Elaboração, caracterização físico-química e condutividade AC de colóides magnéticos do tipo EDL-MF à base de ferrita de cobalto

Abstract

Fluidos magnéticos do tipo EDL-MF (Electric Double Layered Magnetic Fluids) são dispersões coloidais de nanopartículas do tipo ferritas espinélio peptizadas em meio aquoso ácido ou básico. Como sendo um material impar, magnético e fluido ao mesmo tempo, vem sendo empregado em nanotecnologia na indústria e mais recentemente na medicina e áreas afins. Avanços na caracterização deste tipo de material têm sido primordial neste sentido. O fato de serem amostras muito absorventes limita o emprego de técnicas espectroscópicas convencionais de análise na região do UV-VIS. Por outro lado, o recente emprego de técnicas eletroquímicas que, diferentemente, exploram as propriedades elétricas do meio, se torna neste caso uma ferramenta poderosa. Neste trabalho procuramos investigar a condução elétrica de um EDL-MF a base de ferrita de cobalto. As amostras investigadas foram sintetizadas quimicamente utilizando-se o método “bottom-up” e caracterizadas à luz de um modelo “core-shell” onde um background teóricoexperimental é apresentado. Em seguida, exploramos questões de estabilidade coloidal das mesmas segundo um modelo do tipo DLVO a partir de medidas experimentais de titulações condutimétricas e potenciométricas simultâneas, com a determinação da densidade superficial de carga elétrica e as constantes de equilíbrio dos sítios ácidos superficiais que lhe dão origem. Finalmente, através de medidas condutimétricas AC procuramos investigar a contribuição das nanopartículas para a condução elétrica de um EDL-MF. Num primeiro experimento as nanopartículas foram floculadas e a condutividade AC do sobrenadante comparada àquela do colóide original. Em um segundo experimento a condutividade AC da amostra foi medida em função do aumento da viscosidade pela adição de glicerol no sentido de reduzir uma possível contribuição das nanopartículas para a condução elétrica do meio pela redução drástica de sua mobilidade em relação àquela dos íons do meio carreador. A partir da análise destes resultados nenhuma evidência foi encontrada no sentido de uma contribuição das partículas para a condutividade AC global do meio. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Electric Double Layered Magnetic Fluids (EDL-MF) are colloidal dispersions of spinel ferrites nanoparticles peptized in aqueous acid or base medium. As being an odd material, magnetic and fluid at the same time, it has been used in industrial nanotechnology and more recently in medicine and related areas. In this regard, advances in characterization have been of paramount importance. The fact that they are highly absorbent samples limits the use of conventional spectroscopic analysis in the UV-VIS range. However, the recent use of electrochemical techniques that, unlike spectroscopic ones, explore the electrical properties of the medium, becomes a powerful tool. In this work we investigate the electrical conduction of an EDL-MF based on cobalt ferrite. The investigated samples were chemically synthesized using a bottom-up method and characterized by a core-shell model. In this context, a theoretical and experimental background is first presented. Then, we explore the colloidal stability using a DLVO approach using experimental measurements of simultaneous conductimetric and potentiometric titration. It allows the determination of the equilibrium constants of surface acid sites and the consequent surface density of electric charge. Finally, by using AC conductivity measurements, we investigated the contribution of nanoparticles to the electric conduction of EDL-MF. In a first experiment, the dispersion has been flocculated and the AC conductivity of the supernatant was compared to that of the original colloid. In a second experiment, AC conductivity has been measured as a function of the sample viscosity which has been tuned by adding glycerol. Indeed, the decrease of the nanoparticles mobility would drastically reduce the nanoparticles contribution to the electrical conduction of the medium when compared to that of ions. The analysis of these results have shown no evidence towards a contribution of particles to the total AC conductivity of the medium.