Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-04-22T17:52:26Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Paulo José Fonseca Cavalcanti.pdf: 18030085 bytes, checksum: 8d5593dfeb07452bc3bb7b652eafe090 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-22T17:52:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Paulo José Fonseca Cavalcanti.pdf: 18030085 bytes, checksum: 8d5593dfeb07452bc3bb7b652eafe090 (MD5) Previous issue date: 2015-07-22 / FACEPE / O íon borohidreto, BH 4 , é um redutor de íons metálicos que tem sido usado extensivamente para a formação de partículas metálicas. Neste trabalho, depositamos nanopartículas de Fe, Ni e Co em vidro poroso, o Vycor. O Vycor é um vidro poroso, com poros de diâmetro entre 4 e 20 nm, sendo quimicamente inerte, composto basicamente de SiO2, 96% do material, possuindo espaços vazios de 28% do volume e uma área super cial interna de 250 m2=g. A reação para inserção das nanoparticulas magnéticas nos poros do material é feita mergulhando-o nas soluções reagentes. A reação ocorre no interior dos poros, produzindo então as nanopartículas. As medidas de magnetização são realizadas num VSM (Vibrating Sample Magnetometer) modelo EV7 Microsense, com uma sensibilidade de 106emu. Em todas as amostras pudemos observar os efeitos do controle de tamanho, uma vez que foram comparados os resultados do material sintetizado fora do con namento. Para o Fe e Ni, que têm diâmetros críticos maiores, foi possível observar um comportamento superparamagnético. A observação desse comportamento é corroborada tanto pelas medidas de ZFC - FC quanto por medidas de histerese a temperaturas mais altas. Através do comportamento de Hc em função da temperatura foi possível estimar o tamanho médio das partículas. Os resultados estão em acordo com as medidas encontradas nas curvas de ZFC-FC. Os estudos das interações das partículas, através do plot de Henkel, mostraram que a interação entre a nanopartículas é predominantemente dipolar. Foi evidenciado que por este método se pode ter um controle sobre tamanho das partículas magnéticas através de reações químicas no interior dos poros. Sendo uma rota promissora para síntese e estudo de outros materiais de dimensões nanométricas. / The ion borohydride, BH 4 , a reducing metal ion that has been used extensively for the formation of metal particles. In this work, we deposited nanoparticles of Fe, Ni and Co in porous glass, Vycor. The Vycor is a porous glass with pore diameters between 4 and 20 nm, being chemically inert, essentially consisting of SiO2, 96% material having voids 28% volume and an internal surface area of 250 m2=g. The reaction for insertion of magnetic nanoparticles in the pores of the material is made by immersing it in the reagent solutions. The reaction occurs within the pores, thus producing nanoparticles. Magnetization measurements are performed in a VSM (Vibrating Sample Magnetometer) model EV7 Microsense, with a sensitivity of 106emu. In all the samples we could observe the e ects control of size, as compared to the results of the synthesized material outside the containment. For Fe and Ni, which have larger critical diameters, it was possible to observe a superparamagnetic behavior. The observation of this behavior is supported by both measures ZFC - FC as hysteresis measurements at higher temperatures. Through the behavior Hc depending on the temperature it was possible to estimate the average particle size. The results are in agreement with the measurements of ZFC-FC. The studies of particle interaction, by Henkel plot showed that the interaction between the nanoparticles is predominantly dipole. It was shown that by this method one can have reasonable control over the size of the magnetic particles by chemical reactions within the pores. It is a promising route to synthesis and study of other materials nanometrics dimensions.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / Esta tesis consiste en el uso de la proteína ferritina para la síntesis de nanopartículas plasmónicas y magnéticas en su cavidad, estudiándose el efecto de las condiciones de síntesis de estos materiales sobre las propiedades ópticas, magnéticas y estructurales del sistema resultante. El trabajo está dividido en cinco etapas: i) El estudio de la proteína ferritina como material de partida, ii) la formación de apoferritina, iii) la síntesis de nanoestructuras de oro en la cavidad de la proteína, iv) la formación de óxidos de hierro magnéticos dentro de la proteína y v) la carga mixta de nanoestructuras de oro y óxidos de hierro en la cavidad. En el estudio inicial de la proteína se establece la coexistencia de agregados y monómeros de ferritina, en que el contenido de hierro en la cavidad está relacionado con la existencia de especies oligoméricas. Por otro lado, el núcleo de óxido de hierro presente en la cavidad corresponde a una mezcla de