Experimento Prático - Medidas Magnéticas

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Universidade Federal de Campina Grande 
Centro de Ciências e Tecnologia 
Departamento de Ciências e Engenharia de Materiais 
Disciplina: Propriedades dos Materiais Cerâmicos – 2019.2 
Profª Dra. Ana Cristina F. de Melo Costa 
Aluno: Matheus Araújo dos Santos 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE EXPERIMENTO PRÁTICO: MEDIDAS MAGNÉTICAS 
 
Comportamento magnético do Dióxido de Titânio (TiO2) e Dióxido de Titânio 
dopado com ferrita de cobalto obtido por reação de combustão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Campina Grande 
06/12/2019 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
O conhecimento do fenômeno de magnetização data de milhares de anos 
atrás. Este fenômeno por sua vez tem fundamental importância em diversos 
dispositivos e tecnologias, como por exemplo, rádios, televisores, geradores, 
motores elétricos, computadores, celulares e componentes de som e vídeo. 
Contudo, há a busca por novos materiais que atuem de forma mais eficiente ou 
em aplicações especificas, seja por apresentar características únicas ou por 
subsistir os materiais já utilizados. 
A características magnéticas dos materiais estão associados a organização 
dos dipolos magnéticos, esse por sua vez tem características análogas aos 
dipolos elétricos. São os dipolos magnéticos aqueles a ser influenciados por a 
força de um campo magnético que exerce um torque (gerando um momento 
magnético) tendendo a orientar os dipolos na direção do mesmo. Por tanto a 
forma com que os dipolos respondem a o campo definem sua natureza 
magnética.1 
A interação entre os momentos magnéticos do material e um campo externo 
pode acontecer por meio de três fenômenos, que são: 
• Diamagnetismo: Fenômeno em que um material é repelido na 
presença de um campo magnético. Esse efeito é comum em quase 
todos os materiais, entretanto esse tem baixa intensidade e é pouco 
perceptível.2 
• Paramagnetismo: Fenômeno em que um material na presença de 
um campo, tende a alterar a orientação do seu dipolo magnético na 
direção do campo aplicado, entretanto a interação com o campo é 
fraca. Esse efeito é comumente presente em materiais que contem 
metais de transição. 
• Ferromagnetismo: Fenômeno em que um material mesmo na 
ausência de um campo externo possui momento magnético 
permanente, esses por sua vez quando orientados resultam em um 
momento de spins (que é a orientação dos momentos magnéticos). 
 
1 CALLISTER JR., William D., Callister - Ciência e Engenharia de Materiais, Uma Introdução (7a edição), p. 704, 
2008. 
2 Ibid. 
Esse fenômeno pode apresentar duas variações o Ferrimagnetismo e 
o antiferromagnetismo. 
o No casso do Ferrimagnetismo há uma orientação parcial dos 
momentos de spins gerando cancelamento incompleto do 
campo. 
o Já no casso do antiferrimagnetismo há uma orientação 
completa, entretanto em sentido oposto ao campo, gerando, 
assim, um cancelamento completo. 
 
Materiais que apresentam magnetização espontânea podem ser ainda 
classificados em outras duas categorias, baseando-se na dificuldade em se 
desmagnetizar estes materiais. Este fator, chamado de coercividade (HC), é 
dado pela intensidade do campo necessário para zerar o magnetismo do 
material após este ter sido levado à saturação (MS). Materiais de coercividade 
alta (i.e., magnetização “permanente”) são ditos magneticamente duros e são 
aplicados, por exemplo, em gravação de dados. Por outro lado, materiais que 
facilmente perdem sua magnetização são ditos magnetos moles e são utilizados 
Figura 1: Comportamento Exemplificado, Diamagnetismo e Paramagnetismo, 
Ferromagnetismo, Ferrimagnetismo e Antiferrimagnetismo respectivamente. 
principalmente em aplicações que necessitam de inversão fácil de sentido de 
magnetização (e.g. núcleos de transformadores). 34 
É conhecido, portanto, que todo material sofre influência de um campo 
magnético, seja ela de menor ou maior intensidade. Materiais a base de ferro 
são conhecidos por possuir a característica de ferromagnéticos de forma 
natural, a magnetita por exemplo (Fe3O4), mineral na forma de oxido, foi o 
primeiro material magnético a ser utilizado como componente principal de 
bússolas, já outros materiais como, polímeros e outros óxidos, em 
contrapartida, são conhecidos por responder segundo os demais fenômenos a 
esses campos. 5 
Em nível intermediário, é possível alterar a respostas intrínseca do material 
inserindo em sua estrutura componentes influenciadores, por esse fato, o 
desenvolvimento de compósitos, através da dopagem ou inserção de defeitos 
na estrutura cristalina do material, vem sendo bastante utilizado em pesquisa e 
 
