Suzana Araújo Barbosa

159 Pages·2017·15.94 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
DEPARTAMENTO DE F˝SICA TE(cid:211)RICA E EXPERIMENTAL
PROGRAMA DE P(cid:211)S-GRADUA˙ˆO EM F˝SICA
Tese de Doutorado
Estudo das Propriedades MagnØticas e
Estruturais dos Sistemas Nanoestruturados de
Ni-Cu e Haleto CuCl
Suzana Araœjo Barbosa
Natal, 28 de Agosto de 2017.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CI˚NCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE F˝SICA TE(cid:211)RICA E EXPERIMENTAL
Estudo das Propriedades MagnØticas e
Estruturais dos Sistemas Nanoestruturados de
Ni-Cu e Haleto CuCl
Suzana Araœjo Barbosa
Orientador: Prof. Dr. Marco Antonio Morales Torres
Tese apresentada ao Programa de P(cid:243)s-gradua(cid:231)ªo
em F(cid:237)sica da Universidade Federal do Rio Grande
do Norte como requisito parcial para obten(cid:231)ªo do
t(cid:237)tulo de Doutora em F(cid:237)sica.
`rea de concentra(cid:231)ªo: F(cid:237)sica da matØria
condensada.
Natal, 28 de Agosto de 2017.
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
Sistema de Bibliotecas – SISBI
Catalogação da Publicação na Fonte - Biblioteca Central Zila Mamede
Barbosa, Suzana Araújo.
Estudo das propriedades magnéticas e estruturais dos sistemas
nanoestruturados de Ni-Cu e haleto CuCl / Suzana Araújo Barbosa. - Natal,
RN, 2017.
158 f. : il.

Orientador: Prof. Dr. Marco Antonio Morales Torres.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
Centro de Ciências Exatas e da Terra. Programa de Pós-Graduação em
Física. Natal, RN, 2017.

1. Nanopartículas - Tese. 2. Hidreto de níquel – Tese. 3. CuCl - Tese. 4.
Ligas NiCu - Tese. 5. Quintosana – Tese. 6. Sol-gel – Tese. I. Torres,
Marco Antônio Morales. II. Título.

RN/UF/BCZM CDU 537.6/.8
Com todo o amor, (cid:224) minha mªe.
Agradecimentos
Durante esses quatro anos na Institui(cid:231)ªo segui exemplos, tracei caminhos, enfrentei
desa(cid:28)os e constru(cid:237) amizades. Nada foi fÆcil e que gra(cid:231)a teria se fosse? Motivada pelas
lembran(cid:231)as que come(cid:231)aram a surgir na minha cabe(cid:231)a quando eu cheguei a essa pÆgina,
preciso agradecer, nªo apenas aos que contribu(cid:237)ram diretamente para que esse trabalho
fosse realizado e conclu(cid:237)do, mas aos que me incentivaram com uma palavra dita, com um
abra(cid:231)o dado ou por acreditar em mim, mesmo quando eu nªo acreditei.
Primeiramente quero agradecer ao Prof. Dr. Marco Morales, pela competŒncia
com que conduziu esse trabalho, por seu exemplo de pro(cid:28)ssionalismo e de dedica(cid:231)ªo.
Obrigada pela con(cid:28)an(cid:231)a, paciŒncia e por tudo que tenho aprendido durante esse tempo
de convivŒncia.
Aos professores do DFTE que contribu(cid:237)ram para minha forma(cid:231)ªo, em especial Dr.
Felipe Bohn, Dr. JosØ Humberto e Dra. Suzana N(cid:243)brega. Professor Felipe, obrigada
por me olhar como igual, me instruir quando precisei e ser um excelente pro(cid:28)ssional.
Professora Suzana, agrade(cid:231)o pela aten(cid:231)ªo todas as vezes que bati (cid:224) sua porta, alØm dos
direcionamentos e indica(cid:231)ıes. Professor Humberto, eu sou grata pela a oportunidade de
ter sido sua aluna, por dividir comigo seu vasto conhecimento e por todas as vezes que
tirei dœvidas, inclusive pelos corredores, e o senhor pacientemente com seu dinamismo me
ajudou.
Ao Labmic, laborat(cid:243)rio onde foram realizadas as medidas de microscopia de
transmissªo, pelo excelente trabalho.
A Carlos Iglesias pelo aux(cid:237)lio nas medidas de aquecimento das amostras em presen(cid:231)a
de campo magnØtico, assim como as discussıes diÆrias.
Aos que desenvolveram do Sci-Hub e Library Genesis, pelo livre acesso ao
conhecimento.
Aos funcionÆrios da PPGF, Paulo e Silvestre, meu muito obrigada. Saibam que vocŒs
sªo pe(cid:231)as fundamentais para o bom funcionamento da p(cid:243)s gradua(cid:231)ªo.