diversos tipos de óxidos con un comportamiento antiferromagnético. Con el propósito de obtener apoferritina, se evaluaron distintas condiciones para la remoción de los óxidos de hierro nativos presentes en la proteína, resultando en un protocolo que permite la remoción casi total del hierro, conservando su integridad estructural. A su vez se observa que las propiedades ópticas de la proteína dependen del contenido de hierro. La síntesis de nanoestructuras de oro en la cavidad de la proteína mediante la adición y reducción controlada del oro permite obtener partículas monodispersas. Sintetizándose inicialmente cúmulos o clusters de oro, los que presentan fluorescencia y posteriormente las nanopartículas de oro, las que exhiben el plasmón de resonancia superficial. La formación de óxidos de hierro magnéticos en la cavidad de la proteína fue obtenida mediante la adición y oxidación controlada de hierro, produciendo una mezcla de óxidos magnéticos cuya proporción depende principalmente del contenido de hierro y del pH del proceso. La carga mixta y secuencial de clusters de oro y de óxidos de hierro genera moléculas de proteína en las cuales coexisten ambas nanoestructuras, conservándose las propiedades magnéticas. La existencia de clusters de oro limita el proceso de incorporación del hierro.

Nesta tese apresentamos um estudo do comportamento magnético de sistemas de nanopartículas por meio de medidas experimentais e simulações Monte Carlo. Estudamos o papel das interações entre partículas experimentalmente a baixas temperaturas em amostras de ferrofluidos comerciais por meio de curvas ZFC-FC, delta m e diagramas FORC. Observamos nas curvas ZFC-FC o fenômeno de super-resfriamento e transições de fase do estado sólido para o líquido em ferrofluidos. Para amostras de cristais líquidos dopados com nanopartículas magnéticas, observamos a transição entre as fases isotrópica e nemática. Detectamos em amostras de ferrofluidos e em soluções micelares dopadas com nanopartículas um aumento da viscosidade na presença de um campo magnético aplicado, o chamado efeito magnetoviscoso, que surge devido às interações entre partículas. Nas simulações Monte Carlo, vimos que a temperatura crítica (Tc) diminui com o tamanho das partículas, e que esse comportamento pode ser descrito por uma lei de escala. As simulações também mostraram que uma camada morta na superfície das nanopartículas provoca uma pequena diminuição na temperatura crítica, o que não ocorre quando adicionamos uma camada dura, que pode aumentar significativamente Tc. Para simulações de um sistema de nanopartículas interagentes, demos especial atenção a interpretar de que forma as interações magnetizantes e desmagnetizantes se manifestam em diagramas FORC para um conjunto de nanopartículas com distribuição de tamanhos. Observamos que uma interação desmagnetizante está associada a um deslocamento do pico do diagrama FORC para campos locais de interação Hb positivos e que a presença de uma interação magnetizante pode deslocar esse pico para campos Hc , relacionados à distribuição de coercividades do sistema, maiores. / In this thesis we present a study of the behavior of a system of magnetic nanoparticles by means of experimental measurements and Monte Carlo simulations. We experimentally study the role of the interactions between particles at low temperatures in commercial samples of ferrofluids through ZFC-FC, delta m curves, and FORC diagrams. We observed the phenomenon of supercooling and phase transitions from solid to liquid states in the ZFC-FC curves of ferrofluids. For the samples of liquid crystal doped with magnetic nanoparticles, we saw the transition between the isotropic and nematic phases. We detected in the samples of ferrofluids and in micellar solutions doped with nanoparticles an increase of the viscosity in the presence of an applied magnetic field, the so-called magnetoviscous effect, which arises due to interactions between particles. In the Monte Carlo simulations, we found that the critical temperature (Tc) decreases with particle size, a behavior that is described well by a scaling law. The simulations also showed that a dead layer on the surface of the nanoparticles causes a slight decrease in the critical temperature value, what does not occur when we add a hard layer, which increases Tc significantly. For simulations of a system of interacting nanoparticles, we paid special attention to interpret how the magnetizing and demagnetizing interactions manifest themselves in FORC diagrams for a set of nanoparticles with size distribution. We observed that demagnetizing interactions is associated with a displacement of the peak of the FORC diagram to positive values of the local field interaction Hb , and that the presence of a magnetizing interaction can shift this peak to larges values of the Hc field, related to the distribution of coercivities.

