Propriedades magnéticas de ferritas Co1-xCuXFe2O4 obtidas pelo método dos precursores poliméricos

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Materiais

Autores

Silva, M.D.P.S. (UFSCAR) ; Silva, F.C.S. (UFMA) ; Costa, L.J.D.C. (UFSCAR) ; Sinfrônio, F.S.M.S. (UFMA)

Resumo

As ferritas são óxidos compostos, termicamente estáveis, que apresentam estruturas cristalinas equivalentes as do mineral espinélio. Estas estão sendo extensamente estudadas, devido suas propriedades magnéticas e elétricas. O trabalho presente tem com objetivo estudar as propriedades magnéticas das ferritas em relação à substituição do modificador de rede. O DRX mostrou a formação de estruturas monofásicas com estrutura cubicas e tetragonais. Este resultado obtido pode ser comprovando pela microscopia eletrônica de varredura onde as amostras apresentaram uma única morfologia. Em relação às propriedades magnéticas, as ferritas mostraram que, com a inserção de cobalto na matriz a magnetização aumenta, corroborando com estudos da literatura.

Palavras chaves

Ferrita; Magnetização; cobalto

Introdução

O estudo de materiais magnéticos nanoestruturados tem despertado grande interesse nos últimos anos devido ao enorme potencial destes para aplicações em diversas vertentes tecnológicas, industriais, geológicas, biológicas e médicas [SANTOS,2011]. As propriedades magnéticas desses materiais são determinadas pelas suas propriedades intrínsecas e extrínsecas [BRICENO,et al,2012]. Ferritas são cerâmicas ferrimagnéticas que ocorrem sob a forma de espinélios, granadas, hexaferritas e ortoferritas. Tais materiais demonstram grande potencial tecnológico, uma vez que estes podem ser aplicados na fabricação de memórias magnética de alta densidade, fluidos magnéticos, dispositivos de supressão de interferência eletromagnética, transformadores de potência, núcleos de motores e indutores e filtros de ruídos [SANTOS,2011]. As propriedades magnéticas das ferritas estão amplamente associadas aos spins eletrônicos dos seus cátions e de suas interações com as espécies adjacentes [BRICENO,et al,2012]. Nas ferritas, tal interação (supertroca) só acontece quando as funções de onda dos orbitais p do oxigênio se sobrepõem às funções de onda dos orbitais 3d dos cátions metálicos [O’HANDLEY,1999].Nota-se, neste fenômeno, que os dois elétrons da última camada do oxigênio encontram-se desemparelhados, polarizando assim os cátions de Fe3+e conduzindo-os a um acoplamento antiparalelo [BRICENO,et al,2012;O’HANDLEY,1999;SANTOS,2011]. Neste sentido este trabalho objetiva avaliar as propriedades magnéticas de Co1-xCuxFe2O4 (x = 0,0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1,0) pelo Método do Precursores Poliméricos (MPP).

Material e métodos

Na preparação das ferritas puras de cobre ou substituídas com cobalto, utilizou-se o Método dos Precursores Poliméricos (MPP). Deste modo, foram utilizados o FeCl3.6H2O (formador da rede) e, posteriormente, o CuSO4.5H2O e/ou o CoCl2·6H2O(modificadores de rede), com uma razão de 1:3 de ácido cítrico. Os sais foram dissolvidos em água destilada. A solução foi aquecida até aproximadamente a 110 ºC, sob agitação constante. O gel polimérico obtido foi tratado a 300 ºC/1h, desaglomerada em almofariz de ágata e peneirada em malha 125 mesh, dando origem aos diversos pós-precursores. Estes, por sua vez, foram tratados a 350 °C/12h, sob atmosfera oxidante com sistema de pressão (sistema de Venturi). Por fim, todas as amostras foram calcinadas a 900°C por 4 horas, desaglomeradas, peneiradas e caracterizadas mediante as técnicas de Difração de raios-X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho (IV), UV-Visível, Raman e VSM (em eletroímã com fonte estabilizadora de tensão Tectrol, modelo 40-100A, e um magnetômetro de amostra Vibrante fabricado pela EG&G Princetn Applied Research, modelo 4500)

