Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Materiais
TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DE COMPÓSITOS MAGNETOELÉTRICOS A BASE DE PVDF E CoFe2O4 SINTETIZADOS SOB A AÇÃO DE UM CAMPO MAGNÉTICO PERMANENTE
AUTORES: Rubio, F.M. (UFGD) ; Trombini, D.C. (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), sob a ação de
um campo magnético. A síntese foi baseada na dissolução do PVDF e da Ferrita de
Cobalto em dimetilformamida, 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
Ferrita de Cobalto na matriz do PVDF. Os resultados preliminares das análises
permitiram identificar majoritariamente a forma β, com estado ferroelétrico,
tanto na região central do compósito “PVDF” como para as regiões laterais do
compósito “CoFe2O4”.
PALAVRAS CHAVES: compósitos magnétoelétric; PVDF; ferrita de cobalto
INTRODUÇÃO: O polifluoreto de vinilideno (PVDF) tornou-se nas duas últimas décadas centro de
atenção de vários pesquisadores, gerando inúmeras publicações e patentes. O
grande interesse por esse polímero deve-se principalmente às suas
extraordinárias propriedades piro e piezoelétricas. Tais propriedades, aliadas à
sua elevada elasticidade e alta capacidade de processamento, permitiram a esse
material, inúmeras aplicações tecnológicas, que vão de simples dielétricos a
transdutores. A principal razão dessa versatilidade encontra-se no polimorfismo
que o PVDF apresenta são bem conhecidas quatro de suas fases cristalinas,
denominadas α, β, γ e δ. A predominância de uma delas depende basicamente das
condições em que a cristalização ocorre[1].
A fase β é a mais desejável em importantes aplicações tecnológicas como sensores
e atuadores por apresentar melhores atividades piro e piezelétricas[2]. 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].
Sendo assim, nesse presente trabalho foi sintetizado o PVDF com Ferrita
de Cobalto, sob a ação de um campo magnético permanente, 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 dispersa também em DMF. Após a homogeneização de ambos, misturou-se o
PVDF com o dopante Ferrita de Cobalto. Quando colocou-se na estufa para secagem,
adicionou-se um ímã, abaixo da placa de petri, para ver a influência que o campo
magnético teria sobre o material obetido. Permaneceram na estufa a 50°C por 8 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 60% PVDF/ 40%
CoFe2O4, 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. Pode-se perceber que no centro da amostra, onde
obteve maior parte do “PVDF puro” (sem ter ferrita), o FTIR está mais definido,
já no que foi feito nas laterais da amostra, onde se obteve a maior parte a
ferrita, devido a ação do campo magnético permanente, o FTIR ficou mais
distorcido. 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 indicam que
as ferritas tendem a ficar na borda dos compósitos, devido o campo magnético
permanente estar localizado nas laterais do compósito, devido as propriedades
magnetoelétricas da ferrita de cobalto, tendo então as laterais pretas e o
centro branco.
lateral da amostra
FTIR lateral da amostra
Figura 2: centro da amostra
FTIR centro da amostra
CONCLUSÕES: A síntese de compósitos poliméricos à base de Poli(fluoreto de vinilideno), PVDF,
e ferrita de cobalto, CoFe2O4 sob a ação de um campo magnético permanente 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 aglomeração do
PVDF no centro da amostra e nas laterais aglomeração da ferrita de cobalto. A
diferença na homogeneidade da amostra foi devido a ação do campo magnético
permanente que atrai a ferrita para as laterais. Estudos posteriores serão
realizados.
AGRADECIMENTOS: Agradeço os alunos e professores do grupo de óptica da UFGD.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1. FILHO, R. G. – “Cristalização na Morfologia de Filmes de Polifluoreto de Vinilideno (PVDF)”. Polímeros:' Ciência e Tecnologia - Abr/Jun-93.
2. 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.
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 EFERROELÉTRICOS NO CFM”. 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.