Introdução à Nanotecnologia – UFRJ 2006 Nanoestruturas Magnéticas momento dipolo magnético Paramagnetismo Ferromagnetismo Magnetismo Básico Pequenas partículasAplicaçõesPróxima

Introdução à Nanotecnologia – UFRJ 2006 Nanoestruturas Magnéticas

momento dipolo magnético Paramagnetismo

Ferromagnetismo

Magnetismo Básico Pequenas partículas Aplicações Próxima


Mr: remanência

Magnetização resultante quando

o campo é retirado após

saturação

M

H

Histerese e Processos de MagnetizaçãoHisterese e Processos de Magnetização

MS

Magnetização de Saturação

HC: coercividade

Campo reverso que reduz a

magnetização a zero após saturação



Materiais Ferromagnéticos

Moles ou permeáveisDuros ou ímãs permanentes

M

H

M

H

Aplicações: Motores, geradores,

transformadores…Materiais:

aços elétricos (FeC, FeSiC), ligas de Fe - Ni ou Fe - Co, ligas amorfas (CoFeB).

Principais aplicações:geradores, motores, dispositivos eletroacústicos (alto-falantes, microfones), etc.

Composição 4Ms(G) Hc(kOe) (BH)Max(MG.Oe)

Fe51Al8Ni14Co24Cu3 12,5 0,72 5,0Ba0,6Fe2O3 3,95 2,4 3,5SmCo5 9,0 8,7 20Nd2Fe14B 13,0 14,0 40

MR

HC

(B.H)max



Domínios





Balanço Energéticoum único domínio - mono domínio

alta energia magnetostáticaDivisão em estruturas

fechamento do fluxo magnéticominimiza energia



Influência do Tamanho de Grão

Partícula pequena multi-domínio

Partícula pequena mono-domínio (estado bloqueado)

Partícula super- paramagnética

“ rotação livre” dosmomentos devido

à desordem térmica

Dim

inuin

do D

direção fácil

Superparamagneto

Momento das partículas rigidamente alinhados

Rotação Coerente de

3nm



Momento Magnético

Um único grão (nanomagneto esférico)

é um Modomínio feromagnético

de N átomos.

M=N x 1.64

N: 1000 átoms.

O grão tem um grande momento magnético que produz um campo magnético (campo magnético de um grande

dipolo)

Átomos de Co

3nm



Saltos termicamente ativados

0

KAV

TkVK

B

aexp0

tm tempo < tm > tm

Tempo da medida(tempo necessário

para realizar a medida)

Superparamagnético Bloqueado

Medida magnética padrão: tm= 100s

0 10-10 seg

a

Bcrit K

TkV

25

B

aB k

VKT

250

Volumecrítico

Temperaturabloqueio



Fluídos Magnéticos - Ferrofluidos

Suspensão de pequenas partículas em meio líquido

Partículas com diâmetro nanométrico (~10nm)

Partículas “monodomínio”

“flutuam” em líquido

agitação térmica: MxH – Langevin

Comportamento: líquido + superparamagnético

diversas aplicações



Efeitos do Campo Magnético

Ausência de campo

distribuição aleatória dos momentos magnéticos

Presença de campo

alinhamento das partículasao longo das linhas de campo



Magnetoviscosidade

limitação da rotação livre das partículas devido ao campo magnético

efeito anisotrópico

eixo de magnetização em relação ao campo



Fluidos Magneto-ReológicoO fluido muda de líquido para sólido com a aplicação de campo magnéticoReversívelSuspensão

automotiva



Fluídos Magnéticos - Ferrofluídos



Observação de domínios com ferrofluidos

Separação entre as linhas: correspondem aproximadamente ao tamanho dos momínios

Largura das linhas: largura aproximada das paredes

Resolução depende da densidade do ferrofluido

Partículas magnéticas atraídas para a região de maior gradiente de campo (paredes de domínio) Partículas agregadas à regiões onde estão localizadas as paredes de domínio (linhas escuras) Quando o fluído evapora os domínios

podem ser observados ao microscópio



Fluídos Magnéticos - Ferrofluídos

Despoluição Ambiental

ferrofluido com base líquida em óleo (PETRÓLEO)

polímero esférico poroso

impregnado com pequenas partículas magnéticas

forma ferrofluido MENOS denso que a água

utilização em derramamento acidental de óleo

possibilidade de separação magnética posterior

reutilização das partículas





Ferrofluidos Biocompatíveistratamento localizado - câncer

biocompatível



Aplicações Biomédicas





Liberação sistêmicaAlta concentração da droga circulando livrementeBaixa concentração no local desejado

Liberação ControladaAlta concentração da droga no local desejadoBaixa concentração circulando livremente



Micrografia de partículas utilizadas para carregar fármacos até os pulmões

R. LangerMassachusetts Institute of Technology

Nível de fármacos no sangue (a) método tradicional de dosagem (b) método de dosagem controlada



Rompimento magnético de microcápsulas contendo fármacos



Observação do citoesqueleto celularDeterminar:

Mobilidade celular Estado metabólico



Tempo de Relaxação Magnética Partículas livre e partículas ligadas apresentam diferentes tempos de relaxaçãoReações detectadas através de técnicas de alta resolução com uso de SQUIDsAplicações in vivo diagnóstico de câncer

Observação de Reações Bioquímicas



Marcação de células

Pequenas partículas de Fe3O4

(10 nm - micron)

Recobertas com proteínas ou outro material.

Adição de anticorpos específicos adere à substância que se deseja identificar



Hipertermia: Tratamento de células cancerígenas por aquecimento

Nanopartículas: Aplicações Biomédicas

http://www.imprs-am.mpg.de/nanoschool2004/lectures-I/Hofmann_IMPRS.pdf



Ressonância magnética nuclear



Ressonância magnética nuclear

h



Bactéria Magnetostática

Quando expostas a um campo magnético movimentam-se de acordo com o campo

Em direção ao norte magnético "north-seeking“ (maioria) Em direção ao sul magnético "south seeking".

Na Natureza


Bactéria MagnetostáticaA natureza magnética: pequenas partículas magnéticas (nm)

no interior das bactérias Magnetita: Fe3O4

Cadeias de partículas Reagem ao campo como uma bússola Alinhamento paralelo ao

campo magnético da Terra.



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