Projeto e seleção de materiais magnéticos permanentes

Os materiais magnéticos permanentes têm sido utilizados em dispositivos eletromagnéticos há mais de 100 anos mas, devido aos progressos recentes das suas características magnéticas e a disponibilidade a custos acessíveis, a sua aplicação é atualmente transversal a uma vasta gama de áreas tecnológicas. A introdução dos ímanes de terras raras nos finais da década de 60 do século passado revolucionou a engenharia de projeto, conduzindo a uma reconfiguração dos dispositivos com fatores de escala anteriormente impraticáveis, elevando ainda o rendimento daqueles, ao eliminar as perdas associadas à criação de campos magnéticos baseados em densidades de correntes. Este trabalho descreve as principais classes dos materiais magnéticos permanentes com relevância comercial e fornece as linhas gerais do projeto magnético, com especial relevo para os materiais baseados em terras raras.

Avaliação da utilização de transdutores magnéticos para determinação de cementação em ligas HP40

Ligas da classe HP40 e similares são empregados em ambientes petroquímicos on-de a agressividade do meio provém da atividade do carbono a altas temperaturas. Normal-mente a pirólise de metano, etileno ou nafta apresentam como subproduto formação de carbono na forma de coque. Com a elevação de temperatura local, ocasionada pela baixa condutividade térmica do coque, a camada de óxido de cromo interna torna-se instável, eliminando a barreira à difusão de carbono. O carbeto de cromo criado pela difusão de car-bono apresenta dilatação térmica diferente da matriz causando tensões internas que em caso extremo ocasiona o rompimento do tubo. Este rompimento pode comprometer a ativi-dade do forno e a segurança da unidade petroquímica.. Neste trabalho foram criados transdutores magnéticos capazes de medir espessura de camada cementada. A determinação da porcentagem de material cementado, através de instrumentos precisos é primordial ao planejamento da manutenção e estudo de custo-benefício à substituição destes materiais. Sua confecção visou empregar materiais de baixo custo, facilidade de manuseio e adequação ao ambiente petroquímico.

Dinâmica de paredes de domínios magnéticos : um estudo através da impedanciometria

Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a dinâmica de paredes de domínios através de medidas de impedanciometria. É proposto um método que permite a obtenção dos seguintes parâmetros das amostras estudadas: mobilidade e velocidade crítica das paredes, largura dos domínios e de suas paredes, densidade de energia de parede e constante efetiva de troca. Todas essas informações são obtidas a partir do espectro em freqüência da permeabilidade e de relações apropriadas entre a permeabilidade e a impedância complexa. O elo de ligação entre essas quantidades é feita através do efeito da profundidade de penetração, cuja definição inclui a freqüência, a resistividade e a permeabilidade do material. O método foi aplicado ao estudo de dois tipos diferentes de materiais, (i) (110)[001]FeSi3%, policristalino e altamente texturizado com tamanho de grãos bastante grande (~ 5 mm) e (ii) amostras nanocristalinas obtidas através do recozimento de fitas amorfas de Fe73.5Cu1Nb3Si16.5B6. Enquanto o primeiro sistema foi utilizado para se fazer uma comparação entre os parâmetros aqui obtidos com aqueles de outros autores e técnicas, o segundo foi estudado em termos das modificações da anisotropia magnética associadas ao alívio das tensões internas com a temperatura de recozimento.

Efeitos de parâmetros inerciais obtidos através de diferentes procedimentos na determinação de forças e torques articulares resultantes

