Síntesis y Caracterización de Esferas Huecas de Ferritas

1. XIII Encuentro de Física "LAS FRONTERAS DE LA FÍSICA EN LATINOAMÉRICA" Del 11 al 15 de Noviembre de 2013 Escuela Politécnica Nacional Telf. (593) 2 2567 846 Ext.: 2387 Quito – Ecuador Síntesis y Caracterización de Esferas Huecas de Ferritas Pedro Silva

2. Esquema de la Trabajo: • Introdución • Resonancia Magnética • Preparación • Resultados • Rayos X • microscopíaElectrónica • Resonancia Magnética • Conclusiones InstitutoVenezolano de InvestigacionesCientíficas

3. Plaza Bolívar y Bello de Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas IVIC

5. Personal Estudiantes Graduados Lic. Yeni Sánchez Lic. Fernando Torres Lic. Leonardo Vivas Lic. José Luis Villegas Lic. Daniel Macero Lic. Maury Herrera Lic. José Zabala Dr. Rixio Parra Dr. Rodrigo Medina DraMarisel Díaz Dra. Sarah Briceño Dr. Camilo Zamora Dr. Werner Brämer MSc. Aleida González Lic. Marcos Carrasquero Lic. Olgi Alcalá Ing. Juán Fuenmayor T.S.U. Domingo Palma Br. José Montaño Dr. Pedro Silva Colaboración Internacional Convenio PCP Convenio Ecos NORD Convenio CSIC-IVIC

6. Infraestructura y Equipos

12. Líneas de Interés Espintrónica Desarrollo de Sensores Dispositivos de Almacenamiento Semiconductores magnéticos diluidos Películas Delgadas Ferromagnéticas Almacenamiento magnético Óxidos Magnéticos Estudio de la inducción de Ferromagnetismo a temperatura ambiente Métodos de Preparación Control de las Condiciones de Preparación Propiedades Eléctricas Propiedades Magnéticas Propiedades Catalíticas NanoparticulasMagnéticas (Ferritas Mixtas y Esferas Huecas) Nanoconductividad

13. Objetivo de La Investigación El objetivo principal de estetrabajo ha sidopreparardiferentesesferashuecas de oxidosternarios, lascualespuedanexhibirnovedosaspropiedadesfisicas y químicas.

14. Aplicaciones Medio de Transporte Esferas Huecas Ferritas Electronica • Capsulas de liberación de medicamentos dirigido • Liberación de fármacos de peso ligero • Absorción selectiva • Catálisis • Grabación magnética • Absorbentes • Cerámicas porosas Medicina Catalisis Optica Cambios en laspropiedadesmagnéticas nmscale µm scale Sergey P. Gubin, Magnetic Nanoparticles, Editorial WILEY-VCH 2009.

15. Introducción Meng*: CoFe2O4obtuvoesferashuecas con tamaños entre 600 nm hasta 1 μm, preparadashaciendotratamientohidrotérmico de unasoluciónacuosacontentiva de glucosa Antecedentes • Zhu †sintetizóesferashuecas de Fe3O4@SiO2usando el métodohidrotermal. *Y. Meng, D. Chen, and X. Jiao, Eur. J. Inorg. Chem. 2008, 4019 - 4023. † Y. Zhu, AND. Kockrick, T Ikoma, N. Hanagata, and S. Kaskel, Chem. Mater. 2009.

16. ResonanciasMagnéticas

17. INTERACCIÓN ZEEMAN     Representa la interacción entre los momentosmagnéticos del electrón y del nucleo con espín I > 0, todosellosconsideradoscomomicromagnetosinteraccionando con un campo magnéticoexterno

18. INTERACCIÓN DE CONTACTO DE FERMI Es un terminopequeñoquerepresenta la interacción del momentomagnético nuclear con el campo magnético en la posición del núcleodebido a lascorrienteselectricasasociadas al espín del electrón.