O Efeito Mössbauer é descrito e discutido de uma forma acessivel a pesquisadores de áreas paralelas à Flsica. A potencialidade desta espectroscopia, como técnica interdisciplinar, é exemplificada na análise de 20 amostras de basalto provenientes do norte do estado do Rio Grande do Sul. Por Difratometria de Raios-X das amostras totais ( "bulk") , o Único composto de ferro identificado foi o a-Fe2o3 , não sabendo afirmar, com certeza, a mcintência ou não de y-Fe 2o3 e Fe3o4 nas amostras, devido à superposição de linhas ou intensidades muito pequenas. Após a separação mecânica (com um Imã) de uma das amostras em duas frações, a presença de y-Fe2o3 e/ou Fe3o4 foi observada. / The Mössbauer Effect is described and discussed with a language suita.ble for non Physics specialists. The potentiality of t his type of spectroscopy as an interdisciplinar tool is shown in the analysis of 20 basalt samples from the north of the Rio Grande do Sul state.

O Efeito Mössbauer é descrito e discutido de uma forma acessivel a pesquisadores de áreas paralelas à Flsica. A potencialidade desta espectroscopia, como técnica interdisciplinar, é exemplificada na análise de 20 amostras de basalto provenientes do norte do estado do Rio Grande do Sul. Por Difratometria de Raios-X das amostras totais ( "bulk") , o Único composto de ferro identificado foi o a-Fe2o3 , não sabendo afirmar, com certeza, a mcintência ou não de y-Fe 2o3 e Fe3o4 nas amostras, devido à superposição de linhas ou intensidades muito pequenas. Após a separação mecânica (com um Imã) de uma das amostras em duas frações, a presença de y-Fe2o3 e/ou Fe3o4 foi observada. / The Mössbauer Effect is described and discussed with a language suita.ble for non Physics specialists. The potentiality of t his type of spectroscopy as an interdisciplinar tool is shown in the analysis of 20 basalt samples from the north of the Rio Grande do Sul state.

O Efeito Mössbauer é descrito e discutido de uma forma acessivel a pesquisadores de áreas paralelas à Flsica. A potencialidade desta espectroscopia, como técnica interdisciplinar, é exemplificada na análise de 20 amostras de basalto provenientes do norte do estado do Rio Grande do Sul. Por Difratometria de Raios-X das amostras totais ( "bulk") , o Único composto de ferro identificado foi o a-Fe2o3 , não sabendo afirmar, com certeza, a mcintência ou não de y-Fe 2o3 e Fe3o4 nas amostras, devido à superposição de linhas ou intensidades muito pequenas. Após a separação mecânica (com um Imã) de uma das amostras em duas frações, a presença de y-Fe2o3 e/ou Fe3o4 foi observada. / The Mössbauer Effect is described and discussed with a language suita.ble for non Physics specialists. The potentiality of t his type of spectroscopy as an interdisciplinar tool is shown in the analysis of 20 basalt samples from the north of the Rio Grande do Sul state.

