Manganitas nanoestruturadas : um estudo do efeito magnetocalórico

Abstract

Desde 1950 as manganitas de valência mista têm despertado curiosidade científica de diversos pesquisadores, devido à riqueza de suas propriedades magnéticas, elétricas e cristalográficas. Devido à observação da magnetorresistência colossal nestes materiais, o interesse sobre eles aumentou drasticamente devido a possibilidade de sua utilização em dispositivos de armazenamento/leitura de dados, o que requer a produção deste material com dimensão reduzida. Além disso, o largo Efeito Magnetocalórico (EMC) das manganitas as habilita como possíveis materiais para refrigeração magnética. Dado o vasto estudo das propriedades destes materiais na forma de volume, teremos como objetivo neste trabalho analisar suas propriedades magnéticas na forma de nanopartícula e nanotubos. Para isso, foram sintetizadas as manganitas Sm0,6Sr0,4MnO3, La0,6Ca0,4MnO3 e La0,6Sr0,4MnO3 na forma de nanopartícula e nanotubo através do método Sol-gel (Pechinni) e pore wetting method. Uma vez que todas as manganitas escolhidas apresentam mesma proporção de terra-rara trivalente e alcalino terroso bivalente, a razão de Mn3+ e Mn4+ se mantém constante. A alteração dos ocupantes do sítio A, contudo, só afetará diretamente o grau de distorção estrutural das manganitas. Assim, serão avaliadas as mudanças nas propriedades cristalográficas e magnéticas de acordo com a mudança de morfologia separadamente para as estequiometrias escolhidas. Para começarmos a formação da fase desejada utilizamos a Difração de Raios X e re no pelo método Rietveld. Com os dados retornados pelo re no, podemos calcular o tamanho do cristalito das partículas a partir da equação de Scherrer, onde obtivemos valores na escala nanométrica, como desejado. Estes resultados foram confirmados através de medidas de Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) onde também foi possível observar que o pore wetting method permite a obtenção de nanotubos com diâmetros e comprimentos da ordem de 200 nm e 2 µm, respectivamente. Foi observado, ainda, que a temperatura de tratamento influencia fortemente no diâmetro médio de partícula obtido. Para o La0,6Ca0,4MnO3, por exemplo, o tamanho é reduzido de 223 nm para 45 nm quando tratadas a 1000 0C e 700 0C, respectivamente. A redução de tamanho de partícula para a escala nanométrica faz com que os materiais apresentem novas propriedades. Os valores de temperatura de Curie, magnetização de saturação e campo coercivo para as nanopartículas e nanotubo sofrem alterações quando comparadas com as manganitas na forma de volume. O alargamento da transição magnética observado induz o alargamento na variação de entropia magnética (∆S), fazendo com que a faixa de temperatura de funcionamento do EMC seja maior, favorecendo, assim, a aplicação destes materiais como refrigerantes magnéticos. O Sm0,6Sr0,4MnO3 em volume, por exemplo, tem valor de ∆Smax aproximadamente igual a 10 J/kg.K quando variado o campo magnético de 0 para 5 T - mesmo valor obtido para o Gd que, assim como suas ligas, é o material utilizado em protótipos de refrigeradores - porém com uma faixa de temperatura de funcionamento em torno de 80 à 100 K. Além de observado o alargamento da variação de temperatura da curva de ∆S para todas as amostras analisadas, as nanoestruturas de Sm0,6Sr0,4MnO3, em particular, exibem comportamento superparamagnético interagente quando analisadas as curvas de arrot plott, magnetização versus H/T e ajuste da curva Langevin.