Download FAZA 3-RST - Institutul National de Cercetare-Dezvoltare ...

Descrierea stiintifica si tehnica
IV. Obtinerea de nanoparticule magnetice prin sinterocristalizare
IV. 1. Introducere
In anumite sticle se pot dezvolta faze ordonate cristalin la racirea din topitura sau
ca urmare a unor tratamente termice in faza solida. In urma unui astfel de proces de
formare de faze cristaline, rezulta o structura compozita constituita dintr-o matrice
vitroasa in care sunt dispersate faze cristaline fine, de dimensiuni nanometrice,
cunoscuta ca vitroceramica (glass-ceramic). In general, procesul de cristalizare este
partial in sensul ca o parte din elementele chimice capabile sa constituie structura
cristalina raman in continuare dispersate in matricea vitroasa fiind in fapt parte
constitutiva a acesteia. Cantitatea de faza cristalina dispersata depinde de natura
procesului de cristalizare si poate ajunge pana la 90%. Din acest motiv, cristalizarea unei
singure faze dintr-o sticla polinara constituie intotodeauna o provocare care presupune o
alegere corecta a ingredientilor apti sa formeze sticla precum si a excursiilor termice,
adica diagrama temperatura-durata, la care este supusa atat topitura in timpul racirii cat
si sticla solida in timpul tratamentelor termice. Din fericire, domeniul mare al
compozitiilor compatibile si flexibilitatea starii vitroase ofera cai atractive pentru controlul
compozitiei fazelor cristaline care se formeaza si, in plus, permit influentarea
microstructurii, incluzand si dimensiunea si forma grauntilor. Acestea constituie avantaje
certe asupra metodelor ceramice clasice.
Intre sistemele cristaline de interes de o atentie deosebita pentru aplicatii se
numara structurile nanocristaline magnetice care sunt atractive pentru o serie de aplicatii
speciale. De exemplu, din vitroceramicile cu proprietati magnetice se pot extrage
nanoparticule magnetice pentru diferite aplicatii [1-10]. Obtinerea lor presupune
optimizarea alegerii compozitiei, de la formatorii de sticla la intermediatori si
modificatori, si alegerea nucleatorilor. Selectarea compoziţiei sticlei este esenţială pentru
a produce nucleaţia în masă cu o viteză ridicată iar creşterea cristalului să aibă loc cu o
viteză suficientă pentru a evita deformarea produsului pe parcursul tratamentului termic.
O viteză de nucleaţie corespunzătoare asigură o distribuţie densă de nuclee în volumul
sticlei dar viteze excesiv de mari determină adesea o modificare a volumului şi dacă
aceasta apare prea brusc, tensiunile dezvoltate în sticla necristalizată nu pot fi eliberate
sufficient de rapid pentru a preveni fisurile în materialul vitroceramic. În plus, granulatia
poate depasi valorile propuse.
Intre toate vitroceramicile cu proprietati magnetice, magnetita ferimagnetica,
Fe3O4, este foarte apreciata pentru aplicatiile legate de materia vie datorita
compatibilitatii ei cu celule vii. Trebuie insa sa mentionam ca in procesul de cristalizare,
sticlele continand fier pot cristaliza si alti compusi oxidici precum hematita sau
maghemita in functie de compozitia chimica, mediul de procesare si de parametrii de
proces. Mai mult, chiar in cazul in care magnetita cristalizeaza ca faza majoritara,
structura ei intima este influentata in mod semnificativ de parametrii amintiti mai sus.
Pentru o mai buna intelegere a problemelor legate de formarea magnetitei procedam in
continuare la o scurta prezentare a acestui compus.
8