Étude de la réactivité des acétylacétonates métalliques pour l'enrobage de nanoparticules magnétiques de cobalt

Study of the reactivity of metal acetylacetonates for cobalt agnetic nanoparticle coating

• Auteur / Autrice : Mona Ibrahim
• Direction : Guillaume Viau, Sébastien Lachaize
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, nanomatériaux et multimatériaux
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alumine

Cobalt

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules magnétiques

Magnétite

Nano-bâtonnets

Alcoxyde d'aluminium

Cœur-coquille

Cobalt

Résumé

Nous avons développé deux méthodes de synthèse de nanoparticules de cobalt en phase liquide : - des bâtonnets de diamètre de 15 nm et de longueur comprise entre 80 et 150 nm; - des nanoparticules sphériques de diamètre 10 nm. Les bâtonnets présentent des propriétés magnétiques anisotropes et sont de bons candidats comme brique de base pour la fabrication d'aimants permanents. Les particules sphériques trouvent des applications dans la spintronique ou dans la biologie. L'enrobage de ces particules de cobalt a plusieurs motivations : -la protection vis-à-vis de l'oxydation ; - la formation d'une barrière isolante pour les applications en nanoélectronique ; - la formation d'une barrière de diffusion empêchant le frittage lors de la mise en forme des bâtonnets ; - la modification de leur propriétés magnétiques (augmentation de l'aimantation et du champ coercitif). Dans ce travail nous avons étudié les potentialités de la décomposition des acétylacétonates de fer, de magnésium et d'aluminium dans des solvants organiques (oleylamine, dibenzylether, polyols) à haute température pour modifier la surface de particules de cobalt. Un alcoxyde d'aluminium précipitant sous forme de nanotubes à été isolé et caractérisé. Les résultats les plus probants ont été obtenus avec le fer et le magnésium. Nous avons mis en évidence la réactivité du cobalt avec les solvants organiques à 300°C qui mène à un enrobage des bâtonnets par une couche de matière carbonée ou à une carburation. En présence d'acétylacétonate de fer cette réactivité est favorable à la formation d'une couche continue de magnétite ou de fer métallique en surface des bâtonnets de cobalt. En présence d'acétylacétonate de magnésium une compétition entre la croissance de MgO et celle d'une couche carbonée a été observée. Ce travail a ouvert des perspectives sur la modification des propriétés magnétiques et la mise en forme des bâtonnets de cobalt dans le contexte de l'élaboration d'aimants permanents originaux

In this work we have developed the synthesis by wet chemistry of two kinds of cobalt nanoparticles: - nanorods with a diameter of 15 nm and aspect ratio comprised between 5 and 10; - spherical nanoparticles with a diameter of 10 nm, that present potential applications in the field of composite materials and biology, respectively. We have studied the reactivity of these particles in high boiling point solvents in presence of iron, magnesium and aluminium acetylacetonates in order to modify their surface. We have demonstrated, first, that the reactivity of cobalt nanorods in organic solvents at 300°C leads to a carbon shell, as inferred from Raman, TEM and XRD analyses and that this shell is very useful to prevent the particles from agglomeration at high temperature (up to 400°C). Cobalt nanorods coated with a continuous layer either of magnetite or metallic iron were obtained by decomposition of Fe(acac)3 at 300°C in oleylamine in different conditions. In the presence of Mg(acac)2 a competition between a coating with MgO and a carbon layer has been observed. This work has opened perspectives for the use of cobalt nanorods as building blocks for new composite materials with permanent magnets properties. In this study we also have isolated and characterized aluminium alkoxide nanotubes by decomposition of Al(acac)3 in ethylene glycol and showed their interest as precursor for finely divided alumina nanoparticles.