Estudo do efeito magneto-dielétrico em nanocompósitos poliméricos

Abstract

Os compósitos particulados desenvolvidos neste trabalho com fases magnetostritiva (ferrita de cobalto) e ferroelétrica (poli(fluoreto de vinilideno)), têm a fórmula geral [xCoFe2O4]/[(1-x) PVDF] e foram preparados com percentagens de massa x=0, 3, 11 e 20 % (wt.%), através da evaporação de solvente a partir da solução, um processo facilmente escalável. Foi observado que as nanopartículas de ferrita, bem dispersas na matriz, atuam como agente para a nucleação da fase piezoelétrica β do polímero. O valor da constante dielétrica, perdas dielétricas, magnetização de saturação e temperatura de fusão dos filmes compósitos de base polimérica foram determinados e verificou-se que os mesmos aumentam com o aumento do conteúdo de CoFe2O4, sendo máximos para o compósito com x=20 wt.% (13, 0,13 ,13 emu.g-1 e 177 ºC respetivamente). Verificou-se ainda, que o acoplamento magnetodielétrico (MD) depende do conteúdo de CoFe2O4. A variação da constante dielétrica (MDE(%)) com o campo magnético aplicado é superior para as amostras com x=20 wt.% (4,2%). Por outro lado, o valor do coeficiente MD (ᵞ) é superior para a amostra com x=3 wt.% (0,015 emu-2g2). Tais valores estão entre os melhores reportados em materiais MD baseados em cerâmicos, sendo este o maior valor reportado nos compósitos poliméricos, tornando estes compósitos muito promissores para uma grande diversidade de aplicações.

Particulate composites of cobalt ferrite and piezoelectric poly(vinylidene fluoride), PVDF, phases having general formula [xCoFe2O4]/[(1-x) PVDF] were prepared for x = 0, 3, 11 and 20 wt.%, using an easy-scalable solution method. It was observed that the well-dispersed ferrite nanoparticles nucleate the piezoelectric β-phase of the polymer. The value of dielectric constant, dielectric loss, saturation magnetization and melting temperature of polymer composite films were found to increase with increasing CoFe2O4 content, being maximized to the composite with x=20 wt% (13, 0.13, 13 emu.g-1and 177 ºC respectively). The magnetodielectric (MD) coupling was established to depend on the CFO content; the change in the dielectric response (MDE(%)) was higher on the x=20 wt.% sample (4.β%) and in turn the value of the εD coefficient (ᵞ) was higher on the x=3 wt.% sample (0.015 emu-2g2). Such values are favourably comparable with the ones found in the ceramicbased MD materials, being the highest reported among polymeric composites, making this composites very promising for a wide range of applications.