Nesta tese apresentamos um estudo do comportamento magnético de sistemas de nanopartículas por meio de medidas experimentais e simulações Monte Carlo. Estudamos o papel das interações entre partículas experimentalmente a baixas temperaturas em amostras de ferrofluidos comerciais por meio de curvas ZFC-FC, delta m e diagramas FORC. Observamos nas curvas ZFC-FC o fenômeno de super-resfriamento e transições de fase do estado sólido para o líquido em ferrofluidos. Para amostras de cristais líquidos dopados com nanopartículas magnéticas, observamos a transição entre as fases isotrópica e nemática. Detectamos em amostras de ferrofluidos e em soluções micelares dopadas com nanopartículas um aumento da viscosidade na presença de um campo magnético aplicado, o chamado efeito magnetoviscoso, que surge devido às interações entre partículas. Nas simulações Monte Carlo, vimos que a temperatura crítica (Tc) diminui com o tamanho das partículas, e que esse comportamento pode ser descrito por uma lei de escala. As simulações também mostraram que uma camada morta na superfície das nanopartículas provoca uma pequena diminuição na temperatura crítica, o que não ocorre quando adicionamos uma camada dura, que pode aumentar significativamente Tc. Para simulações de um sistema de nanopartículas interagentes, demos especial atenção a interpretar de que forma as interações magnetizantes e desmagnetizantes se manifestam em diagramas FORC para um conjunto de nanopartículas com distribuição de tamanhos. Observamos que uma interação desmagnetizante está associada a um deslocamento do pico do diagrama FORC para campos locais de interação Hb positivos e que a presença de uma interação magnetizante pode deslocar esse pico para campos Hc , relacionados à distribuição de coercividades do sistema, maiores. / In this thesis we present a study of the behavior of a system of magnetic nanoparticles by means of experimental measurements and Monte Carlo simulations. We experimentally study the role of the interactions between particles at low temperatures in commercial samples of ferrofluids through ZFC-FC, delta m curves, and FORC diagrams. We observed the phenomenon of supercooling and phase transitions from solid to liquid states in the ZFC-FC curves of ferrofluids. For the samples of liquid crystal doped with magnetic nanoparticles, we saw the transition between the isotropic and nematic phases. We detected in the samples of ferrofluids and in micellar solutions doped with nanoparticles an increase of the viscosity in the presence of an applied magnetic field, the so-called magnetoviscous effect, which arises due to interactions between particles. In the Monte Carlo simulations, we found that the critical temperature (Tc) decreases with particle size, a behavior that is described well by a scaling law. The simulations also showed that a dead layer on the surface of the nanoparticles causes a slight decrease in the critical temperature value, what does not occur when we add a hard layer, which increases Tc significantly. For simulations of a system of interacting nanoparticles, we paid special attention to interpret how the magnetizing and demagnetizing interactions manifest themselves in FORC diagrams for a set of nanoparticles with size distribution. We observed that demagnetizing interactions is associated with a displacement of the peak of the FORC diagram to positive values of the local field interaction Hb , and that the presence of a magnetizing interaction can shift this peak to larges values of the Hc field, related to the distribution of coercivities.