Ao CNPq e CAPES pelo apoio (cid:28)nanceiro.
A Elo(cid:237)se e Nagilson, que foram fundamentais no in(cid:237)cio dessa pesquisa. El(cid:244), eu nªo
tenho como agradecer todas as vezes que vocŒ me explicou e tirou dœvidas, sou grata
tambØmpelaamizadequeaolongodotemposesolidi(cid:28)cou. Nagilson,meuamigo,obrigada
pelasoportunidadesquevocŒsepronti(cid:28)couefezalgumamedidapormim, pelacompanhia
nas disciplinas, nas discussıes e sobretudo, a amizade.
ARicardoeRafael, companheirosdequali(cid:28)ca(cid:231)ªo, meusinceroagradecimento. Saibam
que sªo exemplos para mim.
Aos que fazem o GNMS, nªo agrade(cid:231)o apenas pela troca de conhecimentos, mas por
todos os memorÆveis momentos.
Aos queridos companheiros da p(cid:243)s gradua(cid:231)ªo, com os quais compartilhei meu dia-a-
dia, quero agradecer. A caminhada teria sido mais Ærdua sem vocŒs.
Quero fazer um agradecimento especial aos amigos AcÆcio, Cida e Edimilson, que
me acompanharam tªo de perto e (cid:28)zeram papel de fam(cid:237)lia. Saibam que lembrarei com
saudade do nosso conv(cid:237)vio, conversas, cafØs e risadas. A AcÆcio agrade(cid:231)o por me ajudar
com as (cid:28)guras desse trabalho, sem vocŒ estas pÆginas seriam menos coloridas.
A Pedro, por todo amor, dedica(cid:231)ªo e apoio emocional, por nªo medir esfor(cid:231)os quando
a questªo Ø me fazer feliz, pela presen(cid:231)a e pela paciŒncia nessa etapa (cid:28)nal. Sou grata pelo
companheiro, amigo e esposo que tenho.
(cid:192) fam(cid:237)lia que (cid:28)z em Natal, Sara, Paulo, Marquito e agora Vin(cid:237)cius, obrigada pelo
apoio e torcida.
(cid:192) minha fam(cid:237)lia, os Araœjo, por conseguir compreender minhas ausŒncias, saibam
que elas nªo foram fÆceis, porØm necessÆrias. Agrade(cid:231)o o amor, a preocupa(cid:231)ªo e por
acreditarem em mim.
(cid:192) fam(cid:237)lia Cunha Ferreira, por abrir as portas de suas casas, de seus cora(cid:231)ıes e me
acolher. Obrigada pelo incentivo e con(cid:28)an(cid:231)a.
Por (cid:28)m, agrade(cid:231)o com todo meu amor a minha mªe, que tambØm foi pai, irmª e
amiga, que soube me incentivar com seu exemplo e nªo me deixou fraquejar, mesmo com
sua ausŒncia. Agrade(cid:231)o pela minha vida, pelo amor incondicional, pelas noites que passou
trabalhando para pagar umou outro curso que eu quis fazer, por abdicar dos seuspr(cid:243)prios
sonhos, para que eu pudesse ter e realizar os meus, por todos os saudosos momentos que
tivemos juntas. Agrade(cid:231)o ainda, por nªo me poupar, por nªo me tratar como princesa,
por me mostrar a realidade e todas as di(cid:28)culdades dia-a-dia, pois sem esses ensinamentos,
como eu iria enfrentar o mundo sem vocŒ? Mªe, eu a admiro e amo, pelo ontem e para
sempre.
