13,3 nm. A 300 K, a magnetização de saturação das nanopartículas variou de 16,2 a 35,8 emu/g. A espectroscopia Mössbauer em baixas temperaturas mostrou a presença de MnFe2O4 monofásico. Para todas as amostras, os resultados Mössbauer a 300 K sugerem que as amostras estão no regime superparamagnético. Medidas de susceptibilidade AC e DC indicaram que abaixo da temperatura de bloqueio o sistema se comporta como um superspin glass. Medidas de SLP foram realizadas a uma frequência de 74 kHz e amplitude de campo AC de 247 Oe. Nossos resultados obtidos para ambos os sistemas foram promissores, sugerindo potenciais aplicações em ímãs permanentes e hipertermia magnética. Especificamente, destacamos o sistema CoFe2O4@CoFe2 e MnFe2O4.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationNUNES, Marcos Santos. Nanoestruturas magnéticas de ferritas: análise das propriedades magnéticas e estruturais. Orientador: Dr. José Humberto de Araújo. 2024. 122f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/58353
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectFísicapt_BR
dc.subjectNanopartículaspt_BR
dc.subjectNúcleo@cascapt_BR
dc.subjectAcoplamento de trocapt_BR
dc.subjectQuitosanapt_BR
dc.subjectFerrita de Manganêspt_BR
dc.subjectHipertermia magnéticapt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApt_BR
dc.titleNanoestruturas magnéticas de ferritas: análise das propriedades magnéticas e estruturaispt_BR
dc.title.alternativeMagnetic nanostructures of ferrites: analysis of magnetic and structural propertiespt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR

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