Nano Magnetic o
60
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conceptos basicos da nanopartículas magneticas y sus aplicaciones
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Síntesis de Nanopartículas Magnéticas
Julio César Heras S.
Principios Básicos de Coloides
Julio César Heras S. (Principios Básicos de Coloides)Síntesis de Nanopartículas Magnéticas 1 / 23
Propiedades Magnéticas
Propiedades Magnéticas
Las materiales se clasi�can por su respuesta a un campo magnético aplicado.
Diamagneticos
Paramagneticos
Ferromagneticos
Antiferromagneticos
Ferrimagneticos
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Propiedades Magnéticas
Diamagnetismo
El movimiento orbital de los electrones crea diminutos bucles de corrientes
atómicas, que producen campos magnéticos. Cuando se aplica un campo
magnético externo a un material, estos bucles de corrientes tienden a alin-
earse de tal manera que se oponen al campo aplicado.
Figura 1: Diamagnetismo en materiales.
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Propiedades Magnéticas
Paramagnetismo
Es la tendencia de los momentos magnéticos libres a alinearse paralelamente
a un campo magnético. Los materiales paramagnéticos están constituidos
por átomos y moléculas que tienen momentos magn�ticos permanentes. Estos
momentos magnéticos tienen su origen en los espines de electrones.
Figura 2: Orientación de los momentos magnéticos.
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Propiedades Magnéticas
Ley de Curie para el paramagnetismo
A campos magnéticos bajos, los materiales paramagnéticos tienen una mag-
netización en la misma dirección del campo externo, y cuya magnitud se
describe por la ley de Curie:
M = χH = CH/T
Los materiales paramagnéticos tienden a volverse cada vez más
magnéticos al aumentar el campo aplicado.
Al elevar la temperarura los materiales paramagnéticos tienden a
volverse menos magnéticos.
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Propiedades Magnéticas
Ley de Curie para el paramagnetismo
A campos magnéticos bajos, los materiales paramagnéticos tienen una mag-
netización en la misma dirección del campo externo, y cuya magnitud se
describe por la ley de Curie:
M = χH = CH/T
Los materiales paramagnéticos tienden a volverse cada vez más
magnéticos al aumentar el campo aplicado.
Al elevar la temperarura los materiales paramagnéticos tienden a
volverse menos magnéticos.
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Propiedades Magnéticas
Ferromagnetismo
Todos los momentos magnéticos tienen la misma magnitud y están orienta-
dos paralelamente en el mismo sentido. Los momentos magnéticos atómicos
se acoplan sin necesidad de campo magnético externo. Este comportamien-
to está relacionado con las fuertes interacciones entre espines de pares de
electrones.
Figura 3: Orientación de los momentos magnéticos de un material.
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Propiedades Magnéticas
Antiferromagnetismo
Todos los momentos magnéticos tienen la misma magnitud, pero están en
posiciones antiparalelas. La interacción se destruye a alta temperatura por
efecto de la entropía. La temperatura por encima de la cual no se aprecia el
antiferromagnetismo se llama temperatura de Neel.
Figura 4: Orientación de los momentos magnéticos de un material.
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Propiedades Magnéticas
Temperatura de Neel
Es la temperatura por encima de la cual desaparece el efecto antiferromag-
nético en los materiales, pasando éstos a comportarse como materiales para-
magnéticos. Es una propiedad especí�ca de cada material.
Figura 5: Comportamiento de los materiales con la temperatura.
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Propiedades Magnéticas
Ferrimagnetismo
Los momentos magnéticos están en posición antiparalelas y tienen distintas
magnitudes. Por encima de la temperatura de Curie se pierde el ferrimag-
netismo y el material pasa a ser paramagnético.
Figura 6: Orientación de los momentos magnéticos de un material.
