TESE Antonio Carlos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA 
 
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA 
 DE MATERIAIS 
 
 
 
TESE DE DOUTORADO 
 
 
ESTUDO DAS PROPRIEDADES ESTRUTURAIS E 
MAGNÉTICAS DE NANOFERRITAS DE MAGNÉSIO 
DOPADAS COM NÍQUEL E COBRE 
 
 
 
ANTONIO CARLOS SILVA DA COSTA 
 
 
Orientador 
Prof. Dr. Wilson Acchar 
 
 
Tese nº______/PPGCEM 
 
 
 
 
 
Fevereiro de 2015 
Natal – RN 
ANTONIO CARLOS SILVA DA COSTA 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO DAS PROPRIEDADES ESTRUTURAIS E 
MAGNÉTICAS DE NANOFERRITAS DE MAGNÉSIO 
DOPADAS COM NÍQUEL E COBRE 
 
 
 
 
 
Tese de Doutorado apresentada 
ao Programa de Pós-Graduação 
em Ciência e Engenharia de 
Materiais, da Universidade 
Federal do Rio Grande do Norte, 
como requisito para a obtenção 
do título de Doutor em Ciência e 
Engenharia de Materiais. 
 
 
 
 
 
 
 
Fevereiro de 2015 
Natal – RN
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico a minha família, e 
em especial, minha amada 
esposa Ana. 
AGRADECIMENTOS 
 
Ao Professor Dr. Wilson Acchar, pela orientação, pelos conhecimentos e 
ensinamentos adquiridos, pela confiança e amizade. 
A pesquisadora Dr. Andréia Cavalcante de Lima por toda ajuda na produção 
deste trabalho. 
Aos meus amigos do PPGCEM, em especial aos dos laboratórios LaPFiMC e 
LMCME, alunos e ex-alunos, serei eternamente grato por tudo que fizeram e 
que ainda fazem por mim. 
Ao coordenador e alunos do Laboratório de Síntese de materiais em Pó e 
Buck. 
A todas aquelas pessoas que, diretamente e indiretamente, estiveram 
envolvidas neste projeto. 
A Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) pela oportunidade de 
realizar a Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, e pelos 
recursos fornecidos durante o período da pesquisa. 
E acima de tudo a Deus, por estar comigo em todos os momentos da minha 
vida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“O caráter do homem é seu 
destino” 
Heráclito 
ÍNDICE 
 
1. INTRODUÇÃO .......................................................................................... 17 
1.2. OBJETIVOS ........................................................................................... 20 
1.2.1. Objetivo geral ...................................................................................... 20 
1.2.2. Objetivos específicos ........................................................................... 20 
2. REVISÃO DA LITERATURA ..................................................................... 21 
2.1. Nanopartículas magnéticas .................................................................... 21 
2.2. Introdução ao magnetismo ..................................................................... 22 
2.2.1. Comportamento magnético ................................................................. 25 
2.2.1.1. Anisotropia magnética ...................................................................... 29 
2.2.1.2. Domínios magnéticos ....................................................................... 30 
2.3. Estrutura espinélio .................................................................................. 31 
2.4. Ferritas ................................................................................................... 33 
2.4.1. Microestrutura das ferritas ................................................................... 35 
2.5. Ferrita de magnésio ............................................................................... 35 
2.6. Ferrita de níquel ..................................................................................... 37 
2.7. Ferrita de cobre ...................................................................................... 38 
2.8. Métodos de preparação das ferritas ....................................................... 39 
2.8.1. Método de combustão ......................................................................... 39 
2.8.1.1. Método de combustão assistido por micro-ondas ............................ 42 
3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL ........................................................... 44 
3.1. Nomenclatura do sistema Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 
e 1) ................................................................................................................ 44 
3.2. Materiais de partida ................................................................................ 45 
3.3. Síntese dos sistemas Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1) 
 ....................................................................................................................... 45 
3.4. Caracterização dos sistemas Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 
0,75 e 1) ........................................................................................................ 48 
3.4.1. Análise termogravimétrica (ATG) ........................................................ 48 
3.4.2. Difração de raios X (DRX) ................................................................... 48 
3.4.3. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) ........................................ 49 
3.4.4. Medidas magnéticas – Magnetômetro de amostra vibrante (MAV) ..... 49 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................. 51 
4.1. Análise termogravimétrica (ATG) ........................................................... 51 
4.2. Difração de raios X (DRX) ...................................................................... 60 
4.3. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) ........................................... 72 
4.4. Propriedades magnéticas (MAV) ............................................................ 79 
5. CONCLUSÕES ......................................................................................... 91 
REFERÊNCIAS ............................................................................................. 93 
 
RESUMO 
A ferrita de magnésio (MgFe2O4) e seus compostos dopados tem recebido 
especial atenção devido a sua vasta área de utilização, que inclui aplicações 
em mídia de alta gravação, catálise heterogênea, adsorção, sensores e 
tecnologias magnéticas. Suas propriedades estruturais, elétricas e magnéticas 
dependem da composição química, estrutura, tamanho de partículas, além da 
substituição de cátions nos sítios A e/ou B, as quais são diretamente 
influenciados pelo método de síntese, as condições empregadas no 
processamento desses materiais. Neste trabalho, ferritas do tipo Mg1-xBxFe2O4 
(B= Ni; Cu; x= 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1) foram preparadas pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas com a finalidade de avaliar tanto o efeito 
da substituição parcial do Mg2+ por Ni2+ e/ou Cu2+ quanto o tratamento térmico 
sobre as propriedades magnéticas. Os pós precursores foram tratados nas 
temperaturas de 600°C, 800°C e 1000°C com o patamar de 2h e 
caracterizados por Análise Termogravimétrica (ATG), Difração de Raios X 
(DRX) e Refinamento pelo método Rietveld, Microscopia Eletrônica de 
Varredura (MEV) e medidas de histerese magnéticas realizadas à temperatura 
ambiente. De acordo com as curvas TG dos pós precursores, um 
comportamento semelhante foi observado para ambos os sistemas, onde o 
processo de perda total de massa aconteceu em duas etapas e na faixa de 
temperatura entre 30 e 500°C para o sistema Mg1-xNixFe2O4 (x= 0; 0,25; 0,50 e 
0,75) e entre 30 e 450°C para o sistemaMg1-xCuxFe2O4 (x= 0; 0,25; 0,50 e 
0,75). Os difratogramas de raios X revelaram a formação da fase espinélio 
MgFe2O4 (ICSD 76176) de simetria cúbica, e de fases secundárias, como α-
Fe2O3 (ICSD 88418), NiO (ICSD 9866) e CuO (ICSD 87125), para os sistemas 
estudados. Em relação às curvas de histerese, verificou-se uma dependência 
da magnetização em função do teor de dopante e da temperatura de 
tratamento térmico adotada. Para as amostras Mg0,25Ni0,75Fe2O4 e 
Mg0,75Cu0,25Fe2O4, tratadas a 1000°C, apresentaram os maiores valores de 
magnetização de saturação, 41,9 emu/g e 35,76 emu/g, respectivamente. 
Palavras chave: Ferritas; Método de Combustão; Medidas Magnéticas; 
Espinélio; 
ABSTRACT 
The magnesium ferrite (MgFe2O4) and their doped compounds has received 
special attention due to its wide area of use, including applications in high 
recording media, heterogeneous catalysis, adsorption, sensors and magnetic 
technologies. Its structural, electrical and magnetic properties depend on the 
chemical composition, structure, particle size, and the replacement of cations in 
the sites A and/or B, which are directly influenced by the synthesis method, the 
conditions employed in processing these materials. In this work, ferrites of the 
type Mg1-xBxFe2O4 (B = Ni, Cu; x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1) were prepared by 
combustion method assisted by microwave in order to evaluate both the effect 
of partial substitution of Mg2+ for Ni2+ and/or Cu2+ as thermal treatment on the 
magnetic properties. Precursor powders were treated at the temperatures of 
600 °C, 800 °C and 1000 °C with 2h level and characterized by 
Thermogravimetric Analysis (TGA), X-Ray Diffraction (XRD) and refinement by 
the Rietveld method, Scanning Electron Microscopy (SEM) and magnetic 
hysteresis measurements at room temperature. According to the TG curves of 
the precursor powders, a similar behavior was observed for both systems where 
the total mass loss process occurred in two stages and in the temperature 
range between 30 and 500 °C for Mg1-xNixFe2O4 system (x = 0, 0.25, 0.50 and 
0.75) and between 30 and 450 °C for Mg1-xCuxFe2O4 system (x = 0, 0.25, 0.50 
and 0.75). The X-ray diffraction revealed the formation of the spinel phase 
MgFe2O4 (ICSD 76176) of cubic symmetry, and secondary phases such as α-
Fe2O3 (ICSD 88418), NiO (ICSD 9866) and CuO (ICSD 87125), for the studied 
systems. Regarding the hysteresis curves, there was a dependence of the 
magnetization as a function of the dopant content and the heat treatment 
temperature adopted. For Mg0,25Ni0,75Fe2O4 Mg0,75Cu0,25Fe2O4 and samples 
treated at 1000 °C showed the highest saturation magnetization values of 41.9 
emu/g and 35.76 emu/g, respectively. 
Keywords: Ferrite; Combustion method; Magnetic measurements; spinel; 
 
