Nanocompósitos de CoFe2O4 e BaTiO3 : síntese e estudos de propriedades estruturais, microestruturais e ferróicas

Abstract

Resumo: Nanopartículas de CoFe20, (CFO) e nanocompósitos CoFez0, : BaTiOs (CFO:BTO) foram sintetizados e suas propriedades químicas, físicas e microestru-turais foram avaliadas por difração de raios X, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, microscopia eletrônica de transmissão, microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução, espalhamento de raios X a baixo ângulo e microscopia de força atômica. Magnetometria de amostra vibrante, microscopia de força magnética e microscopia de força de piezoresposta foram utilizadas para o estudo das propriedades ferróicas dos materiais produzidos. Nanopartículas de CFO, com estrutura cristalina cúbica do tipo espinélio foram obtidas. Curvas de magnetização us campo magnético mostraram que as nanopartículas de CFO possuem um comportamento ferrimagnético a temperatura ambiente. Análises de FTIR mostraram que a ocupação do sítio tetraédrico diminuiu com o aumento da temperatura até 550 °C, mostrando que, com o aumento da temperatura de tratamento térmico, as amostras transitam em direção a um espinélio inverso, o que leva a uma diminuição da magnetização. Com a técnica de SAXS observou-se que as superfícies das nanopartículas são ligeiramente fractais. Análises de TEM para a amostra obtida em 550°C confirmaram um formato cúbico predominante. Nanocompósitos CFO:BTO em diferentes proporções molares foram sintetizados com sucesso usando a combinação dos métodos de PVA e citrato-gel. Análises de difração de raios X comprovaram a presença das duas fases cristalográficas distintas. Espectros de FTIR mostraram um alargamento da banda de absorção centrada em torno de 580 cm 1, devido a superposição das bandas do CFO e do BTO. Medidas de TEM mostraram nanoes-truturas com formato esférico para todas as variações molares. Análises de HRTEM confirmaram a presença das duas estruturas em uma única partícula. Resultados de SAXS mostraram que os nanocompósitos possuem superfícies muito próximas de uma superfície lisa. Medidas de microscopia de força magnética permitiram verificar os domínios magnéticos dos nanocompósitos. Análises de microscopia de força de piezoresposta mostraram que os nanocompósitos CFO:BTO possuem uma resposta ferroelétrica, mostrando a presença de BaTiO tetragonal. Sendo assim, nanopartículas magnéticas e nanocompósitos magnetoelétricos com tamanhos e propriedades ferróicas adequadas para aplicações biológicas e biomédicas foram obtidos.

Abstract: CoFe,04 (CFO) nanoparticles and CoFe,,: BaTiOs (CFO:BTO) nano-composites have been synthesized. Chemical, physical and microstructural properties have been studied by X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, transmission electron microscopy, high-resolution transmission electron microscopy, small-angle X-ray scattering and atomic force microscopy. Vibrating sample mag-netometry, magnetic force microscopy and piezo force microscopy have been used to study the ferroic properties of the synthesized materials. CFO nanoparticles with cubic spinel structure have been obtained. Magnetization vs. magnetic field curves showed that CFO nanoparticles exhibit a ferrimagnetic behavior at room tempera-ture. FTIR analyzes showed that the tetrahedral site occupation decreased with the temperature increasing up to 550 °C, in a way that the samples transit to an inverse spinel, leading to a magnetization decrease. By SAXS measurements it was observed that the CFO nanoparticles' surface is slightly fractal. Predominant cubic format for the nanoparticles obtained at 550 °C was confirmed by TEM analyzes. CFO:BTO nanocomposites at different molar ratios have been successfully synthesized by combining the PVA method with the citrate-gel method. X-ray diffraction analysis confirmed the two different crystallographic phases. FTIR spectra showed that the absorption band centered at 580 cm-1 can be attributed to the contribution of both the CFO and BTO structures. TEM analyzes revealed a spherical shape for all nanocomposites and HRTEM analyzes confirmed both CFO and BTO structures in a single particle. SAXS results showed that the nanocomposites particles' surface is close to a smooth surface. Magnetic force microscopy enabled to verify the magnetic domains of nanocomposites. Piezo force microscopy analyzes showed a ferroelectric response for the CFO:BTO nanocomposites, confirming the tetragonal structure for BaTiO. Thus, magnetic nanoparticles and magnetoelectric nanocomposites with sizes and ferroic properties suitable to biological and biomedical applications have been synthesized