O objetivo principal deste trabalho é avaliar os efeitos dos parâmetros inerciais (massa, localização do centro de massa e momento de inércia) obtidos através de diferentes procedimentos, no valor calculado para as forças e torques articulares resultantes, determinados através da dinâmica inversa. Para tal, pretende-se: (a) implementar um método para calcular a força nas articulações do tornozelo, joelho e quadril, em atividades motoras humanas consideradas bidimensionais, utilizando a técnica da dinâmica inversa, com os equipamentos disponíveis do Laboratório de Pesquisa do Exercício da Escola de Educação Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul; (b) desenvolver um protocolo de medição dos parâmetros inerciais dos segmentos corporais (massa, localização do centro de massa e momento de inércia) do membro inferior, baseado na pesagem hidrostática, e que apresente informações individualizadas; e (c) operacionalizar um protocolo de medição dos parâmetros inerciais dos segmentos corporais (massa, localização do centro de massa e momento de inércia) do membro inferior baseado no uso da tomografia computadorizada. Diversas situações consideradas bidemensionais foram avaliadas, como caminhada, corrida, agachamento, salto com amortecimento, e salto sem amortecimento. Para avaliar o modelo, os dados provenientes do cálculo foram confrontados com valores de força obtidos a partir da instrumentação de uma prótese de joelho (Cervieri, 2000). Os parâmetros inerciais obtidos através da tomografia computadorizada e da pesagem hidrostática apresentaram diferenças superiores a 100%, quando comparados com os valores fornecidos pelas tabelas antropométricas. Entretanto, no que se refere a fase de contato com o solo dos eventos realizados (instante de maiores forças envolvidas), os diversos métodos de obtenção dos parâmetros inerciais, não apresentam diferenças significativas no valor máximo calculado para as forças internas, através da dinâmica inversa.

Efeitos de ordenamento chiral em supercondutores e sistemas magnéticos desordenados

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre as propriedades magnéticas e de transporte elétrico de sistemas caracterizados por desordem e frustração. Tais sistemas são amostras granulares do supercondutor de alta temperatura crítica YBa2Cu3O7-δ e amostras do tipo vidro-de-spin e reentrantes das ligas magnéticas diluídas AuMn 8at% e AuFe xat% (x = 8, 12, 15, 18 e 21). No supercondutor granular foram estudados os efeitos de flutuações termodinâmicas na magnetocondutividade nas proximidades da transição supercondutora e a linha de irreversibilidades magnéticas. A transição para o estado de resistência nula é um processo que ocorre em duas etapas. Inicialmente, a transição de pareamento estabiliza a supercondutividade no interior dos grãos. A transição de coerência ocorre em temperaturas inferiores e ativa ligações fracas entre os grãos através de um processo do tipo percolação. O regime que antecede a transição de coerência é caracterizado por flutuações na fase do parâmetro de ordem. A linha de irreversibilidades magnéticas, estudada a partir da magnetoresistência e magnetização DC, revela um comportamento do tipo Almeida-Thouless em baixos campos magnéticos aplicados, seguido de um crossover, em µ0H = 0.1 T, para um comportamento do tipo Gabay-Toulouse. A linha de irreversibilidades é interpretada como sendo uma manifestação experimental de uma transição de vidro chiral. As ligas magnéticas diluídas foram estudadas através do efeito Hall extraordinário. Os resultados mostram claramente que dois termos de sinais contrários contribuem para este efeito nestes sistemas. Em particular, é observada uma anomalia no coeficiente de Hall extraordinário em temperaturas próximas à temperatura de ordenamento dos vidros-de-spin e de “canting” dos reentrantes que não é prevista por nenhuma teoria convencional de efeito Hall. A interpretação dos resultados é feita em termos do modelo de vidro chiral, mostrando a importância de uma contribuição de origem puramente chiral. Esta é a primeira vez que a chiralidade, uma propriedade intrínseca de sistemas desordenados e frustrados, é observada experimentalmente de modo direto.

Desenvolvimento de sistemas magnéticos com potencialidades terapêuticas para vetorização de fármacos

Magnetic targeting is being investigated as a means of local delivery of drugs, combining precision, minimal surgical intervention, and satisfactory concentration of the drug in the target region. In view of these advantages, it is a promising strategy for improving the pharmacological response. Magnetic particles are attracted by a magnetic field gradient, and drugs bound to them can be driven to their site of action by means of the selective application of magnetic field on the desired area. Helicobacter pylori is the commonest chronic bacterial infection. The treatment of choice has commonly been based upon a triple therapy combining two antibiotics and an anti-secretory agent. Furthermore, an extended-release profile is of utmost importance for these formulations. The aim of this work was to develop a magnetic system containing the antibiotic amoxicillin for oral magnetic drug targeting. First, magnetic particles were produced by coprecipitation of iron salts in alkaline medium. The second step was coating the particles and amoxicillin with Eudragit® S-100 by spray-drying technique. The system obtained demonstrated through the characterization studies carried out a possible oral drug delivery system, consisting in magnetite microparticles and amoxicillin, coated with a polymer acid resistant. This system can be used to deliver drugs to the stomach for treatment of infections in this organ. Another important finding in this work is that it opens new prospects to coat magnetic microparticles by the technique of spray-drying.

