ÁREA: Materiais
TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DE COMPÓSITOS MAGNETOELÉTRICOS A BASE DE PVDF E CoFe2O4
AUTORES: Rubio, F.M. (UFGD) ; Salmazzo, G.R. (UFGD) ; Falcao, E.A. (UFGD) ; Caires, A.R.L. (UFGD) ; Zabotto, F.L. (UFSCAR) ; Eiras, J.A. (UFSCAR) ; Garcia, D. (UFSCAR) ; Botero, E.R. (UFGD)
RESUMO: Nesse trabalho foram sintetizados filmes de Poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF), na fase ferroelétrica, dopados com Ferrita de Cobalto (CoFe2O4), em diversas razões de concentração. A síntese foi baseada na dissolução do PVDF e da CoFe2O4 em dimetil formamida, com posterior remoção do solvente de maneira controlada, afim de se obter as fases desejadas e íntegras. Os compósitos foram caracterizados estruturalmente por Espectroscopia de Infra-vermelho por transformada de Fourier (FTIR), e pela análise da distribuição das partículas de CoFe2O4 na matriz do PVDF. Os resultados preliminares das análises permitiram identificar majoritariamente a forma β, com estado ferroelétrico, nas matrizes de PVDF para todas as concentraçãoes de CoFe2O4.
PALAVRAS CHAVES: compósitos magnétoelétric; PVDF; ferrita de cobalto
INTRODUÇÃO: O Poli(fluoreto de vinilideno), PVDF, tem sido estudado extensivamente devido as suas atrativas propriedades piro/piezelétricas, descobertas no fim da década de 70[1]. Além disso, a flexibilidade mecânica desse polímero garante sua estabilidade química e resistência mecânica. Esse polímero pode cristalizar-se em pelo menos 4 distintas fases cristalinas, conhecidas como α, β, γ e δ. A estrutura cristalina e conformação molecular dessas fases estão bem descritas na literatura[2], e cada uma fornece ao polímero propriedades características e, portanto, aplicações distintas. A fase β é a mais desejável em importantes aplicações tecnológicas como sensores e atuadores por apresentar melhores atividades piro e piezelétricas[1]. Filmes na fase β para aplicações como elemento eletroativo são comumente obtidos pelo estiramento mecânico uni ou biaxial de filmes originalmente na fase α, com razão de estiramento entre 3-5 e temperaturas inferiores a 90 °C.[3] Porém, a síntese química de filmes na fase β, só é possível seguindo uma rota específica de obtenção.
Já a ferrita de cobalto apresenta alta estabilidade química, magnetização de saturação moderada, isolamento elétrico, resistência ao desgaste além de outras propriedades interessantes para aplicações eletrônicas[4]. Atualmente, a ferrita de cobalto vem sendo utilizada como meio magnético na síntese de compósitos magnetoelétricos à base de cerâmicas ferroelétricas, como o PZT e o PMN-PT [5]. Contudo, poucos trabalho mostra a existência dessa classe de compósitos usando uma matriz ferroelétrica na forma polimérica, como o PVDF [6].
Sendo assim, nesse presente trabalho foi sintetizado o PVDF com Ferrita de Cobalto e estudado, utilizando-se FTIR.
MATERIAL E MÉTODOS: Os compósitos poliméricos foram sintetizados a partir da mistura de PVDF no estado sólido dissolvido em DMF (Dimetilformamida – C3H7NO) Vetec, pureza 99,8%, sob agitação lenta. A dopagem, foi realizada a partir da solução de CoFe2O4 também dispersa em DMF. Após a homogeneização de ambos, misturou-se o PVDF com o dopante Ferrita de Cobalto (CoFe2O4). Permaneceram na estufa a 50°C por 16 h. Com os filmes dos compósitos foram feitas análises estruturais usando espectroscopia de infra-vermelho (Jasco, FT/IR-4100) à temperatura ambiente diretas sobre os filmes. Para essas análises, utlizou-se medidas de 128 ciclos; resolução de 4,0 cm-1; na região de 4000 a 400 cm-1. As análises da distribuição das partículas da ferrita dispersa na matriz polimérica foram realizadas através das imagens ampliadas dos filmes finos. Para isso, utilizou-se softwares específicos para tratamento de imagens e contagens.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A partir do gráficos obtidos através das análises de espectroscopia de infra-vermelho, como o apresentado na Figura 1 para a composição 0,99 PVDF/ 0,01 CoFe2O4, chamada de PVDF/CFO-1, verificou-se bandas predominantes em 510 e 839 cm-1, que são características da forma β do polímero PVDF. Banda de CoFe2O4 foi encontrada na região de 474 cm-1[7]. Contudo, não se observou bandas referentes à misturas entre o PVDF e CoFe2O4, o que indica que não houve percolação entre as fases constituintes.
