Zinc ferrite nanoparticles as perspective functional materials for applications in casting technologies

Nanopartículas de ferrita de zinc como materiales funcionales en perspectiva para aplicaciones en tecnologías de fundición

En este artículo se discute la posible aplicación de nanopartículas de óxido magnético, concretamente nanopartículas no estequiométricas de ferrita de zinc, como agente funcionalizante en procesos de fundición. El análisis térmico mostró una pérdida de peso de la muestra a 1 273 K en una cantidad del 7,7 %, que es el resultado de los siguientes procesos que tienen lugar en diferentes rangos de temperatura. Tras su tratamiento térmico, el Zn_0,4Fe_2,6O₄ se descompone en óxido de zinc y óxido de hierro (III) (primera etapa) y, a continuación, en óxido de hierro (II,III) y oxígeno (segunda etapa). El grado de descomposición se expresó como Fe²⁺ / Fe_total. La espectroscopia Mössbauer mostró que más del 30% del Fe³⁺ presente en el material de partida se redujo a Fe²⁺.

INTRODUCCIÓN

La nanotecnología es un campo de la ciencia y la ingeniería química en rápido crecimiento que permite obtener nuevos materiales de tamaño nanométrico y propiedades únicas. Muchas propiedades de los materiales (físicas, ópticas, fisicoquímicas, eléctricas, tecnológicas) cambian significativamente al reducir su dimensión hasta la escala de nm. Las propiedades particulares de las nanoestructuras con respecto a las microestructuras se caracterizan también por un comportamiento específico en el campo magnético. Estos cambios son el resultado del aumento del impacto de los iones superficiales, así como de las partículas de dominio único. La reducción del tamaño suele ir asociada a un aumento de la densidad de vacantes y defectos, así como a una reducción de la tensión en la red cristalina. Por lo tanto, entre otras cosas, podría utilizarse una menor energía térmica para la descomposición de compuestos complejos y la formación simultánea de nuevos productos en la nanoescala. Un ejemplo de este comportamiento puede observarse en los materiales de ferrita, que consisten esencialmente en óxido de Me²⁺ y αFe₂O₃. Entre ellos, la ferrita de Zn no estequiométrica, Zn_x Fe_3-xO₄, es objeto de gran atención debido al buen control de la forma de las nanopartículas mediante las condiciones de síntesis y a la capacidad de ajustar las propiedades magnéticas mediante el ajuste fino de la estequiometría Zn-Fe. Sin embargo, las propiedades magnéticas de los óxidos metálicos a nanoescala, como la coercitividad y la susceptibilidad, no sólo dependen del tamaño de las nanopartículas, sino también de su forma y morfología [2]. El superparamagnetismo o ferrimagnetismo a temperatura ambiente se ha descrito generalmente para la ferrita de zinc nanométrica (ZnFe₂O₄) debido a la ocupación inusual de los iones férricos magnéticos en los sitios tetraédricos y los iones de zinc divalentes en los sitios octaédricos, es decir, la inversión espinela.