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Tipo documento: Tese
Título: Preparação, análise microestrutural e propriedades magnéticas de nanocompósitos de CoFe2O4/CoFe2
Autor(es): Ferreira, Edson Silva
Orientador(a): Chagas, Edson Ferreira
Membro da Banca: Chagas, Edson Ferreira
Membro da Banca: Godoy, Maurício
Membro da Banca: Faria, Jorge Luiz Brito de
Membro da Banca: Leite, Gustavo Capistrano Pinto
Membro da Banca: Arinos, Natali Félix
Resumo : Neste estudo, será realizado o processo de preparação dos nanocompósitos de 𝐶𝑜𝐹𝑒2𝑂4/𝐶𝑜𝐹𝑒2, seguido de uma análise minuciosa da sua estrutura interna. Além disso, serão investigadas as propriedades magnéticas visando a otimização dessas características nas amostras. A síntese da 𝐶𝑜𝐹𝑒2𝑂4 foi realizada por meio do método de gel-combustão e a substância foi submetida a diferentes temperaturas de calcinação, por um período de 2 horas, em condições atmosféricas normais. Posteriormente, as amostras foram submetidas a processos de moagem em diferentes períodos de tempo, com o objetivo de induzir um alto nível de microdeformação residual no interior das partículas, visando ao aumento da coercividade. Após a síntese do nanocompósito de ferrita de cobalto, a etapa seguinte é a redução utilizando hidrogênio. Nesse processo, o nanocompósito é exposto a um ambiente controlado contendo hidrogênio gasoso. A uma temperatura de 350°C e em intervalos de tempo de 10, 15, 20, 25 e 30 minutos, ocorre a reação química de redução, na qual o hidrogênio reage com os óxidos presentes no nanocompósito. Além do método de síntese de nanocompósito de 𝐶𝑜𝐹𝑒2𝑂4/𝐶𝑜𝐹𝑒2 com gás 𝐻2, é possível a sua obtenção com o método de moagem de alta energia. Dessa forma, a ferrita de cobalto moída é misturada com diferentes concentrações de ferro cobalto. Em seguida, a amostra é submetida a um moinho de bolas por 1 minuto para obter uma mistura uniforme e um acoplamento magnético entre ambas as fases, formando assim o nanocompósito de 𝐶𝑜𝐹𝑒2𝑂4/𝐶𝑜𝐹𝑒2. Nas amostras calcinadas em diferentes temperaturas ocorre a formação de aglomeração das nanopartículas durante o aquecimento em altas temperaturas, que contribui para o crescimento dos cristalitos e, consequentemente, para o aumento da magnetização de saturação. A redistribuição dos cátions, especificamente os íons 𝐹𝑒3+, em sítios octaédricos também é responsável pelo aumento da magnetização de saturação. Dessa maneira, a redução na coercividade magnética da ferrita de cobalto com o aumento da temperatura de calcinação é causada por mudanças na microestrutura e na distribuição de cátions na rede cristalina da ferrita. A amostra não moída, apresenta as seguintes características: coercividade magnética (𝐻𝑐 ) de 0,4 KOe, saturação magnética (𝑀𝑠 ) de 75 emu/g, taxa de remanência (𝑀𝑟⁄𝑀𝑠) de 0,38 e energia magnética máxima (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 de 2 𝑘𝐽 𝑚3 ⁄ . Após a moagem, houve um aumento considerável de quase todos os atributos, os quais passaram a ser 𝐻𝑐 = 3,7 kOe, 𝑀𝑠 = 66 emu/g, 𝑀𝑅 = 0,56 e (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 = 9,6𝑘𝐽 𝑚3 ⁄ . Os resultados indicam que esse aumento está relacionado a adição de estresse e da densidade de defeitos microestruturais. É observado também, um aumento na anisotropia magnética com a moagem, e isso é atribuído ao estresse anisotrópico. O tratamento térmico em atmosfera de hidrogênio é eficaz para transformar a ferrita de cobalto em ferro cobalto. Esse processo é rápido e eficiente, reduzindo a ferrita de cobalto em aproximadamente 90% em apenas 20 minutos. Por outro lado, a coercividade magnética da ferrita de cobalto diminui quando reduzida em ferro-cobalto, o que é esperado, uma vez que o ferro-cobalto é magneticamente mole. O método de produção do nanocompósito através do moinho de bolas de alta energia apresenta diversas vantagens. Destaca-se a alta eficiência e velocidade do processo, que é 60 vezes mais rápido em comparação com outras técnicas.