19. Interacción Dipolar µ    Equivalente a la interacciónclásica de dos magnetos En el caso de diluciónmagnética: HD = 0 H

20. Interacción Spin-Orbita   Estainteraccióntoma en consideración el efectosobre el momento de espíndebido al momentoasociado al movimiento orbital del electrón

21. RESONANCIA FERROMAGNÉTICA La precesión de la magnetizacióndepende de la orientación del material con respecto al campo externo, de la intensidad del campo y de la magnetizacónmacroscopica de la muestra, la frecuenciaefectiva de precesión de un ferromagnetoes mucho menorque la observadaparalodelectrones en EPR Los anchos de líneaestánfuertementeinfluenciadospor el ESTRECHAMIENTO DIPOLAR y por el ensanchamiento de intercambio. El análisisteórico de los espectros FMR es mucho mas complejoquepara los casos de EPR y de NMR

22. FMR – FUNDAMENTOS TEÓRICOS R Ancho de Línea del Espectro Campo de Resonanciapara el espectrointegrado.

23. Comportamientosuperparamagnético

24. Super-paramagnetismo nano-partículas mono-dominio con simetría magnética uniaxial,  viene dado por la ley de Arrhenius Eaes la energía de activación. partículas mono-dominios con anisotropía uniaxial y magnetización uniforme y suponemos que el momento magnético de la partícula se invierte en un campo magnético externo por rotación coherente: Hsw es el campo de suicheo, m es una constante fenomenológica que depende del ángulo  entre el campo magnético H y el eje de anisotropía. Si el campo es paralelo al eje, m = 2 y Hsw = Hk, = 2K/Ms es el campo de anisotropía. Para partículas orientadas aleatoriamente m  3/2.

25. Los valores de 0 están típicamente en el rango de valores 10-13 – 10-9 m >>  La relajación es tan rápida que se observa un tiempo promedio en la orientación de la magnetización en la ventana de tiempo experimental y el conjunto de nano-partículas se comporta como un sistema paramagnético (Estado Super-paramagnético) m <<  La relajación es tan lenta que se observan propiedades de no-equilibrio termodinámico (estado bloqueado). m =  TB La temperatura de bloqueo, TB es la temperatura que separa los dos estados El valor exacto TB no está claro, debido a las desigualdades de las partículas y a la elección un tanto arbitraria de m. TB no está unívocamente definida ya que los valores de m dependen de la técnica experimental

26. La situación con los espectros de SPR es algo paradójica: a primera vista parecen muy simples mientras el análisis teórico subyacente es muy complicado. Los intentos de extraer la información significativa de una inspección visual de un espectro de SPR fallan generalmente porque tal espectro es evidentemente sobreparametrizado. Efectivamente, muy a menudo este espectro se ve como una única línea ligeramente asimétrica o, en el mejor de los casos, como una superposición de dos líneas. Además, la forma espectral observada, de hecho, es la superposición de un gran número de las contribuciones de nanoparticulas individuales, cada una caracterizada por su propia forma de línea dependiente del tamaño. En esta situación, las simulaciones de computadora de los espectros de SPR se vuelven inevitables.

27. El campo de resonancia de un nanoparticula en particular incluye contribuciones anisotrópicas, como el campo de anisotropía magnetocristalino que depende de la naturaleza física de la partícula y el campo de demagnetización que depende de la forma de partícula. En un sistema superparamagnético desordenado, las nanoparticulas están orientadas más o menos al azar de manera que la dependencia angular de su campo de resonancia resulta en un ensanchamiento orientacional del espectro. El distintivo de la SPR es el estrechamiento superparamagnetico. A temperaturas elevadas las fluctuaciones térmicas de los momentos magnéticos de las nanoparticulas reducen seriamente tanto la anisotropía angular de el campo de resonancia como de los anchos de línea intrínsecos, y se observan espectros de resonancia particularmente angostos. El estrechamiento es más pronunciado para partículas de tamaño más pequeño.

28. Anchos de Línea y CambioAparente en el Campo de Resonancia Se puedeobservarque al bajar la temperatura el ancho de línea se incrementa y el campo de resonanciaaparente (El medido en el máximo de la absorción) disminuye: estoescaracterístico de sistemasquepresentanSuperparamagnetismo. En la mayoría de los casosconsiderados con anterioridad se obtiene la expresión del cambio en el campo de resonanciacomofunción de el ancho de línea y lasresuminos en la siguientetabla. Donde

30. Síntesis Hidrotermica CoSO4.7H2O ZnSO4.7H2O MnCl2.4H2O Ni(NO3)2.6H2O 10ml de Agua Destilada 2g of C6H12O6 0,3921g of [(NH4) 2Fe (SO4) 26H2O] X g of M M; 2Fe MFe2O4 Recipiente de Teflón Reactivos de partida Reactor de aceroherméticamentesellado Agua de acuerdo a la capacidad del contenedor (70-80 % del volumen total) paraprevenirefectos de altatemperatura 160°C por 24 horas Horno 20 ml muffle por 3 horas Samples OaktonAspirator WP-15 for 30min 550°C for 2 hours

31. Resultados Difracción de Rayos X Estructuraespinela

32. Difracción de Rayos X

33. ResultADOS PARA CoFe2O4 Microscopía Electrónica de Transmisión 0.4-1.1 µm MicroscopíaElectrónica De transmisiónparalasesferashuecas de CoFe2O4.