Orientador: Kleber Roberto Pirota / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-20T23:05:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Macedo_GleyguestoneLopesde_M.pdf: 4864713 bytes, checksum: a6eff7f69f1d64274cacac58dc118e5c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste trabalho, seguindo uma nova rota de síntese, foram produzidas três amostras de nanopartículas do tipo dímero de prata com magnetita (Ag-Fe3O4), onde a única diferença entre elas é no valor da concentração de partículas de prata utilizadas na síntese. As amostras de tipo dímero possuem concentrações de prata iguais a 0,003 g/mL, 0,007 g/mL e 0,01 g/mL e foram chamadas, respectivamente, de AgFeO_1, AgFeO_2 e AgFeO_3. Sobre estes sistemas realizaram-se medidas da magnetização do tipo Zero Field cooling/Field cooling (ZFC-FC) onde se observou nos três sistemas um aumentou brusco da temperatura de irreversibilidade (Tirr) da magnetita quando unida a prata. Também se observou que somente na amostra com menor concentração de prata sofre um grande aumento em sua temperatura de bloqueio (T B), aproximadamente 130K, que pode ser devido a fatores como aumento do tamanho da partícula de magnetita contida no dímero, aglomerações e interações entre particulas. Porém, através de medidas de dicroísmo circular magnético de raios-X (XMCD) observou-se que com a união da prata a magnetita provoca nesta um aumento de seu momento orbital sendo mais intenso para a amostra com menor concentração de prata (AgFeO_1). Tal resultado pode explicar o aumento em Tirr e TB, já que o momento orbital é diretamente proporcional à anisotropia magnética. Por fim, gostaria de salientar que, em conjunto com meu orientador (Prof. Kleber Roberto Pirota) foi decidido optar por uma estrutura na qual inicio com descrição das bases teóricas de interesse, logo comento rapidamente sobre as técnicas experimentais utilizadas e, finalmente, anexo os trabalhos publicados. Porém, como alguns resultados obtidos neste trabalho ainda não foram publicados, decidi resumir-los no final da tese (capítulo 4) / Abstract: In this work, following a new synthesis route, three samples were produced nanoparticle type silver dimer with magnetite (Ag-Fe3O4), where the only difference between them is the value of the concentration of silver particles used in the synthesis. Samples of dimer type silver concentrations have equal 0,003 g/mL, 0,007 g/mL e 0,01 g/mL and were named, respectively AgFeO_1, and AgFeO_2 AgFeO_3. On these systems were expressed as the magnetization of the type Zero Field cooling/Field cooling (ZFC-FC) where it was observed in all three systems a sudden increase in temperature of irreversibility (T IRR) of magnetite attached to silver. It was also observed that the sample with only low silver concentration undergoes a sharp increase in its temperature block (TB), to approximately 130K, which may be due to factors such as increasing the particle size of magnetite contained in the dimer interactions and agglomerations. However, through measures of magnetic circular dichroism X-ray (XMCD) observed that with the union of silver magnetite causes this increased their orbital momentum being more intense for the sample with lower concentration of silver (AgFeO_1). This result may explain the increase in TB and TIRR, since the orbital momentum is directly proportional to the magnetic anisotropy. Finally, let me emphasize that, together with my advisor (Prof. Kleber Roberto Pirota) it was decided to opt for a structure in which beginning with a description of the theoretical bases of interest, just comment quickly on the experimental techniques used and eventually annex published works. However, as some results of this work have not yet been published, I decided to summarize them at the end of the thesis (Chapter 4) / Mestrado / Física / Mestre em Física

Neste trabalho foi feito um estudo do comportamento magnético de cristais líquidos liotrópicos de laurato de potássio dopados com nanopartículas de magnetita. Medidas zero-field cooling (ZFC) e field cooling (FC) com campos de 50 Oe mostram que as nanopartículas magnéticas permanecem bloqueadas a temperatura ambiente devido à presença das micelas do cristal, e apresentam um comportamento superparamagnético quando dispersas somente em água. Simulações Monte Carlo indicam que o aumento da temperatura de bloqueio das nanopartículas imersas em cristais líquidos liotrópicos pode ser obtido considerando uma forte interação, similar à de troca, entre os momentos superficiais e uma camada extra, simulando a presença das micelas. Medidas ZFC-FC e de suscetibilidade magnética permitiram determinar as temperaturas de transição entre as fases micelar isotrópica e nemática discótica. A curva de magnetização na região da fase discótica parece seguir o mesmo comportamento do parâmetro de ordem desta