Usando a metologia proposta por SALIMI[8] para o cálculo da concentração de fase β em polímeros de PVDF, obteve-se 84,77 % da fase β, o que comprova que há predominância da fase β do PVDF. Os mesmos testes estão sendo aplicados em outras composições de mais baixas concentrações de CoFe2O4, e resultados similares estão sendo encontrados.
Quanto à dispersão da ferrita sobre a matriz polimérica, resultados preliminares indicam que as amostras apresentam uma distribuição homogênea entre as fases. Também não foi possível identificar a percolação entre as fases, visto a baixa magnificação do equipamento.
Figura 1: Melhorar essa legenda...e a qualidade da imagem.
PVDF/CFO-1 (99% PVDF e 1% CoFe2O4)
Figura 1
Espectro de infravermelho de filme de PVDF com CoFe2O4, 99% e 1%, respectivamente.
CONCLUSÕES: A síntese de compósitos poliméricos à base de Poli(fluoreto de vinilideno), PVDF, e ferrita de cobalto, CoFe2O4, foi realizada. As análises estruturais indicaram a formação majoritária da fase β da matriz polimérica, de interesse sob o ponto de vista elétrico, e a não formação de percolações entre as duas fases. Os resultados da distribuição das partículas, indicam uma boa homogeneização dos compósitos. Estudos posteriores sobre o comportamento elétrico, magnético e magnetoelétrico dos compósitos devem ser realizados para mostrar as aplicabilidades desses materiais na área de eletrônica.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1. COSTA, L. M. M.; BRETAS, R. E. S.; FILHO, R. G. – “Caracterização de Filmes de PVDF-β Obtidos por Diferentes Técnicas”. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 19, nº 3, p. 183, 2009.
2. NALWA, H. S. - “Ferroelectric Polymers: Chemistry, Physics and Applications”, Marcel Dekker, New York (1995).
3. R. GREGORIO, JR. – Effect of crystalline phase, orientation and temperature on the dielectric properties of poly (vinylidene fluoride) (PVDF). JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 34 (1999) 4489 – 4500.
4. SOMAIAH, N.; JAYARAMAN, T. V.; JOY, P. A.; DAS, D. - “Magnetic and magnetoelastic properties of Zn-doped cobalt-ferrites—CoFe2_xZnxO4 (x¼0, 0.1,0.2, and 0.3)”. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 324 (2012) 2286–2291
5. ZABOTTO, F. L., “Síntese e caracterização de compósitos magnetoelétricos particulados de ferritas de Co e Ni e ferroelétricos no CFM” Tese de doutorado apresentada ao programa de pós-graduação em Física, São Carlos, 2010
6. SECANDAS, V.; MARTINS, P.; PITÃES, A.; BENELMEKKI, M.; RIBELLES, J. L. G.; MENDEZ, S. L. – “Influence of Ferrite Nanoparticle Type and Content on the Crystallization Kinetics and Electroactive Phase Nucleation of Poly(vinylidene fluoride)”. Langmuir 2011, 27, 7241.
7. Wang, Z. et al; Phys. Rev. B, 2003, 68, 94101.
8. SALIMI, A.; YOUSEFI, A.A. – Conformational Changes and Phase Transformation
Mechanisms in PVDF Solution-Cast Films. Published online in Wiley InterScience. May 2004
