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jul 3

Síntese de Fluidos Magnéticos

     INTRODUÇÃO

    Os fluidos magnéticos, também chamados de "ferro fluído" são sistemas coloidais compostos por nanopartículas magnéticas dispersas em um carreador líquido, aquoso ou orgânico. Esse tipo de material, que combina propriedades dos fluidos com dos magnetos, apresenta grande curiosidade e interesse por meio da comunidade científica. Avanços após a metade do século passado permitiram desenvolvimento de métodos mais eficientes para a preparação de fluidos magnéticos e, atualmente, sua pesquisa consiste numa importante vertente da nanociência e nanotecnologia.

     Um dos primeiros fluidos magnéticos estáveis foi obtido nos anos 60, através da decomposição térmica de compostos organometálicos em presença de surfactantes e solventes específicos. Uma das aplicações importantes para fluidos magnéticos é no controle de fluxo de combustíveis na ausência de gravidade.
Os fluidos magnéticos são classificados como um tipo de colóide denominado liófilo, em virtude da interação considerável entre as nanopartículas e o solvente. A estabilidade do fluido magnético é resultado dessas interações e das interações inter-partículas (Agitação térmica, interação entre domínios magnéticos, interações de Van der Waals, etc. De maneira geral, procura-se modificar a superfície das nanopartículas para maximizar as interações com o solvente e minimizar as interações inter-partículas, a fim de estabilizar o fluido magnético.

O aspecto geral de um fluido magnético é mostrado na Figura 1

 

 
 
                              Figura 1. Ferro fluido
 
 
    Nesse experimento, vamos sintetizar um fluido magnético aquoso, utilizando nanopartículas de maguemita.
 
    EQUIPAMENTO E REAGENTES
  • Béquer
  • Balança
  • Conta-gotas
  • Papel indicador universal de pH
  • Cahpa de aquecimento
  • Termômetro
  • Nanopartículas de magnetita
  • HNO3 2M
  • (CH3)4NOH 0.5M
  • Água destilada
  • Acetona
 
    PROCEDIMENTO
    Nesse experimento, utilizaremos nanopartículas superparamagnéticas de magnetita. Consulte, noOlhar Nano, o procedimento para sua síntese.
Inicialmente, submeta as nanopartículas de magnetita ao processo de passivação, tratando-as com solução de ácido nítrico 2 mol.L-1 por 12 horas. O objetivo dessa etapa é converter a magnetita em maguemita, que é mais estável frente à oxidação.
 
 *A seguir, trate o precipitado, por 30 min, com solução de Fe(NO3)3 0.5 mol.L-1, mantendo a temperatura em 95°C. Após o tratamento, lave as nanopartículas com acetona por duas vezes para remoção do excesso de íons. Essa etapa gera uma camada passiva na superfície das nanopartículas, composta de óxido-hidróxido de ferro, que torna as nanopartículas resistentes à oxidação por ação de ácidos, embora reduza também sua magnetização em virtude da "casca" diamagnética formada. Essa etapa pode ser dispensada caso se deseje trabalhar com fluido magnético de pH básico.*
 
   A etapa seguinte consiste em adicionar água destilada e adicionar  solução 0,5 mol.L-1 de hidróxido de tetrametilamônio -(CH3)4NOH-, gota-a-gota, até atingir pH 7.0 (Meça com papel indicador universal); nesse ponto, as nanopartículas não possuem uma camada externa com carga elétrica considerável e aglomeram facilmente. Lave-as com água destilada 3 vezes e com acetona uma vez.
   Finalmente, adicione água até atingir a concentração desejada de nanopartículas no fluido, e utilize HNO3 para baixar o pH até 2.0 (Caso não tenha cumprido a etapa opcional de passivação da superfície das nanopartículas, eleve o pH para 9.0 adicionando (CH3)4NOH.
Utilize um ímã para testar o fluido magnético e observe que sua área aumenta em função da densidade de fluxo magnético que o atravessa (Quanto mais próximo está o ímã, maior o aspecto espinhoso do fluido).
 
    REFERÊNCIAS
  • Charles, S.W.; Popplewell, J. In Ferromagnetic Materials; Wolhfarth, 
  • E.P., editor; North-Holand Publishing Company: Amsterdam, 1980, vol.2, cap. 8, p. 512.
  • Bitter, F.; Phys. Rev. 1932, 41, 507.
  • Elmore, W.C.; Phys. Rev. 1938, 54, 309.
  • Wooding, A.; Kilner, M.; Lambrick, D.; J. Colloid Interface Sci. 1991, 144, 
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