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS 
ATG – Análise Termogravimétrica 
B – Indução magnética 
CTGAS-ER – Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis 
DRX – Difração de raios X 
H – Campo Magnético 
Hc – Campo Coercivo 
ICSD – Do inglês: Inorganic Crystal Structure Database 
LAPFIMC – Laboratório de Propriedades Físicas dos Materiais Cerâmicos 
LMCME – Laboratório de Materiais Cerâmicos e Metais Especiais 
M - Magnetização 
m – Momento Magnético Total 
MAUD – Do inglês: Materials Analysis using diffraction 
MAV – Magnetômetro de Amostra Vibrante 
ml – Número quântico magnético do elétron 
Mr – Magnetização remanente 
Ms – Magnetização de saturação 
MS-DOS – Microsoft Disk Operating System 
V – Volume 
δ – Grau de inversão 
μ – Permeabilidade magnética 
μ0 – Permeabilidade no vácuo 
μB – Magnéton de Bohr 
ᵡ – Susceptibilidade magnética 
PPMS – Sistema para Medidas de Propriedades Físicas 
EDTA – Ethylene Diamine Tetraacetic Acid (ácido etilenodiamino tetra-acético) 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1 – Representação dos movimentos do elétron (a) movimento orbital ao 
redor do núcleo e (b) movimento de spin em torno do próprio eixo ............... 23 
Figura 2 – Representação dos tipos de comportamentos magnéticos 
encontrados nos materiais ............................................................................. 27 
Figura 3 – Representação do ciclo de histerese ............................................ 29 
Figura 4 – Representação da estrutura espinélio ........................................... 31 
Figura 5 – Representação dos orbitais “p” e “d” envolvidos nas interações de 
supertroca ...................................................................................................... 34 
Figura 6 – Fluxograma das etapas para obtenção dos sistemas Mg1-xBxFe2O4 
(B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1) através do método de combustão 
assistido por micro-ondas ............................................................................... 47 
Figura 7 – Magnetômetro de amostra vibrante Lakeshore modelo EM4-HVA .50 
Figura 8 – Curva TG do pó precursor MF preparado pelo método de combustão 
assistido por micro-ondas ............................................................................... 52 
Figura 9 – Curva TG do pó precursor MFN25 preparado pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas ............................................................ 53 
Figura 10 – Curva TG do pó precursor MFN50 preparado pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas ............................................................ 53 
Figura 11 – Curva TG do pó precursor MFN75 preparado pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas ............................................................ 54 
Figura 12 – Curva TG do pó precursor NF preparado pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas ............................................................ 54 
Figura 13 – Curvas TG dos pós precursores MF, MFN25, MFN50, MFN75 e NF 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas ................. 55 
Figura 14 – Curva TG do pó precursor MFC25 preparado pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas ............................................................ 57 
Figura 15 – Curva TG do pó precursor MFC50 preparado pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas ............................................................ 57 
Figura 16 – Curva TG do pó precursor MFC75 preparado pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas ............................................................ 58 
Figura 17 – Curva TG do pó precursor CF preparado pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas ............................................................ 58 
Figura 18 – Curvas TG dos pós precursores MF, MFC25, MFC50, MFC75 e CF 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas ................. 59 
Figura 19 – Padrões de difração de raios X do sistema Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 
1) preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
600°C por 2h .................................................................................................. 61 
Figura 20 – Padrões de difração de raios X do sistema Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 
1) preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
800°C por 2h .................................................................................................. 64 
Figura 21 – Padrões de difração de raios X do sistema Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 
1) preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
1000°C por 2h ................................................................................................ 66 
Figura 22 – Padrões de difração de raios X do sistema Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 
1) preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a600°C por 2h .................................................................................................. 68 
Figura 23 – Padrões de difração de raios X do sistema Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 
1) preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
800°C por 2h .................................................................................................. 70 
Figura 24 – Padrões de difração de raios X do sistema Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x 
≤ 1) preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado 
a 1000°C por 2h .............................................................................................. 71 
Figura 25 – Micrografia da amostra MF preparada pelo método de combustão 
assistido por micro-ondas e tratada a 600°C por 2h ...................................... 73 
Figura 26 – Micrografia da amostra MF preparada pelo método de combustão 
assistido por micro-ondas e tratada a 1000°C por 2h .................................... 73 
Figura 27 – Micrografia da amostra NF preparada pelo método de combustão 
assistido por micro-ondas e tratada a 600°C por 2h ...................................... 74 
Figura 28 – Micrografia da amostra NF preparada pelo método de combustão 
assistido por micro-ondas e tratada a 1000°C por 2h .................................... 74 
Figura 29 – Micrografia da amostra CF preparada pelo método de combustão 
assistido por micro-ondas e tratada a 600°C por 2h ...................................... 75 
Figura 30 – Micrografia da amostra CF preparada pelo método de combustão 
assistido por micro-ondas e tratada a 1000°C por 2h .................................... 75 
Figura 31 – Micrografia da amostra MFN25 preparada pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas e tratada a 600°C por 2h .................... 76 
Figura 32 – Micrografia da amostra MFC25 preparada pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas e tratada a 600°C por 2h .................... 76 
Figura 33 – Micrografia da amostra MFN75 preparada pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas e tratada a 800°C por 2h .................... 77 
Figura 34 – Micrografia da amostra MFN75 preparada pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas e tratada a 1000°C por 2h .................. 77 
Figura 35 – Micrografia da amostra MFC75 preparada pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas e tratada a 800°C por 2h .................... 78 
Figura 36 – Micrografia da amostra MFC75 preparada pelo método de 
combustão assistido por micro-ondas e tratada a 1000°C por 2h .................. 78 
Figura 37 – Curvas de histerese do sistema Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
600°C por 2h .................................................................................................. 80 
Figura 38 – Curvas de histerese do sistema Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) 
preparado pela reação assistida por micro-ondas e tratado a 800°C por 2h . 80 
Figura 39 – Curvas de histerese do sistema Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) 
preparado pela reação assistida por micro-ondas e tratado a 1000°C por 2h 81 
Figura 40 – Curvas de histerese da composição MgFe2O4 tratada em diferentes 
temperaturas .................................................................................................. 82 
Figura 41 – Curvas de histerese da composição Mg0,75Ni0,25Fe2O4 tratada em 
diferentes temperaturas ................................................................................. 82 
Figura 42 – Curvas de histerese da composição Mg0,50Ni0,50Fe2O4 tratada em 
diferentes temperaturas ................................................................................. 83 
Figura 43 – Curvas de histerese da composição Mg0,25Ni0,75Fe2O4 tratada em 
diferentes temperaturas ................................................................................. 83 
Figura 44 – Curvas de histerese da composição NiFe2O4 tratada em diferentes 
temperaturas .................................................................................................. 84 
Figura 45 – Curvas de histerese do sistema Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
600°C por 2h .................................................................................................. 86 
Figura 46 – Curvas de histerese do sistema Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
800°C por 2h .................................................................................................. 86 
Figura 47 – Curvas de histerese do sistema Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
1000°C por 2h ................................................................................................ 87 
Figura 48 – Curvas de histerese da composição Mg0,75Cu0,25Fe2O4 em 
diferentes temperaturas ................................................................................. 88 
Figura 49 – Curvas de histerese da composição Mg0,5Cu0,5Fe2O4 em diferentes 
temperaturas .................................................................................................. 88 
Figura 50 – Curvas de histerese da composição Mg0,25Cu0,75Fe2O4 em 
diferentes temperaturas ................................................................................. 89 
Figura 51 – Curvas de histerese da composição CuFe2O4 em diferentes 
temperaturas .................................................................................................. 89 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1 – Distribuição e ocupação do número de cátions nos sítios na 
estrutura cristalina do espinélio ...................................................................... 32 
Tabela 2 – Nomenclatura do sistema Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 
0,50; 0,75 e 1) ............................................................................................... 44 
Tabela 3 – Reagentes utilizados na síntese das ferritas ................................ 45 
Tabela 4 – Dados percentuais da decomposição térmica dos pós precursores 
do sistema Mg1-xNixFe2O4 preparado pelo método de combustão assistido por 
micro-ondas ................................................................................................... 55 
Tabela 5 – Dados percentuais da decomposição térmica dos pós precursores 
do sistema Mg1-xCuxFe2O4 preparado pelo método de combustão assistido por 
micro-ondas ................................................................................................... 59 
Tabela 6 – Valores de 2θ do pico principal do sistema Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
600°C por 2h. ................................................................................................. 62 
Tabela 7 – Dados obtidos pelo refinamento pelo método Rietveld do sistema 
Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) preparado pelo método de combustão assistido por 
micro-ondas e tratado a 600°C ...................................................................... 63 
Tabela 8 – Dados obtidos pelo refinamento pelo método Rietveld do sistema 
Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) preparado pela reação de combustão assistida por 
micro-ondas e tratado a 800°C ...................................................................... 65 
Tabela 9 – Dados obtidos pelo refinamento pelo método Rietveld do sistema 
Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) preparado pelo método de combustão assistido por 
micro-ondas e tratado a 1000°C por 2h ........................................................ 67 
Tabela 10 – Valores de 2θ do pico principal do sistema Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 
1) preparadopelo método de combustão assistido por micro-ondas e tratado a 
600°C por 2h ................................................................................................. 69 
Tabela 11 – Dados obtidos pelo refinamento pelo método Rietveld do sistema 
Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) preparado pelo método de combustão assistido por 
micro-ondas e tratado a 600°C ...................................................................... 69 
Tabela 12 – Dados obtidos pelo refinamento pelo método Rietveld do sistema 
Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) preparado pelo método de combustão assistido por 
micro-ondas e tratado a 800°C ...................................................................... 71 
Tabela 13 – Dados obtidos pelo refinamento pelo método Rietveld do sistema 
Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) preparado pelo método de combustão assistido 
por micro-ondas e tratado a 1000°C por 2h .................................................. 72 
Tabela 14 – Parâmetros magnéticos do sistema Mg1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas ................ 85 
Tabela 15 – Parâmetros magnéticos do sistema Mg1-xCuxFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas ................ 90 
 
