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Previous issue date: 2017-02-15 / Estudos recentes mostram que o nanocompósito Fe3O4/PANI tem propriedades magnéticas
interessantes, como oscilações sustentadas na magnetização, que foram interpretadas
como o resultado de uma reação química oscilante que faz que uma fração do conteúdo
de magnetita seja transformada em maghemita e vice-versa [1]. Neste trabalho fizemos estudos
adicionais. Variamos parâmetros como temperatura, tipo e concentração de ácidos,
além de usar como ponto de partida óxidos comerciais e de tamanho maior. Produzimos
ainda nanocompósitos
Fe2O3/PANI sob as mesmas condições usando
Fe2O3 ao
invés de Fe3O4. Para os nanocompósitos produzidos estudamos as propriedades magnéticas
e estruturais e a cinética química da reação através da magnetização da solução
precursora. Os nanocompósitos Fe3O4/PANI e
Fe2O3/PANI foram preparados sob
UV (365nm) a diferentes tempos de exposição e sob aquecimento (40, 60 e 80 °C), mediante
a dispersão das nanopartículas de magnetita e maghemita em uma solução ácida
de anilina. Para o estudo de suas propriedades foram usadas medidas de difração de
raios X (DRX), análises termogravimétricas e de calorimetria de varredura diferencial
(TGA e DSC). Para a caracterização magnética foi usado um magnetômetro de amostra
vibrante (VSM) para obter curvas de histereses, plot de Henkel, verificação das mudanças
na transição de Verwey e estudo da cinética química a partir da magnetização da solução
líquida precursora dos nanocompósitos. Este último resultado foi analisado segundo
modelo presa-predador de Lotka Volterra, um modelo simples, qualitativo, para esse sistema
relativamente complexo e caótico. As curvas de histerese dos nanocompósitos
sintetizados a 40 ºC mostraram oscilações na magnetização; enquanto que para 60 e 80
°C sob UV mostraram um decréscimo acentuado na magnetização máxima com o tempo
de reação. As curvas do plot de Henkel mostraram que predominam efeitos de interação
de natureza desmagnetizante. Foi observada a transição Verwey, mas deslocada da temperatura
típica para os nanocompósitos sintetizados a 40 ºC, sugerindo que isso seja uma
evidência das mudanças do número de oxidação do Fe provocados pela polimerização e
radiação UV. Finalmente, usando o modelo Lotka-Volterra e suas propriedades matemáticas
intrínsecas, verificamos o efeito nos parâmetros do modelo provocados pela mudança
de alguns parâmetros importantes da reação. A caracterização estrutural mediante
DRX mostraram que todas as nanopartículas são cristalinas exceto para as amostras de
80 ºC após de 1 h de reação. Os difratogramas para as amostras de Fe3O4/PANI tratadas
a 60 ºC mostraram um deslocamento dos picos característicos indicando a transformação
magnetita/maghemita/magnetita. Aparece também uma nova fase cristalina, a qual foi
indexada como hematita. Por outro lado, não há variações muito significativas do tamanho
de cristalito para Fe3O4/PANI, enquanto que para os nanocompósitos
Fe2O3/PANI
tratados a 60 ºC há um leve aumento no tamanho de cristalito com o tempo de síntese,
assim como com o aumento na temperatura. A análise TGA e DSC mostrou que
a polimerização é favorecida pelo calor e pelo tempo de reação. Além disso, conforme o
esperado pelo modelo proposto por A. C. V de Araújo e col. [1], a polimerização para os nanocompósitos
Fe2O3/PANI é mais acelerada que Fe3O4/PANI. / Recent studies show that the Fe3O4/PANI nanocomposite has interesting magnetic
properties, such as sustained oscillations in magnetization, which have been interpreted
as the result of an oscillating chemical reaction that causes a fraction of the magnetite
content to be transformed into maghemite and vice-versa [1]. In this work we did
additional studies. Where we had changed parameters such as temperature, type and
concentration of acids, as well as using commercial oxides with larger sizes. We have also
produced
Fe2O3/PANI nanocomposites under the same conditions using
Fe2O3 instead
of Fe3O4. For the produced nanocomposites, we have studied the magnetic and structural
properties as well as the chemical kinetics of the reaction through the magnetization of the
precursor solution. The Fe3O4/PANI and
Fe2O3/PANI nanocomposites were prepared
under UV (365 nm) at different exposure times and under heating (40, 60 and 80 °C)
by dispersing the nanoparticles of magnetite and maghemite in an acid solution of aniline.
X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric and differential scanning calorimetry (TGA
and DSC) measurements were used to study their properties. For the magnetic characterization,
a vibrating sample magnetometer (VSM) was used to obtain hysteresis curves,
Henkel plot, verify changes in the Verwey transition and study the chemical kinetics from
the magnetization of the liquid precursor solution of the nanocomposites. This last result
was analyzed according to the prey-predator model of Lotka-Volterra, a simple, qualitative
model for this relatively complex and chaotic system. The hysteresis curves of
the nanocomposites synthesized at 40 ºC showed oscillations in the magnetization; while
for 60 and 80 °C under UV showed a marked decrease in the maximum magnetization
as function of the reaction time. Henkel plot curves showed that the interaction effects
have a predominant demagnetizing nature. Verwey transition was observed, but displaced
from the typical temperature for the 40 ºC synthesized nanocomposites, suggesting that
this is an evidence of the changes in the oxidation number of Fe caused by polymerization
and UV radiation. Finally, using the Lotka-Volterra model and its intrinsic mathematical
properties, we verified the effect on the parameters of the model caused by the change of
some important parameters of the reaction. The structural characterization by XRD
showed that all the nanoparticles are crystalline except for the 80 ºC samples after 1 h of
reaction. The diffractograms for the Fe3O4/PANI samples treated at 60 °C showed a shift
of the characteristic peaks indicating a magnetite/maghemite/magnetite transformation.
A new crystalline phase was observed, which was indexed as hematite. On the other hand,
there are not significant variations of the crystallite size for Fe3O4/PANI, whereas for the
Fe2O3/PANI nanocomposites treated at 60 °C there is a slight increase in the crystallite
size over time as well as with the increase in temperature. The TGA and DSC
analysis showed that polymerization is favored by heat and reaction time. In addition, as
expected by the model proposed by A. C. V de Araújo et al. [1], the polymerization for
the
Fe2O3/PANI nanocomposites is more accelerated than for Fe3O4/PANI.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpe.br:123456789/22658 |
| Date | 15 February 2017 |
| Creators | MONSALVE, Johanna Gil |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/8065114668365777, RODRIGUES, Alexandre Ricalde |
| Publisher | Universidade Federal de Pernambuco, Programa de Pos Graduacao em Fisica, UFPE, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Breton |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPE, instname:Universidade Federal de Pernambuco, instacron:UFPE |
| Rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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