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Métodos Sintéticos
Métodos Sintéticos
Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
Co-Precipitación
Microemulsión
Descomposición Térmica
Solvotermal
Sonoquímica
Microondas Asistida
Deposición Química de Vapor
Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
síntesis de pirólisis láser
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Métodos Sintéticos
Métodos Sintéticos
Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
Co-Precipitación
Microemulsión
Descomposición Térmica
Solvotermal
Sonoquímica
Microondas Asistida
Deposición Química de Vapor
Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
síntesis de pirólisis láser
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Métodos Sintéticos
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Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
Co-Precipitación
Microemulsión
Descomposición Térmica
Solvotermal
Sonoquímica
Microondas Asistida
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Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
síntesis de pirólisis láser
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Métodos Sintéticos
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Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
Co-Precipitación
Microemulsión
Descomposición Térmica
Solvotermal
Sonoquímica
Microondas Asistida
Deposición Química de Vapor
Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
síntesis de pirólisis láser
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Métodos Sintéticos
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Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
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Microemulsión
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Solvotermal
Sonoquímica
Microondas Asistida
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Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
síntesis de pirólisis láser
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Métodos Sintéticos
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Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
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Microemulsión
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Solvotermal
Sonoquímica
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Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
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Métodos Sintéticos
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Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
Co-Precipitación
Microemulsión
Descomposición Térmica
Solvotermal
Sonoquímica
Microondas Asistida
Deposición Química de Vapor
Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
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Métodos Sintéticos
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Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
Co-Precipitación
Microemulsión
Descomposición Térmica
Solvotermal
Sonoquímica
Microondas Asistida
Deposición Química de Vapor
Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
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Métodos Sintéticos
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Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
Co-Precipitación
Microemulsión
Descomposición Térmica
Solvotermal
Sonoquímica
Microondas Asistida
Deposición Química de Vapor
Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
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Métodos Sintéticos
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Durante la última década MNPs han sido sintetizados y los métodos más
usados son:
Co-Precipitación
Microemulsión
Descomposición Térmica
Solvotermal
Sonoquímica
Microondas Asistida
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Síntesis de Combustión
Arco de Carbono
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Métodos Sintéticos
Co-Precipitación
Se emplea para sintetizar MNPs (óxidos metálicos y ferritas) a partir
de soluciones de sal acuosa.
Se hace mediante la adición de una base, bajo atmósfera inerte a
temperatura ambiente o en temperatura elevada.
Las nanopartículas de óxido de hierro (Fe3O4 o γ − Fe2O3) y ferritas
se preparan normalmente en un medio acuoso.
M2+ + 2Fe3+ + 8OH− → MFe2O4 + 4H2O
Donde M puede ser Fe2+, Mn2+, Co2+, Cu2+, Mg2+, Zn2+ y Ni2+
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Co-Precipitación
Se emplea para sintetizar MNPs (óxidos metálicos y ferritas) a partir
de soluciones de sal acuosa.
Se hace mediante la adición de una base, bajo atmósfera inerte a
temperatura ambiente o en temperatura elevada.
Las nanopartículas de óxido de hierro (Fe3O4 o γ − Fe2O3) y ferritas
se preparan normalmente en un medio acuoso.
M2+ + 2Fe3+ + 8OH− → MFe2O4 + 4H2O
Donde M puede ser Fe2+, Mn2+, Co2+, Cu2+, Mg2+, Zn2+ y Ni2+
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Co-Precipitación
Se emplea para sintetizar MNPs (óxidos metálicos y ferritas) a partir
de soluciones de sal acuosa.
Se hace mediante la adición de una base, bajo atmósfera inerte a
temperatura ambiente o en temperatura elevada.
Las nanopartículas de óxido de hierro (Fe3O4 o γ − Fe2O3) y ferritas
se preparan normalmente en un medio acuoso.
M2+ + 2Fe3+ + 8OH− → MFe2O4 + 4H2O
Donde M puede ser Fe2+, Mn2+, Co2+, Cu2+, Mg2+, Zn2+ y Ni2+
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Métodos Sintéticos
Co-Precipitación
Se emplea para sintetizar MNPs (óxidos metálicos y ferritas) a partir
de soluciones de sal acuosa.
Se hace mediante la adición de una base, bajo atmósfera inerte a
temperatura ambiente o en temperatura elevada.
Las nanopartículas de óxido de hierro (Fe3O4 o γ − Fe2O3) y ferritas
se preparan normalmente en un medio acuoso.
M2+ + 2Fe3+ + 8OH− → MFe2O4 + 4H2O
Donde M puede ser Fe2+, Mn2+, Co2+, Cu2+, Mg2+, Zn2+ y Ni2+
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Métodos Sintéticos
Co-Precipitación
Cuando la precipitación es completa se espera un nivel de pH entre 8 y
14.