3 CAMILO, Ruth Luqueze, Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas de ferrita de cobalto 
recobertas por 3-aminopropiltrietoxissilano para uso como material híbrido em nanotecnologia, 2006. 
4 BIASI, R. S. et al, Síntese de nanopartículas de ferrita de cobalto usando o método sol-gel, [s.l.: s.n.], 2008. 
5 JUNIOR, Janio Venturini, Síntese por Sol-Gel de Ferrita de Cobalto e sua Caracterização Microestrutural e de 
Propriedades Magnéticas, p. 64, 2015. 
Figura 2: Curva de histerese magnética com pontos determinantes para materiais. A curva verde representa materiais 
magneticamente moles, e a curva vermelha representa materiais magnéticos duros 
desenvolvimento de novos materiais, abrindo assim um leque de 
possibilidades de aplicações.6 
Por isso vem se desenvolvendo o uso de diversos materiais que funcionam 
como cargas, alterando as propriedades magnéticas, entre esses se destacam o 
grupo das Ferritas. 7As ferritas são uma classe de materiais magnéticos que 
tem como base o oxido de ferro e um ou mais metais de transição, é 
amplamente utilizada como materiais magnéticos em aplicações de alta e baixa 
frequência. Além disso, diversos tipos de ferrita também demonstraram alta 
atividade catalítica em reações de decomposição de compostos orgânicos.8 
Esse tipo de composto cristaliza normalmente em estruturas do grupo 
espacial do espinélio, onde o ânion O2- forma um sub-retílico cubico de face 
centrada com cátions divalentes A ocupando um oitavo das posições 
tetraédricas e os cátions trivalentes B, metade dos interstícios octaédricos. 
Algumas ferritas se cristalizam de forma invertida, nesse caso os cátions 
mudam de posição onde as posições tetraédricas são agora ocupadas por 
cátions trivalentes, enquanto as octaédricas são ocupadas pelos dois tipos de 
cátion. 
O óxido duplo de ferro e cobalto (Co2+Fe2+3O4) tem atraído considerável 
interesse devido às várias características interessantes apresentadas por este 
composto. Como outras ferritas em geral, o CoFe2O4 apresenta elevada 
estabilidade química e térmica. Entretanto, diferente das ferritas comuns, a 
ferrita de cobalto apresenta coercividades elevadas e uma forte anisotropia 
magnetocristalina (derivada do íon Co2+), que a tornam excelente candidata 
para utilização em ímãs permanentes, meios de gravação e fluidos 
magnéticos.9 
Catalisadores baseados neste material mostraram-se eficazes na oxidação 
de compostos orgânicos comumente encontrados em águas residuais. Seu 
magnetismo inerente também facilita a separação do catalisador da solução 
reagida, visto que essa pode ser feita passando-se um simples ímã pelo reator. 
 
6 DAS, Sukanta et al, Microwave absorption properties of double-layer composites using CoZn/NiZn/MnZn-
ferrite and titanium dioxide, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, v. 377, p. 111–116, 2015. 
7 Ibid. 
8 GAIKWAD, Rajendra S. et al, Cobalt Ferrite Nanocrystallites for Sustainable Hydrogen Production Application, 
International Journal of Electrochemistry, v. 2011, p. 1–6, 2011. 
9 CAMILO, Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas de ferrita de cobalto recobertas por 3-
aminopropiltrietoxissilano para uso como material híbrido em nanotecnologia. 
A ferrita de cobalto também é empregada industrialmente na produção de 
ferrofluidos e meios de gravação, entre outros.1011 
Devido as suas propriedadescatalíticas o Óxido de titânio (TiO2) é 
destaque diversos tipos de aplicação são utilizados como pigmento no 
segmento industrial, por sua capacidade de conferir brancura e opacidade, 
além de servir como refletor de raios UV.1213 Contudo a utilização do mesmo 
como foto catalizador vem se destacando em meio aos pesquisadores, por 
apresentar características favoráveis.14 
Portanto a busca por um compósito, com esses dois elementos, é de fato 
uma proposta interessante e viável visando a aplicação de catalise nos diversos 
tipos de reações, seja para tratamento de efluentes como para reutilização de 
agente catalizador.151617 
 
