Síntese e caracterização de copolímeros à base de poli(metacrilato de metila) e divinilbenzeno com propriedades magnéticas

Nesta dissertação, foram sintetizados copolímeros à base de poli(metacrilato de metila) (PMMA), divinilbenzeno (DVB) com propriedades magnéticas pela técnica de polimerização em suspensão. O material utilizado para conferir propriedade magnética foi o ferro. Foi estudada a influência das variáveis reacionais para a formação de microesferas (ordem de adição das fases orgânica e aquosa e a dispersão do ferro antes e após a pré-polimerização), o efeito da concentração de ferro adicionado na polimerização, a influência da razão molar MMA/DVB na formação do copolímero, o efeito do tipo de agente de suspensão e a velocidade de agitação para a síntese dos copolímeros. Os copolímeros foram caracterizados quanto à morfologia, estabilidade térmica, teor de ferro incorporado, distribuição de tamanho de partículas, propriedades magnéticas, área superficial, volume e tamanho de poros. As análises de propriedades magnéticas mostraram que os materiais obtidos não apresentaram ciclos de histerese, estando assim próximos de um material com propriedades superparamagnéticas, com magnetização de saturação entre 8,0 e 13,0 emu/g. Os copolímeros sintetizados com velocidade de agitação 500 RPM, temperaturade 90 C, tempo de polimerização de 24h, monômeros MMA/DVB 50/50 (% molar); razão volumétrica fase orgânica/fase aquosa 1/3, diluente heptano, grau de diluição 100% apresentaram melhor controle morfológico, melhor magnetização de saturação, tamanho de partículas menores e maior tamanho de poros

Effects of magnetostriction and superlattice formation in ferromagnetic thin films

The contribution to the magnetic uniaxial perpendicular anisotropy which arises from substrate constraint through magnetostrictive effects has been measured in Ni-Fe and Ni-Co thin films evaporated on substrates at room temperature. This was accomplished by measuring the perpendicular anisotropy before and after removal of the film from the substrate. Data are given for the fcc crystal structure regions of both alloy systems, but data for Ni-Co include compositions with less than 60% Ni which have a small percentage of the hcp phase mixed with the fcc phase. The constraint contribution to the perpendicular anisotropy correlates well with the value of the bulk magnetostriction constant using the equation ∆K_˔=3/2λ_sσ. Measured values of isotropic stress for films thicker than 600 Å were 1.6 x 10¹⁰ dyn/cm². In films less than 600 Å thick the isotropic stress decreased with decreasing thickness. After removal of the films from the substrates, the measured perpendicular anisotropy deviated from the expected geometrical shape anisotropy near pure Ni in both alloys. This indicates that additional significant sources of anisotropy exist at these compositions.

The effect of substrate constraint on the crystalline anisotropy K₁ of Ni-Fe epitaxial films has been studied by use of a film removal technique, which involves the evaporation of an epitaxial layer of LiF on MgO, the epitaxial growth of the metallic film on the LiF, and the stripping of the film with water soluble tape. Films ranging in composition from 50% to 100% Ni have been studied. For compositions below 90% Ni the experimental values agree reasonably well with the first order theoretical prediction, ∆K₁=[-9/4(C₁₁-C₁₂)λ² 100+9/2C₄₄λ²111].

In order to compare the magnetic properties of epitaxial thin films more completely with the properties of bulk single crystals, Ni-Fe films ranging in composition from 60% to 90% Ni, which were evaporated epitaxially on (100) MgO substrates, have been subsequently annealed at 400°C in a vacuum of less than 10^-7 Torr to form the ordered Ni₃Fe structure near the 75% composition. This ordered structure has been confirmed by electron diffraction.

The saturation magnetization at Ni₃Fe increased about 6% with ordering which is in good agreement with previous bulk data. Measurements of the magnetocrystalline anisotropy energy K₁ for the epitaxial films show the same large changes with ordering as observed in bulk single crystal samples. In the (001) plane the magnetostriction constants ^λ100, ^λ111 are directly related to the induced anisotropy due to a uniform uniaxial strain in the [100] and [110] directions respectively. Assuming that the elastic constants of a film are the same as in bulk material and are unchanged by ordering, the changes in strain sensitivity with ordering for the epitaxial films are found to be in good agreement with values predicted from bulk data. The exchange constant A as measured by ferromagnetic resonance has been measured at the Ni₃Fe composition and found to increase 25% with ordering. This seems to indicate a significant increase in the Curie temperature which has only been inferred indirectly for bulk material.