Efeitos da interação dipolar na nucleação de vórtices em nano-cilindros magnéticos

The effect of confinement on the magnetic structure of vortices of dipolar coupled ferromagnetic nanoelements is an issue of current interest, not only for academic reasons, but also for the potential impact in a number of promising applications. Most applications, such as nano-oscillators for wireless data transmission, benefit from the possibility of tailoring the vortex core magnetic pattern. We report a theoretical study of vortex nucleation in pairs of coaxial iron and Permalloy cylinders, with diameters ranging from 21nm to 150nm, and 12nm and 21nm thicknesses, separated by a non-magnetic layer. 12nm thick iron and Permalloy isolated (single) cylinders do not hold a vortex, and 21nm isolated cylinders hold a vortex. Our results indicate that one may tailor the magnetic structure of the vortices, and the relative chirality, by selecting the thickness of the non-magnetic spacer and the values of the cylinders diameters and thicknesses. Also, the dipolar interaction may induce vortex formation in pairs of 12nm thick nanocylinders and inhibit the formation of vortices in pairs of 21nm thick nanocylinders. These new phases are formed according to the value of the distance between the cylinderes. Furthermore, we show that the preparation route may control relative chirality and polarity of the vortex pair. For instance: by saturating a pair of Fe 81nm diameter, 21nm thickness cylinders, along the crystalline anisotropy direction, a pair of 36nm core diameter vortices, with same chirality and polarity is prepared. By saturating along the perpendicular direction, one prepares a 30nm diameter core vortex pair, with opposite chirality and opposite polarity. We also present a theoretical discussion of the impact of vortices on the thermal hysteresis of a pair of interface biased elliptical iron nanoelements, separated by an ultrathin nonmagnetic insulating layer. We have found that iron nanoelements exchange coupled to a noncompensated NiO substrate, display thermal hysteresis at room temperature, well below the iron Curie temperature. The thermal hysteresis consists in different sequences of magnetic states in the heating and cooling branches of a thermal loop, and originates in the thermal reduction of the interface field, and on the rearrangements of the magnetic structure at high temperatures, 5 produce by the strong dipolar coupling. The width of the thermal hysteresis varies from 500 K to 100 K for lateral dimensions of 125 nm x 65 nm and 145 nm x 65 nm. We focus on the thermal effects on two particular states: the antiparallel state, which has, at low temperatures, the interface biased nanoelement with the magnetization aligned with the interface field and the second nanoelement aligned opposite to the interface field; and in the parallel state, which has both nanoelements with the magnetization aligned with the interface field at low temperatures. We show that the dipolar interaction leads to enhanced thermal stability of the antiparallel state, and reduces the thermal stability of the parallel state. These states are the key phases in the application of pairs of ferromagnetic nanoelements, separated by a thin insulating layer, for tunneling magnetic memory cells. We have found that for a pair of 125nm x 65nm nanoelements, separated by 1.1nm, and low temperature interface field strength of 5.88kOe, the low temperature state (T = 100K) consists of a pair of nearly parallel buckle-states. This low temperature phase is kept with minor changes up to T= 249 K when the magnetization is reduced to 50% of the low temperature value due to nucleation of a vortex centered around the middle of the free surface nanoelement. By further increasing the temperature, there is another small change in the magnetization due to vortex motion. Apart from minor changes in the vortex position, the high temperature vortex state remains stable, in the cooling branch, down to low temperatures. We note that wide loop thermal hysteresis may pose limits on the design of tunneling magnetic memory cells

