Nanocubos de magnetita de alta cristalinidad en medios líquidos y sólidos: propiedades magnéticas y el efecto de las interacciones dipolares en su desempeño como nanocalefactores
Authors:   , Orozco Henao Juan Manuel 
Published: July 2022

Se presenta el estudio y caracterización de nanopartículas de magnetita con tamaños entre 12 nm y 51 nm, con geometrías esféricas y cúbicas, sintetizadas mediante ruta química por descomposición térmica. Como novedad durante este trabajo, se implementó una síntesis de nanocubos de magnetita con alto grado de cristalinidad y una alta reproducibilidad a partir de la introducción de ácido palmítico como surfactante. La caracterización estructural de las muestras obtenidas se realizó mediante diferentes técnicas experimentales como la microscopía por transmisión de eletrones (TEM) y la dispersión de rayos-X a bajos ángulos (SAXS), de donde fueron obtenidos el tamaño medio y geometría de las nanopartículas además del grado de aglomeración presente en dispersiones líquidas. Para el análisis de las medidas SAXS, se implementó un modelo de ajuste específico para las muestras de nanocubos que tuviese en cuenta un factor de estructura cúbica. Las propiedades magnéticas de los sistemas estudiados fueron determinadas experimentalmente por medidas de magnetización D.C. en función del campo aplicado y la temperatura. El estudio de estas propiedades fue realizado dentro de la teoría del magnetismo en partículas magnéticas monodominio. La proporción del contenido magnetita/maghemita en las muestras se determinó utilizando espectroscopía Mössbauer a través de la correlación que hay entre el corrimiento isomérico de las muestras y la mencionada proporción. Además, mediante una propuesta de ajuste de los espectros Mössbauer desarrollada en esta tesis se determinó el valor de la constante de anisotropía efectiva de las muestras estudiadas . El efecto de las interacciones dipolares entre partículas fue estudiado en dispersiones líquidas y sólidas. En este estudio se utilizaron nanopartículas con geometría cúbica y tamaño medio de 40 nm que presentaron la característica de formar espontáneamente cadenas, efecto que se considera favorable para aplicaciones de este tipo de sistemas como nanocalefactores. A partir de este estudio fue propuesto y desarrollado un modelo para dar cuenta de la magnetización en función del campo aplicado en cadenas de nanocubos dispersas en líquido. En esta propuesta se considera que las cadenas presentes en una dispersión líquida tienen la posibilidad de rotar libremente y por lo tanto la magnetización se puede describir con una función de Langevin y que el número de cubos que forman una cadena depende de la magnitud del campo aplicado. Para el estudio de la configuración de los momentos magnéticos individuales de partículas cúbicas que forman una cadena, se consideró una anisotropía cúbica con direcciones fáciles en la diagonal del cubo. A partir de la relación entre la energía magnética, térmica, de interacción dipolar y la de anisotropía, se determinó que la configuración de momentos energéticamente más favorable en una cadena es en una disposición tipo <<zig-zag>>. La evaluación de la capacidad de disipación por unidad de masa bajo la acción de un campo de radiofrecuencia para varias muestras con diferentes propiedades estructurales y magnéticas en dispersiones líquidas fue realizada mediante medidas calorimétricas y en dispersiones sólidas por inducción electromagnética. Mediante la aplicación (o no) de un campo magnético durante la elaboración de las muestras en dispersiones sólidas con el fin de provocar la formación y organización espacial de cadenas en la dirección de aplicación, se obtuvo una muestra con anisotropía ordenada (y una muestra con anisotropía aleatoria). A partir de la comparación entre estos dos tipos de sistemas se determinó el efecto de la anisotropía en el desempeño como nanocalefactores de las muestras.