ÁREA: Materiais

TÍTULO: ESTUDO TEÓRICO DA MAGNETIZAÇÃO DE SATURAÇÃO DE FERRITAS Ni0,5Zn0,5 SINTERIZADAS A PARTIR DO MÉTODO DOS PRECURSORES POLIMÉRICOS.

AUTORES: Morais, R.O. (IFRN) ; Rocha, G.T.M. (IFRN) ; Alves, D.F.S. (IFRN) ; Lima, U.R. (IFRN)

RESUMO: Neste trabalho foram preparadas ferritas Ni0,5Zn0,5Fe2O4 a partir do método dos precursores poliméricos. Em seguida foi realizado à análise por difração de raio X, onde determinou a estrutura da composição. A análise demonstrou a formação de 100% de fase espinélio com caracteristicas de espinelio inverso, verificado pelo refinamento de Rietveld. Com as informações sobre a fase cristalina apresentada pelo composto, calculou-se a magnetização de saturação por célula unitária em termos de magnéton de Bohr, encontrando-se o valor de 48 μB/cela unitária ou seja, 6 μB/molécula.

PALAVRAS CHAVES: Ferrita NiZn; Teoria o campo cristalino; citrato precursor

INTRODUÇÃO: As ferritas apresentam a solução tecnológica mais difundida para a redução de interferência eletromagnética (EMI). Estas cerâmicas ferrimagnéticas produzem densidades de fluxo magnético em resposta a pequenas forças de magnetização aplicadas. Neste contexto as ferritas de Ni-Zn despertam o interesse da comunidade científica pelo seu elevado valor de permeabilidade e alta resistividade. As ferritas apresentam algumas vantagens, quando comparados ao núcleo de ferro tradicionalmente usado, onde o processo de magnetização e desmagnetização nos indutores e transformadores gera uma corrente induzida. Essa correte conhecida como corrente de Foucault ou parasita, é responsavel pelas perdas magnéticas e pelo aquecimento do dispositivo (MOURA, 2008). As ferritas que apresentam estrutura cristalina do tipo espinélio, podem ser descrita da forma AB2O4, onde A e B são, respectivamente, os cátions que ocupam as posições tetraédricas e octaédricas da célula unitária (DESHPAND et al, 1996; LINHARES et al). Algumas das propriedades magnéticas das ferritas tem sua origem na configuração eletrônica dos cátions metálicos, devido a presença de elétrons 3d desemparelhados. Os cálculos da energia de estabilização do campo cristalino (EECC) são um importante meio pelo qual os Químicos conseguem prever e interpretar as propriedades magnéticas e a configuração eletrônica destes cátions (ATKINS, 2006). Neste trabalho partiu da ferrita de Ni0,5Zn0,5Fe2O4 síntetizado pelo método citrato precursor onde sua fase foi determinada por DRX, e em seguida calculado a magnetização teórica, M, da célula unitária em termos de magnéton de Bohr, de acordo com o posicionamento dos cátions pela análise de Rietveid.

