64ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 6. Física dos Fluidos, Física de Plasmas e Descargas Elétricas

Caracterização Magnética de Nanocolóides Magnéticos com Dupla Camada Elétrica

Júlia Viegas Mundim 1 Cleilton Rocha Alves 1 Diego Michel Jácome Batista 1 Renata Aquino 1 Jerrome Depeyrot 2 Francisco A. Tourinho 3

1. Grupo de Fluidos Complexos – Faculdade UnB Planaltina – Universidade de Brasília 2. Prof. Dr./ Orientador -Grupo de Fluidos Complexos–Faculdade UnB Planaltina–Universidade de Brasília-UnB 3. Grupo de Fluidos Complexos – Faculdade UnB Planaltina – Universidade de Brasília 4. Profa. Dra. - Grupo de Fluidos Complexos – Faculdade UnB Planaltina – Universidade de Brasília 5. Prof. Dr. - Grupo de Fluidos Complexos - Instituto de Física – Universidade de Brasília 6. Prof. Dr. - Grupo de Fluidos Complexos - Instituto de Química – Universidade de Brasília

INTRODUÇÃO:

Fluidos magnéticos, também conhecido como ferrofluido, são suspensões coloidais ultra-estáveis de nanopartículas ferrimagnéticas do tipo espinélio, num amplo espectro de líquidos carreadores (água, óleo, solventes orgânicos) que podem ser desde polares à apolares. O comportamento deste novo sistema permite o emprego de materiais magnéticos na forma de matriz líquida, onde fluidez e magnetismo se confundem. Uma das características mais interessantes observadas nos fluidos magnéticos são as suas propriedades magnéticas, onde é possível controlar a posição de um líquido com auxílio de um campo magnético, e o fluido pode tomar várias formas, como picos, labirintos, etc. Um fluido magnético ideal seria aquele que se apresenta alta magnetização a campos baixos e alta magnetização à saturação. Na ausência de campo magnético, os fluidos magnéticos conservam aspectos de um líquido convencional. Em certas condições de campo ocorrem bruscas mudanças macroscópicas na configuração do líquido.

METODOLOGIA:

A fim de se estudar o comportamento magnético do ferrofluido, foi utilizado o sistema experimental conhecido como “montagem de Foner”. A amostra de fluido magnético foi colocada na extremidade de uma haste montada sobre um suporte vibrante, e inserida entre as bobinas de um eletroímã, dispostas na posição de Helmholtz. O campo magnético estático gerado variou entre 0 e 104 Gauss. Esse campo, alinhou na sua direção os momentos magnéticos das partículas do fluido e como a amostra vibra, uma variação de fluxo magnético foi produzida através de uma bobina detectora. Uma corrente elétrica na freqüência de vibração foi induzida nessa bobina. Para cada valor de campo magnético estático, medido com auxílio de uma sonda de efeito Hall e um gaussímetro, a corrente alternada induzida foi medida por um lock-in, que a detectou em fase com a freqüência das vibrações do suporte. Os valores de corrente assim como os valores correspondentes de campo magnético foram registrados em um computador.Os ciclos de histerese foram feitos para 12 temperaturas distintas, que variam de 4,2 a 300 K, com um campo externo que varia de 0 a 90 kOe. As amostras são resfriadas a campo zero desde a temperatura ambiente (procedimento ZFC, “Zero Field Colling”). Esse processo de congelamento fixa os eixos de fácil magnetização das partículas orientadas de modo aleatório se as interações interpartículas são desprezíveis.

RESULTADOS:

Pode ser observado que o comportamento de saturação da magnetização é mais acentuado no caso das partículas de maior tamanho, provavelmente devido ao efeito de desordem superficial mais pronunciado para as partículas menores. Esta não saturação da magnetização é mais pronunciada quando a temperatura diminui. Entretanto, o valor da magnetização para o campo máximo aplicado (90 kOe) encontrado para nossas amostras é superior ao valor do material maciço de 29 emu/g. Esse resultado pode ser associado à redistribuição dos íons metálicos nos sítios da estrutura cristalina do tipo espinélio.

CONCLUSÃO:

A função de distribuição convencionalmente utilizada nos modelos aqui expostos é do tipo log-normal, desde os fluidos magnéticos a base de partículas obtidas por processos mecânicos (métodos de dispersão). A partir da caracterização magnética dos fluidos à base de ferritas de cobre à temperatura ambiente, foi observado um comportamento superparamagnético. Assim, estes apresentaram uma magnetização igual a zero na ausência de campo magnético, sem histerese no intervalo de campo investigado. Ainda, a magnetização, função crescente do campo aplicado, apresentou proporcionalidade em relação à fração volumétrica em material magnético das amostras, o que evidencia um regime de não interação entre as partículas. As amostras à base de ferrita de cobre uma saturação da magnetização para o valor máximo de campo aplicado, indicando a existência de um momento magnético associado a um núcleo magnético ordenado. Já as amostras à base de ferrita de níquel não apresentaram saturação ao valor máximo de campo aplicado. Tal resultado pode ser relacionado às suas partículas muito pequenas e, consequentemente, uma grande proporção de spins não são alinhados, localizados numa camada superficial. A imagem de um perfeito monodomínio magnético parece questionável.

Palavras-chave: Nanopartículas de ferrita de cobre caracterização magnética, caracterização magnética