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http://dgsa.uaeh.edu.mx:8080/handle/231104/6791| Título : | Efecto del confinamiento de nanopartículas de hexaferrita de estroncio (SrFe₁₂O₁₉) sobre las propiedades ópticas, magnéticas y estructurales en compositos poliméricos |
| Otros títulos : | Ciencias de los Materiales. |
| Autor : | López Gutiérrez, Bihari Nathanael |
| Palabras clave : | Nanocompuestos Alcoholo polivinílico Hexaferrita de estroncio Campo magnético Interfaz polimérica Ciencias de los Materiales. |
| Fecha de publicación : | 19-jun-2025 |
| Editorial : | ICAp-BD-UAEH |
| Descripción : | En esta investigación se desarrollaron y caracterizaron películas de nanocompuestos poliméricos con base en alcohol polivinílico (PVA) y nanopartículas magnéticas de hexaferrita de estroncio (SrFe₁₂O₁₉, SHF-NPs), con el objetivo de analizar cómo la inclusión de dichas nanopartículas y la aplicación de un campo magnético externo durante el proceso de spin-coating afectan las propiedades estructurales, ópticas, morfológicas, topográficas y magnéticas del sistema compuesto, buscando generar materiales funcionales con propiedades ajustables para potenciales aplicaciones en optoelectrónica y dispositivos de respuesta externa. La síntesis de las nanopartículas de SrFe₁₂O₁₉ se realizó mediante el método Pechini, logrando partículas con fase hexagonal tipo M de alta pureza, estructura cristalina P6₃/mmc confirmada por difracción de rayos X (DRX) y refinamiento Rietveld. Los valores de parámetros de celda obtenidos (a = 5.8358 Å y c = 22.8655 Å), junto con el tamaño de cristalito de aproximadamente 87 nm, validaron la obtención de nanopartículas con buena cristalinidad y sin señales de fases secundarias. La incorporación de las nanopartículas en la matriz de PVA modificó de forma significativa el patrón de difracción característico del polímero, observándose un corrimiento angular y una disminución en la intensidad de los picos de difracción, fenómeno que se asoció con una disminución de la fracción cristalina del PVA y la generación de zonas de interfase estructuralmente perturbadas entre las nanopartículas y la matriz polimérica. La espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) permitió analizar las interacciones químicas entre las nanopartículas y el PVA. Se identificaron interacciones por puente de hidrógeno entre los grupos hidroxilo (-OH) del PVA y los átomos de oxígeno superficiales de las nanopartículas de hexaferrita, así como la presencia de bandas correspondientes a vibraciones Fe–O, confirmando la integración efectiva de las partículas en la matriz polimérica. Durante el proceso de spin-coating, la aplicación de un campo magnético externo promovió una reorganización adicional en la estructura de la interfase, evidenciada por cambios en las intensidades de las bandas O–H y C=O del espectro FTIR, lo que indica un incremento en el volumen de las zonas de interfase y en la interacción entre los dominios poliméricos y las partículas magnéticas bajo campo. El comportamiento óptico del sistema se evaluó mediante espectroscopía de fluorescencia, encontrándose que, en ausencia de campo magnético, la inclusión de nanopartículas en la matriz incrementa la intensidad de emisión de fluorescencia. Este aumento se atribuye a que las nanopartículas generan un entorno más rígido en la matriz polimérica, limitando los movimientos de las cadenas y favoreciendo procesos de emisión radiativa, lo que reduce los caminos de desactivación no radiativa. Sin embargo, al aplicar un campo magnético externo durante la síntesis de las películas, se observó un fenómeno de apagamiento de fluorescencia (quenching), caracterizado por una disminución en la intensidad de emisión. Este efecto se explicó en términos de la formación de dominios anisotrópicos y la magnetización de las nanopartículas bajo la influencia del campo, lo que facilita rutas de desactivación no radiativa debido a la reorganización de los dominios poliméricos y al alineamiento de las partículas magnéticas, generando canales de transferencia de energía que disminuyen la eficiencia de emisión. La caracterización morfológica se realizó utilizando microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de fuerza atómica (AFM). Las micrografías revelaron que la presencia de las SHF-NPs y la aplicación del campo magnético modificaron de forma notable la morfología superficial del PVA. Se observaron patrones tipo isla, regiones de mayor uniformidad superficial y un incremento en la rugosidad de las películas a altas concentraciones de nanopartículas. Estas transformaciones en la morfología se atribuyen a la influencia del campo magnético durante la formación de las películas, que promueve la reorganización de la matriz polimérica y la orientación de las nanopartículas, generando superficies más rugosas que pueden impactar positivamente en el área superficial específica y en las propiedades funcionales del material. La caracterización magnética de las películas se realizó mediante magnetometría de muestra vibrante (VSM), observándose un comportamiento ferrimagnético duro característico de la hexaferrita de estroncio, con valores elevados de coercitividad (Hc = 5.54 kOe), magnetización remanente (Mr = 40.14 emu/g) y magnetización de saturación (Ms = 68.46 emu/g). Estos resultados indican que las nanopartículas mantienen sus propiedades magnéticas tras su incorporación en la matriz de PVA y que la alineación inducida por el campo magnético durante la síntesis contribuye a la generación de estructuras con dominios altamente anisotrópicos y ordenados, coherentes con el comportamiento de materiales con aplicaciones potenciales en memorias magnéticas, sensores y dispositivos de almacenamiento de energía. Este estudio demuestra de forma integral que la combinación de nanopartículas de hexaferrita de estroncio y la aplicación de campos magnéticos controlados durante la síntesis permite modular de manera efectiva las propiedades estructurales, ópticas, morfológicas, topográficas y magnéticas del alcohol polivinílico. Dicho control sobre las propiedades fisicoquímicas y funcionales de las películas habilita el diseño de materiales avanzados con aplicaciones potenciales en tecnologías optoelectrónicas, sensores inteligentes, dispositivos magneto-ópticos y sistemas de respuesta a estímulos externos, donde se requiere sintonización de propiedades mediante estímulos externos como campos magnéticos. En conclusión, los resultados obtenidos confirman que las nanopartículas de hexaferrita de estroncio sintetizadas mediante el método Pechini son adecuadas para su incorporación en matrices poliméricas de alcohol polivinílico, logrando una integración efectiva sin pérdida significativa de propiedades magnéticas y favoreciendo la formación de zonas de interfase con interacciones por puente de hidrógeno, esenciales para la estabilidad y funcionalidad del sistema compuesto. Asimismo, la aplicación de campos magnéticos durante la síntesis resulta ser una herramienta poderosa para modificar de manera controlada las propiedades estructurales y funcionales del material, evidenciado por el ajuste en los patrones de difracción, las modificaciones en las bandas del FTIR, el comportamiento óptico de fluorescencia y la morfología superficial observada en SEM y AFM, así como la retención de propiedades magnéticas favorables para aplicaciones tecnológicas avanzadas. Este trabajo aporta un marco de referencia para el diseño y desarrollo de películas nanocompuestas funcionales, demostrando la importancia de controlar las condiciones de síntesis y las interacciones a nivel de interfase para la optimización de materiales poliméricos con nanopartículas magnéticas en aplicaciones de vanguardia dentro de la ciencia de materiales. |
| Documento del Gobiberno : | DRC MATERI .16270 2025 |
| URI : | http://dgsa.uaeh.edu.mx:8080/bibliotecadigital/handle/231104/6791 |
| Aparece en las colecciones: | Tesis de Doctorado |
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