 
17 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
1. INTRODUÇÃO 
Recentemente, a síntese e aplicação de nanopartículas magnéticas têm 
sido alvo de intensa investigação devido às suas propriedades únicas que as 
tornam bastante atraentes, no campo científico e tecnológico, o qual envolve a 
física e a química do estado sólido apresentando uma grande relevância de 
aplicabilidade nas tecnologias modernas em diversas áreas da ciência (MISRA 
et al., 2004; MATHEW & JUANG, 2007). 
As propriedades físicas e químicas dos nanomateriais tendem a ser 
excepcionalmente dependentes do seu tamanho de cristalitos, morfologia das 
partículas e microestrutura do cristal. Como resultado, os pesquisadores estão 
concentrando seus esforços no desenvolvimento de métodos simples e 
eficazes para a produção desses materiais com tamanho e morfologia 
controlados e, consequentemente adequando as suas propriedades (MATHEW 
& JUANG, 2007). 
O estudo de nanopartículas magnéticas oferece uma compreensão das 
propriedades fundamentais como o tunelamento quântico de magnetização, 
reversões de spin em partículas de domínio único, e os efeitos quânticos de 
tamanho (MISRA et al., 2004). 
Nesse sentido, espinélios magnéticos em combinação com vários tipos 
de sistemas binários e ternários têm sido amplamente investigados por 
possuírem potenciais aplicações nas áreas de magnetismo, eletrônica, catálise 
e biomedicina (TADI et al., 2010). 
As nanoferritas têm demonstrado um crescente interesse nos últimos 
anos, devido às suas propriedades eletromagnéticas específicas. As ferritas 
com estrutura espinélio são atualmente usadas como materiais essenciais para 
os avanços em dispositivos de armazenamento de informação e tecnologia 
ferro-fluido (ALI et al., 2014). O comportamento magnético das ferritas é 
fortemente influenciado quando o tamanho de partícula é da ordem de 
grandeza do domínio magnético (MISRA et al., 2004). 
18 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
A ferrita de magnésio MgFe2O4 é uma das cerâmicas mais importantes 
da classe das ferritas por apresentar grande relevância de aplicabilidade em 
vários campos de atuação. Diversos trabalhos relatam que as ferritas de 
estrutura espinélio são bastante utilizadas em materiais fundamentais de 
dispositivos de armazenamento de informações, distribuidores de energia de 
corrente alternada, gravação magnética e sensores magnéticos (KHAN et al., 
2012), na terapia de hipertermia magnética (BARATI; SELOMULYA; SUZUKI, 
2014), sensores de gás (LIU et al., 2005), sensores de umidade (TRAVERSA et 
al., 1996), pigmentos cerâmicos (CANDEIA et al., 2006), células à combustíveis 
(OKAWA et al., 2004), catalisadores (JIA et al., 2010; YUAN et al., 2015), entre 
outras. 
Muitos esforços têm sido feitos para melhorar as propriedades das 
ferritas substituindo vários cátions com diferentes estados de valência. A 
substituição por metais de transição e terras raras têm atraído atenção 
considerável no campo das aplicações tecnológicas (KHAN et al., 2012). O 
vasto campo de atuação das ferritas de magnésio é relacionado com a 
variedade de cátions de metais de transição que pode ser incorporado na 
estrutura espinélio da ferrita de magnésio pura. A origem das propriedades 
magnéticas destes materiais deve-se ao momento magnético de spin dos 
elétrons 3d desemparelhados do elemento de transição pela interação de 
super-troca através dos íons oxigênio. As propriedades magnéticas, como a 
magnetização de saturação são fortemente dependentes da distribuição de 
cátions, método de síntese, composição metálica, tipo de dopantes, tratamento 
térmico (temperatura, atmosfera, tempo), tamanho de cristalitos entre outros, 
no qual todos esses fatores podem estar relacionados com a forma e 
microestrutura do material (ALI et al., 2014). A influência da substituição de 
íons metálicos como Zinco (PUCHE et al., 2008), Cádmio (KAUR; RANA & 
TARSIKKA, 2012), Cobalto (ALI et al., 2014), Níquel (MELO et al., 2015), 
Alumínio (BATOO et al., 2009), Cobre (RAMESH et al., 2015) (DRUC et al., 
2013), Cromo (IQBAL et al., 2012) e Germânio (ABU-ELSAAD, 2014) em 
diversas propriedades estruturais, magnéticas, elétricas e dielétricas de 
MgFe2O4 foram relatados na literatura. 
19 
 
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O comportamento magnético macio nas ferritas é devido a troca de 
interações entre os cátions em sítios tetraédricos e octaédricos nos espinélios 
(MATHEW & JUANG, 2007 apud TADI et al., 2010). 
De acordo com trabalhos anteriores sobre MgFe2O4, os íons não-
magnéticos de magnésio e os íons magnéticos de ferro ocupam os sítios 
tetraédricos e octaédricos, mediados por íons de oxigênio. Esta caracteristica 
dos espinélios possibilita modificar as propriedades magnéticas substituindo os 
sítios, através da escolha de cátions o qual pode conduzir ao desenvolvimento 
de várias classes de materiais magnéticos. É conhecido que o níquel pode 
influenciar as propriedades magnéticas de diversos materiais, como exemplo, a 
magnetização do ferro é significativamente aumentada através da adição de 
níquel (O’HANDLEY, 2000). Segundo Tadi et al., (2010), as propriedades 
magnéticas moles da ferrita de magnésio pode ser melhorada por intermédio 
da substituição de níquel, o que pode levar ao desenvolvimento de novos 
materiais multiferróicos. 
Diante deste contexto, esta tese tem por finalidade descrever a síntese, 
a caracterização e o estudo das propriedades magnéticas de ferritas de 
magnésio do tipo Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x= 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1) obtidos 
pelo método de combustão assistido por micro-ondas, assim como o efeito do 
tratamento térmico empregado sobre as propriedades estruturais e magnéticas 
destes sistemas. 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
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1.2. OBJETIVOS 
 
1.2.1. Objetivo geral 
 
O presente trabalho tem como objetivo principal a preparação de ferritas 
de estrutura espinélio do tipo Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x= 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 
1) pelo método de combustão assistido por micro-ondas para posterior estudo 
de suas propriedades magnéticas e estruturais. 
 
1.2.2. Objetivos específicos 
 
 Sintetizar as ferritas do tipo Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x= 0; 0,25; 0,50; 
0,75 e 1) através do método de combustão assistido por micro-ondas, 
utilizando os nitratos metálicos como precursores e a ureia como 
combustível; Avaliar o efeito da substituição parcial e total dos íons Mg2+ por íons Ni2+ 
e Cu2+, assim como o tratamento térmico sobre as propriedades estruturais 
e magnéticas dos sistemas preparados. 
 
21 
 
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2. REVISÃO DA LITERATURA 
2.1. Nanopartículas magnéticas 
 
Nas últimas décadas, a síntese de materiais cerâmicos magnéticos em 
nanoescala tem sido intensivamente estudada devido às novas propriedades 
mesoscópicas demonstradas por partículas de dimensões quânticas 
localizadas na região de transição entre átomos e sólidos na forma de “bulk”. 
Efeitos quânticos de tamanho e a grande área de superfície das nanopartículas 
magnéticas mudam drasticamente algumas de suas propriedades magnéticas, 
como a exibição de fenômenos superparamagnéticos e o encapsulamento do 
quantum de magnetização uma vez que cada partícula pode ser considerada 
como um único domínio magnético (MATHEW & JUANG, 2007). 
A descoberta de novos materiais magnéticos desempenha um papel 
fundamental na tecnologia moderna, pois estes possuem um grande número 
de aplicações em produtos e processos industriais nos mais variados setores 
(REZENDE, 1998). A pesquisa em magnetismo evoluiu no intuito de 
desenvolver materiais com considerável diminuição de peso e tamanho, além 
do aumento na eficiência. As nanopartículas têm despertado interesse nos 
últimos anos, devido às suas propriedades químicas e físicas únicas, bem 
como por seu grande potencial em aplicações tecnológicas, industriais, 
ambientais, biológicas e médicas. Esse fato é devido às mudanças sofridas nas 
propriedades magnéticas e físicas dos materiais, quando as dimensões típicas 
das estruturas envolvidas são da ordem de nanômetros. Dessa forma, novas 
propriedades com importantes aplicações tecnológicas surgem nesses 
materiais (KNOBEL, 2005). 
A fabricação de estruturas magnéticas artificiais destaca-se na área de 
magnetismo, tais como em filmes finos, multicamadas e nanoestruturas, 
levando ao surgimento de novas áreas de pesquisa, o qual pode-se citar os 
fenômenos de magnetorresistência gigante, acoplamento entre camadas 
magnéticas separadas por camadas não magnéticas, efeitos uni e 
bidimensionais, entre outras. 
22 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
2.2. Introdução ao magnetismo 
 
