Aplicações de materiais compósitos magnéticos e elétricos

Os materiais compósitos com propriedades magnéticas são em geral fabricados a partir da junção de um metal/cerâmica/polímero com um material ferromagnético, como por exemplo, Fe ou Ni. Esses materiais compósitos apresentam uma potencial vantagem em relação a outros materiais magnéticos, pois, de modo geral, apresentam propriedades mais atrativas como, por exemplo, elevada resistência mecânica e baixa densidade (YI, 2014; NARAYANASAMY, 1998; ZICBOWICZ, 2007; NARAYANASAMY, 2008;). Por esse e inúmeros outros motivos esse tipo de material vem sendo empregado em larga escala em diversos setores industriais, entre eles os setores eletrônico, automotivo e aeroespacial (BAYRAKTAR, 2013).

Alguns dos compósitos de matriz metálica com características magnéticas estudados atualmente são os compósitos Al/Fe (NARAYANASAMY, 1998; NARAYANASAMY 2008), compósitos envolvendo a adição de Ni (GRIGALAITIS, 2014; WANG, 2014) e compósitos Co/Fe3O4 (RANI, 2014; PENG, 2014; YANG, 2014). A adição de nanopartículas de Fe3O4

como reforço a matriz de Al é, contudo, um novo campo e ainda em fase inicial de estudo. De maneira geral, a adição de FeO à matriz metálica tende a aumentar a condutividade térmica, a

resistência ao desgaste assim como a permeabilidade magnética da matriz (ZICBOWICZ, 2007).

As nanopartículas de Fe3O4 (como as de objeto desse estudo – Fabricação do compósito

Al/Fe3O4) apresentam propriedades magnéticas muito interessantes, como uma altíssima

dissipação de energia mediante a aplicação de campo magnético, o que as colocam como excelentes candidatos para aplicações em um grande número de sistemas (BAYRAKTAR, 2010) quando em comparação com partículas micrométricas. Partículas “nano” apresentam propriedades físicas e químicas de qualidade superior devido ao seu efeito mesoscópico, efeito de confinamento quântico e efeito de superfície. Recentemente, Fe3O4 tem sido intensamente

investigado por causa de sua alta coercividade e baixa temperatura Curie (WEY, 2012). Os materiais compósitos contendo óxidos de ferro são amplamente utilizados para fabricação de peças que envolvem tecnologias diversas, como por exemplo, tecnologia de sensores de gás (GENG, 2006), refrigeração magnética (MCMICHAEL, 1992), dispositivos de armazenamento de dados (PILENI, 2001), dispositivos utilizados como adsorventes (YOUNGRAN, 2007) e substâncias químicas utilizadas como catalisadoras (OLIVEIRA, 2003).

Materiais compósitos com características magnéticas, principalmente compósitos ferromagnéticos têm sido intensamente estudados por suas potenciais aplicações em dispositivos multifuncionais, como filtros de interferência eletromagnética, sensores e componentes de processamento de sinal (SHOKROLLAHI, 2007).

As aplicações dos compósitos magnéticos macios, como no caso do compósito Al/Fe3O4, dependem do comportamento que apresentam, ou seja, dependem em grande parte

da permeabilidade magnética, do campo coercivo, das perdas (desmagnetização) do compósito entre outros.

Um fator importante que afeta as propriedades magnéticas e, portanto, os campos de aplicações é o tamanho das partículas magnéticas (SKAIRIE, 2001). O aumento da granulometria do pó aumenta a permeabilidade magnética, mas como consequência, aumenta também a coercividade. Além disso, outros fatores como tempo, temperatura e atmosfera de sinterização também alteram algumas propriedades físicas (SHOKROLLAHI, 2007)

Um estudo da curva de histerese possibilita determinar a saturação máxima de um material magnético, a permeabilidade magnética, a susceptibilidade magnética e coercividade, parâmetros determinantes para a escolha das aplicações de um material magnético (GETZLAFF, 2008).

De modo geral, baseado na análise das propriedades magnéticas de um determinado material algumas das possíveis aplicações são:

1. Na área das comunicações, quando esses materiais apresentam permeabilidade constante e elevada, juntamente com um baixo campo coercivo (GETZLAFF, 2008). A parte constante da permeabilidade encontra-se no início da curva de magnetização. Qualquer não linearidade entre B e H é prejudicial, provocando distorções nos sinais;

2. Os materiais com ciclo histerético retangular são comumente utilizados em amplificadores magnéticos e circuitos retificadores mecânicos, memórias magnéticas, etc.;

3. Na engenharia de máquinas elétricas são utilizados materiais de alta permeabilidade e elevada indução, e baixas perdas, principalmente de histerese (GETZLAFF, 2008).

Na maioria dos casos citados, a aplicação do compósito Al/Fe3O4 dependerá do teor de

Fe3O4 e da distribuição dessas partículas na matriz metálica. No entanto, em casos em que alta

permeabilidade é exigida, o compósito não se aplica, pois, a permeabilidade é afetada pela presença da matriz não magnética.

Os materiais compósitos com propriedades magnéticas são em geral fabricados a partir da junção de um metal/cerâmica/polímero com um material ferromagnético, como por exemplo, Fe ou Ni. Esses materiais compósitos apresentam uma potencial vantagem em relação a outros materiais magnéticos, pois, de modo geral, apresentam propriedades mais atrativas como, por exemplo, elevada resistência mecânica e baixa densidade (NARAYANASAMY, 2008; ZICBOWICZ, 2007). Por esse e inúmeros outros motivos esse tipo de material vem sendo empregado em larga escala em diversos setores industriais, entre eles os setores eletrônico, automotivo e aeroespacial.

Alguns dos compósitos de matriz metálica com características magnéticas estudados atualmente são os compósitos Al/Fe, compósitos envolvendo a adição de Ni e compósitos Co/Fe3O4. A adição de nanopartículas de Fe3O4 como reforço a matriz de Al é, contudo, um

novo campo e ainda em fase inicial de estudo. De maneira geral, a adição de FeO à matriz metálica tende a aumentar a condutividade térmica, a resistência ao desgaste assim como a permeabilidade magnética da matriz (ZHU, 2014).

As nanopartículas de Fe3O4 (como as de objeto desse estudo – Fabricação do compósito

Al/Fe3O4) apresentam propriedades magnéticas muito interessantes, como uma altíssima

dissipação de energia mediante a aplicação de campo magnético, o que as colocam como excelentes candidatos para aplicações em um grande número de sistemas quando em comparação com partículas micrométricas.