Polaritons em materiais magnéticos nanoestruturados

In this work we present a theoretical study about the properties of magnetic polaritons in superlattices arranged in a periodic and quasiperiodic fashíons. In the periodic superlattice, in order to describe the behavior of the bulk and surface modes an effective medium approach, was used that simplify enormously the algebra involved. The quasi-periodic superlattice was described by a suitable theoretical model based on a transfer-matrix treatment, to derive the polariton's dispersion relation, using Maxwell's equations (including effect of retardation). Here, we find a fractal spectra characterized by a power law for the distribution of the energy bandwidths. The localization and scaling behavior of the quasiperiodic structure were studied for a geometry where the wave vector and the external applied magnetic field are in the same plane (Voigt geometry). Numerical results are presented for the ferromagnet Fe and for the metamagnets FeBr2 and FeCl2

Environmental torques acting on a low Earth orbiter cylindrical spacecraft

Classical models of gravity gradient, solar radiation, aerodynamic and magnetic torques acting on a circular cylinder satellite. The magnitude of each such are compared with parameterization in terms of the dimensions of the satellite and its altitude in relation to the Earth's surface. Two different satellite data are considered. The results agree with the classical results and show that for altitude between 0 and 800 km the gravity gradient, aerodynamic and magnetic torques decrease with altitude while the solar radiation torque is almost independent of the altitude. The relative importance of these torques depends on the size, mass, moments of inertia and altitude of the satellite. The results can be useful to propagate the satellite attitude, to satellite missions analysis and to validate the analytical approaches. (C) 2003 COSPAR. Published by Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Spin-Stabilized Spacecrafts: Analytical Attitude Propagation Using Magnetic Torques

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Histerese térmica de sistemas magnéticos nanoestruturados

We report a theoretical investigation of thermal hysteresis in magnetic nanoelements. Thermal hysteresis originates in the existence of meta-stable states in temperature intervals which may be tuned by small values of the external magnetic field, and are controlled by the systems geometric dimensions as well as the composition. Two systems have been investigated. The first system is a trilayer consisting of one antiferromagnetic MnF2 film, exchange coupled with two Fe lms. At low temperatures the ferromagnetic layers are oriented in opposite directions. By heating in the presence of an external magnetic field, the Zeeman energy induces a gradual orientation of the ferromagnets with the external field and the nucleation of spin- op-like states in the antiferromagnetic layer, leading eventually, in temperatures close to the Neel temperature, to full alignment of the ferromagnetic films and the formation of frustrated exchange bonds in the center of the antiferromagnetic layer. By cooling down to low temperatures, the system follows a different sequence of states, due to the anisotropy barriers of both materials. The width of the thermal hysteresis loop depends on the thicknesses of the FM and AFM layers as well as on the strength of the external field. The second system consists in Fe and Permalloy ferromagnetic nanoelements exchange coupled to a NiO uncompensated substrate. In this case the thermal hysteresis originates in the modifications of the intrinsic magnetic

Coupling between muscle activities and muscle torques during horizontal-planar arm movements with direction reversal

In this study we investigated the hypothesis that the simple set of rules used to explain the modulation of muscle activities during single-joint movements could also be applied for reversal movements of the shoulder and elbow joints. The muscle torques of both joints were characterized by a triphasic impulse. The first impulse of each joint accelerated the limb to the target and was generated by an initial burst of the muscles activated first (primary mover). The second impulse decelerated the limb to the target, reversed movement direction and accelerated the limb back to the initial position, and was generated by an initial burst of the muscles activated second (secondary movers). A third impulse, in each joint, decelerated the limb to the initial position due to the generation of a second burst of the primary movers. The first burst of the primary mover decreased abruptly, and the latency between the activation of the primary and secondary movers varied in proportion with target distances for the elbow, but not for the shoulder muscles. All impulses and bursts increased with target distances and were well coupled. Therefore, as predicted, the bursts of muscle activities were modulated to generate the appropriate level of muscle torque. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Efeitos de torques gravitacionais na dinâmica de asteróides múltiplos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Redução de vibrações de rotores utilizando atuadores magnéticos e sistema de controle feedforward

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mancais magnéticos ativos para atenuação de vibrações em eixos rotativos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)