Materiales compuestos transparentes con nanoparticulas magneticas para sensores magneto-opticos de corriente

Abstract

Se han preparado con éxito materiales compuestos con nanopartículas superparamagnéticas de maghemita dispersas en una matriz de sílice amorfa a través del método sol-ge!. El rango de propiedades estnicturales, magnéticas y magneto-ópticas viene dado por la composición del gel inicial, las condiciones de Ph del medio y las etapas posteriores de maduración, secado y tratamiento térmico. Se ha diseñado también un tratamiento térmico de los geles secos hasta 700 °C, con etapas isotérmicas a 300 oc y 500 oc que garantizan la eliminación de nitratos, restos de fonnamida y otros residuos, así como la consolidación de la matriz, permitiendo la obtención de piezas monolíticas con un grado de transparencia aceptable pan muestras con concentraciones inferiores al 10 % en peso de óxido de hierro (III). La gran mejora introducida en el método de preparación de los geles consiste en el lavado post-envejeciniiento, qne pernñte evitar la presencia de fases no deseadas de otros óxidos de hierro, eliminar la presencia de residuos, estrechar la distribución de tamaños de las nanopartículas y asegurar la monoliticidad en un elevado porcentajé de muestras. Estudios combinados mediante diversas técnicas calorimétricas y espectroscópicas, difracción de rayos X y niicroscopía electrónica de transmisión han permitido elaborar un modelo estructural para el crecimiento de las nanopartículas de óxido de hierro y su evolución en la matriz silícea. La distribución de tamaños de partícula determina las propiedades magnéticas de las muestras, observándose la formación de clústeres en aquellas con un mayor porcentaje de hierro, La caracterización mediante técnicas de magnetometría sugiere un modelo de tipo núcleo-corteza para la explicación del comportamiento magnético observado. A temperaturas cercanas a la ambiente, el proceso de aproximación a saturación de las muestras se ve modificado por una componente de tipo paramagnética, mientras que a bajas temperaturas se produce un orden magnético de corto alcance antre los espines superficiales de las nanopartículas, dando como resultado un incremento en la magnetización de las muestras. A partir de medidas de espectroscopIa Móssbauer, se ha realizado una estiMACIÓN cuantitativa de la composición en fases magnéticas de las muestras inultifásicas, llegando a calcular incluso la fracción de partículas en régimen superparamagnético. Medidas de resonancia ferromagnética a temperatura variable han permitido detectar la presencia de iones Fe3+ y su contribución a la componente paramagnética de la magnetización a alto campo. Como resultado del proceso global de optimización, se ha llegado a la obtención de materiales transparentes con un elevado efecto magneto-óptico Faraday, hecho que los hace idóneos para el diseño de sensores de corriente con un tamaño reducido. Al aumentar la concentración de hierro, aumenta la intensidad del efecto magneto-óptico en estos materiales, a la vez que disminuye el grado de transparencia óptica. Asimismo, se observa que la rotación específica es proporcional a la magnetización del material.