Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-24T03:22:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2016 / Os sulfetos de níquel possuem um complexo diagrama de fases com diversas composições termodinamicamente estáveis, tais como Ni3S2, h-Ni7S6, Ni9S8, h-NiS, r-NiS, Ni3S4 e NiS2. Em especial, a fase cristalina hexagonal h-NiS tem sido estudada devido a suas transições, de primeira ordem, metal-semicondutor e paramagnética-antiferromagnética, ambas à mesma temperatura de 265 K ? e bastante sensíveis a pequenas mudanças estruturais ou de composição. Adicionada a esta complexidade estão os materiais nanoestruturados, que apresentam propriedades únicas quando comparadas com os respectivos materiais bulk. Neste contexto, este estudo investigou a produção de sulfetos de níquel nanométricos na forma de pó, em especial da fase h-NiS, empregando-se três rotas químicas. Uma atenção especial foi dada ao método poliol utilizado na Rota PM(x) e na Rota P(t), nas quais se dispersou os devidos reagentes químicos (acetato de níquel e tiouréia) em etileno glicol sob agitação a 190 °C durante até 12 horas. Na Rota PM(x) foram realizadas substituições parciais do níquel por manganês, a fim de se formar um composto do tipo Ni(1-x)Mn(x)S para valores nominais de x = 0; 0,005; 0,015; 0,030 e 0,050. O manganês foi incorporado, ainda que não totalmente, nas cinco amostras desta rota, o que foi observado por Espectroscopia de Absorção Atômica. Os diâmetros de cristalito medidos por DRX são da ordem de 23 nm a 33 nm. As imagens de microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo mostram partículas policristalinas com tamanhos médios da ordem de 225 nm a 466 nm, formadas pela auto-organização dos cristalitos coalescidos. Medidas no intervalo de 2 K a 300 K indicam que as amostras têm comportamento paramagnético em temperatura ambiente, e sofrem uma transição para um estado antiferromagnético na faixa de 109 K a 130 K. Este estado, devido a efeitos de tamanho dos cristalitos, levou a um comportamento superparamagnético. Medidas a ZFC das curvas M vs. T com campo aplicado de 100 Oe indicam uma temperatura de bloqueio na faixa de 7 K a 14 K. Abaixo destas temperaturas se observou laço de histerese nas medidas DC de magnetização em função do campo aplicado; o aparecimento deste comportamento típico de um ferromagneto fraco é interpretado pela descompensação dos spins da fase antiferromagnética. Estas medidas em FCW e ZFC não mostraram deslocamento da coercividade em função do campo de polarização, portanto temos a ausência de efeito Exchange Bias; este comportamento indica que a descompensação dos momentos magnéticos do estado antiferromagnético não se limita às camadas superficiais dos cristalitos.<br> / Abstract : Nickel sulfides show a large variety of thermodynamic stable phases such as Ni3S2, h-Ni7S6, Ni9S8, h-NiS, r-NiS, Ni3S4 and NiS2. Moreover, the hexagonal h-NiS crystalline phase has been academically studied due to a first-order-paramagnetic-antiferromagnetic, metallic-semiconducting transition, both at 265 K ? and both very sensitive to structural or compositional changes. In addition, nanostructured materials have been studied due to their unique properties which have no counterpart in the respective bulk material. In this context, this study produced nanostructured nickel sulfides in powder form, in particular the hexagonal h-NiS phase, employing three chemical routes. Special attention was given to the polyol method in Rota PM(x) and in Rota P(t), by which the chemical reagents (nickel acetate and thiourea) were dispersed into ethylene glycol under agitation at 190 °C up to 12 hours. Different manganese doping concentrations were employed in Rota PM(x), favoring a Ni(1-x)Mn(x)S compound with x = 0; 0.005; 0.015; 0.030 and 0.050. AAS results showed partial incorporation of manganese in the nickel sulfide on the five samples of this route. The DRX analysis showed mean crystallite diameter between 23 nm to 33 nm. Field emission gun scanning electron microscopy shows nanoparticles with polycrystalline nature with average size between 225 nm and 466 nm. Magnetic measurements between 2 K and 300 K showed paramagnetic behavior at ambient temperature, transitioning to an antiferromagnetic (AFM) state in the temperature range between 109 K and 130 K. Due to size effects of the crystallites, the AFM state shows superparamagnetic behavior. ZFC measurements of the M vs. T curves at an applied field of 100 Oe showed a blocking temperature between 7 K and 14 K. Below these temperatures the M vs. H curves showed hysteresis; the appearance of this weak ferromagnetism might be due to the uncompensated spins of the antiferromagnetic phase. The FCW and ZFC measurements of the M vs. H curves showed no shift in coercivity as a function of the bias field, thus no Exchange Bias effect; this suggests that the uncompensated magnetic moments of the antiferromagnetic state are not limited to the surface of the crystallites.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/172591 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Schmachtenberg, Victor Alexandre Veit |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Drago, Valderes |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 191 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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