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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20096
Tipo: | Tese |
Título: | Avaliação das propriedades magnéticas, hipertérmicas e eletroquímicas de ferritas do tipo espinélio (mfe2o4, m = co, ni e cu) obtidas via método sol-gel proteico |
Autor(es): | Ferreira, Luciena dos Santos |
Primeiro Orientador: | Macedo, Daniel Araújo de |
Primeiro Coorientador: | Torres, Marco Antonio Morales |
Resumo: | As ferritas MFe2O4 (M = Ni, Co, Cu) são cerâmicas magnéticas com arranjo atômico do tipo espinélio nas quais a distribuição de cátions é dada pela fórmula geral (M2+1-δFe3+δ)[M2+δFe3+2-δ]O4. Devido o seu arranjo atômico, sua composição e possibilidade de obtenção por diversos métodos de síntese, as ferritas são consideradas materiais multifuncionais e versáteis para serem utilizados em diversas aplicações. Dentre os métodos de obtenção de ferritas, o método sol-gel e suas variações tem se destacado por permitir a preparação de nanopartículas monofásicas. O método sol-gel proteico, uma das variações da rota sol-gel convencional, se caracteriza por usar agentes orgânicos para promover a polimerização e quelação dos íons metálicos. Neste contexto, este trabalho apresenta a síntese de ferritas (MFe2O4, M = Cu, Co, Ni) via método sol-gel proteico usando gelatina convencional (gelatina animal) e agar-agar (gelatina vegetal), bem como a avaliação das propriedades magnéticas, hipertémicas e eletroquímicas das mesmas. Os resultados confirmaram a obtenção de pós monofásicos de MFe2O4 (M = Cu, Co, Ni) com tamanho de partícula em nanoescala (21-176 nm) numa composição de espinélio misto (0 < δ <1). As histereses isotérmicas mostraram o comportamento ferrimagnético das amostras com magnetização de saturação e campo coercitivo variando de 31,7-99,2 emu/g e 6,2 x103-10,9x103 Oe, respectivamente. As amostras geram calor numa faixa de 66-97 ºC, bem como valores de taxa de absorção específica de 9,22 a 16,01 W/g, de forma que as propriedades de magneto hipertermia dessas amostras são dominadas, mas não limitadas, pela perda de histerese. O comportamento eletroquímico em solução alcalina, para fins de uso em dispositivos de armazenamento de energia, permitiu classificar as ferritas como eletrodos do tipo bateria (battery-like). O desempenho eletroquímico melhorado de CuFe2O4 (Qs = 183 C g-1 em 0,5 A g-1) se mostrou dependente da concentração de defeitos de superfície, especialmente vacâncias de oxigênio, avaliados por espectroscopia de fotoelétrons por raios X (XPS), e de características microestruturais. Pós de CoFe2O4 obtidos com agaragar, provenientes de algas marinhas, foram estudados como material de eletrodo para a reação de evolução de oxigênio em solução alcalina, alcançando um sobrepotencial de 360 mV vs. RHE para gerar uma densindade de corrente de 10 mA cm-2. O bom desempenho eletrocatalítico deste material em comparação com eletrodos da literatura é explicado por características microestruturais que afetam os processos de transporte de cargas e massa. |
Abstract: | MFe2O4 (M = Ni, Co, Cu) ferrites are magnetic ceramic with spinel-type structure, in which the cations distribution can be given by the general formula (M2+1-δFe3+δ)[M2+δFe3+2-δ]O4. Due to their atomic arrangement, composition and possibility of obtaining by various synthesis methods, ferrites are considered multifunctional and versatile materials to be used in various applications. Among synthesis methods, the sol-gel method and its variations have been outstanding for allowing the preparation of single phase nanoparticles. The proteic sol-gel method, one of the variations of the conventional sol-gel route, is characterized by using organic agents to promote polymerization and chelation of metal ions. In this context, this work presents the synthesis of ferrite (MFe2O4, M = Cu, Co, Ni) by proteic sol-gel method using conventional gelatin (animal gelatin) and agar-agar (vegetable gelatin) and the evaluation of their magnetic, hyperthermic and electrochemical properties. The results confirmed the MFe2O4 (M = Ni, Co, Cu) monophasic powders with particle in nanoscale (21-176 nm) in a mixed spinel composition (0 < δ <1). Isothermal hysteresis showed the ferrimagnetic behavior of the samples with saturation magnetization and coercivity field in the range 31.7-99.2 emu/g and 6.2 x103-10.9x103 Oe, respectively. The prepared nanoparticles generate enough heat by reaching temperatures in the range 66-97 ºC, as well as specific absorption rate values in the range 9.22-16.01 W/g. In this way, magnetic hyperthermia properties of the samples are dominated, but not limited, by hysteresis loss.The electrochemical behavior of ferrites in alkain solution, for use in energy storage devices, allowed classification of the ferrites as battery-like electrodes. The enhanced electrochemical performance of CuFe2O4 (Qs = 183 C g-1 at 0.5 A g-1) showed be depends on the concentration of surface defects, especially oxygen vacancies, evaluated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and microstructural characteristics. CoFe2O4 powders obtained with agar-agar were studied as electrode material for evolution oxygen reaction in alkaline solution, reaching an overpotential of 360 mV. RHE to generate 10 mA cm-2. The good electrocatalytic performance of this material compared to electrodes in the literature is explained by microstructural characteristics that affect the charge and mass transport processes. |
Palavras-chave: | Ferritas espinélio Método sol-gel proteico Multifuncionalidade Spynel-ferrites Proteic sol-gel method Multifuctionality |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Engenharia de Materiais |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
Tipo de Acesso: | Acesso embargado |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/20096 |
Data do documento: | 16-Dez-2019 |
Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
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