Preparação e caracterização de bionanocompósitos à base de gelatina e magnetita reticulados com sacarose

Nesta dissertação, foram estudadas a preparação e a caracterização debionanocompósitos à base de gelatina e magnetita. Sacarose foi empregada comoagente de reticulação e gelatina tipo A e gelatina tipo B foram comparadas nautilização para a preparação das microesferas por meio de emulsão água-em-óleo.As microesferas foram caracterizadas por VSM, DSC, TGA, FTIR, testes deinchamento, espectroscopia de absorção atômica, microscopia ótica e microscopiaeletrônica de varredura. Um planejamento de experimentos variando-se aconcentração de gelatina e de sacarose, a temperatura e a velocidade de agitaçãofoi realizado a fim de encontrar quais parâmetros influenciam o diâmetro dasmicroesferas. A concentração de gelatina e velocidade de agitação foram osparâmetros diretamente associados com os tamanhos de partículas. A distribuiçãode tamanho das partículas revelou que o diâmetro das microesferas variou de 5 a 60micrômetros, com predominância na faixa de 11 a 30 micrômetros. A extensão dareticulação foi aumentada com o aumento do tempo de aquecimento na etapa depreparação das microesferas. Todos os bionanocompósitos apresentaramsuperparamagnetismo. Os resultados mostraram que não há diferença significativa entre a utilização de gelatina do tipo A e gelatina do tipo B. Além disso, o estudo de reticulação degelatina revelou que, ao contrário do que diz a literatura, a sacarose não é umagente de reticulação para as cadeias proteicas, pois não foram encontradasevidências de uma reação química entre a sacarose e gelatina

Preparação e caracterização de microesferas poliméricas com morfologia casca-núcleo e propriedades magnéticas à base de estireno e divinilbenzeno

Foram sintetizadas microesferas poliméricas com propriedades magnéticas e morfologia casca-núcleo por meio da técnica de polimerização em suspensão em duas etapas. O núcleo foi constituído por poli(estireno-co-divinilbenzeno) e magnetita modificada com ácido oleico. Foi avaliada a influência da velocidade de agitação e da concentração de iniciador sobre as características das microesferas utilizadas como núcleo (morfologia, tamanho de partículas, propriedades magnéticas e estabilidade térmica). A casca foi constituída por poli(estireno-co-divinilbenzeno) sem material magnético. Foi avaliado o método de adição da emulsão dos monômeros formadores da casca e o tempo de inchamento dos núcleos na emulsão. As microesferas casca-núcleo foram caracterizadas quanto ao seu aspecto morfológico e à estabilidade térmica. Os núcleos não apresentaram ciclos de histerese, estando assim próximos de um material com propriedades superparamagnéticas. O copolímero sintetizado com a maior velocidade de agitação e a menor concentração de iniciador foi o que apresentou o maior teor de ferro incorporado (3,317 %), a maior magnetização de saturação (2,99 emu/g) e o menor diâmetro médio de partículas (81 m). As microesferas casca-núcleo apresentaram apenas um estágio de degradação e as suas Tmáx foram menores do que a do núcleo. O mapa composicional de ferro confirmou a presença de magnetita na superfície das microesferas casca-núcleo

Síntese e caracterização de microesferas poliméricas reticuladas à base de poli(ácido metacrílico) contendo nanopartículas magnéticas de ferritas de manganês

