ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: ESTUDO DA NANOFERRITA DE NiZn DOPADA COM COBRE
AUTORES: SOUZA, L. J.F. (UFRN) ; LIMA, U. R. (UFRN) ; RODRIGUES, M. K.C. (UFRN) ; NASAR, M.C (UFRN) ; NASAR, R.S. (UFRN) ; RESENDE, M.C. (CTA) ; PESSOA, R.C. (UFRN)
RESUMO: A ferrita de NixCu0,5-xZn0,5Fe2O4, com x=0,5 e x=0,2 foi sintetizada pelo método dos citratos precursores e analisadas por TGA, DRX, MAV e medidas de refletividade. A curva TGA indicou perda de massa na região de 200 até 800°C, cessando a perda de massa após 800°C. Por DRX verificou-se a fase espinélio e observou que em temperaturas superiores a 500°C/3h é necessário o controle atmosférico sob fluxo de argônio, a fim de impedir a formação de fases secundárias. As medidas magnéticas para as amostras calcinadas a 1100°C foram de 84,62 emu/g para ferrita NiZn e 72,87 emu/g para ferrita de NiCuZn. As medidas de refletividade das amostras calcinadas a 1100°C mostraram que as ferritas apresentam boa eficiência em absorver ondas eletromagnéticas na faixa de 11-12 GHz.
PALAVRAS CHAVES: citrato precursor, ferritas, espinélio.
INTRODUÇÃO: As cerâmicas magnéticas incluem uma ampla categoria de compostos empregados nas mais diversas áreas e com finalidades específicas [1]. As ferritas só atingiram essa posição de destaque dentre os vários materiais magnéticos após muitos anos de pesquisa [2], sendo utilizada comercialmente há aproximadamente 50 anos.
As ferritas espinélio são materiais do tipo M+2[Fe23+]O4, apresentando características magnéticas e resistividade elétrica relativamente alta. Estas, por absorverem ondas eletromagnéticas, têm atraído muito a atenção nas últimas décadas como material ativo no processamento dos Materiais Absorvedores de Radiação Eletromagnética, MARE [3].
O processo de obtenção das ferritas muitas vezes ocorre com o uso do método cerâmico convencional, porém o método dos citratos precursores destaca-se na preparação de ferritas, mostrando-se capaz de superar as desvantagens do processo cerâmico convencional. Uma das principais vantagens do método dos citratos precursores, é a simplicidade e a eficiência na distribuição de cátions numa matriz cerâmica. O processo parte de materiais com alta pureza, obtendo pós com alta homogeneidade química e alta área de superfície [4,5].
As propriedades das ferritas são alteradas quando se adicionam dopantes na composição básica de NiZn. Certos aditivos, como o cobre, melhoram a resistividade elétrica e apresentam ótimas propriedades magnéticas em altas freqüências. Assim, o presente trabalho deteve-se a investigar o efeito de substituição dos íons de Fe+3 por Cu+2 sobre os parâmetros magnéticos e sobre a refletividade do pó para sua aplicação como material absorvedor de radiação eletromagnética, MARE.
MATERIAL E MÉTODOS: A síntese da ferrita para o sistema NixCu0,5-xZn0,5Fe2O4 com x=0,5 e x=0,2 foi precedida pela síntese dos citratos dos metais que a compõe, devendo-se a isso, o nome do método utilizado (citratos precursores). Cada citrato é obtido pela mistura do nitrato do metal com ácido cítrico, formando um quelato. O sistema NixCu0,5-xZn0,5Fe2O4 com x=0,5 e x=0,2 é então preparado pela calcinação da mistura dos citratos de níquel, zinco, cobre e ferro, anteriormente preparados. A síntese da ferrita dar-se-á misturando, na proporção estequiométrica fixada, os citratos de níquel, zinco, cobre e ferro, levando-os para aquecimento e agitação magnética por 2 horas para melhor homogeneizar. A mistura é então calcinada num forno (EDG 3P - S) até 350°C/3h, obtendo-se um pó fino e homogêneo. Após a queima, o pó obtido é desaglomerado e peneirado em malha 325 ABNT. As amostras foram tratadas termicamente entre 350°C/3,5h e 1100°C/3h e caracterizadas por análise termogravimétrica (TGA), difração de raios-X (DRX), curvas magnéticas (MAV) e medidas de refletividade pela técnica de guia de onda.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Na análise termogravimétrica, Fig. 1 pode-se observar que a decomposição polimérica ocorre entre 280-850°C, fato semelhante para as duas composições, entretanto apenas para a composição x=0,5 nota-se a ocorrência de uma reação oxidativa.