(cid:16)Ao (cid:28)m do dia, podemos aguentar muito mais
do que pensamos que podemos.(cid:17)
Frida Kahlo
Resumo
Estudo das Propriedades MagnØticas e Estruturais dos Sistemas
Nanoestruturados de Ni-Cu e Haleto CuCl
Autora: Suzana Araœjo Barbosa
Orientador: Dr. Marco Antonio Morales Torres
Neste trabalho apresenta-se um estudo, de cunho experimental, de nanopart(cid:237)culas
cristalinas nªo agregadas e monodispersas de trŒs sistemas a base de Ni e/ou Cu,
produzidas a partir do mØtodo sol-gel e com o aux(cid:237)lio do pol(cid:237)mero quitosana. O primeiro
sistema Ø um nanocomp(cid:243)sito com di(cid:226)metro na faixa de 9-27 nm. As amostras contŒm
principalmente a fase de Ni e as fases α e β do hidreto de n(cid:237)quel (NiH). A fase α-NiH
apresentou uma contribui(cid:231)ªo ferromagnØtica signi(cid:28)cativa para T<50 K, e os hidretos
mostraram-sequimicamenteestÆveisaolongodevÆriosmeses. Osegundosistematemfase
œnica e Ø referente ao semicondutor i(cid:244)nico Cu(I)Cl com part(cid:237)culas esfØricas de di(cid:226)metro
mØdio de 9 nm. O terceiro sistema consiste na solu(cid:231)ªo s(cid:243)lida de Ætomos de Ni e Cu, e
suas amostras contŒm vÆrias ligas de Ni Cu para 0,50 < x < 0,92, com di(cid:226)metros na
x (1−x)
faixa de 11-90 nm. Os resultados de microscopia eletr(cid:244)nica de transmissªo sugerem que
as fases ricas em Cu estªo dispostas nos contornos das part(cid:237)culas, enquanto os nœcleos
das mesmas sªo ricos em Ni. Nas medidas magnØticas para 300<T<800 K percebeu-
se mudan(cid:231)as na magnetiza(cid:231)ªo relacionadas com as transi(cid:231)ıes magnØticas das ligas com
70<x<81. Para temperaturas abaixo da transi(cid:231)ªo de Curie (Tc) da liga Ni92Cu8 foi
veri(cid:28)cado um aumento do sinal magnØtico devido ao efeito de Hopkinson. JÆ para T>Tc
foi observada a forma(cid:231)ªo da fase de Gri(cid:30)ths, a qual Ø devida a clusters de Ætomos de
Ni que encontram-se dispersos num ambiente rico em Cu. Os par(cid:226)metros cr(cid:237)ticos obtidos
paraestafaseestªodeacordocomaliteratura. AsanÆlisesdascurvasdehistereserevelam
uma constante de anisotropia magnetocristalina efetiva (K ) maior que a constante K
eff 1
do Ni puro. Esse resultado foi atribu(cid:237)do a contribui(cid:231)ıes de anisotropia de superf(cid:237)cie. A
fase de Gri(cid:30)ths e o valor aumentado de K devem ter sua origem na fases ricas em Cu,
eff
na periferia das nanopart(cid:237)culas. Experimentos de aquecimento das amostras em presen(cid:231)a
de campo magnØtico AC mostraram taxas de absor(cid:231)ªo espec(cid:237)(cid:28)cas com valores crescentes
de acordo com o teor de Ni. A mÆxima varia(cid:231)ªo de temperatura ocorreu em 200 s,
indicando que tais ligas podem ser usadas em hipertermia magnØtica para o tratamento
de neoplasias.
Palavras-chave: Nanopart(cid:237)culas, Hidreto de n(cid:237)quel, CuCl, Ligas NiCu, Quitosana, Sol-gel.
Abstract
Study of Magnetic and Structural Properties of Ni-Cu and CuCl
Halide Nanostructured Systems
Author: Suzana Araœjo Barbosa
Advisor: Dr. Marco Antonio Morales Torres
The aim of this work is to synthesize and study crystalline, non aggregated and
monodispersed nanoparticles of three systems containing Ni and/or Cu. The samples
were prepared through the sol-gel method assisted by chitosan polymer. The (cid:28)rst system
is a nanocomposite with particle size in the range of 9-27 nm. The phases are mainly Ni,
α-NiH and β-NiH. The α-NiH phase showed a signi(cid:28)cant ferromagnetic contribution at
temperatures below 50 K and the hydrides were chemically stable when stored in air along
several months. The second system is an ionic semiconductor of Cu(I)Cl with spherical
particlesandwithaveragediameterof9nm. Thethirdsystemconsistsofthesolidsolution
of Ni and Cu atoms, and these samples are a mixing of Ni Cu (0,50<x<0,92) alloys
x (1−x)
withaverageparticlesizesintherangeof11-90nm. Thetransmissionelectronmicroscopy
images seems to reveal Cu rich alloy phases near to the particles surface, and Ni rich alloys
located at the core. Magnetic measurements as a function of temperature in the range of
300-800 K showed evidences of magnetic transitions related to alloys with 70<x<81. For
temperatures below T of the Ni92Cu8 alloy, it was observed a magnetic signal due to the
c
Hopkinson e(cid:27)ect. For T>Tc we noticed a feature related to the Gri(cid:30)ths phase which is
due to Ni clusters dispersed in the Cu rich alloy phase. The critical parameters for this
phase are in close agreement with the literature. The analysis of the hysteresis curves
revealed an enhancement of the magnetocrystalline anisotropy constant (K ) and this
eff
result was ascribed to the development of a surface magnetic anisotropy. The Gri(cid:30)ths
phase and the K e(cid:27)ect seem to be related the Cu rich alloy which may be located at
eff
the nanoparticles surface. Experiments in samples subjected to AC magnetic (cid:28)eld showed
absorption speci(cid:28)c rates with increasing values in agreement with the whole Ni content
of the samples. The maximum variation of temperatures ocurred for intervals of 200
s, indicating that these samples have potential for use in magneto hyperthermia in the
treatment of tumors.