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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.43.2005.tde-23042009-154316
Documento
Autor
Nome completo
Evandro Luiz Duarte
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2005
Orientador
Banca examinadora
Itri, Rosangela (Presidente)
Depeyrot, Jerome
Partiti, Carmen Silvia de Moya
Rossi, Liane Marcia
Santos, Antonio Domingues dos
Título em português
Síntese e caracterização de nanopartículas baseadas em óxidos de ferro
Palavras-chave em português
1. Nanotecnologia nanopartículas
2. Física do estado sólido
3. Estrutura dos sólidos
4. Substância magnética superparamagnetismo
5. Bioquímica.
Resumo em português
Nanopartículas magnéticas têm importância para diversas áreas do conhecimento incluindo física, química e biologia. A obtenção de nanomateriais com características e formas definidas é um grande desafio para esta área. Neste trabalho, realizou-se dois processos de síntese em micelas reversas (MRs) e acopladas ao processo sol-gel e diversos métodos de caracterização de nanopartículas de óxidos de ferro. A utilização de micelas reversas como nanoreatores foi empregada com o intuito de se obter nanopartículas com tamanho e distribuição controladas. Caracterizamos as soluções micelares com a técnica de Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos (SAXS) das partículas em suspensão e analisamos as nanopartículas do interior das MR após alguns passos de purificação, por termogravimetria, calorimetria de varredura diferencial e análise elementar. Além disso, as propriedades estruturais e morfológicas foram caracterizadas por Difração de Raios X (XRD) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). Suas propriedades magnéticas também foram investigadas usando as técnicas de magnetização (VSM e SQUID) e espectroscopia Mössbauer. As nanopartículas apresentaram tamanhos da ordem de 2 a 4 nanômetros, com pouca cristalinidade e impurezas decorrentes principalmente do surfactante. A estrutura cristalográfica indica que as nanopartículas são de ferridrita. Após tratamento térmico as propriedades destes materiais foram investigadas por XRD, TEM, espectroscopia Mössbauer e VSM. Uma transição de ferridrita para magnetita foi caracterizada com aquecimento. Na segunda parte do trabalho, realizamos várias rotas de síntese de nanopartículas de óxido de ferro por co-precipitação em meio metanólico, com o intuito de determinarmos a condição mais favorável para se criar um recobrimento de sílica na superfície da nanopartícula usando o processo sol-gel. A proporção de 25% metanol:base resultou na condição mais favorável para fazermos o recobrimento das nanopartículas com SiO2 através de reação com tetraetilortosilicato (TEOS). A quantidade de TEOS foi variada na razão em volume de Si em relação ao Fe, seguindo as seguintes proporções 10, 20, 30, 50 e 70%. As caracterizações estruturais, morfológicas e magnética das nanopartículas foram feitas por XRD, espectroscopia de Transformada de Fourier por Infra-Vermelho (FTIR), TEM, espectroscopia de imagem eletrônica (ESI), espectroscopia Mössbauer e medidas de magnetização (VSM), à temperatura ambiente. As partículas com menor concentração de sílica apresentaram cristalinidade com tamanho médio de ~17nm. Além disso, as propriedades magnéticas foram preservadas após o recobrimento, de tal forma que seu comportamento superparamagnético foi ainda observado, com uma redução da magnetização de saturação. A análise do FTIR sugere uma ligação da sílica nas partículas magnéticas, enquanto que as imagens de ESI sugerem que as nanopartículas de óxido de ferro funcionam como moldes para a ligação da sílica.