MATERIAL E MÉTODOS: A composição de Ni0,5Zn0,5Fe2O4 foi preparada pelo método dos citratos precursores. A técnica baseia-se na habilidade que os ácidos hidróxi-carboxílicos têm para se coordenar com íons metálicos e, então, aumentar a homogeneidade na mistura com vários cátions dissolvidos como sais em meio apropriado (BERCHMANS et al., 2003). Os reagentes de partida são os nitratos dos respectivos metais e ácido cítrico, estes são dissolvidos em água destilada em uma razão estequiométrica de 1:3. A solução formada é aquecida sob agitação magnética a 80°C/2h. Durante este aquecimento, forma-se um citrato precursor com alta viscosidade, exibindo fortes interações de coordenação (SILVA, 2008). Os pós produzidos pelo método do citratos precursores foram obtidos inicialmente pela morfologia do “puff” a 350°C/3,5h. Após o “puff” os pós foram desaglomerados em almofariz de ágata e, então, peneirados em malha de 325 ABNT. Os pós calcinados, foram anaisados por DRX, onde foi usado um difratômetro de raios X Shimadzu XRD 6000, utilizando uma fonte de radiação CuK de 1,518 Å, com uma tensão de 30 kV e corrente de 20 mA, em amostras pulverizadas a 200 ABNT. Sendo possível observar a estrutura da fase e determinar com clareza a fase do tipo espinélio inversa com ajuda refinamento de Rietveld (versão 2.3). Em seguida a magnetização teórica da cela unitária foi calculada em termos de magnéton de Bohr, levando em consideração o posicionamento dos cátions na ferrita verificado pelo refinamento de Rietveld.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Na Figura 1, temos a difração de raios X, para a ferrita NiZn onde, observa-se sobreposição dos picos de DRX com o refinamento de Rietveld, indicando a formação de fase ferrita do tipo espinélio inversa. O refinamento de Rietveld demosntra que os cátions de ferro encontra-se na posição tetraédrica e octraédrica. Indicando dessa forma que a estrutura apresenta característica de uma ferrita do tipo espinélio inverso. Nessa temperatura os picos ainda se encontram alargados indicando à presença de partículas com alta área de superfície. Numa estrutura inversa da ferrita os cátions metálicos estão distribuídos da seguinte forma, o Ni2+ ocupando o sítio octaédrico, o Zn2+ ocupando uma posição tetraédrica e os cations Fe3+ dividido entre os dois sítios cristalográficos, Ni0, 5Zn0,5Fe2O4 (Zn0,5Fe0,5)[Ni0,25Fe0,75]2O4. Teoricamente, para uma ferrita Ni-Zn, a magnetização é linear e crescente, Figura 2, junto com a concentração de zinco, porém observou-se experimentalmente que à medida que se adiciona zinco na estrutura do espinélio, em torno de 0,5 mol%, ocorre o continuo decaimento das curvas de magnetização (LIMA, 2011). Para se determinar a magnetização teórica, leva-se em consideração que os íons apresentam magnetização dada pela equação. M=gSmμB. Sendo, M a magnetização do íon, g o fator de Landé que é 2, Sm o spin total do íon e ½ μB o spin de cada elétron desemparelhado. De acordo com essa equação temos que a magnetização do Zn2+, Ni2+ e do Fe3+, são respectivamente; o μB , 2 μB, 5 μB. Na celula unitaria a magnetização de cada Íon nos sitios A e B, em unidades de Magnéton de Bohr, M: M= 5μB(12-4) + 0μB(4) + 2 μB(4) = 48 μB/cela unitária. Como célula unitaria apresenta 8 fórmulas moleculares, a estrutura apresenta magnetização de sataruação de 6 μB por molécula.

Figura 2

Magnetização de saturação em número de magnétons de Bohr por molécula de vários cristais ferroespinélio M1-xZnxFe2O4, onde M+2=Mn, Fe, Co, (Li0,5Fe0,5

Figura 1

Difratograma de raio-x

CONCLUSÕES: Fica evidenciado que as ferritas do tipo Ni0,5Zn0,5Fe2O4 apresentam magnetização de saturação na faixa de 6 μB/molecula. Essa magnetização se deve principalmente a contribuição de cada cátions na rede cristalina. Observa-se também que esse valor varia de acordo com a concentração de Zn visto que esse obriga o ferro mudar de posição, como visto pela análise de Rietveld. Porém essas conclusoes teóricas divergem da observada na pratica experimental. Como trabalho futuro pretende-se investigar as causas dessas divergências analizando a magnetização experimental e comfrontando com os dados teoricos

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ATKINS, PETER; JONES, LORETTA. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 3.ed. Porto Alegre: BOOKMAN,2006.
BERCHMANS, L. JOHN; SELVAN, R. KALAI; KUMAR, P. N. SELVA; AUGUSTIN, C. O. Structure and electrical properties of Ni1-xMgxFe2O4 systhesized by citrate gel process. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Central Eletrochemical Institute, Karaikudi 630 006 Índia, v. 279, p. 103-110, dec. 2003
LIMA, Ulisandra Ribeiro. Síntese e Carcaterização de Nanoferritas à Base de Níquel-Zinco e Níquel-Cobre-Zinco. Dissertação (Mestrado em Química) – Programa de Pós-Graduação em Química. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal/RN. 2006.
LINHARES, D.M.S. et al; Medida de perdas magnéticas em ferritas de manganes zinco. CBECIMAT – Porto alegre, 2004
SILVA, J. E. M. Síntese, análise das propriedades magnéticas da ferrita de NiMg e características de absorção de radiação. 2008. 125f. Dissertação (Mestrado em química) - Curso de Pós-Graduação em Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2008.