fase. Foram obtidos nanofios de níquel pelo processo de eletrodeposição AC em lâminas de alumina porosas para dopar cristais líquidos liotrópicos na fase isotrópica. As medidas ZFC-FC desses sistemas foram mais delicadas que as das nanopartículas devido ao baixo sinal das amostras e baixa solubilidade dos nanofios no cristal líquido. A técnica para a dissolução dos fios e dopagem dos cristais foi aprimorada, no entanto são necessários mais estudos para melhorar a estabilidade dessas amostras. / In this work we studied the magnetic behavior of potassium laurate lyotropic liquid crystals doped with magnetite nanoparticles. Zero-field cooling (ZFC) and field-cooling (FC) measurements with 50 Oe applied field showed a blocking behavior of magnetic nanoparticles at room temperature due to the micelle presence, while presenting superparamagnetic behavior when dispersed in water. Monte Carlo simulations suggest that this increase in the nanoparticles\' blocking temperature when immersed in lyotropic liquid crystals can be acquired taking into account an exchange-like strong interaction between the nanoparticles\' superficial magnetic moments and an extra layer playing the role of the micelles. ZFC-FC and magnetic susceptibility measures allowed us to find the transition temperatures between the isotropic micellar and the discotic nematic phases. The magnetization curve in the discotic phase resembles the behavior of the order parameter in that phase. We obtained nickel nanowires by AC electrodeposition in anodic porous alumina to dope lyotropic liquid crystals in the isotropic phase. The ZFC-FC measurements in those systems were more intricate given the weak magnetization of the samples and low solubility of the nanowires in the liquid crystal. We refined the technique for dissolution and doping of the crystals, but more studies are needed in order to improve the samples\' stability.

Neste trabalho de tese aplicamos a espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) junto com a chamada técnica do grupo repórter, aliada a simulação espectral por meio do programa NLSL, para investigar a interação da nicotina dependente com membranas. Também empregamos Ressonância Ferromangnética (RFM), que é uma técnica similar em muitos aspectos ao RPE, para investigamos células-tronco marcadas com nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro (NSOF), previamente preparada no laboratório de nanotecnologia do Instituto Israelita de Ensino e Pesquisa Albert Einstein (IIEPAE). Os resultados relativos à primeira parte da tese, mostraram que a nicotina quando em meio ácido interage com a região da cabeça polar dos fosfolipídios estudados e tem ação penetrante em meio básico. A interação da nicotina com o DPPC resulta em uma desestabilização da fase gel do fosfolipídio. Este fato pode estar relacionado com a ocorrência de doenças respiratórias em tabagistas devido ao fato de que o DPPC é o maior constituinte do complexo surfatante pulmonar. Na segunda parte, fomos capazes de marcar células-tronco com nanopartículas superparmangéticas e também quantificá-las pelo cálculo da área, dupla integral do espectro de RFM das NOSF. Finalmente, fizemos uma caracterização das nanopartículas por meio de experimentos de RFM dependente da variação de temperatura, que confirmaram o comportamento superparamagnético das NOSF. / In this work, we made use of the Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy along with the so-called reporter group technique and extensive spectral simulations by means of the software NLSL to investigate the interaction of nicotine with model membranes. Besides that we also employed Ferromagnetic Resonance (FMR), which is a technique similar in many aspects to EPR, to investigate stem cells labeled with superparamagnetic nanoparticles of iron oxide (NSOF) previously made at the Nanotechnology Laboratory of the Instituto Israelita de Ensino e Pesquisa Albert Einstein (IIEPAE). The results concerning the first part of our work showed that nicotine in acidic pH value interacts with the polar headgroup region of the phospholipids under investigation, whereas it penetrates the model membrane in alkaline pH value. Also, the interaction of nicotine with DPPC resulted in destabilization of the phospholipid gel phase. This fact could be related to some of the effects of nicotine in respiratory diseases since DPPC is the major constituent of the pulmonary surfactant complex. In the second part of our work, we were able to successfully label stem cells with the superparamagnetic nanoparticles and also quantify that labeling by calculating the area under the double integrated NSOF FMR spectra. We also performed a characterization of the nanoparticles by means of temperature-variation FMR experiments, which showed that the iron oxide nanoparticled indeed had a superparamagnetic behavior.