Las nanopartículas de magnetita (Fe3O4) no son muy estables en
condiciones ambientales, y se oxidan fácilmente.
Figura 7: Nanopartículas magnéticas en la industria.
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Métodos Sintéticos
Co-Precipitación
Cuando la precipitación es completa se espera un nivel de pH entre 8 y
14.
Las nanopartículas de magnetita (Fe3O4) no son muy estables en
condiciones ambientales, y se oxidan fácilmente.
Figura 7: Nanopartículas magnéticas en la industria.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Este es un sistema isotrópica y termodinámicamente estable de una
sola fase que consta de tres componentes: agua, aceite y un molécula
llamada surfactante.
La molécula de surfactante disminuye la tensión interfacial entre el
agua y el aceite dando como resultado la formación de una solución
transparente.
Figura 8: Esquema de una microemulsión.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Este es un sistema isotrópica y termodinámicamente estable de una
sola fase que consta de tres componentes: agua, aceite y un molécula
llamada surfactante.
La molécula de surfactante disminuye la tensión interfacial entre el
agua y el aceite dando como resultado la formación de una solución
transparente.
Figura 8: Esquema de una microemulsión.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Santra et al. reportaron una metodología para la síntesis de MNPs, en
una microemulsión agua en aceite.
Usaron tres diferentes tensioactivos no iónicos (TritonX − 100,
IgepalCO − 520 y Brij − 97) para la preparación de microemulsiones.
Se agrega NH4OH y NaOH como fuente base.
La agregación más ordenada de las partículas se observó en el caso del
Brij − 97.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Santra et al. reportaron una metodología para la síntesis de MNPs, en
una microemulsión agua en aceite.
Usaron tres diferentes tensioactivos no iónicos (TritonX − 100,
IgepalCO − 520 y Brij − 97) para la preparación de microemulsiones.
Se agrega NH4OH y NaOH como fuente base.
La agregación más ordenada de las partículas se observó en el caso del
Brij − 97.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Santra et al. reportaron una metodología para la síntesis de MNPs, en
una microemulsión agua en aceite.
Usaron tres diferentes tensioactivos no iónicos (TritonX − 100,
IgepalCO − 520 y Brij − 97) para la preparación de microemulsiones.
Se agrega NH4OH y NaOH como fuente base.
La agregación más ordenada de las partículas se observó en el caso del
Brij − 97.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Santra et al. reportaron una metodología para la síntesis de MNPs, en
una microemulsión agua en aceite.
Usaron tres diferentes tensioactivos no iónicos (TritonX − 100,
IgepalCO − 520 y Brij − 97) para la preparación de microemulsiones.
Se agrega NH4OH y NaOH como fuente base.
La agregación más ordenada de las partículas se observó en el caso del
Brij − 97.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Vidal-Vidal et al. informaron de la síntesis de nanopartículas de
magnetita monodispersas con el uso de un método de microemulsión.
Las partículas mostraron formas esféricas y una distribución de
tamaño de 3, 5± 0, 6nm.
Se uso la oleilamina como recubrimiento.
Los resultados muestran que la oleilamina actúa como un agente de
precipitación y de protección.
Este método requiere una gran cantidad de solvente y el rendimiento
de la producción es bajo.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Vidal-Vidal et al. informaron de la síntesis de nanopartículas de
magnetita monodispersas con el uso de un método de microemulsión.
Las partículas mostraron formas esféricas y una distribución de
tamaño de 3, 5± 0, 6nm.
Se uso la oleilamina como recubrimiento.
Los resultados muestran que la oleilamina actúa como un agente de
precipitación y de protección.
Este método requiere una gran cantidad de solvente y el rendimiento
de la producción es bajo.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Vidal-Vidal et al. informaron de la síntesis de nanopartículas de
magnetita monodispersas con el uso de un método de microemulsión.
Las partículas mostraron formas esféricas y una distribución de
tamaño de 3, 5± 0, 6nm.
Se uso la oleilamina como recubrimiento.
Los resultados muestran que la oleilamina actúa como un agente de
precipitación y de protección.
Este método requiere una gran cantidad de solvente y el rendimiento
de la producción es bajo.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Vidal-Vidal et al. informaron de la síntesis de nanopartículas de
magnetita monodispersas con el uso de un método de microemulsión.
