CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DA FERRITA DE ÍTRIO, Y 3 Fe 5 O 12, INSERIDA EM UMA MATRIZ DE PVA.

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1 CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL DA FERRITA DE ÍTRIO, Y 3 Fe 5 O 12, INSERIDA EM UMA MATRIZ DE PVA. SABÓIA, K.D.A. 1,2,3* ; AGUIAR, F.A.A. 1 ; SANTOS, L.P.M. 2 ; SOARES, H.J.M 1 ; GIRÃO, H.T. 3 ; GRAÇA, M.P.F 4 ; AMARAL,M.A. 4 ; SOMBRA,, A.S.B 3 ; VALENTE, M.A Universidade Estadual do Ceará UECE Faculdade de Educação de Crateús FAEC. Fortaleza CE, Brasil. 2. Universidade Federal do Ceará UFC. Fortaleza CE, Brasil 3. Laboratório Laboratório de Telecomunicações e Ciência e Engenharia de Materiais LOCEM, Departamento de Física, Universidade Federal do Ceará, Brasil. 4. Departamento de Física e I3N, Universidade de Aveiro, Aveiro, Portugal. * para contato: david.saboia@uece.br RESUMO: O presente trabalho tenta caracterizar estruturalmente um compósito formado pela ferrita de ítrio (Y 3 Fe 5 O 12, YIG) e uma matriz polimérica de PVA. O YIG é um material amplamente usado em dispositivos eletrônicos como isoladores, transmissores, etc. e que possui alta magnetização remanescente. Moagem mecânica foi usada com sucesso para obter o YIG e microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-x foram usadas a caracterização das amostras.. Palavras Chaves: Compósitos, Y 3 Fe 5 O 12 ; PVA; Matiz Polimérica. 1. INTRODUÇÃO Compósitos de partículas inorgânicas inseridas em matrizes poliméricas possuem a vantagem de integrar as propriedades vantajosas de cada um dos constituintes. Contudo, materiais de alta constante dielétrica são, com frequência, quebradiços. No entanto, inseridos em matrizes poliméricas, produzem materiais com constantes dielétricas não inferiores, mas bastante flexíveis [1-2]. Tais materiais são fortes candidatos para uso em capacitores de alto desempenho dentre outras aplicações. Os polímeros são basicamente isolantes elétricos em conseqüência da sua baixa concentração de portadores de carga livres. A ferrite de ítrio, Y 3 Fe 5 O 12 (YIG), é um ferromagnético que serve de base para diversos componente em sistemas de comunicação de alta tecnologia, dispositivos 1

2 de microondas, dispositivos óptico-magnéticos, etc. [3]. É o melhor material para uso em aplicações em microondas numa faixa de frequência de 1 a 10GHz. 2. METODOLOGIA 2.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS Para a produção do YIG, foram usados óxido de ítrio (Y 2 O 3 Merck) e óxido de ferro (II) (Fe 2 O 3 - Aldrich) em proporções estequiométricas. O material foi misturado foi também moído em um moinho planetário de alta energia Fritsh 7.0 em seguida submetido a tratamento térmico de 1250ºC por 5h, de acordo com padrão bastante conhecido na literatura [4]. Flocos de PVA foram também moídos no mesmo moinho obtendo-se um pó de granulometria em torno de 200µm. O PVA foi usado como matriz polimérica e diferentes porcentagens de YIG foram a ela adicionadas variando de 30 a 70%. O material foi então prensado e levado ao forno por 2h a uma temperatura de 100ºC apenas para retirar o excesso de água que porventura poderia existir. A nomenclatura usada foi PVAxYIG(100-x), onde x representa a quantidade de YIG presente na amostra CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL E MORFOLÓGICA. Os difratrogramas de raios-x foram obtidos em um difratomentro Rigaku Dmax-B, configurado em uma geometria de Bragg-Brentano. Foi usado um tubo de cobre, onde o valor do comprimento de onda é dado por λ CuKα = Å. A identificação dos picos de difração foram realizados primeiramente no X Pert HighScore e os resultados foram comparados com a base de dados ICSD (inorganic Crystal Structures Database) [5]. As amostras foram refinadas pelo método de Rietveld [6], usando o programa DBWS Tools 2.9 [7]. 2