Um dos campos mais promissores da física da matéria condensada é o 
estudo do magnetismo. As pesquisas sobre materiais magnéticos estão cada 
vez mais intensas, com grandes avanços nas últimas décadas, o que vem 
atraindo a atenção de físicos teóricos e experimentais (REZENDE, 1998). O 
primeiro material magnético permanente descoberto foi um mineral de 
magnetita, essencialmente uma ferrita de ferro de fórmula FeFe2O4, isto é, um 
material ferrimagnético com estrutura do tipo espinélio. 
Os materiais na natureza são formados a partir dos elementos químicos 
que se encontram distribuídos na tabela periódica. Cada elemento químico é 
único sendo composto de um núcleo constituído por prótons e nêutrons, que 
está envolto por camadas de elétrons, onde apenas os prótons e os elétrons 
possuem cargas elétricas. Pode-se dizer que o magnetismo é uma propriedade 
cuja natureza é de origem elétrica, estando relacionado com uma carga em 
movimento. Seus princípios e mecanismos básicos são complexos, contudo, 
sua origem encontra-se na estrutura eletrônica dos átomos (CULLITY; 
GRAHAM, 2009; LIMA, 2010). 
A propriedade magnética de um material pode ser definida como sua 
capacidade de atrair ou repelir outros materiais. Em termos da física clássica, a 
origem dos momentos magnéticos pode ser explicada através de dois 
momentos eletrônicos associados ao elétron, o momento orbital, em torno do 
núcleo do átomo, e o momento de spin, ao redor do seu próprio eixo 
(CALLISTER, 2012), conforme ilustrado na Figura 1, a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
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Figura 1 – Representação dos movimentos do elétron (a) movimento orbital ao redor do 
núcleo e (b) movimento de spin em torno do próprio eixo. 
 
(a) (b) 
Fonte: GOMES, 2009. 
 
Nos átomos, os elétrons estão em movimento e este movimento cria um 
momento magnético, que é denominado de magnéton de Bohr (µB) e sua 
magnitude é de 9,27 x 10-24 A.m2. O momento magnético de spin para cada 
elétron em um átomo é de ± µB (sinal positivo – spin ↑ e negativo – spin ↓), 
sendo a contribuição do momento magnético orbital igual a mlµB, onde ml 
representa o número quântico magnético do elétron (CALLISTER, 2012). 
As propriedades magnéticas dos materiais são determinadas pelas 
interações que ocorrem entre um campo magnético externo e os momentos de 
dipolo magnéticos dos átomos constituintes. O momento magnético global de 
um átomo é o resultado do somatório das contribuições dos momentos 
magnéticos de cada um dos elétrons, incluindo o cancelamento dos momentos 
de spin e orbital dos pares eletrônicos. 
O momento magnético resultante será nulo caso os dois elétrons 
encontram-se emparelhados no mesmo orbital, pois como consequência da 
regra de Hund, estes elétrons deverão ter spins invertidos. Dessa forma, serão 
contabilizados apenas os elétrons desemparelhados para o cálculo do 
momento magnético. Assim, materiais formados por átomos que possuem 
camadas eletrônicas totalmente preenchidas não são capazes de serem 
magnetizados permanentemente (CALLISTER, 2012). 
24 
 
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Geralmente, três grandezas físicas são descritas na área de 
propriedades magnéticas, são elas: a indução magnética (B), o campo 
magnético (H) e a magnetização (M). A indução magnética é o campo 
proveniente da própria magnetização do material e do campo externo aplicado. 
A relação entre eles é dada através da equação 1 (CULLITY; GRAHAM, 2009; 
LIMA, 2010). 
 
B = µ0 (H + M) (Equação 1) 
 
Em que, µ0 representa a permeabilidade magnética no vácuo. 
 
A magnetização, M, pode ser definida pela relação [M = m/V = nµb/V], 
onde m é o momento magnético total, que corresponde ao número total de 
átomos n que possuem elétrons desemparelhados multiplicado pelo momento 
magnético elementar, µB (magnéton de Bohr), dividido pelo volume, V que ele 
ocupa (CULLITY; GRAHAM, 2009; JILES, 1991; LIMA, 2010). 
Os materiais também podem ser descritos através de outras importantes 
propriedades como a susceptibilidade (ᵡ) e a permeabilidade magnética (µ), 
conforme descrito nas equações 2 e 3. A susceptibilidade magnética é a 
medida da efetividade com que um campo magnético externo induz o dipolo 
magnético no material. Já a permeabilidade magnética é definida como a razão 
entre a indução magnética e a intensidade do campo magnético (CULLITY; 
GRAHAM, 2009; LIMA, 2010). 
 
 
ᵡ = M/H (Equação 2) 
 
µ = B/H (Equação 3) 
 
Onde ᵡ, é a susceptibilidade e µ, a permeabilidade magnética. 
 
 
 
25 
 
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2.2.1. Comportamento magnético 
 Os materiais, em sua grande maioria, exibem magnetismo reduzido e, 
somente quando estão na presença de um campo magnético externo pode-se 
classificá-los quanto aos tipos de interação e alinhamento entre os seus 
momentos de dipolos magnéticos. Assim, diante da resposta que apresentam 
quando submetidos à aplicação de um campo magnético externo, os materiais 
são classificados em cinco tipos principais: diamagnéticos, paramagnéticos, 
ferromagnéticos, ferrimagnéticos e antiferromagnéticos (JILES, 1991; 
MATHEW & JUANG, 2007; CULLITY; GRAHAM, 2009). 
 Os Diamagnéticos são materiais cujos átomospossuem camadas 
eletrônicas completas nos quais os momentos magnéticos estão emparelhados 
e se cancelam, não apresentando magnetização resultante. Quando na 
presença de um campo magnético externo, eles são fracamente magnetizados 
no sentido oposto do campo magnético aplicado. Isto se deve ao surgimento de 
pequenas correntes localizadas no interior do material criando seu próprio 
campo magnético em oposição ao campo magnético aplicado. Dessa forma, 
apresentam valores reduzidos e negativos de susceptibilidade magnética. 
Exemplos: Alguns metais como Prata (Ag), Mercúrio (Hg), Bismuto (Bi), Ouro 
(Au); a maioria dos não metais (Boro (B), Silício (Si) e Fósforo (P)); gases 
nobres; muitos íons (Na+, Cl- e seus sais; moléculas diatômicas H2, N2); água e 
grande parte dos compostos orgânicos (JILES, 1991; CULLITY; GRAHAM, 
2009; LIMA, 2010). 
Os materiais Paramagnéticos são materiais cujos átomos possuem 
momentos magnéticos intrínsecos que não interagem entre si. Os momentos 
magnéticos encontram-se orientados aleatoriamente não havendo uma 
magnetização macroscópica global. Porém, a aplicação de um campo 
magnético externo provoca o alinhamento dos dipolos na direção do campo e 
sua intensidade de magnetização é proporcional ao mesmo. Esses compostos 
apresentam valores reduzidos e positivos de susceptibilidade magnética. 
Exemplos: alguns metais (Cromo (Cr), Manganês (Mn) e Alumínio (Al)); alguns 
gases diatômicos (O2, NO); íons de metais de transição e metais; sais e óxidos 
de terras raras (JILES, 1991; CULLITY; GRAHAM, 2009; LIMA, 2010). 
26 
 
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 Os Ferromagnéticos são os materiais que possuem momentos de 
dipolos magnéticos permanentes que interagem entre si causando alinhamento 
paralelo. Ou seja, apresentam magnetização espontânea na ausência de 
campo externo. Quando estão sob a influência de um campo externo, seus 
momentos de dipolos magnéticos se alinham na direção e sentindo do campo, 
podendo seguir orientados mesmo com a sua retirada. Um material 
ferromagnético atinge a máxima magnetização chamada de magnetização de 
saturação (Ms), quando todos os dipolos magnéticos estão alinhados com o 
campo magnético aplicado. Acima de uma temperatura crítica denominada de 
temperatura de Curie (Tc), este alinhamento é destruído e o material comporta-
se como paramagnético. Estes materiais apresentam valores altos e positivos 
de susceptibilidade magnética. Exemplos: metais de transição (Fe, Co e Ni); 
terras raras (Gadolínio (Gd), Térbio (Tb), Disprósio (Dy), Hólmio (Ho), Érbio (Er) 
e Tm); ligas de elementos ferromagnéticos e algumas ligas de Mn (MnBi) 
(JILES, 1991; CULLITY; GRAHAM, 2009; LIMA, 2010). 
 Os Antiferromagnéticos esses materiais têm momentos de dipolos 
magnéticos alinhados em sentido antiparalelo, levando a uma magnetização 
nula. Quando são expostos a um campo magnético externo, os momentos se 
orientam na direção do campo. Acima da temperatura crítica, chamada de 
temperatura de Néel (TN), o alinhamento antiparalelo desaparece e o material 
passa a comporta-se como materiais paramagnéticos. Neste caso, os materiais 
possuem valores pequenos e positivos de susceptibilidade magnética. 
Exemplos: compostos de metais de transição (MnO, FeO, CoO, NiO, MnS, 
CuCl2) (JILES, 1991; CULLITY; GRAHAM, 2009; LIMA, 2010). No entanto, 
alguns materiais antiferromagnéticos comportam-se de maneira diferente, 
apresentando uma pequena magnetização resultante, fazendo com que deixem 
de ser totalmente antiferromagnéticos e passem a exibir um ferromagnetismo 
fraco. Tal fenômeno pode ser explicado em função da interação de troca 
Dzialoshinskii-Moriya, na qual ocorre a formação de um pequeno campo 
molecular devido a uma inclinação dos spins (spin canting) que compõe a rede 
cristalina do material, resultando uma magnetização não nula. Alguns óxidos 
perovskitas e a hematita (α-Fe2O3) são exemplos de materiais que comportam-
se como ferromagnetos fracos. 
27 
 
