Nanomateriais magnéticos de Fe@FeOx com estrutura core-shell obtidos via redução de nanopartículas de magnetita

• Processo: 12/17771-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 18 de março de 2013
• Data de Término da vigência: 17 de setembro de 2013
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Laudemir Carlos Varanda
• Beneficiário: Watson Beck Junior
• Supervisor: Carlos J. Serna Pereda
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Universidad Autónoma de Madrid (UAM), Espanha
• Vinculado à bolsa: 11/12210-4 - Síntese e caracterização de nanomateriais superparamagnéticos do tipo core-shell para aplicação em catálise e biomedicina., BP.DR
• Assunto(s): Materiais magnéticos Nanopartículas magnéticas Alta temperatura Decomposição térmica Óxido ferroso-férrico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: alfa-ferro | coprecipitação | Decomposição térmica | Magnetita | nanopartículas magnéticas | redução a altas temperaturas | Química dos Materiais

Resumo

Materiais magnéticos em escala nanométrica, em especial nanopartículas (NP), apresentam propriedades magnéticas diferenciadas se comparados aos mesmos materiais em escala macrométrica, as quais podem ser exploradas para obtenção de novas funcionalidades e aplicação em diferentes áreas do conhecimento, dentre elas a biomedicina. Aplicações biomédicas de NPM requerem NP com estabilidade química e coloidal em condições fisiológicas, emanação magnética intensificada e comportamento superparamagnético à temperatura ambiente. NP magnéticas de óxido de ferro (por exemplo, magnetita e maghemita), além das características mencionadas acima, apresentam baixa biotoxicidade, o que faz desses materiais fortes candidatos para aplicação em biomedicina. NP superparamagnéticas de magnetita e maghemita apresentam magnetização de saturação (MS) da ordem de 50-80 emu/g, baixa temperatura de bloqueio magnético e ampla versatilidade na funcionalização de sua superfície com polímeros, surfactantes e biomoléculas. Entretanto, a presença de compostos funcionais diamagnéticos sobre sua superfície resulta na diminuição dos valores de MS desse material. Apesar de possuir MS ao redor de 200 emu/g, NP magnéticas de Fe e Co metálico apresentam baixa estabilidade química em ambientes aquosos e dificuldade na funcionalização de sua superfície, o que dificulta sua utilização direta em aplicações biomédicas. Neste contexto, este projeto, vinculado ao projeto regular de doutorado do aluno (Processo FAPESP 2011/12210-4), propõe a obtenção de NP magnéticas de Fe metálico recobertas com óxido de ferro (Fe@FeOx) em uma estrutura core-shell. O intuito desse material é aliar a alta emanação magnética do core metálico à baixa biotoxicidade e versatilidade de funcionalização superficial do shell de óxido de ferro. As NP serão obtidas a partir da redução de NP de magnetita a altas temperaturas em atmosfera de H2 seguida da oxidação controlada de sua superfície para formação da camada de óxido. As NPM de magnetita serão obtidas utilizando dois diferentes métodos de síntese: decomposição térmica de complexos metálicos e coprecipitação em meio aquoso. As sínteses por decomposição térmica são bastante conhecidas por produzir NP com extremo controle morfológico e de tamanho e são atualmente utilizadas por nosso grupo no Brasil. Recentemente, pesquisadores do Instituto de Ciência de Materiais de Madrid (ICMM) têm estudado algumas modificações de métodos de coprecipitação propostos por Egon Matijevíc para produção de NP de magnetita com bom controle morfológico e de tamanho. Como trata-se de um método atualmente não utilizado por nosso grupo, mas de grande interesse para o mesmo, optou-se pela inclusão desse método neste projeto para síntese de NP de óxido de ferro, as quais serão posteriormente reduzidas para obtenção de NP de Fe@FeOx. Acredita-se que o estudo deste método virá a ajudar no desenvolvimento não somente do projeto regular do aluno, mas também de outros projetos atualmente em desenvolvimento em nosso grupo. O sistema Fe@FeOx aqui proposto é composto por duas fases magnéticas distintas, o que pode resultar em diferentes formas de acoplamento na interface entre elas. Assim, dado o extenso parque de equipamentos de caracterização magnética disponível no ICMM e o sólido conhecimento dos pesquisadores do ICMM nessa área, pretende-se estudar as propriedades magnéticas apresentadas pelo sistema Fe@FeOx, uma vez que formas diferenciadas de acoplamento magnético entre fases magnéticas distintas pode levar ao surgimento de novos fenômenos magnéticos, como já anteriormente observado na literatura para outros sistemas core-shell. Acredita-se que tais estudos poderão dar base para a interpretação das propriedades apresentadas pelos sistemas FePt@Fe3O4, FeCo@Fe3O4, FeAg@Fe3O4 e Co@Fe3O4, atualmente em desenvolvimento no projeto regular no Brasil. (AU)