Investigación

Patterns of aggregation in coprecipitation reactions

M.A. Pérez, A.B. Cabrera, R. Silva, M.E. Mendoza, and J.L. Carrillo

Instituto de Física, Universidad Autónoma de Puebla, Apartado Postal J–48, Puebla 72570, México.

Recibido el 31 de marzo de 2008
Aceptado el 24 de marzo de 2009

Abstract

Prismatic polycrystalline magnetic particles of iron oxalate were grown by allowing the aggregation of the precipitating crystallites that were produced by a reaction between aqueous iron salts and oxalic acid solutions. The experiments were done at room temperature and under different pH conditions. The particle–growing process was followed by óptical microscopy and was then digitally recorded. The effect of the presence of a static magnetic field on the coprecipitation process was also analyzed. It was found that both pH and applied field, considerably influence the aggregation of the crystallites. This is clearly shown in the mean size and surface quality of the particles. It was observed that high pH values produce larger particles and that the applied field yields particles with a smoother surface than those obtained without the application of the field. The polycrystalline particles grow with the formation of clusters whose spatial distribution can be characterized by scaling relations. From this scaling behavior, some information about the spatial correlations occurring during precipitation can be obtained.

Keywords: Magnetic materials; aggregation in crystal growth.

Resumen

Se crecieron partículas magnéticas prismáticas policristalinas de oxalato de hierro permitiendo la agregación de cristalitos precipitados que fueron producidos por una reacción entre soluciónes acuosas de sales de hierro y ácido oxálico. Los experimentos se realizaron a temperatura ambiénte y bajo diferentes condiciones de pH. El proceso de crecimiento de las partículas fue seguido por microscopia óptica y digitalmente grabado. El efecto de la presencia de un campo magnético estático en el proceso de agregación también fue analizado. Se encontró que ambos, el pH y el campo magnético, influyen considerablemente en la agregación de los cristalitos. Esto se muestra claramente en el tamaño medio y la lisura de la superficie de los cristalitos. Se observó que para altos valores de pH se producen partículas mayores y que el campo magnético aplicado produce partículas con superficie mas lisa que aquellas crecidas sin la aplicación del campo. Las partículas policristalinas crecen con la formación de clusters cuya distribución espacial puede ser caracterizada bajo relaciones de escalamiento. Del comportamiento de este escalamiento es posible obtener alguna información sobre las correlaciones espaciales que ocurren durante la coprecipitación.

Descriptores: Materiales magnéticos; agregación en el crecimiento cristalino.

PACS: 75.50.–y; 81.10.–h; 07.60.Pb

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Acknowledgments

M.E. Mendoza and J.L. Carrillo wish to thank the Secretaria de Estado de Universidades e Investigación de España for financial support under the grants SAB20050132 and SAB2005–0063. M.E.M. wishes to thank Prof. J. Pascual for hospitality at UAB. J.L.C. wishes to thank Prof. M. Rubí for hospitality at UB. Partial financial support by CONACyT México: Grant No. 44296 and U.A.P grants 18/G/EXC/05 and 145–04/EXC/G.

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