3 – Espalhamentos de nêutrons a baixo ângulo
P. A linha sólida representa o fator de forma.
3.4–FATOR DE ESTRUTURA
Os fatores de estrutura experimentais, obtidos normalizando as intensidades espalhadas pelo fator de forma determinado a partir do ajuste, estão representados na figura 17 para as amostras à base de maguemita. A figura 17 compara os fatores de estrutura das dispersões P e G, de mesma fração volumétrica (φp = 1,5%), aproximadamente mesmo pH e
força iônica diferentes (ver legenda). Essa figura ilustra o efeito do tamanho dos nanogrãos na estrutura do colóide mantendo a repulsão interpartículas constante.
1E-3 0,01 0,1 0,1 1 10 100 S( q) q(A-1) G - rep G - atr P - rep P - atr
Figura 17 – Fator de estrutura da dispersão à φp = 1,5% baseado em nanopartículas de maguemita P (triângulos e
estrelas) e nanopartículas de maguemita G (quadrados e círculos). Símbolos cheios: pH = 3 e CS = 10-3 mol/L;
Símbolos abertos: pH = 3,7 e CS = 0,13 mol/L.
3.5–ESPALHAMENTO EM FUNÇÃO DA APLICAÇÃO DE UM CAMPO MAGNÉTICO
Quando se aplica um campo magnético, as partículas da solução globalmente superparamagnética se orientam paralelamente ao campo magnético. A figura 18 apresenta, no caso das duas amostras P e G, os padrões bidimensionais obtidos em presença de um campo magnético de 800 kA/m perpendicular a direção do feixe incidente. O padrão observado para a amostra P é isotrópico enquanto o padrão coletado para a amostra G mostra uma anisotropia, resultado indicando que a anisotropia do padrão de espalhamento aumenta com o tamanho das nanopartículas devido à interação dipolar magnética mais intensa para partículas de maior tamanho26.
Figura 18 – Diagrama de espalhamento de nêutrons para um ferrofluido à base de nanopartículas de maguemita
P (em cima) e G (em baixo). Figuras principais: aplicação de um campo magnético de 850 kA/m; Anexos: sem aplicação de um campo magnético.
Amostra P
Como vimos no início desse capítulo na seção 2.2.2, o sinal espalhado é constituído de uma parte magnética (interação dos nêutrons com o momento magnético da partícula) e de uma parte nuclear (interação dos nêutrons com os núcleos dos átomos constituintes da partícula). Em presença de um campo magnético externo o sinal de origem magnética é anisotrópico; entretanto ele é negligenciável em relação à contribuição nuclear. A obtenção de um espectro isotrópico para a amostra P permite então atribuir a anisotropia observada na amostra G a uma anisotropia de interação das partículas e eventuais flutuações da posição dentro da solução.
Dentro desses sistemas e sobre um campo magnético, a possível presença de pequenos agregados ainda complica o tratamento: estes se orientam sob campo mais facilmente que as partículas isoladas. O fator de forma poderá então ser diferente entre as duas direções26.
4 – Conclusão
O espalhamento de nêutrons é um método bem adaptado para se estudar ferrofluidos, pois fornece informações sobre partículas individuais em regime diluído e sobre as interações interpartículas em regime concentrado.
Em regime diluído, as determinações dos tamanhos médios efetuadas nesse capítulo estão em acordo com os valores determinados pela técnica da difração de raios x assim como mostram a presença de uma pequena proporção de grandes objetos espalhadores.
Demonstramos nesse capítulo que é possível controlar a microestrutura de dispersões magnéticas através de vários parâmetros físico-químicos como: tamanho dos nanogrãos (momento magnético e interação dipolar), pH e força iônica (densidade de carga superficial e blindagem do potencial de superfície). Os ferrofluidos aquosos estudados aqui estão claramente em regime repulsivo quando a força iônica é baixa. Os resultados obtidos quando adicionamos eletrólitos correspondem ao efeito usual de aumento da força iônica que conduz a uma diminuição das repulsões interpartículas.
No que diz respeito ao efeito do campo magnético, mostramos que o efeito observado em ferrofluidos em regime repulsivo é de pequena intensidade. Para aprofundar mais sobre esse efeito será necessário trabalhar com partículas maiores e/ou amostras mais concentradas.
Outros experimentos com diferentes ferritas, diferentes tamanhos são necessários juntamente com uma fina exploração da variação do pH e da força iônica para permitir uma modelização mais completa.
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