 
 
10 JUNIOR, Síntese por Sol-Gel de Ferrita de Cobalto e sua Caracterização Microestrutural e de Propriedades 
Magnéticas; BIASI et al, Síntese de nanopartículas de ferrita de cobalto usando o método sol-gel. 
11 SILVA, A L et al, Ferroespinélio Ni-Zn como Catalisador na Esterificação de Materiais Graxos de Baixa 
Qualidade para Produção de Biodiesel, v. 3, n. 2017, p. 212–218, 2018. 
12 SKOCAJ, Matej et al, Titanium dioxide in our everyday life; Is it safe?, Radiology and Oncology, v. 45, n. 4, 
p. 227–247, 2011; WEIR, Alex et al, Titanium Dioxide Nanoparticles in Food and Personal Care Products, 
Environmental Science & Technology, v. 46, n. 4, p. 2242–2250, 2012. 
13 SKOCAJ et al, Titanium dioxide in our everyday life; Is it safe? 
14 LENHARD, D C; TAVARES, C R G; VOLPE, a L S, Aplicada Ao Tratamento De Efluentes Têxteis Em Escala Semi-
Piloto : Avaliação Da Redução De Cor , p. 1–8, 2013. 
15 DAS et al, Microwave absorption properties of double-layer composites using CoZn/NiZn/MnZn-ferrite and 
titanium dioxide. 
16 GAIKWAD et al, Cobalt Ferrite Nanocrystallites for Sustainable Hydrogen Production Application. 
17 LENHARD; TAVARES; VOLPE, Aplicada Ao Tratamento De Efluentes Têxteis Em Escala Semi-Piloto : Avaliação 
Da Redução De Cor ,. 
 
 
2. OBJETIVO 
 
2.1. Objetivo Geral 
 
Esse trabalho tem como objetivo o estudo pratico do comportamento 
magnético dos materiais a fim de servir como avaliação na disciplina de 
Propriedades Cerâmicas no período 2019.2. 
 
2.2. Objetivos Específicos 
 
Breve estudo das características do Óxido de Titânio, e da Ferrita de 
Cobalto. 
Estudar o método de análise magnético em materiais, em especifico, 
método utilizando magnetômetro de amostra vibrante (VMS). 
Identificar e comparar as medidas magnéticas do Óxido de Titânio puro 
com o Óxido de Titânio dopado com Ferrita de cobalto. 
 
3. METODOLOGIA 
 
Utilizou-se de dois materiais para a analise o Óxido de titânio e o composto 
de Óxido de titânio + Ferrita de cobalto, obtido por reação de combustão. 
 A caracterização magnética foi realizada no Laboratório de Ensaios 
Destrutivo e não Destrutivo do Instituto de Engenharia Mecânica da 
Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI). Utilizando um magnetômetro de 
amostra vibrante (VSM), modelo 7404 da Lake Shore, com campo magnético 
máximo aplicado de 13700 G à temperatura ambiente, As características 
magnéticas tais como: magnetização de saturação (Ms), magnetização 
remanente (Mr) e campo coercitivo (Hc) foram obtidos a partir do gráfico das 
histereses, observando-se o comportamento das curvas nas proximidades da 
origem do plano cartesiano. Preparação da amostra: cerca de 0,05g de pó 
peneirado em malha 325 mesh. 
 
Figura 3 : Magnetômetro de amostra vibrante (VSM), modelo 7404 da Lake Shore. 
 
 
4. RESULTADOS E DISCURSÕES 
 
A partir do uso do magnetômetro de amostra vibrante foi possível obter a 
seguinte curva de histerese magnética: 
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
 TiO
2
 TiO
2
 + Ferrita de Cobalto
M
s
 (
e
m
u
/g
)
H (kOe)
 
Figura 4: Curva de histerese magnética para TiO2 puro e TiO2 + Ferrita de cobalto. 
 