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 A hematita é um óxido com acoplamento antiferromagnético por toda a 
sua estrutura romboédrica em baixas temperaturas. A -8°C, verifca-se que este 
apresenta uma transição magnética denominada de transição Morin (TM). 
Nesta temperatura, o material passa a ter um ordenamento ferromagnético 
fraco devido ao “spin canting” resultante da interação de troca Dzialoshinskii-
Moriya, conforme discutido anteriormente. Entretanto, uma dependência da 
temperatura de TM com o tamanho de partículas é verificada, onde esta se 
desloca para temperaturas maiores quando o tamanho da partícula aumenta. 
Para partículas muito pequenas (≤ 20 nm), a transição desaparece (MORRISH, 
1994; BENGOA et al., 2010; LIMA, 2010). 
 Os Ferrimagnéticos são aqueles materiais que apresentam um 
alinhamento semelhante aos antiferromagnéticos, porém com momentos de 
dipolos magnéticos de magnitudes diferentes, fazendo com que possuam uma 
pequena magnetização espontânea. Esses materiais possuem valores 
elevados e positivos de susceptibilidade magnética. A magnetita (Fe3O4) e as 
ferritas M2+O.Fe2O3 (M= Fe, Ni, Co, Cu, Mn, Mg) são alguns exemplos (JILES, 
1991; CULLITY; GRAHAM, 2009; LIMA, 2010). Na Figura 2 a seguir, são 
ilustrados os diferentes tipos de comportamentos magnéticos encontrados nos 
materiais com suas orientações de dipolo magnéticos. 
 
Figura 2 – Representação dos tipos de comportamentos magnéticos encontrados nos materiais 
. 
Fonte: Adaptado de MATHEW & JUANG, 2007. 
28 
 
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Os materiais magnéticos também são classificados de acordo com sua 
resposta ao processo de magnetização e desmagnetização, esta classificação 
leva em consideração a dureza magnética e pode ser obtida através das 
leituras de curvas de magnetização versus o campo magnético. Esta 
propriedade está relacionada com a anisotropia cristalina que, quando sob a 
ação de um campo, o sistema magnético tende a mover as paredes dos 
domínios, fazendo com que a região em que o momento magnético está 
alinhado com o campo aumente. Para campos fracos, este processo é 
reversível, porém se este campo for forte, o suficiente, o processo torna-se 
irreversível, impedindo que o sistema volte a configuração original depois da 
retirada do campo. Este fenômeno é conhecido como histerese, que é a 
tendência do material ou sistema de conservar as propriedades magnéticas 
adquiridas, na ausência do campo que as gerou (ASHCROFT & MERMIN, 
2011; COSTA, 2012). 
Em um material magnético duro, ao iniciar a magnetização, o 
comportamento típico é ilustrado através do seguimento de curva O→A, 
apresentado na Figura 3 abaixo, entretanto, se o campo H for diminuído, a 
partir de A, a curva não volta pelo mesmo caminho (A→O), ela desce mais 
lentamente descrevendo o segmento A→C. No ponto C em que H=0 e M≠0, o 
material permanece magnetizado, mesmo com a ausência de campo externo, o 
valor de M neste ponto chama-se Magnetização de residual ou remanência. 
Em seguida inverte-se o sentido do campo H, e a curva de magnetização 
descreve o trajeto C→D. No ponto D, M=0 e H≠0, o valor do módulo de H, 
neste ponto, é chamado de campo coercivo. Para valores de H<0, mas com o 
módulo H crescente, M volta a região de saturação, no ponto E. Os pontos A e 
E são conhecidos como regiões de saturação, ou seja, a partir deles não 
importa os valores de campo, a magnetização será a mesma, esses valores 
são denominados de magnetização de saturação. Porém, a partir de E, este 
ciclo é repetido e a magnetização segue o caminho E→F→ G→A. Para 
materiais considerados magnéticos macios, a distância entre D e G é muito 
menor, podendo aparentar umacurva unívoca em forma de “S” 
(NUSSENZVEIG, 1997). 
 
29 
 
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Figura 3 – Representação do ciclo de histerese. 
 
Fonte: NUSSENZVEIG,1997. 
 
2.2.1.1. Anisotropia magnética 
 
 A anisotropia magnética é uma propriedade de certos materiais que 
induz determinadas direções preferenciais para a magnetização espontânea. 
Deste fenômeno decorre a existência de direções de fácil e difícil 
magnetização, que são respectivamente chamadas de direções, ou eixos, de 
fáceis e duros. Da anisotropia, fluem diversos comportamentos que levam a 
desafios do ponto de vista básico e novas aplicações do ponto de vista 
tecnológico. A origem deste fenômeno vem de diversos fatores, tais como a 
forma do material, estrutura cristalina, defeitos de superfície, agentes físicos 
externos (tensão, tratamento térmico e irradiação iônica), entre outros 
(SCHÄFER, 2010). 
 
 
 
30 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
2.2.1.2. Domínios magnéticos 
 
O conceito de domínios foi originalmente introduzido por P. Weiss para 
explicar o porquê dos materiais magnéticos poderem estar desmagnetizados 
enquanto continuam tendo, localmente, uma magnetização espontânea não 
nula. Este conceito é bastante útil para uma ampla variedade de materiais 
magnéticos. Dentro de um domínio, a magnetização é paralela a uma das 
direções preferenciais, as quais são determinadas pela energia de anisotropia 
magnética do material. A transição de uma direção de magnetização para 
outra, em domínios adjacentes, é contínua, ou seja, a parede de domínio tem 
uma largura finita e, portanto, possui uma estrutura interna. Quando um campo 
magnético é aplicado, os domínios com orientação da magnetização favorável 
em relação ao campo aplicado tendem a crescer. Esse mecanismo tem um 
papel importante no processo de magnetização de quase todos os materiais 
(CARARA, 2001). 
 
2.3. Estrutura espinélio 
 
Os espinélios são uma importante classe de óxidos metálicos mistos 
amplamente investigados devido as suas notáveis propriedades ópticas, 
elétricas, magnéticas em comparação a outros materiais, são utilizados em 
grande variedade de aplicações, que inclui na área de materiais refratários, 
sensores de umidade, lasers de estado sólido, dispositivos eletrônicos 
integrados, catálise como catalisador ou suporte catalítico, materiais de 
enchimentos cerâmico, entre outras (PADMARAJ; VENKATESWARLU & 
SATYANARAYANA, 2015). 
Genericamente, a estrutura do tipo espinélio de fórmula química AB2O4 é 
derivada do mineral MgAl2O4. Esse tipo de estrutura apresenta empacotamento 
cúbico de face centrada (CFC) de íons oxigênio, em que os íons A2+ ocupam o 
centro de um tetraedro e os íons B3+ ocupam o centro de um octaedro. Em 
espinélios magnéticos, o íon divalente Mg2+ pode ser substituído por íons de 
31 
 
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manganês (Mn), níquel (Ni), cobre (Cu), cobalto (Co), ferro (Fe), zinco (Zn) ou 
por alguma combinação destes íons, no caso do íon trivalente Al3+, geralmente 
este é substituído por íons Fe3+ (NAKAGOMI, 2008; MEDEIROS, 2013). A 
energia de estabilização do campo cristalino, a constante de Mandelung e o 
tamanho do cátion são os principais fatores que decidem a estrutura do 
sistema (SREEKUMAR et al., 2000). A representação da estrutura espinélio é 
ilustrada na Figura 4, a seguir, onde os círculos vermelhos representam os íons 
oxigênio, os sítios tetraédricos são representados pela cor amarela e os sítios 
octaédricos aparecem na cor azul. 
 
Figura 4 – Representação da estrutura espinélio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: MOURA, 2008. 
 
Esta estrutura cristalina é caracterizada pelo grupo espacial Fd3m, onde 
cada célula unitária é constituída por 96 interstícios entre os ânions, sendo 64 
interstícios tetraédricos e 32 interstícios octaédricos. Entretanto, somente 24 
desses interstícios são ocupados por cátions na estrutura espinélio, sendo que 
8 ocupam interstícios tetraédricos e 16 ocupam sítios octaédricos. Dessa forma 
permanecem 56 sítios tetraédricos e 16 octaédricos vazios no espaço 
32 
 
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intersticial da estrutura (Tabela 1) que, conceitualmente, poderia conter um 
cátion (SICKAFUS; WILLS & GRIMES, 1999; SREEKUMAR et al., 2000; TADI 
et al., 2010; PADMARAJ; VENKATESWARLY; SATYANARAYANA, 2015). A 
estrutura espinélio pode apresentar algum grau de inversão (δ) devido a alta 
eletronegatividade do oxigênio, que promove ligações de forte caráter iônico 
com os cátions divalentes e trivalentes, isso depende da distribuição iônica dos 
cátions, sendo classificados como, espinélio normal, espinélio inverso e 
espinélio parcialmente inverso ou intermediário. 
 