Las partículas mostraron formas esféricas y una distribución de
tamaño de 3, 5± 0, 6nm.
Se uso la oleilamina como recubrimiento.
Los resultados muestran que la oleilamina actúa como un agente de
precipitación y de protección.
Este método requiere una gran cantidad de solvente y el rendimiento
de la producción es bajo.
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Métodos Sintéticos
Microemulsión
Vidal-Vidal et al. informaron de la síntesis de nanopartículas de
magnetita monodispersas con el uso de un método de microemulsión.
Las partículas mostraron formas esféricas y una distribución de
tamaño de 3, 5± 0, 6nm.
Se uso la oleilamina como recubrimiento.
Los resultados muestran que la oleilamina actúa como un agente de
precipitación y de protección.
Este método requiere una gran cantidad de solvente y el rendimiento
de la producción es bajo.
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Métodos Sintéticos
Descomposición Térmica
La descomposición térmica de precursores organometálicos como
Fe(CO)5 lleva a la formación de nanopartículas metálicas.
Si es seguido por la oxidación puede dar lugar a un alto contenido de
óxidos de metales.
Figura 9: Efecto de reacción con la temperatura y el tiempo.
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Métodos Sintéticos
Descomposición Térmica
La descomposición térmica de precursores organometálicos como
Fe(CO)5 lleva a la formación de nanopartículas metálicas.
Si es seguido por la oxidación puede dar lugar a un alto contenido de
óxidos de metales.
Figura 9: Efecto de reacción con la temperatura y el tiempo.
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Métodos Sintéticos
Pirólisis Láser
Consiste en calentar una mezcla de gases que �uye con un láser de dióxido
de carbono de onda continua. Por encima de una cierta presión y potencia
del láser, una concentración de los núcleos se alcanza en la zona de reac-
ción, lo que conduce a la nucleación homogénea de las partículas que son
transportadas adicionalmente a un �ltro mediante un gas inerte.
Figura 10: Esquema del método de pirólisis láser.
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Métodos de Protección
Métodos de Protección
Las MNPs son muy sensibles a la oxidación y aglomeración debido a que
tiene una gran área super�cial especí�ca y también es alta su química reac-
tiva, así como su interacción dipolar magnética. Con el �n de preservar sus
propiedades magnéticas se realizan métodos de encapsulación con:
Recubrimientos Orgánicos
Surfactantes
Polímeros
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Métodos de Protección
Métodos de Protección
Las MNPs son muy sensibles a la oxidación y aglomeración debido a que
tiene una gran área super�cial especí�ca y también es alta su química reac-
tiva, así como su interacción dipolar magnética. Con el �n de preservar sus
propiedades magnéticas se realizan métodos de encapsulación con:
Recubrimientos Orgánicos
Surfactantes
Polímeros
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Métodos de Protección
Métodos de Protección
Las MNPs son muy sensibles a la oxidación y aglomeración debido a que
tiene una gran área super�cial especí�ca y también es alta su química reac-
tiva, así como su interacción dipolar magnética. Con el �n de preservar sus
propiedades magnéticas se realizan métodos de encapsulación con:
Recubrimientos Orgánicos
Surfactantes
Polímeros
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Métodos de Protección
Métodos de Protección
Recubrimientos Inorgánicos
Óxidos MetálicosMetales PreciososSíliceCarbono
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Métodos de Protección
Métodos de Protección
Recubrimientos Inorgánicos
Óxidos Metálicos
Metales PreciososSíliceCarbono
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Métodos de Protección
Métodos de Protección
Recubrimientos Inorgánicos
Óxidos MetálicosMetales Preciosos
SíliceCarbono
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Métodos de Protección
Métodos de Protección
Recubrimientos Inorgánicos
Óxidos MetálicosMetales PreciososSílice
Carbono
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Métodos de Protección
Métodos de Protección
Recubrimientos Inorgánicos
Óxidos MetálicosMetales PreciososSíliceCarbono
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APLICACIONES
Aplicaciones Industriales
Dispositivos de almacenamiento de información magnética.
Xerografía.
Electrónica (soportes de grabación).
Catálisis.
Tintas Magnéticas (para la impresión a chorro).
Refrigeración Magnética.
Desulfuración de gas natural.
Fabricación a gran escala de butadieno.