Resultado e discussão

Como podem ser notadas nos difratogramas, todas as amostras apresentam-se monofásicas. Para as estruturas monofásicas, o sistema da CuFe2O4, todos os picos de difração foram perfeitamente indexados, segundo a ficha JCPDS 00- 034-0425 com estrutura tetragonal de grupo espacial I41/amd (D[19][/4h]. Já a CoFe2O4 demonstra um arranjo cúbico alusiva ao grupo espacial Fd3 ̅m (O[7] [/h]). Em relação às amostras mistas é possível observar que a inclusão dos íons Co2+ induz a formação de arranjo estrutural cúbico, provavelmente devido à distorção na rede fazendo com que os sistemas a busquem a estabilização, de forma que a cristalização preferencial é da simetria cúbica.Observa-se ainda que ocorre um pouco de deslocamento de alguns picos de difração 2θ para ângulos menores com o aumento da concentração de (x), confirmando a formação de solução sólida para amostras mistas. Outro aspecto importante, evidente em todos os difratogramas, é a presença de picos intensos, estreitos e bem definidos, indicando alto grau de cristalinidade, ou seja, estes sólidos estão estruturalmente ordenados a longo alcance. Diante dessa constatação foi realizado o estudo tamanho do cristalito, largura e meia altura (FWHM) e cristalinidade nos picos mais intensos das amostras. De acordo com estes dados, pode ser observar que no tamanho dos cristalitos destes materiais ocorre um aumento com a inserção de Co[2][/+] provavelmente devido à concorrência espacial nos sítios tetraédricos ou octaédricos dos cátions divalentes constituintes. No parâmetro FWHM observou-se que, com a inserção dos íons Co[2][/+] na estrutura CuFe2O4, inicialmente tetragonal, houve a desorganização da célula unitária uma vez que esta começa a assumir um arranjo cúbico. Assim, houve um aumento significativo do FWHM mesmo em baixas quantidades do substituinte, a qual decai, posteriormente, com o aumento da simetria ao longo alcance no estado cúbico final (CoFe2O4). De maneira geral, as micrografias revelaram a formação de partículas com tamanhos e formas distintas. Primeiramente, verificamos que as amostras CuFe2O4 e as mistas apresentam morfologias parecidas com formato semelhante à esfera. No entanto, nota-se várias formas e tamanhos de esferas, sendo que umas partículas mostram formas de empescoçamento. Fato este, sendo explicado por nucleações heterogêneas devido ao mecanismo de Ostwald Ripening onde há ocorrência de um caráter competitivo, ou seja, enquanto alguns núcleos estão sendo formados, outros encontram-se em estágio de crescimento e sujeitos a colisões aleatórias entre as partículas, com a indução de aglomeração irreversível das mesmas de maneira não-uniformes e descontroladas).No caso da CoFe2O4, foi observada morfologia triangular irregular ligeiramente facetados. Também percebeu-se que a natureza aglomerada persiste entre partículas, devido a ausência de controle efetivo durante os primeiros estágios de nucleação e crescimento Nas medidas magnéticas temos que as amostras CuFe2O4 e CoFe2O4 apresentam curvas de histerese estreitas indicando que as ferritas possuem características de materiais macios, enquanto que as mistas não exibiram um perfil estreito e nem largo, podendo ser por que estas apresentam perfil de ferritas flexíveis (intermediária).A saturação magnética das amostras de CuFe2O4 é menor que a de CoFe2O4, devido o Cu[2][/+] possuir resultante magnética de 1 µB, enquanto o Co[2][/+] apresenta resultante de momento magnético de 3 µB. Fazendo comparação entre as ferritas percebeu-se que ocorreu um crescimento da curva de magnetização conforme o aumento da porcentagem de cobalto na matriz e um alargamento dos perfis das curvas com o consequente aumento dos valores de campo coercitivo e da e magnetização remanescente. Vale ressaltar que, além do momento magnético, esse fato também está relacionado diretamente com a distribuição dos cátions na estrutura cristalina (ocupação dos sítios A e B) e como com a configuração eletrônica dos mesmos.Nota-se que as amostras em estudo têm um perfil característico de ferritas tipo ferromagnéticas, e são facilmente magnetizados e desmagnetizados por possuírem baixos valores de coercividade.

: [I] Padrões de DRX e dos pós de (a) CoFe2O4, (b) Co0,75Cu0,25Fe2O4 (c) Co0,50Cu0,50Fe2O4, (b) Co0,25Cu0,75Fe2O4 e (e) CuFe2O4, tratadas em 900°C


[I]Curva de Magnetização Co1-xCuxFe2O4 (x = 0,0; 0,25;0,50; 0,75 e 1,0), e [II] Tabela com valores de Ms, Ms e Hc tratadas em 900 ºC

Conclusões

Os resultados obtidos no decorrer deste trabalho demonstraram que: -Os pós obtidos pelo método MPP apresentaram formação de fase cristalina. -Os DRXs mostraram que as estruturas espinélios são todas monofásicas, onde a -CuFe2O4 é tetragonal - I41/amd e CoFe2O4 é cúbica - Fd3 ̅m. -A introdução de cobalto aumentou os valores de magnetização de saturação, resultando em um comportamento ferromagnético dos materiais

Agradecimentos

Os autores agradecem Capes, Fapema.

Referências

BRICENO, S.;CASTILLO,H.D.;. SAGREDO, V.; ESCAMILLA, W. B.; SILVA, P.; Structural, catalytic and magnetic properties of Cu1−XCoXFe2O4. Applied Surface Science , 263, 100–103, 2012.

O’HANDLEY R. C. Modern Magnetic Materials: Principles and Applications.Wiley, 1999. 768p. il. ISBN: 978-0-471-15566-9

SANTOS, C. P.; Síntese e caracterização do NiFe2O4e efeitos da dopagem na magnetização de saturação. Dissertação. Departamento de engenharia de materiais – Universidade Federal de Sergipe, 18p, São Cristóvão, SE, 2011