As nanopartículas de ferritas de manganês (MnFe2O4) tem sido de grande interesse por causa de suas notáveis propriedades magnéticas doces (baixa coercividade e moderada magnetização de saturação) acompanhada com boa estabilidade química e dureza mecânica. A formação de materiais híbridos/compósito estabiliza as nanopartículas magnéticas (NPMs) e gera funcionalidades aos materiais. Entretanto, não foi encontrada na literatura uma discussão sobre a síntese e as propriedades de polímeros polares reticulados à base de ácido metacrílico contendo ferritas de manganês na matriz polimérica. Assim, o objetivo desta Dissertação foi produzir partículas esféricas poliméricas reticuladas, com boas propriedades magnéticas, à base de ácido metacrílico, estireno, divinilbenzeno e ferritas de manganês. Neste trabalho, foram sintetizados compósitos de ferrita de manganês (MnFe2O4) dispersa em copolímeros de poli(ácido-metacrílico-co-estireno-co-divinilbenzeno), via polimerização em suspensão e em semi-suspensão. Foram variados os teores de ferrita (1% e 5%) e a concentração do agente de suspensão (0,2% e 5%). Além disso, foram testadas sínteses contendo a fase orgânica pré-polimerizada, e também a mistura da ferrita na fase orgânica (FO), antes da etapa da polimerização em suspensão. Os copolímeros foram analisados quanto as suas morfologias - microscopia óptica; propriedades magnéticas e distribuição das ferritas na matriz polimérica - VSM, SEM e EDS-X; propriedades térmicas TGA; concentração de metais presentes na matriz polimérica absorção atômica. As ferritas foram avaliadas quanto à cristalografia XRD. A matriz polimérica foi avaliada pela técnica de FTIR. As amostras que foram pré-polimerizadas e as que além de pré-polimerizadas foram misturadas as ferritas de manganês na FO, apresentaram as melhores propriedades magnéticas e uma incorporação maior da ferrita na matriz polimérica. Essas rotas sintéticas fizeram com que os copolímeros não apresentassem aglomeração, e também minimizou a presença de ferritas na superfície das microesferas. Em geral, todos os copolímeros obtidos apresentaram as características de materiais magneticamente doces além do superparamagnetismo. Foi constatado que o aumento da concentração do PVA e a diminuição da concentração da ferrita fazem com que os diâmetros das microesferas decresçam. Os resultados de TGA e DTG mostraram que ao misturar as ferritas na FO, a concentração de material magnético na matriz polimérica aumenta cerca de 10%. Entretanto, somente a amostra PM2550, pré-polimerizada e com as ferritas misturadas na FO (5% de ferrita e 0,2% de PVA), apresentou potencial aplicação. Isso porque as ferritas não ficaram expostas na superfície das microesferas, ou seja, o material magnético fica protegido de qualquer ação externa

An Embedded Stress Sensor for Concrete SHM Based on Amorphous Ferromagnetic Microwires

A new smart concrete aggregate design as a candidate for applications in structural health monitoring (SHM) of critical elements in civil infrastructure is proposed. The cement-based stress/strain sensor was developed by utilizing the stress/strain sensing properties of a magnetic microwire embedded in cement-based composite (MMCC). This is a contact-less type sensor that measures variations of magnetic properties resulting from stress variations. Sensors made of these materials can be designed to satisfy the specific demand for an economic way to monitor concrete infrastructure health. For this purpose, we embedded a thin magnetic microwire in the core of a cement-based cylinder, which was inserted into the concrete specimen under study as an extra aggregate. The experimental results show that the embedded MMCC sensor is capable of measuring internal compressive stress around the range of 1-30 MPa. Two stress sensing properties of the embedded sensor under uniaxial compression were studied: the peak amplitude and peak position of magnetic switching field. The sensitivity values for the amplitude and position within the measured range were 5 mV/MPa and 2.5 mu s/MPa, respectively.

GdFeCo非晶薄膜磁温度特性

本文以分子场理论为依据,通过实验数据的拟合和分析计算,计算了GdFeCo非晶薄膜饱和磁化强度、交换常数、磁各向异性常数的温度特性,并分析了薄膜成分变化对补偿温度、居里温度等的影响规律,为GdFeCo薄膜在新型磁光存储技术中的应用提供了理论依据。

Microwave Resonant and Zero-Field Absorption Study of Doped Magnetite Prepared by a Co-Precipitation Method

Fe3O4 and ZnxFe3-xO4 pure and doped magnetite magnetic nanoparticles (NPs) were prepared in aqueous solution (Series A) or in a water-ethyl alcohol mixture (Series B) by the co-precipitation method. Only one ferromagnetic resonance line was observed in all cases under consideration indicating that the materials are magnetically uniform. The shortfall in the resonance fields from 3.27 kOe (for the frequency of 9.5 GHz) expected for spheres can be understood taking into account the dipolar forces, magnetoelasticity, or magnetocrystalline anisotropy. All samples show non-zero low field absorption. For Series A samples the grain size decreases with an increase of the Zn content. In this case zero field absorption does not correlate with the changes of the grain size. For Series B samples the grain size and zero field absorption behavior correlate with each other. The highest zero-field absorption corresponded to 0.2 zinc concentration in both A and B series. High zero-field absorption of Fe3O4 ferrite magnetic NPs can be interesting for biomedical applications.

