Heteroestructuras basadas en nanopartículas magnéticas - Rivas Rojas, Patricia Carolina (2019)
Las estructuras cuyas dimensiones se encuentran en la escala nanométrica poseen propiedades físico-químicas estrechamente relacionadas con su tamaño, forma y morfología y que difieren notablemente de las de su equivalente de mayor tamaño. Esto ha conllevado al estudio intensivo de estos sistemas las últimas décadas, donde se han encontrado propiedades magnificadas e incluso únicas y que han desencadenado avances tecnológicos importantes y el desarrollo de conocimiento en un área que está en la frontera de los fenómenos cuánticos. Una dirección importante en la síntesis de nanopartículas es la expansión a nanoestructuras híbridas conformadas por dominios discretos de diferentes materiales arreglados de manera controlada, conocidas como heteroestructuras y cuyas ventajas incluyen la multifuncionalidad, la generación de nuevas funciones y propiedades mejoradas no disponibles con un solo componente.Tres familias de nanopartículas formadas por un único núcleo de óxido de hierro y cáscaras de sílice amorfa fueron preparadas por métodos químicos. En cada caso, primero se obtuvo un ferrofluido de nanopartículas monodispersas de óxido de hierro cubiertas con ácido oleico, por la descomposición térmica de precursores orgánicos. La cobertura orgánica se aprovechó para promover el intercambio de ligandos en un proceso de microemulsión inversa, permitiendo transferir las partículas a la fase polar, donde ocurre de manera confinada la hidrólisis y condensación de TEOS (Si(OC2H5)4) y se forma una cáscara de SiO2 amorfo sobre cada nanopartícula. Los parámetros de síntesis fueron variados para obtener diferentes tamaños de núcleos y espesores de cáscaras.La transferencia de fase de nanopartículas hidrofóbicas por la formación de una cáscara química y mecánicamente resistente, es una alternativa interesante como primer paso de modificación superficial que permita la creación de estructuras más complejas y funcionales, aprovechando la conocida versatilidad de los compuestos organosilanos. A través de este método se obtienen partículas de tamaño y morfología homogénea, proveyendo un sistema que puede utilizarse como modelo para estudiar fenómenos básicos del magnetismo en la nanoescala.Núcleos de diámetros entre 8 y 13 nm con cáscaras de entre 1 y decenas de nanómetros fueron caracterizadas por difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica (TEM y SEM), y dispersión de rayos X a bajos ángulos (SAXS), confirmando la composición y morfología esperadas y la estabilidad de los coloides. Se llevó a cabo una intensa caracterización magnética, reconociendo la dependencia de los parámetros magnéticos principales con cada distribución de tamaños y las distancias entre núcleos.Todas las variaciones en los parámetros extraídos de la caracterización magnética muestran una dependencia con el inverso de la distancia entre partículas al cubo, permitiendo asociarlos directamente con un aumento en las interacciones dipolares a medida que disminuye el espesor de las cáscaras de sílice. Una frontera entre sistemas interactuantes y no interactuantes es identificada y discutida.