Tabela 1 – Distribuição e ocupação do número de cátions nos sítios na estrutura cristalina do 
espinélio. 
Tipo de Sítio Número 
Disponível 
Número 
Ocupado 
Espinélio 
Normal 
Espinélio 
Inverso 
Espinélio 
intermediário 
Tetraédrico (A) 64 8 8M2+ 8M3+ NM3+ e NM2+ 
Octaédrico [B] 32 16 16M3+ 8M3+ e 8M2+ NM3+ e NM2+ 
N- número de íons de elemento metálico e M- elemento metálico. 
Fonte: PERES, 2011. 
Na estrutura do espinélio normal, os cátions divalentes estão nos sítios 
tetraédricos “A” e os trivalentes estão nos sítios octaédricos “B”. Essa 
distribuição pode ser representada como (A)[B2]O4, com os colchetes referindo-
se aos sítios octaédricos e os parênteses aos sítios tetraédricos. Para o 
espinélio inverso, a distribuição dos cátions ocorre conforme um arranjo 
inverso, (B)[AB]O4, onde os cátions divalentes e metade dos cátions trivalentes 
estão nos sítios octaédricos e, a outra metade dos cátions trivalentes estão nos 
sítios tetraédricos (POLETI et al., 1994). Para o espinélio intermediário ou 
parcialmente inverso, os arranjos podem ser representados pela fórmula 
(A1-xBx)[AxB2-x]O4, em que x é o grau de inversão (SUGIMOTO, 1980). 
A distribuição dos cátions na rede é influenciada pelo método de síntese 
empregado para obtenção desses materiais, além de ser altamente sensível ao 
tratamento térmico (TAILHADES et al., 1998; REZLESCU et al., 2000; MOURA, 
2008; GOMES FILHO, 2009). Além disso, o tipo e a quantidade do cátion 
33 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
dopante geram alterações nas propriedades e características dos mesmos 
(REZLESCU et al., 2000; GOMES FILHO, 2009). 
Embora a ferrita de magnésio seja um material magnético, os íons Mg2+ 
não possuem natureza magnética, e o fenômeno de distribuição dos íons Mg2+ 
nos sítios depende da temperatura de síntese, desse modo as propriedades 
magnéticas, como a magnetização de saturação e a temperatura de transição 
variam de acordo com as condições de tratamento térmico empregadas 
(ICHIYANAGI et al., 2007). 
 
2.4. Ferritas 
 
 As ferritas têm conquistado posição de bastante destaque econômico e 
de utilização na engenharia, dentro da família de materiais magnéticos, devido 
suas excelentes propriedades físicas que incluem: altos valores de 
resistividade, permeabilidade magnética, magnetização por saturação, baixas 
perdas por correntes de Foucault e baixo custo. De forma geral, algumas de 
suas aplicações são em equipamentos de telecomunicações, ímãs 
permanentes, dispositivos eletrônicos e de micro-ondas, mídias de gravação 
magnéticas usadas em computadores, cartões magnéticos, entre outras 
(GABAL; ANGARI & ZAKI, 2014; HESSIEN; ZAKI & MOHSEN, 2011; ATEIA, 
AHMED & GHOUNIEM, 2014). 
 A origem do magnetismo nas ferritas deve-se a presença de elétrons 3d 
desemparelhados e distribuídos, em númeronão equivalentes, nos sítios 
octaédricos e tetraédricos (NAKAGOMI, 2007). Portanto, as propriedades 
magnéticas das ferritas dependem dos spins eletrônicos dos cátions e suas 
interações. Nos metais, as interações de troca ocorrem entre átomos situados 
em sítios vizinhos. Por outro lado, nas ferritas, os cátions não estão em contato 
direto, pois tem sempre um átomo de oxigênio como vizinho mais próximo, de 
forma que, as interações de troca nesses materiais ocorrem através dos 
elétrons dos átomos de oxigênio e são por isso chamadas de interações de 
supertroca. Essas alterações acontecem porque as funções de onda dos 
orbitais “p” do oxigênio se sobrepõem às funções de onda dos orbitais 3d dos 
34 
 
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cátions, como é mostrado na Figura 5. Os dois elétrons da última camada do 
oxigênio estão desemparelhados, polarizando os cátions adjacentes do metal 
de transição que se acoplam antiparalelamente (O’HANDLEY, 2000; 
RODRIGUES, 2013). 
 
Figura 5 – Representação dos orbitais “p” e “d” envolvidos nas interações de supertroca. 
 
 
Fonte: Próprio autor. 
 
 As ferritas constituem uma classe de materiais cerâmicos 
ferrimagnéticos de alta relevância no desenvolvimento de tecnologias mais 
avançadas em dispositivos eletroeletrônicos, constituída por uma mistura de 
óxidos metálicos, onde 70% de sua composição são formadas por óxido de 
ferro com estruturas cristalinas e composições químicas variadas. 
 As ferritas podem ser classificadas, dependendo da composição química 
e do arranjo cristalográfico, em: granadas, ortoferritas, hexagonais e espinélio. 
Dentre estas, a estrutura espinélio se destaca por sua mobilidade catiônica, 
oferecendo diferentes propriedades para a mesma estequiometria 
(HENDERSON et al., 2007; GOMES FILHO, 2009). 
Entre a família das ferritas de estrutura espinélio, a magnesioferrita 
(MgFe2O4) é um dos óxidos magnéticos mais importante e tem recebido uma 
atenção especial por causa de sua vasta aplicação nas áreas de magnetismo, 
35 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
eletrônica, catálise heterogênea e adsorção e na tecnologia de sensores. Foi 
demonstrado que este material pode ser utilizado no tratamento de tumores por 
hipertermia magnética através da aplicação de campos magnéticos alternados. 
 
2.4.1. Microestrutura das ferritas 
 
 As propriedades magnéticas das ferritas, tais como permeabilidade, 
coercividade, perdas por histerese e corrente parasita, depedem fortemente de 
sua microestrutura, ou seja, do contorno do grão, do seu tamanho médio e de 
sua porosidade. A microestrutura pode ser controlada através da variação no 
processamento, isto é, na preparação do pó, calcinação, moagem e condições 
de sinterização (temperatura, tempo e atmosfera) e por introdução de dopantes 
(SILVA et al., 2006). 
O conhecimento da identificação e formação de fases, bem como a 
presença de poros e de impurezas, é de grande importância para se entender e 
melhorar as propriedades magnéticas das ferritas cerâmicas nas regiões dos 
contornos de grãos. Essas regiões são de grande desordem atômica e de 
segregação de impurezas. A mobilidade das paredes dos domínios magnéticos 
sofre, nesta região, uma redução devido à ação de fixação desses contornos 
de grãos. Quando os poros são pequenos e discretos eles são menos efetivos 
nas regiões de contornos dos grãos. Poros pequenos e discretos dentro do 
grão, apesar de serem indesejáveis, não são de todo prejudiciais ao movimento 
dos domínios magnéticos. 
 
2.5. Ferrita de magnésio 
 
 As ferritas de magnésio são materiais que cristalizam em uma estrutura 
espinélio parcialmente inverso e apresentam alto potencial de aplicação na 
tecnologia moderna. Suas propriedades magnéticas são influenciadas pela 
distribuição dos íons metálicos entre os sítios A e B disponíveis (RANA & 
36 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
ABBAS, 2002). É um material magnético macio, semicondutor do tipo n que 
apresenta boas propriedades de sensores de gás (CHEN et al., 2013; 
KANAGESAN et al., 2013). 
Na literatura, trabalhos recentes envolvendo o estudo das propriedades 
magnéticas de ferritas produzidas por diferentes métodos são encontrados e 
discutidos abaixo. 
 Pradeep, Priyadharsini e Chandrasekaran, (2008) prepararam a ferrita 
de magnésio (MgFe2O4) através do método sol-gel a fim de estudar o efeito de 
estruturas em nano-escala nas propriedades magnéticas e estruturais. De 
acordo com os resultados de DRX, os autores observaram picos referentes a 
formação da fase MgFe2O4 de estrutura espinélio com simetria cúbica. Em 
relação as medidas magnéticas, as amostras mostraram um decréscimo no 
valor de magnetização de saturação (21,89 emu/g) em comparação com a 
ferrita de magnésio em forma de bulk (27 emu/g) como reportada por Smit & 
Wijn, 1959 e Kulkarni & Joshi, 1986. 
 Ali et al., (2014ª), prepararam ferritas de magnésio do tipo 
Mg1-xCaxNiyFe2-yO4, (x= 0; 0,2; 0,4 e 0.6; y= 0; 0,4; 0,8 e 1,2) usando o método 
da microemulsão, com o intuito de estudar os efeitos nas propriedades 
magnéticas e dielétricas das ferritas de magnésio dopadas com cálcio e níquel. 
Os difratogramas dos materiais mostraram que a formação da fase única pode 
ser conseguida através da substituição de íons Mg2+ por Ca2+ e Fe3+ por Ni2+, 
não havendo mudança na estrutura do espinélio de simetria cúbica das 
nanoferritas. Com base nos resultados obtidos, os autores concluíram que o 
método de síntese foi eficaz na obtenção desses materiais. Além disso, eles 
verificaram que a dopagem com (x=0,2 e y=0,4) proporcionou um aumento da 
magnetização de saturação de 9,84 emu/g para 24,99 emu/g, e para as outras 
dopagens, ocorreu uma diminuição na magnetização de saturação, enquanto 
que a coercividade aumentou continuamente de 94 Oe para 153 Oe com o 
aumento da concentração de dopantes. 
 Druc et al., (2013), estudaram os efeitos da substituição com cobre nas 
ferritas de magnésio obtidas através do método sol-gel. Os autores observaram 
que a inserção do cobre no sítio do magnésio ocasionou mudanças nos valores 
37 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
das constantes dielétricas, onde aumentos da ordem de grandeza de até 
19x10² foram obtidos para a composição x= 0,67, com diminuição na perda 
dielétrica. 
 Ali et al., (2014b) investigaram a influência da inserção simultânea de 
níquel e cobalto nas propriedades estruturais, magnéticas e dielétricas das 
ferritas de magnésio obtidas pelo método da microemulsão. As análises de 
DRX mostraram a formação do sistema Mg1-xNixCoyFe2-yO4, com tamanhos de 
cristalito variando entre 15 e 26 nm. Com a substituição do magnésio pelo 
níquel e do ferro pelo cobalto, verificou-se um aumento na coercividade e 
magnetização de saturação. Valores insignificantes de constante dielétrica 
foram observados, indicando que este material é excelente candidato para 
dispositivos de micro-ondas e mídia de gravação. 
 