 Analisando a curva gerada pela incidência de campo externo na amostra 
de TiO2, é notório que a amostra não apresenta magnetização espontânea tendo 
seu grau de magnetização constante de modulo zero (Ms=0) durante a aplicação 
do campo. Em contrapartida a amostra dopada com Ferrita de Cobalto 
comportou-se como material magnético mole por apresentar magnetização de 
saturação (Ms) na ordem de 18,99 emu/g, magnetização remanente (Mr) em 
torno de 8,69 emu/g e campo coercitivo (Hc) de modulo 5 Oe. 
 Diante ao apresentado pelo experimento a dopagem com ferrita de 
cobalto em óxido de titânio apresentou melhora nas propriedades magnéticas, 
tornando-o um material de fácil magnetização espontânea sendo possível a 
utilização do mesmo em novas aplicações que demandam essa propriedade, 
facilitando a separação do mesmo em meio liquido por exemplo. 
 Apesar disso é necessário futuros estudos para avaliação da influência dos 
demais fatores como influência da composição, temperatura e morfologia, nas 
propriedades magnéticas desse material em especifico, Além de estudos em 
aplicações especificas, como catalizador ou componente de peças eletrônicas. 
 
5. CONCLUSÃO 
 
Conclui-se que, a partir da metodologia utilizada, a presença da ferrita de 
cobalto na estrutura do óxido de titânio afeta as propriedades magnéticas o 
tornando um material magnético espontâneo de fácil magnetização, viabilizando 
assim, a utilização do mesmo em novas aplicações. Por fim foi possível atingir o 
objetivo proposto nesse estudo. Como sugestão é plausível o estudo de 
viabilização do material como agente catalítico. 
 
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
BIASI, R. S.; FIGUEIREDO, A. B. S.; FERNANDES, A. A. R.; et al. Síntese de 
nanopartículas de ferrita de cobalto usando o método sol-gel. [s.l.: s.n.], 2008. 
Disponível em: 
<http://rmct.ime.eb.br/arquivos/RMCT_2_quad_2008/sintese_de_nanoparticu
las.pdf>. 
CALLISTER JR., William D. Callister - Ciência e Engenharia de Materiais, Uma 
Introdução (7a edição). p. 704, 2008. 
CAMILO, Ruth Luqueze. Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas 
de ferrita de cobalto recobertas por 3-aminopropiltrietoxissilano para uso 
como material híbrido em nanotecnologia. 2006. Disponível em: 
<http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/85/85134/tde-27092006-
135110/>. 
DAS, Sukanta; NAYAK, G. C.; SAHU, S. K.; et al. Microwave absorption 
properties of double-layer composites using CoZn/NiZn/MnZn-ferrite and 
titanium dioxide. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, v. 377, 
p. 111–116, 2015. Disponível em: 
<https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304885314009706>
. Acesso em: 5 dez. 2019. 
GAIKWAD, Rajendra S.; CHAE, Sang-Youn; MANE, Rajaram S.; et al. Cobalt 
Ferrite Nanocrystallites for Sustainable Hydrogen Production Application. 
International Journal of Electrochemistry, v. 2011, p. 1–6, 2011. Disponível 
em: <http://www.hindawi.com/journals/ijelc/2011/729141/>. Acesso em: 
5 dez. 2019. 
JUNIOR, Janio Venturini. Síntese por Sol-Gel de Ferrita de Cobalto e sua 
Caracterização Microestrutural e de Propriedades Magnéticas. p. 64, 2015. 
Disponível em: <https://lume.ufrgs.br/handle/10183/148043>. Acesso em: 
5 dez. 2019. 
LENHARD, D C; TAVARES, C R G; VOLPE, a L S. Aplicada Ao Tratamento De 
Efluentes Têxteis Em Escala Semi-Piloto : Avaliação Da Redução De Cor ,. p. 1–8, 
2013. 
SILVA, A L; DANTAS, J; VASCONCELOS, E V; et al. Ferroespinélio Ni-Zn como 
Catalisador na Esterificação de Materiais Graxos de Baixa Qualidade para 
Produção de Biodiesel. v. 3, n. 2017, p. 212–218, 2018. 
SKOCAJ, Matej; FILIPIC, Metka; PETKOVIC, Jana; et al. Titanium dioxide in our 
everyday life; Is it safe? Radiology and Oncology, v. 45, n. 4, p. 227–247, 2011. 
WEIR, Alex; WESTERHOFF, Paul; FABRICIUS, Lars; et al. Titanium Dioxide 
Nanoparticles in Food and Personal Care Products. Environmental Science & 
Technology, v. 46, n. 4, p. 2242–2250, 2012. Disponível em: 
<https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es204168d>. Acesso em: 5 dez. 2019.