Nossa pesquisa visa o estudo das propriedades ópticas e magnéticas em Fluidos Complexos. Os objetos de nosso trabalho são: ferrofluido puro, diluído e o ferronemático que é o resultado da dopagem do cristal líquido na fase nemática calamítica com ferrofluido.

Os Fluidos Complexos apresentam comportamento intrigante e desconhecido. Nossa pesquisa visa observar o comportamento destes materiais a partir de medidas. Já foram realizadas diversas modalidades de medidas, e neste trabalho constam medidas de Ressonância Eletrônica Paramagnética e a teoriazação de campos magnéticos locais devido à interação entre as nano  partículas de ferrofluido que só foi possível a partir de medidas de microscopia de tunelamento. 

Os Ferrofluidos (FF), são formados por grãos de materiais magnéticos em um líquido carreador. Os grãos são nanométricos, e geralmente de magntetita ou maguemita. Podems ser classificados como FF surfactados ou citratados. No nosso trabalho, utilizamos dois tipos de ferrofluidos citratados e um tipo surfactado. Suas aplicações são amplas: podem ser usados em bobinas de alto-falantes, em pintura de aeronaves anti-radar e até como guia de drogas, este é o ferrofluido biocompatível.

O Cristal Líquido (CL) é um exemplo de fluido complexo. Este apresenta características de materiais na fase sólida, pois apresenta a organização molecular típica desta fase, e apresenta a fluidez típica da fase líquida, é pos este motivo que dizemos que o CL está classificado numa mesofase. Uma característica importante do CL é que este é birrefringente, ou seja, apresenta dois índices de refração, o que quer dizer que, apresenta popriedades ópticas diferentes nas várias direções de uma mesma amostra. Suas aplicações são indubitavelmente difundidas hoje em dia : telas de computador, visores de relógios, entre outros.

O CL pode ser classificado em dois grandes grupos:

Termotrópicos – São formados por moléculas orgânicas anisotrópicas de cadeia longa com grupos polares.

Liotrópicos – São formados por sbstâncias anfifílicas –surfactantes- em água .Neste caso, a alta concentração de moléculas anfifílicas em um solvente se agrupam formando micelas. O fenômeno nomeado self – assembling, se refere ao agrupamento das moléculas num geometria tal que permita que sua parte hidrofóbica fique na parte interior da micela e sua parte hidrofílica fique exposta.

Os CL podem estar em diferentes fases. No caso dos CL termotrópicos,  a fase depende da temperatura e da pressão, no caso dos CL liotrópicos, a fase depdende da temperatura , da pressão, e da concentração de seus reagentes.

Medidas de conoscopia confirmam a fase em que se encontra a amostra de cristal líquido utilizada. Estas medidas se referem ao uso de um micoscópio óptico de luz polarizada.

Quando a amostra de CL é dopada com um FF, as moléculas do CL se acoplam mecanicamente aos grãos de FF, formando o que chamamos de Ferronemático (FN), este último, na presença do campo magnético externo, se orienta mais rapidamente, devido à susceptibilidade magnética das nanopartículas magnéticas do FF.

 

Nossas amostras de CL são produzidas a partir das seguintes concentrações: LK  (Laurato de Potássio)  = 0,286305 g - DeOH (Decanol) =  0,0719425 g  - e  H2O   (Água) =  0,65515 g.

A dopagem destas amostras foi feita segundo os dados a seguir:

Usamos  0,5 ml de Cristal Líquido para  1,0 µl de Ferrofluido diluído,  sendo a diluição do ferrofluido tal que: 50,0 µl de Ferrofluido para e 0,5 ml de água.

Medidas de conoscopia confirmam a fase em que se encontra a amostra de cristal líquido utilizada. Estas medidas se referem ao uso de um micoscópio óptico de luz polarizada.

Quando a amostra de CL é dopada com um FF, as moléculas do CL se acoplam mecanicamente aos grãos de FF, formando o que chamamos de Ferronemático (FN), este último, na presença do campo magnético externo, se orienta mais rapidamente, devido à susceptibilidade magnética das nanopartículas magnéticas do FF.

Medidas de EPR (Ressonância Eletrônica Paramagnética) favorecem a observação o comportamento dessas substâncias em presença de um campo magnético e em variações de temperatura, simultaneamente.

Diferentemente de um espectômetro normal, que mede a quantidade de radiação que chega ao anteparo depois de incidir na amostra, este mede a quantidade de microondas que a amostra reflete. Nesta caso também, o campo magnético é fixado e o que varia é a sua frequência até que  a frequência de ressonancia dos elétrons da amostra é alcançado.

As conclusões preliminares destas medidas, mostram que os comportamentos observados seguem um padrão e que este padrão é o observado em sólidos cristalinos.

Um outro trabalho ainda é apresentado : também é objetivo de nossa pesquisa, construir uma modelagem que embase o comportamento de interação entre nanopartículas magnéticas, e para tanto, realizamos medidas em imagens específicas das partículas, obtidas através de microscopia de tunelamento. Mais de 500 nanopartículas de Cobalto, de aproximadamente 5nm  foram medidas, e foi possível confirmar a modelagem proposta: esta confirmava o comportamento observado. À medida que o torque aumenta - e este aumenta com o tempo, enquanto as partículas alcançam o estado de relaxação - aumenta a magnetização que é a somatória dos torques e assim, a interação entre as partículas aumenta com o tempo.  Neste estudo, temos como parâmetros a serem considerados, a temperatura, o formato da partículas, o volume das partículas e a força coerciva de Longevin, os demais parâmentros, como o gradiente de interação entre as partículas não foram considerados. Este configura um dos melhores resultados alcançados, uma vez que, sua teorização foi alcançada.

 

 

Instituição de fomento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPQ

Trabalho de Iniciação Científica