2.6. Ferrita de níquel 
 
A ferrita de níquel é um óxido de simetria cúbica ferrimagnético que 
possui uma estrutura cristalina de espinélio inversa. O momento magnético da 
NiFe2O4 deve-se exclusivamente aos momentos magnéticos não compensados 
de oito íons Ni2+ distribuídos nos sítios octaédricos (SANTOS, 2002). Têm sido 
largamente estudadas em decorrência de suas propriedades que incluem a 
dureza mecânica, alta coercividade, moderada saturação de magnetização, 
excelente estabilidade química e desempenho magnético, no qual estão 
intimamente ligadas à composição química, microestrutura e tamanho de 
cristalito, este último pode ser controlado através dametodologia de 
preparação (NASERI et al., 2011; MEDEIROS, 2013). 
Hoyo et al 2013, relatam a produção de ferrita de níquel obtidos pelo 
método Pechini e sinterizados por micro-ondas. Os pós obtidos foram 
calcinados e submetidos a analise de raios X, onde se verificou além da fase 
cristalina ferrita níquel, além de traços da fase secundaria hematita (Fe2O3). Os 
materiais obtidos foram sinterizados por micro-ondas e caracterizados por 
Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e Sistema para medidas de 
propriedades físicas (PPMS), o tamanho médio de partículas observado foi 
38 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
abaixo de 100 nm, os valores encontrados para magnetização de saturação, 
mensuradas pelo PPMS variaram entre 45,81 e 46,50 emu/g, valores 
semelhantes aos reportados na literatura. 
Khairy, 2014, foi produzido ferrita de níquel pelo método sol-gel, as 
amostras foram caracterizadas por raios X, espectroscopia de infravermelho e 
microscopia eletrônica de varredura, análises termogravimétricas e MAV. Os 
DRX apresentaram padrões de difração referentes a fase ferrita de níquel, sem 
presença de fases secundária. A espectroscopia de infravermelho mostrou uma 
banda na região de 400-600 cm-1 referentes a fase NiFe2O4, nenhuma porção 
orgânica foi observada. As Microscopias eletrônica de varredura apresentaram 
amostras com forma esferoidais e tamanhos na faixa de 25 a 35 nm. As TG 
não mostraram perda de massa, o material produzido mostrou-se estável. Nas 
analises de MAV a ferrita de níquel apresentou valores de magnetização de 
saturação de 24 emu/g. 
 
2.7. Ferrita de cobre 
 
Ferritas do tipo CuFe2O4 apresentam alta condutividade elétrica e 
estabilidade térmica, sendo utilizado na fabricação de anodos para eletrólise de 
alumínio. As ferritas de cobre apresentam arranjos tipo espinélio, tais estruturas 
são influenciadas tanto pelo método de síntese, quanto pelo tratamento térmico 
adotado, seus elementos tendem a assumir arranjos cúbicos, sendo o 
tetragonal estável a baixa temperatura, já o cúbico só ganha estabilidade a 
temperaturas elevadas. As ferritas de cobre são semicondutores magnéticos, o 
que lhes confere uma gama de aplicação muito ampla. (PRABHU et al., 2011). 
 Alic et al. 2014, estudaram o efeito da temperatura e do tamanho de grão 
nas propriedades magnéticas de compósitos de ferrita de cobre e oxido de 
níquel, produzidas pela técnica de coprecipitação. Os pós obtidos foram 
caracterizados por DRX, MAV e PPMS. Os padrões de raios X revelaram a 
presença da fase CuFe2O4, o tamanho de cristalito calculado variou entre 20 e 
31 nm. Com o aumento da temperatura a magnetização de saturação sofreu 
um decréscimo, não foi observada influência significante do tamanho do 
39 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
cristalito nas propriedades magnéticas medidas a temperatura ambiente, nas 
curvas de histerese todas as amostras apresentaram características de 
material ferromagnético e baixa coercividade. 
 Marinca et al 2012, estudaram as propriedades estruturais e magnéticas 
de nanopós de ferrita de cobre, produzidas por uma combinação de moagem 
reativa, tratamento térmico e moagem mecânica, a caracterização das 
propriedades estruturais foram realizadas pelas análises de DRX e MEV, para 
o estudo das propriedades magnéticas utilizou-se o método de campo 
magnético contínuo. 
 
2.8. Métodos de preparação das ferritas 
 
 Existe um grande número de métodos para a preparação desses óxidos, 
entre eles estão incluídos a reação de estado sólido, método de combustão em 
placa e assistido por micro-ondas, processo sol-gel, co-precipitação, síntese 
hidrotermal e método Pechini. 
 A escolha do método de síntese é extremamente importante para se 
obter pós com um melhor controle estequiométrico, do tamanho de partículas e 
baixo grau de aglomeração, uma vez que para a maioria das aplicações faz-se 
necessário uma síntese controlada de alta pureza, que permita uma boa 
reprodutibilidade das propriedades. Neste trabalho, o método utilizado para a 
preparação das ferritas foi o método de combustão assistido por micro-ondas, 
que será descrito a seguir. 
 
2.8.1. Método de combustão 
 
O método de combustão faz uso de reações exotérmicas para produzir 
um número variado de pós cerâmicos. A reação exotérmica, uma vez iniciada 
por uma fonte externa (Ex.: placa de aquecimento, mufla, forno micro-ondas), 
ocorre de forma rápida tornando-se autossustentável, resultando na obtenção 
de um material cerâmico em um reduzido intervalo de tempo (JAIN; ADIGA; 
40 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
PAI-VERNEKER, 1981; BARROS, 2009). Assim, este método apresenta como 
principais vantagens, a rapidez do processo, pois a reação de combustão é 
instantânea, o baixo custo por não utilizar equipamentos sofisticados, além do 
fato de geralmente se obter pós monofásicos com partículas em escala 
nanométrica (COSTA, 2002; LIMA, 2010). 
O princípio do método está fundamentado em conceitos termodinâmicos 
utilizados na química dos propelentes e explosivos, onde parte-se da reação de 
uma mistura redox em meio aquoso, contendo os íons metálicos de interesse 
como reagentes oxidantes, e um combustível redutor, geralmente, a ureia 
(CO(NH2)2). Os nitratos metálicos são as fontes de cátions mais usadas no 
processo em função da alta solubilidade em água e, por fundirem em baixas 
temperaturas, garantindo assim a homogeneidade da solução. Eles reagem 
com o combustível redutor para formar um pó óxido fino, seco e geralmente 
cristalino (JAIN; ADIGA; PAI-VERNEKER, 1981; BARROS, 2009). O pó 
produzido pode ser composto por apenas uma fase, ou pela combinação de 
óxidos metálicos, sendo necessário, neste caso, passar por tratamentos 
térmicos para formação da fase desejada. A grande quantidade de gases 
liberada durante a síntese resulta em uma chama que pode alcançar 
temperaturas superiores a 1000°C (SOUSA et al., 1999; LIMA, 2010). 
Outros combustíveis podem ser usados na síntese por combustão para 
obtenção de óxidos puros e mistos, entre eles a glicina (C2H5NO2), hidrazina 
maléica (C4H4N2O2), triazina tetraformol (C4H16N6O2), entre outros. Estes 
combustíveis diferem na capacidade de redução do pó e na quantidade de 
gases gerados, fatores que afetam as características do produto final. 
Entre os combustíveis, a ureia tem a mais baixa capacidade redutora 
(valência total 6+) e, produz um pequeno volume de gases. As vantagens de 
usar a ureia são: disponibilidade comercial, baixo custo e o fato de gerar altas 
temperaturas, as quais são necessárias para a formação da fase desejada 
(SEGADÃES; MORELLI; KIMINAMI, 1998; BARROS, 2009; LIMA, 2010). 
Segundo Kiminami et al., (2000), o uso da ureia em excesso na reação 
faz com que os gases gerados sejam liberados mais rapidamente havendo 
maior dissipação de energia, de modo que a formação de aglomerados duros 
41 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
e/ou o crescimento das partículas é evitada. Quanto maior a quantidade de 
gases gerados, maior será a dissipação de energia, e a energia disponível para 
a sinterização e cristalização do material será menor. 
Na química dos propelentes e explosivos, a mistura de combustão 
composta pelo combustível e o oxidante é caracterizada pelos seguintes 
parâmetros: razão de mistura Øm, razão equivalente Ø e a razão 
estequiométrica Øs, onde: 
 
