Efeito da variação do processo de síntese nas propriedades estruturais de Nanopartículas de CoFe2O4

Abstract

Neste trabalho foi investigado o efeito da variação do processo de síntese na qualidade cristalina e na distribuição de cátions de nanopartículas de ferrita de cobalto (CoFe2O4). As nanopartículas foram obtidas por coprecipitação química de íons Co2+ e Fe3+ em meio alcalino, na qual seis diferentes parâmetros da síntese foram variados. Os parâmetros selecionados foram: (a) velocidade de agitação da solução, (b) força iônica, (c) concentração de base usada na coprecipitação, (d) temperatura de coprecipitação, (e) tempo de digestão, e (f) taxa de adição de NaOH. As espectroscopias Raman, Mossbauer e de raios-X foram empregadas neste trabalho. Foi verificado que varia¸c˜oes nos parâmetros de síntese, nos intervalos estudados, influenciaram pouco no controle do tamanho das nanopartículas, exceção para as amostras crescidas sobre gotejamento de NaOH. Neste último caso, as nanopartículas são muito maiores. Além do mais, foi constatado que para maiores concentrações de íons metálicos e maiores temperaturas de coprecipitaçãoas amostras apresentaram melhor cristalinidade. Os resultados também revelaram que a concentração ideal de base para a síntese está em torno de 22g de NaOH em 100mL de água. Um importante resultado foi a constatação de que a distribuição de cátions nos sítios tetraédricos e octaédricos dependem da velocidade de agitação da solução durante o processo de síntese. Os dados M¨ossbauer revelaram que a distribuição de cátions das nanopartículas de CoFe2O4 variaram de uma estrutura espinélio mista para uma estrutura espinélio direta, com o aumento da velocidade. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this work the effect of the variation of the synthesis process on the crystalline quality and cation distribution in cobalt ferrite (CoFe2O4) nanoparticle, was investigated. The nanoparticles were obtained by chemical coprecipitation of Co2+ and Fe3+ ions in alkaline medium, in which six different synthesis parameters were changed. The synthesis parameters selected for changing were: (a) stirring speed of the solution, (b) ionic strength, (c) base concentration used in the coprecipitation, (d) coprecipitation temperature, (e) digestion time and, (f) NaOH addition rate. Raman, M¨ossbauer and of X-ray spectroscopy were used in this work. It was verified that variation of the synthesis parameters, in the range studied, had little influence in the control of the size of the nanoparticles, exception to the samples grown under NaOH dripping. In this latter case the nanoparticle sizes were much larger. Besides, it was verified that the more concentrated the metallic ions and the higher the coprecipitation temperature the better the crystallinity of the samples is. The results also revealed that the ideal base concentration for the synthesis is about 22g the NaOH in 100mL the water. An important result was the finding that the cation distribution in octahedral and tetrahedral sites depends on the stirring speed of the solution during the synthesis process. The M¨ossbauer data revealed that the cation distribution in the CoFe2O4 nanoparticles varies of a mixed spinel structure, for the lowest stirring speed, changing towards a direct spinel structure as the stirring speed increases. v.