Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Materiais
TÍTULO: Síntese de NiFe2O4 pelo método dos precursores poliméricos (PECHINI), para o uso em compósitos a base de PVDF
AUTORES: Trombini, D.C. (UFGD) ; Rubio, F.M. (UFGD) ; Falcao, E.A. (UFGD) ; Caires, A.R.L. (UFGD) ; Botero, E.R. (UFGD)
RESUMO: Nesse trabalho foram sintetizados filmes de Poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF),
dopados com ferrita de níquel (NiFe2O4) nanopartículada, em diversas razões de
concentração, obtidas pelo método de Pechini, e caracterizadas por Microscopia
Eletrônica de Varredura (MEV). Para a síntese dos filmes realizou a dissolução do
PVDF e da ferrita de níquel, separadamente, em dimetilformamida, com posterior
remoção do solvente de maneira controlada, afim de se obter as fases desejadas e
íntegras. Os compósitos seram caracterizados estruturalmente por Espectroscopia de
Infra-vermelho por Transformada de Fourier (FTIR), e pela análise da distribuição
das partículas de NiFe2O4 na matriz do PVDF.
PALAVRAS CHAVES: PVDF; ferrita de níquel; compósitos
INTRODUÇÃO: A sofisticação no desenvolvimento de materiais magnéticos é tanta que já podem
ser controladas estruturas em escala nanométrica. É a era da nanotecnologia por
isso é cada vez mais necessário compreender os fenômenos que têm sido
descobertos nos materiais magnéticos em tal escala assim como desenvolver
métodos de síntese destes materiais que permitam controlar as suas
propriedades(VALENZUELA, R. ,1994). As propriedades de materiais
nanoestruturados podem ser separadas em duas contribuições: uma surge das
próprias nanoparículas e outra
surge da interação entre elas. Por exemplo, as propriedades magnéticas podem
exibir efeitos relacionados com a temperatura e o tamanho da estrutura (Alves,
2011).
As ferritas são um grupo de materiais magnéticos muito bem estabelecidos.
Contudo, melhoramentos e inovações continuam ocorrendo, novas aplicações,
teorias e técnicas de preparação estão em constante desenvolvimento. Cita-se
como exemplo destes melhoramentos, as nanopartículas de ferritas magnéticas.
Estas nanopartículas sintetizadas quimicamente têm atraído considerável atenção
devido ás suas aplicações em: ferrofluidos, revestimentos absorvedores de radar,
sistemas magnéticos de gravação para armazenamento de informação, catálise,
pigmentos, sensores, melhoramento de imagem por ressonância magnética,
distribuidores de drogas guiados magneticamente(MAENSIRI et al., 2007).
Entre os métodos de síntese químicos existentes o método Pechini (percussores
poliméricos) tem sido visto como um método promissor, uma vez que este
possibilita utilizar diferentes faixas de temperatura e diferentes proporções de
cátions metálicos, o que é importante para a obtenção de pós com boa
homogeneidade, cristalinidade, monofásicos e nanométricos(JUNLIANG et al.,
2009).
MATERIAL E MÉTODOS: Neste trabalho utilizou o método de Pechini para a síntese de nanopartículas de
ferritas de níquel. Para a síntese utilizou-se as seguintes proporções: metal/
ácido cítrico/etileno glicol, 1/3/6. Inicialmente dissolveu 30,06g de ácido
cítrico em 120ml de etanol, isto em agitação e em temperatura ambiente, por 15
minutos. Em seguida solubilizou os metais separadamente (Fe(NO3)3•9H2O e
NiCl2•6H2O), para ajudar na solubilização adicionou-se 4 gotas de HNO3, sob
agitação, com temperatura controlada variando de 60-80ºC por 20 minutos. Depois
adicionou-se a solução de nitrato de ferro em seguida a solução de cloreto de
níquel no ácido cítrico, agitou-se por 15 minutos com temperatura variando de
60-70ºC, então adicionou-se o etileno glicol aos quelatos sob agitação e
aquecimento a temperatura usualmente entre 60-80ºC, ocorrendo assim a formação
de um éster, devido a condensação entre o álcool e o quelato ácido.
O éster foi então pirolisado com temperatura de 380ºC por 4h. Após a pirólise o
material obtido foi moído em um almofariz, e calcinado a temperatura de 5000C,
por 4h, promovendo assim a oxidação dos cátions e formando as nanopartículas
desejadas.