3 3. RESULTADO A figura 1 mostra o padrão de raios-x paras diversas amostras onde se variou a concentração de YIG. O padrão para o YIG foi obtido na base de dados ICSD (Inorganic Crystal Structures Database). É possível perceber da figura 1 que não a presença de picos extras, indicando o surgimento de novas fases. Mesmo porque, a temperatura utilizada no segundo processo de queima foi muito baixa para permitir a ativação do YIG. Figure 1: DRX para amostras PVAxYIG(100-x) com x = 0, 10, 30, 70, 90 e 100. X=100 X=90 X=70 X=30 X=10 X= A figura 2 mostra a micrografia da amostra pura de PVA com uma ampliação de 100 vezes. A Figura 3 mostra a micrografia da amostra PVA0YIG100 (ou seja, YIG puro) com uma ampliação de 5000 vezes. A primeira característica a ser notada na amostra de PVA é a presença de cavidades quase uniformemente distribuídas sobre toda a superfície. O YIG, por sua vez, apresenta-se na forma de grãos esféricos tendo em 3

4 média 1µm de diâmetro. A amostra apresenta-se bastante uniforme quanto a distribuição do tamanho de grãos. Na figuras 4 pode ser visto a amostra contendo 50% de YIG inserida na matriz de PVA. Nela, é possível identificar claramente os grãos de YIG uniformemente distribuídos. Observa-se que o polímero é responsável pela agregação do pó cerâmico, envolvendo os grãos por completo, de tal forma que as propriedades mecânicas finais da amostra são similares as propriedades do polímero. A amostra se mostrou bastante maleável. Figure 2: Micrografia da amostra de PVA puro (100x). 4

5 Figure 3: Micrografia da amostra PVA0YIG100 (5000x). Figure 4: Micrografia da amostra PVA50YIG50 (2,000x). 5

6 4. CONCLUSÃO O estudo da estrutura de amostras de YIG inseridas em uma matriz polimérica de PVA foi realizado. As amostras foram submetidas à difração de raios-x e nenhuma fase além foi observada. Garantiu-se assim que as propriedades do YIG estariam intactas dentro da matriz polimérica. Micrografias foram realizadas nas amostras e observou-se que o polímero envolve por completo os grãos de YIG compactando a amostra e dando a ela as características finais de resistência estrutura. 5. AGRADECIMENTOS Agradecemos a CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pelo suporte financeiro para a realização desse trabalho. 6. REFERÊNCIAS [1] VREJOIU, I.; PEDARNIG, J. D.; DINESCU M.; BAUER-GOGONEA, S.; BA UERLE, D. Apply Physics A [2] Liou, J. W.; Liou, B. S. Journal Physics Condensed Matter [3] KIM, T.Y.; HIRANO, T.; KITAMOTO, Y.; HASEGAWA, T.; KOINUMA, H.; Y. YAMAZAKI, Y. Bi-YIG Nanoparticle And Plastic Hybridized Magneto-Optical Material. Magnetics Conference, INTERMAG Europe Digest of Technical Papers IEEE International, pp. DS3, 28 April-2 May [4] FECHINI, P.B.A.; ROCHA, H.H:B.; MORETZSOHN, R.S.T.; DENARDIN, J.C.; LAVIN, R.; SOMBRA, A.S.B. Study of a Microwave Ferrite Resonator Antenna, Based on a Ferrimagnetic Composite (Gd3Fe5O12)GdIGX (Y3Fe5O12)YIG1X. IET Microwaves, Antennas & Propagation, v. 3, n. 8, p ,

7 [5] YOUNG, R. A. The Rietveld Method. Oxford Science Publications. 298 p [6] BLEICHER, L.; SASAKI, J.M.; PAIVA-SANTOS, C.O. Journal Apply Crystallographic. vol.33. p [7] LIU, W.; LI. W.; HU, Z.; TANG, Z.; TANG, X. Effect of oxygen defects on ferromagnetic of undoped ZnO, Journal of Applied Physics. vol