∅𝑚 =
𝑅𝑒𝑙𝑎çã𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑢𝑟𝑠𝑜𝑟 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎
 (Equação 4) 
∅𝑠 =
𝑅𝑒𝑙𝑎çã𝑜 𝑒𝑠𝑡𝑒𝑞𝑢𝑖𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟
𝑃𝑟𝑒𝑐𝑢𝑟𝑠𝑜𝑟 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎(Equação 5) 
 
A deficiência ou excesso de combustível na mistura é determinada pela 
razão equivalente, que é definida pela expressão: 
 
 ∅ =
∅𝑠
∅𝑚
 (Equação 6) 
 
Para valores de Ø>1, a mistura é considerada deficiente em 
combustível. Já para Ø<1, a mistura é rica em combustível, enquanto que para 
Ø=1, os sistemas estão misturados estequiometricamente. 
 Para o cálculo das quantidades de reagentes necessários à reação de 
combustão, Jain, Adiga & Pai-Verneker, (1981), propuseram um método 
simples, aplicável também em sistemas com mais de dois componentes, para 
determinação rápida de sua estequiometria. O método se baseia no cálculo da 
valência total do combustível e do oxidante. A mistura é estequiométrica 
quando o valor das respectivas valências for igual, ou seja, o valor total das 
valências dos oxidantes for igual ao valor total das valências dos redutores, 
como observado nas equações a seguir: 
 
42 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
∅ = 1 =
∑(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑋 𝑣𝑎𝑙ê𝑛𝑐𝑖𝑎)
(−1) ∑(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑋 𝑣𝑎𝑙ê𝑛𝑐𝑖𝑎)
 (Equação 7) 
∑(𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑋 𝑣𝑎𝑙ê𝑛𝑐𝑖𝑎) +
 (𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑜 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑡𝑜𝑟 𝑋 𝑣𝑎𝑙ê𝑛𝑐𝑖𝑎) = 0 (Equação 8) 
 Os cálculos são feitos considerando as valências que os elementos 
apresentam nos produtos gasosos da reação de combustão, que são CO2, H2O 
e N2. O carbono e o hidrogênio são elementos redutores com valências 
correspondentes 4+ e 1+, respectivamente. O oxigênio é um elemento oxidante 
com valência 2- e, o nitrogênio tem valência zero. As valências dos cátions 
metálicos são aquelas que terão nos óxidos finais. 
 
2.8.1.1. Método de combustão assistido por micro-ondas 
 
As micro-ondas são ondas eletromagnéticas confinadas a uma faixa do 
espectro que se estende de 300 a 300.000 MHz. Tão larga faixa confere a 
esses osciladores grande versatilidade de aplicação em função da frequência 
selecionada. Radares de aviação civil, aparelhos de telefonia celular e fornos 
de micro-ondas domésticos são exemplos de dispositivos que funcionam a 
base de micro-ondas. Essa radiação não-ionizante causa migração de íons e 
rotação de dipolos, mas não causa mudança na estrutura molecular (BARROS, 
2009). 
A aplicação da tecnologia de micro-ondas tem despertado grande 
interesse na área da Química e da Ciência dos Materiais, por possibilitar a 
síntese de uma variedade de compostos orgânicos e inorgânicos, e também 
ser empregada no tratamento térmico de muitos materiais. 
Nos últimos anos, houve um crescente aumento no número de 
pesquisas envolvendo a preparação de óxidos cerâmicos usando a 
autocombustão assistida por micro-ondas. A diferença entre a reação de 
combustão convencional comparada à assistida por micro-ondas consiste no 
fato de que o calor necessário para a ignição é fornecido pelo próprio material 
quando submetido à incidência de micro-ondas. Ou seja, enquanto que nos 
processos térmicos convencionais, a troca de calor se dá pela transferência de 
43 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
energia devido a gradientes térmicos, a energia de micro-ondas é entregue 
diretamente ao material por meio da interação molecular com o campo 
eletromagnético. 
O método de combustão assistido por micro-ondas vem se destacando 
como uma técnica bastante promissora, pois permite a obtenção de materiais 
com tempo curto para se atingir a temperatura de ignição e uniformidade na 
distribuição de temperatura. Além disso, proporciona um maior controle das 
condições de síntese, pois a intensidade das emissões de micro-ondas pode 
ser interrompida, diminuída ou aumentada rapidamente, permitindo, deste 
modo, a produção de materiais com características bastante específicas 
(BARROS, 2009; LIMA, 2010). 
 
 
 
44 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL 
 
Neste capítulo serão descritos os reagentes utilizados, a metodologia 
empregada na síntese do sistema Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 
0,75 e 1), as técnicas e equipamentos usados para caracterização, bem como 
as condições operacionais em que as análises foram submetidas. 
 
3.1. Nomenclatura do sistema Mg1-XBXFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 
0,75 e 1) 
 
Para o sistema Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1) 
preparado pelo método de combustão assistido por micro-ondas adotou-se as 
nomenclaturas apresentadas na Tabela 2. 
 
Tabela 2 – Nomenclatura do sistema Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1). 
Sistemas Nomenclatura 
MgFe2O4 MF 
Mg0,75Ni0,25Fe2O4 MFN25 
Mg0,5Ni0,50Fe2O4 MFN50 
Mg0,25Ni0,75Fe2O4 MFN75 
NiFe2O4 NF 
Mg0,75Cu0,25Fe2O4 MFC25 
Mg0,5Cu0,50Fe2O4 MFC50 
Mg0,25Cu0,75Fe2O4 MFC75 
CuFe2O4 CF 
Fonte: Próprio autor. 
 
 
45 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
3.2. Materiais de partida 
 
Os reagentes utilizados na preparação das ferritas através do método de 
combustão assistido por micro-ondas são listados na Tabela 3. 
 
Tabela 3 – Reagentes utilizados na síntese das ferritas. 
Reagentes Marca Teor (%) 
CH4N2O (Ureia) Vetec P.A 
Mg(NO3)2.6H2O Vetec 98-102 
Ni(NO3)2.6H2O Vetec 97 
Cu(NO3)2.3H2O Vetec 98-102 
Fe(NO3)3.9H2O Vetec 98-101 
Fonte: Próprio autor. 
 
3.3. Síntese dos sistemas Mg1-XBXFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 
1) 
 
A síntese dos sistemas Mg1-xBxFe2O4 (B= Ni; Cu; x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 
e 1) usando o método de combustão assistido por micro-ondas envolveu o 
preparo de uma mistura redox contendo os nitratos metálicos de interesse 
como agentes oxidantes e a ureia como combustível redutor. As quantidades 
dos reagentes utilizadas na síntese foram previamente calculadas baseadas 
nos conceitos da química dos propelentes e explosivos, como descrito no item 
2.8. Para os cálculos, as valências dos elementos carbono, hidrogênio, 
oxigênio, nitrogênio, magnésio, ferro, níquel e cobre foram 4+, 1+, 2-, 0, 2+, 3+, 
2+ e 2+, respectivamente, a valência da ureia foi 6+. 
 O procedimento consistiu basicamente na mistura dos nitratos metálicos 
e da ureia seguido pela dissolução dos mesmos em água destilada. Para 
garantir a completa homogeneização da solução, esta foi aquecida diretamente 
em uma placa de aquecimento à 70°C e mantida sob agitação constante. Em 
46 
 
PPGCEM UFRN Antonio Carlos Silva da Costa 
seguida, a solução foi colocada em um forno de micro-ondas marca Brastemp 
com potência máxima de 950W e frequência de 2450 MHz, até atingir a 
autoignição. O tempo total da reação variou entre 3 e 5 minutos conforme o 
material. Os pós obtidos após a combustão foram desaglomerados em 
almofariz de ágata e calcinados a 600 °C, 800 °C e 1000°C a um patamar de 
2h em forno mufla usando razão de aquecimento de 10°C/min, e atmosfera 
oxidante e estática. O procedimento detalhado pode ser melhor no fluxograma, 
representado pela Figura 6. 
 A preparação das ferritas envolveu reações na síntese de combustão 
assistida por micro-ondas, tendo como precursores a ureia, os nitratos 
metálicos e água. Como exemplo, a reação de combustão estudada para a 
preparação da MgFe2O4, utilizando a equação 8, é exemplificada através da 
equação 9, abaixo. 
 
1[Mg(NO3)2.6H2O] + 2[Fe(NO3)3.9H2O] + n[CO(NH2)2] = 0 (Equação 9) 
1(-10) + 2(-15) + n(6) = 0 (Equação 10) 
-10 -30 +6n = 0 (Equação 11) 
n = 6,67 mols de ureia (Equação 12) 
 
Ureia: 6,67 mols.60,06 g.mol-1= 400,60g/60= 6,677g de ureia 
Mg: 1 mol.256,41