Depois fez-se a dissolução do PVDF e das ferritas de níquel (NiFe2O4)
separadamente em dimetilformamida, com posterior remoção do solvente de
maneira controlada, com temperatura fixa de 50ºC, tempo de 6h e variando as
concentrações, trabalhando com as seguintes proporções 90/10, 80/20 e 70/30 em
razão de porcentagem PVDF/Ferrita. Com os filmes dos compósitos foram feitas
análises estruturais usando espectroscopia de infra-vermelho 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. Tambem realizou-se
as análises de MEV.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Pelo fato de se ter como meta final da produção de ferrita um produto na forma
de pó para posterior processo de dispersão em uma matriz polimérica, a
microscopia eletrônica de varredura foi útil para avaliação do aspecto
microestrutural das amostras tratadas termicamente. A Figura 1 apresenta a
morfologia do pó da NiFe2O4 obtida pelo método de Pechini. Com a caracterização
do MEV observou-se a formação de aglomerados, mas mesmo assim foi possível
verificar estruturas nanopartículadas ao qual apresentou variação de tamanho
aproximadamente de 100 a 200 nanometros. Provavelmente a formação de aglomerados
é devido ao método de síntese, pois o método dos precursores poliméricos tem
este ponto como desvantagem.
Pela as análises de espectroscopia de infra-vermelho, como apresentado na Figura
2, das amostras dos compósitos de PVDF/ NiFe2O4 ( 90/10%, 80/20% e 70/30%) ,
verificou-se bandas deslocadas em 510 e 839 cm-1, que são características da
forma β do polímero PVDF. Banda de NiFe2O4 foi encontrada na região de 400 e 600
cm-1, que corresponde a sítios tetraédricos e octaédricos respectivamente [8].
Para determinar a concentração de fase β do PVDF realizou-se cálculos a partir
da metodologia proposta por SALIMI[9], isto para as diferentes concentrações,
obtendo-se, para cada uma, valores próximos a 70% de fase β.
A partir da caracterização do FTIR, e dos cálculos realizados é possível
comprovar que há predominância da fase β do PVDF. Este fato revela que outros
parâmetros, como a temperatura e o tempo de secagem, o tamanho das partículas e
a forma de alojamento na matriz do polímero podem ter influências mais
significativas do que as observadas. Obviamente, conclui-se que é possível obter
fase β diretamente da solução, quando a temperatura de cristalização é inferior
a 70ºC.
Figura 1
MEV da NiFe2O4 tratada à 500ºC.
figura 2
FTIR dos compositos de PVDF com ferrita de niquel
CONCLUSÕES: A partir das análises de FTIR realizadas nos compósitos em diferentes proporções,
foi admissível destacar bandas características do PVDF,assim como bandas
características da NiFe2O4. Determinou-se a formação predominante da fase β da
matriz polimérica,esta que é de grande consideração ao estudar compósitos
derivados de PVDF, devido suas propriedades elétricas. Logo as condições de
processamento influenciam a morfologia, as fase presente no PVDF e as propriedades
dos compósitos. Estudos posteriores sobre a estrutura cristalina, e propriedades
magnetoelétrico dos compósitos devem ser realizados.
AGRADECIMENTOS: A CNPQ e aos professores do grupo de Optica.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial. Cartilha sobre nanotecnologia. Resp. Técnico: Professor Oswaldo Luiz Alves. 2011.
JUNLIANG, L.; ZHANG, W.; CUIJING, G.; YANWEI, Z. Synthesis and magnetic properties of quase-single domaim M-type barium hexaferrite powders via sol-gel auto-combustion: Effects of pH and the ratio of citric acid to metal ions (CA/M). Journal of Alloys and Compounds. v.479, p.863-869, 2009.
MAENSIRI, S.; MASINGBOON, C.; BOONCHOM, B.; SERAPHIN, S. A simple route to synthesize nickel ferrite (NiFe2O4) nanoparticles using egg white. Scripta Materialia. v.56, p.797-800, 2007.
SALIMI, A.; YOUSEFI, A.A. Conformational Changes and Phase Transformation Mechanisms in PVDF Solution-Cast Films. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. v.42, p.3487-3495, 2004.
SRIVASTAVA, M.; OJHA, A, K.; CHAUBEY, S.; MATERNY, A. Synthesis and optical characterization of nanocrystalline NiFe2O4 structures. Journal of Alloys and Compounds. v.481, p.515–519, 2009.
VALENZUELA, R. Chemistry of Solid State Materials: Magnetic Ceramics. New York: Cambridge University Press. V.4, 1994.