Introdução à Nanotecnologia – UFRJ 2006 Nanoestruturas Magnéticas
momento dipolo magnético Paramagnetismo
Ferromagnetismo
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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
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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
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Domínios
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Balanço Energéticoum único domínio - mono domínio
alta energia magnetostáticaDivisão em estruturas
fechamento do fluxo magnéticominimiza energia
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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
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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
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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
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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
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Efeitos do Campo Magnético
Ausência de campo
distribuição aleatória dos momentos magnéticos
Presença de campo
alinhamento das partículasao longo das linhas de campo
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Magnetoviscosidade
limitação da rotação livre das partículas devido ao campo magnético
efeito anisotrópico
eixo de magnetização em relação ao campo
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Fluidos Magneto-ReológicoO fluido muda de líquido para sólido com a aplicação de campo magnéticoReversívelSuspensão
automotiva
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Fluídos Magnéticos - Ferrofluídos
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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
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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
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Ferrofluidos Biocompatíveistratamento localizado - câncer
biocompatível
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Aplicações Biomédicas
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Liberação sistêmicaAlta concentração da droga circulando livrementeBaixa concentração no local desejado
Liberação ControladaAlta concentração da droga no local desejadoBaixa concentração circulando livremente
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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
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Rompimento magnético de microcápsulas contendo fármacos
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Observação do citoesqueleto celularDeterminar:
Mobilidade celular Estado metabólico
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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
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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
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Hipertermia: Tratamento de células cancerígenas por aquecimento
Nanopartículas: Aplicações Biomédicas
http://www.imprs-am.mpg.de/nanoschool2004/lectures-I/Hofmann_IMPRS.pdf
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Ressonância magnética nuclear
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Ressonância magnética nuclear
h
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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
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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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