Título em inglês
Iron oxide based nanoparticles: synthesis and characterization
Palavras-chave em inglês
1. Nanoparticules
2. Solid structures
3. Magnetic substance superparamagnetism
5. Biochemistry.
Resumo em inglês
Magnetic nanoparticles have importance in several areas of knowledge including physics, chemistry and biology. Obtaining nanomaterials with well defined characteristic and shapes is a great challenge for this area of research. In this work two synthetic processes for the synthesis of the magnetic nanoparticles were developed, in reversed micelles and sol-gel chemistry. Reverse micelles were used as nanoreactors with the goal of obtaining nanoparticles with controlled size and distribution. We characterized the nanoparticles in micelle solutions with small angle X-Ray scattering (SAXS) and analyzed the nanoparticles extracted from the reverse micelles after some purification steps using thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), microanalysis (CHN). The structural and morphological properties were characterized by using X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). The magnetic properties were also investigated by using magnetization techniques (VSM and SQUID) and Mössbauer spectroscopy. The nanoparticles presented sizes ranging from 2 to 4 nanometers, with small cristallinity and impurities due to the presence of surfactants. The nanoparticles were characterized to be ferrihydrite. After heat treatment the properties of these materials were also investigated by XRD, TEM, Mössbauer spectroscopy and VSM. A transition from ferrihydrite to magnetite was characterized. In the second part of the work, we realized several synthetic co-precipitation routes of iron oxides in methanolic media, with the goal of determining the most favorable condition to create a layer of silica into the iron-oxide particle, by using the sol-gel process. The proportion of 25% methanol:base resulted in the most favorable condition to do the recovery of the nanoparticles with SiO2, by the reaction with tetraethylorthosilicate (TEOS). The TEOS amount was varied in the Si to Fe ratio, following the proportions 10, 20, 30, 50 e 70%. The structural characterization of the nanoparticles was done by X-ray diffraction, Fourier Transform Infra-Red spectroscopy (FTIR), transmission electron microscopy with energy filter, electronic imaging spectroscopy (ESI), Mössbauer spectroscopy, magnetization measurements (VSM) at room temperature. The particles with smaller concentration of silica presented cristallinity with average sizes of ~17nm. Also, the magnetic properties were preserved after the covering, and its superparamagnetic behavior was still observed with a reduction of the magnetization saturation. The FTIR analysis show the binding of the silica to the magnetic particles and the ESI images suggest that the iron oxide nanoparticles work as templates for the binding of silica.
 
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Tese_ELDuarte.pdf (5.80 Mbytes)
Data de Publicação
2009-04-24
 
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  • CAETANO, Wilker, et al. Bovine Serum Albumin and Hexokinase Incorporated in Aerosol-Ot Reversed Micelles With Urea: Static Fluorescence and Circular Dichroism Studies. In XXVI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Caxambu, 2003. Livro de Resumos do XXVI ENFMG.São Paulo : SBF, 2003. Abstract.
  • CAETANO, Wilker, et al. Interaction of the Iron-Tetramethylpiridyl Porphyrin (FeTMPyP) With DNA as Studied By X-Ray Absorption Spectroscopy (XANES and EXAFS). In XXVI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Caxambu, 2003. Livro de Resumos do XXVI ENFMC.São Paulo : SBF, 2003. Abstract.
  • CAETANO, Wilker, et al. Small Angle X-Ray Scattering Studies on the Influence of Bovine Serum Albumin (BSA) in the Water Pool size of Aerosol-Ot/N-Hexane/Water Reversed Micelles. In XXVI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Caxambu, 2003. XXVI ENFMC.São Paulo : SBF, 2003. Abstract.
  • CAETANO, Wilker, DUARTE, Evandro L, and ITRI, R. Influence of BSA and BCA on the size and interactive forces on AOT reversed micelles investigated by SAXS. In 15th Symposium on Surfactants in Solution, Fortaleza, 2004. abstract book., 2004. Abstract.
  • CAETANTO, W, DUARTE, e L, and ITRI, R. Influence of BSA and BCA on the size and Interactive Forces on AOT Reversed Micelles Investigated by SAXS. In 15th Surfactants in Solution Symposium, Fortaleza, 2004. anais do Congresso., 2004. Abstract.
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