Impact of varying magnetite nanoparticle concentrations on the structural, electrical, and magnetic properties of polyaniline-based magnetic nanocomposites
Impacto da variação das concentrações de nanopartículas de magnetita nas propriedades estruturais, elétricas e magnéticas de nanocompósitos magnéticos à base de polianilina
Autores:
- Daina Dayana Arenas Buelvas
- Luan Pereira Camargo
- Daniel Farinha Valezi
- Lilian Felipe Silva Tupan
- Luiz Henrique Dall’Antonia
- Christian Manuel Moreno Rocha
- Daniel Andres Sanchez Lopez
- Alexandre Urbano*
- Bruno Luiz Santana Vicentin
* Pesquisador do NAPI EZC
Received:
Accepted: 23 de julho de 2024
Published:
DOI: https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2024.117703
Abstract
We report the synthesis of polyaniline/magnetite nanocomposites (PMNCs) via in situ chemical oxidation polymerization of aniline with magnetite nanoparticles (MNPs) at 5, 12, and 25 wt%. The objective was to evaluate how the MNPs’ proportion affects the electrical, magnetic, and structural properties, which were investigated using XRD, EDXRF, TEM, EIS, ESR spectroscopy, Mössbauer spectroscopy, and VSM. EDXRF confirmed the formation of MNPs, while XRD revealed the crystalline nature of MNPs and the semicrystalline structure of PANI, with a decrease crystallinity index as the MNPs percentage increased. TEM showed PANI encapsulating MNPs with average diameters of 9.7 ± 2, 9.9 ± 2, and 13.1 ± 3 nm for PMNC25, PMNC12, and PMNC5, respectively. Conductivity values of PANI, PMNC25, PMNC12 and PMNC5 were 7.96 ×10⁻⁴, 1.38 ×10⁻⁴, 2.19 ×10⁻⁴ and 2.31 ×10⁻⁴ S/cm, respectively. ESR indicated cationic radicals responsible for conductivity. Saturation magnetization (Ms) for MNPs, PMNC25, PMNC12 and PMNC5 were 93.4, 24.6, 11.8 and 5.6 emu/g, respectively, with superparamagnetic behavior observed. Our findings show that incorporating MNPs into the PANI matrix modulates electrical conductivity and magnetic properties while maintaining the nanocomposite’s structure, highlighting the multifunctional potential of these composites.
Resumo
Relatamos a síntese de nanocompósitos de polianilina/magnetita (PMNCs) via polimerização por oxidação química in situ de anilina com nanopartículas de magnetita (MNPs) em concentrações de 5, 12 e 25 wt%. O objetivo foi avaliar como a proporção de MNPs afeta as propriedades elétricas, magnéticas e estruturais, que foram investigadas usando XRD, EDXRF, TEM, EIS, espectroscopia ESR, espectroscopia Mössbauer e VSM. A EDXRF confirmou a formação de MNPs, enquanto a XRD revelou a natureza cristalina das MNPs e a estrutura semicristalina da PANI, com uma diminuição no índice de cristalinidade à medida que o percentual de MNPs aumentou. O TEM mostrou a PANI encapsulando as MNPs com diâmetros médios de 9,7 ± 2, 9,9 ± 2 e 13,1 ± 3 nm para PMNC25, PMNC12 e PMNC5, respectivamente. Os valores de condutividade da PANI, PMNC25, PMNC12 e PMNC5 foram 7,96 ×10⁻⁴, 1,38 ×10⁻⁴, 2,19 ×10⁻⁴ e 2,31 ×10⁻⁴ S/cm, respectivamente. A ESR indicou radicais catiônicos responsáveis pela condutividade. A magnetização de saturação (Ms) para MNPs, PMNC25, PMNC12 e PMNC5 foi de 93,4, 24,6, 11,8 e 5,6 emu/g, respectivamente, com comportamento superparamagnético observado. Nossos resultados mostram que a incorporação de MNPs na matriz de PANI modula a condutividade elétrica e as propriedades magnéticas, mantendo a estrutura do nanocompósito, destacando o potencial multifuncional desses compósitos.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