Resumo em lingua estrangeira: In this study, the preparation process of 𝐶𝑜𝐹𝑒2𝑂4/𝐶𝑜𝐹𝑒2 nanocomposites will be carried out, followed by a detailed analysis of their internal structure. In addition, the magnetic properties will be investigated to optimise these characteristics in the samples. The synthesis of 𝐶𝑜𝐹𝑒2𝑂4 was carried out using the gel-combustion method, and the substance was subjected to different calcination temperatures for a period of 2 hours under normal atmospheric conditions. Subsequently, the samples were submitted to milling processes at different periods to induce a high residual micro deformation inside the particles and increase the coercivity. After the synthesis of the cobalt ferrite nanocomposite, the next step is the reduction using hydrogen. In this process, the nanocomposite is exposed to a controlled environment containing gaseous hydrogen. At a temperature of 350°C and in time intervals of 10, 15, 20, 25 and 30 minutes, the chemical reduction reaction occurs, in which the hydrogen reacts with the oxides present in the nanocomposite. In addition to the 𝐶𝑜𝐹𝑒2𝑂4/𝐶𝑜𝐹𝑒2 nanocomposite synthesis method with 𝐻2 gas, it is possible to obtain it with the high-energy milling method. In this way, ground cobalt ferrite is mixed with different concentrations of cobalt iron. Then, the sample is subjected to a ball mill for 1 minute to obtain a uniform mixture and a magnetic coupling between both phases, thus forming the 𝐶𝑜𝐹𝑒2𝑂4/𝐶𝑜𝐹𝑒2 nanocomposite. In samples calcined at different temperatures, agglomeration of nanoparticles forms during heating at high temperatures, which contributes to the growth of crystallites and, consequently, to an increase in saturation magnetization. The redistribution of cations, specifically the 𝐹𝑒3+ ions, in octahedral sites is also responsible for the increase in saturation magnetization. Furthermore, the reduction in the magnetic coercivity of cobalt ferrite with increasing calcination temperature is caused by changes in the microstructure and distribution of cations in the ferrite crystal lattice. .The unground sample has the following characteristics: magnetic coercivity (𝐻𝑐) of 0.4 KOe, magnetic saturation 𝑀𝑠 of 75 emu/g, remanence rate 𝑀𝑅⁄𝑀𝑆 of 0.38 and maximum magnetic energy (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 of 2.0 𝑘𝐽 𝑚3 ⁄ . After grinding, there was a considerable increase in almost all attributes, which became 𝐻𝑐 = 3.7 kOe, 𝑀𝑠 = 66 emu/g, 𝑀𝑅⁄𝑀𝑆 = 0.56, and (𝐵𝐻)𝑚𝑎𝑥 = 9.6 𝑘𝐽 𝑚3 ⁄ . The results indicate that this increase is related to the addition of stress and the density of microstructural defects. An increase in magnetic anisotropy is also observed with milling, which is attributed to anisotropic stress. Thus, it is concluded that ultrafast grinding brings several advantages over conventional grinding, especially in terms of efficiency, where you have a tenfold reduction in grinding time and a considerable increase in magnetic properties. Heat treatment in a hydrogen atmosphere is effective in transforming cobalt ferrite into cobalt iron. This process is fast and efficient, reducing cobalt ferrite by approximately 90% in just 20 minutes. Additionally, heat treatment increases the saturation magnetization of cobalt ferrite, making it more magnetic. On the other hand, the magnetic coercivity of cobalt ferrite decreases when reduced in iron-cobalt, which is expected since iron-cobalt is magnetically soft. The method of producing 𝐶𝑜𝐹𝑒2𝑂4/𝐶𝑜𝐹𝑒2 nanocomposite through high-energy ball mill has several advantages. The high efficiency and speed of the process stands out, which is 60 times faster compared to other techniques.
Palavra-chave: Moagem ultrarrápida
Ferrita de cobalto
Alta coercividade
Palavra-chave em lingua estrangeira: Ultrafast grinding
Cobalt ferrite
High coercivity
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Mato Grosso
Sigla da instituição: UFMT CUC - Cuiabá
Departamento: Instituto de Física (IF)
Programa: Programa de Pós-Graduação em Física
Referência: FERREIRA, Edson Silva. Preparação, análise microestrutural e propriedades magnéticas de nanocompósitos de CoFe2O4/CoFe2. 2023. 100 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Física, Cuiabá, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://ri.ufmt.br/handle/1/5613
Data defesa documento: 6-Nov-2023
Aparece na(s) coleção(ções):CUC - IF - PPGF - Teses de doutorado

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