34. ResultADOs MicroscopíaElectrónica de Transmisión de Alta Resolución TamañoPromedio de lasnanopartículas 7.32 nm MicroscopíaElectrónica de Transmisión de Alta Resolución Distribución de Tamaños de lasnanopartículasqueconforman la microestructura de lasesferashuecas de CoFe2O4

35. ResultADOs PARA ZnFe2O4 SEM of the hollow spheres of ZnFe2O4. TEM of the hollow spheres of ZnFe2O4. 0.4 and 0.8 µm

36. ResultADOs PARA MnFe2O4 3.8-8.1 µm SEM of the hollow spheres of MnFe2O4.

37. Resultados 1.7-2.7 µm Microscopía Electrónica de Barrido SEM of the hollow spheres of NiFe2O4.

38. Resonancia Ferromagnética de CoFe2O4 Dependencia con la temperatura del espectro FMR paralasesferashuecas de CoFe2O4.

39. Resonancia Ferromagnética de ZnFe2O4 Dependencia del espectro FMR con la temperaturaparalasesferashuecas de ZnFe2O4.

40. Resonancia Ferromagnética de MnFe2O4 Dependencia con la temperatura del espectro FMR paralasesferashuecas de MnFe2O4.

41. Resonancia Ferromagnética de NiFe2O4 Dependencia con la temperatura del espectro FMR de lasesferashuecas de NiFe2O4.

43. Magnetometría deMuestra Vibrante 35,26 emu / g 10,10 emu / g 752 G Estosresultadosestán en perfecto acuerdo con los de Meng [1] Lazos de Histeresismagnética a temperaturaambienteparalasesferashuecas de CoFe2O4. [1] Y. Meng, D. Chen, and X. Jiao, Eur. J. Inorg. Chem. 2008, 4019 - 4023.

44. Conclusiones • El métodohidrotermicoesunabuenatecnicaparasintetizarmicroesferasnanoestructuradas de ferritas de cobalto, zinc, manganeso y and niquel. • Las esferashuecas de CoFe2O4 y NiFe2O4presentanunafasecristalinaunica con estructuracúbicaespinela con grupoespacial Fd3m. • Las microesferas de ZnFe2O4presentan al menos dos fasescristalinas, la primeraque se corresponde con unaestructuracubicaespinela (Franklinita) y la segunda con un Óxido de Zinc, ambos son sistemascubicos, con gruposespaciales Fd3m y Fm3m repectivamente.

45. Conclusiones • El espectro de FMR mostró un comportamientoSuperparamagnéticoparalasesferashuecas de CoFe2O4, MnFe2O4 yNiFe2O4 con temperatura de bloqueoSuperparamagnético de 660 K, 510 K and 570 K respectivamente. • Para lasesferashuecas de ZnFe2O4 se observaron dos comportamientos, unocorrespondiente a la fase de la ferrita de Zinc, en la cual el sistema se comportasuperparamagneticamente con temperatura de bloqueo de 660 K, y la otracorrespondiente a la fase de Óxido de Zinc, en la cual la muestra se comportaferromagneticamente con unatemperatura de Curie cercana a 150 K. • La curva M(H) paralasesferashuecas de CoFe2O4es la curvatipica de un ordenamientoferromagnético.

46. Gracias por su atención

47. Appendix to Carbonización Polimerización In the sheet two schematic representations are observed on the proposed mechanism of formation of spheres of carbon. Anyone of both you can use to give an explanation of the mechanism. In the first step the dehydration of the molecules of glucose occurs, this causes the polymerization and the formation of the first micelles. Then, the carbonization is the next step, where the hydrophobic part, constituted by aromatic fused rings, is positioned in the center and the hydrophilic part, constituted of carbohydrates that didn't become dehydrated or partially dehydrated, is positioned in the external part. As the reaction lapses the micelles grown in diameter until the carbon spheres are formed. Superficie hidrofílica Deshidratación Centro carbonizado