Synthesis and characterization of room-temperature ferromagnetism in Fe- and Ni-co-doped In2O3

Observation of room-temperature ferromagnetisin in Fe- and Ni-co-doped In2O3 samples (In0.9Fe0.1-xNix)(2)O-3 (0 <= x <= 0.1) prepared by citric acid sol-gel auto-igniting method is reported. All of the samples with intermediate x values are ferromagnetic at roomtemperature. The highest saturation magnetization (0.453 mu B/Fe + Ni ions) moment is reached in the sample with x = 0.04. The highest solubility of Fe and Ni ions in the In2O3 lattice is around 10 and 4 at%, respectively. The 10 at% Fe-doped sample is found to be weakly ferromagnetic, while the 10at% Ni-doped sample is paramagnetic. Extensive structure including Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), magnetic and magneto-transport including Hall effects studies on the samples indicate the observed ferromagnetism is intrinsic rather than from the secondary impurity phases. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Fe−TPP Coordination Network with Metalloporphyrinic Neutral Radicals and Face-to-Face and Edge-to-Face π−π Stacking

Artículo científico Inorg. Chem. 2013, 52, 8074−8081

Dehydration for a solid coordination network based on CuII-(py)2C(OH)2 trimers

Abstract de congreso: Póster presentado en 12th International Conference on Materials Chemistry (MC12), 20 - 23 July 2015, York, United Kingdom

Preparação e avaliação de hidrogéis nanocompósitos à base de alginato na remoção de Cu (II) e Zn (II) de soluções aquosas

Esta dissertação teve como objetivo, a preparação de hidrogéis à base de alginato contendo argila e material magnético em sua estrutura. Foram analisadas as modificações nas características físico-químicas dos hidrogéis preparados com diferentes reticulantes (CaCl2 e FeCl3) e diferentes concentrações de material magnético (1 e 3 % m/m) e argila (1, 5 e 10 %). Após isso, os hidrogéis foram avaliados quanto à capacidade de remoção de íons Cu2+ e Zn2+ de soluções aquosas. As amostras foram caracterizadas quanto à composição química por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), quanto à morfologia por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (SEM) e quanto às propriedades magnéticas por magnetometria de amostra vibrante (VSM). Através da técnica de difratometria de raios-X (XRD), foi possível verificar a natureza do material magnético e a dispersão da argila nos hidrogéis. A estabilidade térmica das amostras foi analisada por análise termogravimétrica (TGA). Os resultados mostraram que tanto a argila como o material magnético ficaram bem dispersos nas amostras. De forma geral, foram preparados hidrogéis com morfologia esférica, sendo que os hidrogéis de alginato de cálcio tenderam a apresentar maior resistência térmica do que os hidrogéis de alginato de ferro. Todas as amostras magnéticas apresentaram comportamento superparamagnético, porém as amostras de alginato de ferro mostraram-se quebradiças após o intumescimento em água. O tempo médio de equilíbrio de intumescimento foi de 240 minutos. Os resultados de cinética de adsorção mostraram que os hidrogéis de alginato de cálcio preparados nas condições avaliadas nesta Dissertação foram eficientes na remoção dos íons Cu2+ e Zn2+, sendo que o cobre apresentou maior afinidade pelo hidrogel do que o zinco

Bearings and energy storage

Passive magnetic bearings are ideal components for energy storage flywheels which require small dynamic loads and low-maintenance bearings with minimal power requirements. High temperature superconductors such as YBCO can be used to fabricate these bearings and achieve the desired magnetic properties. Stiffness and gap decay due to high speed can be addressed by dynamically altering bearing geometry to provide active control with bulk materials.

Magnetically-actuated artificial cilia for microfluidic propulsion.

In this paper we quantitatively analyse the performance of magnetically-driven artificial cilia for lab-on-a-chip applications. The artificial cilia are fabricated using thin polymer films with embedded magnetic nano-particles and their deformation is studied under different external magnetic fields and flows. A coupled magneto-mechanical solid-fluid model that accurately captures the interaction between the magnetic field, cilia and fluid is used to simulate the cilia motion. The elastic and magnetic properties of the cilia are obtained by fitting the results of the computational model to the experimental data. The performance of the artificial cilia with a non-uniform cross-section is characterised using the numerical model for two channel configurations that are of practical importance: an open-loop and a closed-loop channel. We predict that the flow and pressure head generated by the artificial cilia can be as high as 18 microlitres per minute and 3 mm of water, respectively. We also study the effect of metachronal waves on the flow generated and show that the fluid propelled increases drastically compared to synchronously beating cilia, and is unidirectional. This increase is significant even when the phase difference between adjacent cilia is small. The obtained results provide guidelines for the optimal design of magnetically-driven artificial cilia for microfluidic propulsion.