A evolução das fases foi acompanhada por difração de raios X, onde as amostras calcinadas entre 350°C/3,5h a 1100°C/3h mostraram um aumento da cristalinidade com o aumento da temperatura, observando que em temperaturas acima de 500°C/3h sem controle de atmosfera com argônio, ocorre à presença da fase hematita (-hematita) como fase secundária. As amostras calcinadas a 350°C/3,5h formaram partículas nanométricas da ordem de 14-21,5 nm que quando calcinado a 1100°C/3h formou partículas com tamanho entre 550-980 nm.
A formação de fase única do tipo espinélio só ocorre se a atmosfera for controlada com argônio. Isto ocorre porque em ar o oxigênio do meio oxida o ferro formando a hematita. A Figura 2 mostra uma dependência da magnetização (M) em função do campo aplicado (H) por meio da histerese para os pós correspondentes NixCu0,5-xZn0,5Fe2O4 (x=0,2 e x=0,5) calcinadas a 1100°C/3h. Pode-se verificar que todos os pós apresentaram ciclo M x H estreito, com comportamento de material bastante mole (fácil magnetização e desmagnetização). As curvas apresentaram histerese com baixa perda de energia e com coercitividades aproximadadas onde observou-se 56,61 Oe para x=0,2 e 25,00 Oe para x=0,5.
As medidas de refletividade mostraram maior absorção para amostras calcinadas a 1100°C/3h, no qual, o tamanho do cristalito é maior mostrando dessa forma a relação da absorção de radiação com a granulometria do material. Quanto menor o tamanho de partícula da ferrita, menor será a absorção do material observado na faixa de freqüência de 8-12 GHz.
CONCLUSÕES: De acordo com os resultados podemos concluir que a síntese pelo método dos citratos precursores resultou na formação de partículas nanométricas de ferritas Ni-Zn e Ni-Cu-Zn, produzindo pós cristalinos, homogêneos e monofásicos. As curvas magnéticas apresentaram uma tendência de baixas perdas de energia sob uma coercitividade semelhante às duas composições. A absorção, tanto do NiZn quanto NiCuZn ocorreu na região entre 11 e 12 GHz apresentando um bom desempenho mostrando-se, assim, eficazes para aplicação em revestimentos externos em partes estratégicas de plataformas civis e militares.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao PIBIC, Departamento de Física-UFRN e ao LACAV.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] - DIAS, J. C.; MARTIN, I. M.; NOHARA, E. L.; REZENDE, M. C. Refletividade de Fótons Microondas por Tintas Poliuretânicas Aditadas com Ferritas de NiZn e MnZn. Rev. Fís. Apl. Inst., (18), 1 (2005).
[2] - JAFELICCI Jr. M. “Absorvedores de Radiação Eletromagnética”. II Encontro Técnico de Materiais e Química, (1997).
[3] - UFIMTSEV, P.Y. “Comments on Diffraction Principles and Limitations of RCS Reduction Techniques”. Proceedings of the IEEE, 84 (12) 1828-1851 (1996).
[4] – YU, L..; CAO, S.; LIU, Y.; WANG, J.; JING, C.; ZHANG, J. “Thermal and structural analysis on the nanocrystalline NiCuZn ferrite synthesis in different atmospheres”. J. Mag. and Mag. Mat. 301, 100-106 (2006).
[5] WU, K. H.; TING, T. H.; YANG, C. C.; WANG, G. P. “Effect of complexant/fuel on the chemical and electromagnetic properties of SiO2-doped Ni–Zn
