Síntesis, caracterización y aplicaciones de nanoestructuras magnéticas basadas en óxidos de metales de transición

Como objetivo principal de esta tesis se plantea la preparación de sistemas híbridos constituídos por nanoestructuras del tipo NM@SiO2@X-TiO2 (NM: núcleo magnético; X: elemento dopante) con actividad fotocatalítica en el visible y capaces de ser recuperados del medio de reacción mediante la acción de un campo magnético externo. Además, existen una serie de aspectos complementarios que han surgido en el desarrollo del trabajo que presentan un claro interés tanto desde una perspectiva básica como aplicada: Síntesis 1.1 Síntesis de nanopartículas magnéticas de composición Fe3O4/NiFe2O4 recubiertas con SiO2: análisis de las condiciones de síntesis empleando el método sol-gel que den lugar a las propiedades estructurales y magnéticas deseadas. 1.2 Síntesis de nanopartículas de TiO2 dopadas con Fe/N: preparación de nanopartículas de TiO2 mediante el método sol-gel con propiedades fotocatalíticas óptimas (absorción en el visible). 1.3 Síntesis de nanoestructuras híbridas Fe3O4@SiO2@TiO2: preparación de nanoestructuras híbridas mediante el recubrimiento con óxido de titanio de nanopartículas magnéticas previamente sintetizadas empleando dos métodos de calcinación: calcinación convencional y mediante hipertermia magnética. Caracterización básica 2.1 Análisis de los efectos superficiales en las propiedades magnéticas de las nanopartículas ferrimagnéticas: estudio del efecto del tamaño nanométrico de las nanopartículas magnéticas en las propiedades magnéticas (reducción de la imanación de saturación, fenómenos de spin-glass y exchange bias). 2.2 Análisis del efecto de los dopantes y de la relación de hidrólisis en la temperatura de transición anatasa-rutilo: evaluación del efecto de los elementos dopantes (Fe,N) en la temperatura de transición anatasa-rutilo con el objeto de reducir la fracción de rutilo con fines aplicados. 2.3 Análisis del efecto de los dopantes en el espectro de absorción de las nanopartículas de TiO2: estudio de la modificación introducida por los dopantes en el espectro de absorción de las nanopartículas de óxido de titanio con el objetivo de obtener absorción en la zona del visible. 2.4 Análisis del efecto de los dopantes en la observación de ferromagnetismo a 300 K en las nanopartículas de TiO2: estudio desde un punto de vista básico de la introducción de elementos metálicos (Fe) y elementos no metálicos (N) en las propiedades magnéticas de la fase anatasa. Observación de ferromagnetismo a temperatura ambiente. Aplicaciones 3.1 Obtención de nanoestructuras híbridas Fe3O4@SiO2@TiO2 con actividad fotocatalítica en el visible: análisis de la actividad fotocatalítica de las estructuras híbridas preparadas para su utilización bajo radiación visible. 3.2 Obtención de nanoestructuras híbridas susceptibles de ser recuperadas mediante la aplicaciones de un campo magnético externo: evaluar si las nanoestructuras híbridas con actividad fotocatalítica en el visible además son susceptibles de ser recuperadas con un campo magnético externo para poder ser reutilizadas.Programa Oficial de Doctorado en Ciencias (RD 1393/2007)Zientzietako Doktoretza Programa Ofiziala (ED 1393/2007

Low temperature magnetic properties of a Ni50Mn34In16 ball-milled metamagnetic shape memory alloy

[EN] The effect of the atomic disorder induced by ball-milling on the structure and the magnetic properties has been analyzed in a Ni50Mn34In16 metamagnetic shape memory alloy. The as-milled samples displayed an amorphous structure which crystallizes to a disordered B2 structure on annealing. On further annealing, several recovery processes leading to the austenitic L21 structure and the subsequent martensitic transformation are observed. As a result of the recovery processes, the magnetic order drastically varies concurrent with the long-range atomic order. In particular, the magnetism evolves from a frustrated magnetic state compatible with a canonical spin-glass, observed in the amorphous structure, to the well-developed ferromagnetic state.This work has been carried out with the financial support of the Spanish “Ministerio de Economía y Competitividad” and FEDER funding, projects no. MAT2012-37923 and MAT2015-65165-C2-R. I. Unzueta acknowledges financial support from the Basque Government Grant nos. IT-443-10 and PRE_2014_214

Mechanically induced disorder and crystallization process in Ni-Mn-In ball-milled alloys

[EN] High mechanical deformation has been induced in a Ni-Mn-In metamagnetic shape memory alloy by means of ball milling. The evolution of both the martensitic transformation and the magnetic properties associated to the microstructural variations has been characterized. The as-milled nanometric particles display an amorphous structure with a frustrated magnetic state compatible with a canonical spin-glass. On heating, an abrupt crystallization process occurs around 500 K leading to a cubic B2 structure, which, in turn, does not show martensitic transformation. Modified Arrott plots point to competing long- and short-range magnetic couplings in the B2 structure. On further heating, a relaxation process takes place above 700 K concurrently with a B2-L21 atomic ordering, giving rise to an anomalous two-step thermal expansion. The combined effect of both processes makes possible the subsequent occurrence of a martensitic transformation, which takes place at the same temperature than in the bulk. The large relative-cooling-power linked to the magnetocaloric effect at the martensitic transformation in the annealed powder makes it interesting for practical applications of magnetic refrigeration at nanoscale.This work has been carried out with the financial support of the Spanish “Ministerio de Economía y Competitividad” (Projects number MAT2012-37923-C02 and MAT2015-65165-C2-R). We also acknowledge ILL and SpINS for beam time allocation (experiment CRG-2158). RCF acknowledges a Postdoctoral fellowship from the Univeridad Pública de Navarra (grant number: 1081/2015). JARV acknowledges CSIC for a JAEdoc contract. J. Pons is acknowledged for TEM observations

Multifunctional Protective PVC-ZnO Nanocomposite Coatings Deposited on Aluminum Alloys by Electrospinning

This paper reports the use of the electrospinning technique for the synthesis of nanocomposite micro/nanofibers by combining a polymeric precursor with hydrophobic behavior like polyvinyl chloride (PVC) with nanoparticles of a corrosion inhibitor like ZnO. These electrospun fibers were deposited on substrates of the aluminum alloy 6061T6 until forming a coating around 100 μm. The effect of varying the different electrospinning deposition parameters (mostly applied voltage and flow-rate) was exhaustively analyzed in order to optimize the coating properties. Several microscopy and analysis techniques have been employed, including optical microscopy (OM), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy (AFM), thermogravimetric analysis (TGA), and differential scanning calorimetry (DSC). Water contact angle (WCA) measurements have been carried out in order to corroborate the coating hydrophobicity. Finally, their corrosion behavior has been evaluated by electrochemical tests (Tafel curves and pitting potential measurements), showing a relevant improvement in the resultant corrosion resistance of the coated aluminum alloys