Pigmentos sintéticos en las pinturas, cerámica y porcelana.
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APLICACIONES
Aplicaciones Industriales
Dispositivos de almacenamiento de información magnética.
Xerografía.
Electrónica (soportes de grabación).
Catálisis.
Tintas Magnéticas (para la impresión a chorro).
Refrigeración Magnética.
Desulfuración de gas natural.
Fabricación a gran escala de butadieno.
Pigmentos sintéticos en las pinturas, cerámica y porcelana.
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APLICACIONES
Aplicaciones Industriales
Dispositivos de almacenamiento de información magnética.
Xerografía.
Electrónica (soportes de grabación).
Catálisis.
Tintas Magnéticas (para la impresión a chorro).
Refrigeración Magnética.
Desulfuración de gas natural.
Fabricación a gran escala de butadieno.
Pigmentos sintéticos en las pinturas, cerámica y porcelana.
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APLICACIONES
Aplicaciones Industriales
Dispositivos de almacenamiento de información magnética.
Xerografía.
Electrónica (soportes de grabación).
Catálisis.
Tintas Magnéticas (para la impresión a chorro).
Refrigeración Magnética.
Desulfuración de gas natural.
Fabricación a gran escala de butadieno.
Pigmentos sintéticos en las pinturas, cerámica y porcelana.
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APLICACIONES
Aplicaciones Industriales
Dispositivos de almacenamiento de información magnética.
Xerografía.
Electrónica (soportes de grabación).
Catálisis.
Tintas Magnéticas (para la impresión a chorro).
Refrigeración Magnética.
Desulfuración de gas natural.
Fabricación a gran escala de butadieno.
Pigmentos sintéticos en las pinturas, cerámica y porcelana.
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APLICACIONES
Aplicaciones Industriales
Dispositivos de almacenamiento de información magnética.
Xerografía.
Electrónica (soportes de grabación).
Catálisis.
Tintas Magnéticas (para la impresión a chorro).
Refrigeración Magnética.
Desulfuración de gas natural.
Fabricación a gran escala de butadieno.
Pigmentos sintéticos en las pinturas, cerámica y porcelana.
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APLICACIONES
Aplicaciones Industriales
Dispositivos de almacenamiento de información magnética.
Xerografía.
Electrónica (soportes de grabación).
Catálisis.
Tintas Magnéticas (para la impresión a chorro).
Refrigeración Magnética.
Desulfuración de gas natural.
Fabricación a gran escala de butadieno.
Pigmentos sintéticos en las pinturas, cerámica y porcelana.
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APLICACIONES
Aplicaciones Industriales
Dispositivos de almacenamiento de información magnética.
Xerografía.
Electrónica (soportes de grabación).
Catálisis.
Tintas Magnéticas (para la impresión a chorro).
Refrigeración Magnética.
Desulfuración de gas natural.
Fabricación a gran escala de butadieno.
Pigmentos sintéticos en las pinturas, cerámica y porcelana.
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APLICACIONES
Aplicaciones Industriales
Dispositivos de almacenamiento de información magnética.
Xerografía.
Electrónica (soportes de grabación).
Catálisis.
Tintas Magnéticas (para la impresión a chorro).
Refrigeración Magnética.
Desulfuración de gas natural.
Fabricación a gran escala de butadieno.
Pigmentos sintéticos en las pinturas, cerámica y porcelana.
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APLICACIONES
Aplicaciones Biológicas
Su tamaño y funcionalidad desempeñan un papel importante para aplica-
ciones en vivo, son óptimas para la circulación prolongada en la sangre,
pueden atravesar las paredes capilares, los ganglios linfáticos y la médula
ósea.
Figura 11: Nanorobot en la sangre.
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APLICACIONES
Suministro de Medicamento
Las MNPs en combinación con un campo magnético externo o implantes
magnetizables permiten el suministro de partículas en la zona deseada y las
�ja en el sitio, mientras que el medicamento se libera y actúa localmente
(droga magnética).
Figura 12: Nanomedicinas.
Julio César Heras S. (Principios Básicos de Coloides)Síntesis de Nanopartículas Magnéticas 22 / 23
References
S. Santra, R. Tapec, N. Theodoropoulou, J. Dobson, A. Hebard, W.
Tan, Langmuir 17 (2001) 2900.
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