Materiais magnéticos

1. Materiais Magnéticos para
Energia e Ambiente
Rodrigo Eberhart
Renato Fernandes
UFABC

3. Energia e Ambiente
●Nanomateriais magnéticos
●Novos materiais magnéticos
●Novas ligas magnéticas
●Pesquisas recentes
●Curiosidades
●Materiais avançados Magnéticos

4. História do Magnetismo

5. O que produz um campo
magnético?

6. Michael Faraday
●Nota comemorativa – Faraday
●Um dos pioneiros dos estudos do
eletromagnetismo

7. James Clerk Maxwell
●Equações de Maxwell - Eletromagnetismo

8. Equações de Maxwell
●4 equações de Maxwell
Rev. Bras. Ensino Fís. vol.32 no.4 São Paulo Oct./Dec. 2010

11. Magnetismo da Terra

12. Magnetismo da Terra
●Protetor da Terra dos raios cósmicos e do
vento solar que seria mortal para os seres vivos
da terra
●Outra importância diz respeito a conservação
da Atmosfera na Terra

13. Visões Populares

14. Forno de Micro-ondas

15. Funcionamento Básico de um
Forno de Micro-ondas
●O Magnetron emite ondas de micro-ondas
direcionadas em linha reta

16. Exemplos de ordenamento
magnético

17. Histerese

18. Domínios Magnéticos

19. Tamanho diferentes e interações

20. SQUID (Superconduting Quantum
Interference Device)

21. Identificação da estrutura
cristalina de um cluster
magnético (difração de nêutrons)

23. Aplicações

28. ●Lâmpadas
●Fluorescentes
●Contém Ítrio e
●Térbio.

29. Aplicações
●Imãs de terras raras
●Neodímio,Samário,Hólmio,Térbio.
●Computadores discos rígidos (Hard disk)
●Turbinas Eólicas (geradores), Neodímio.
●Audio auto falantes/fones de ouvido
●Bicicletas dinâmos
●Motores eletricos com imãs permanentes

30. Aplicações
●Motores lineares (usados nos trens Mag-lev)
●Rolamentos eletrodinâmicos
●Montanhas russas de passeio
●Pickups de guitarra
● Windbelt geração de eletricidade por indução
eletromagnética e vibração aerostásticas.

31. Aplicações
●Nanomateriais magnéticos
●Novos remédios contra o câncer
●Novos materiais para estabilizar nanotubos
de carbono de forma homogênea
●Aplicações na indústria aeroespacial
fuselagem de caças, de transporte e aviões
comerciais (EMBRAER, BOEING, SAAB,
AIRBUS)

32. Fuselagem de caças
●Usa-se nanomateriais com propriedades
magnéticas para estabilizar o material
nanocomposto de forma homogênea, para
melhorar as características do material
avançado.
●Centro de pesquisa em SBC em SP com
pesquisas variadas sobre aviônica avançada e
materiais avançados com a liderança do Prof.
Da UFABC Frank Crespilho, que pesquisará
nanomateriais magnéticos e nanotubos de
carbono na fab. de nanocompósitos.

34. Nanomateriais
●Presentes na Fuselagem de caças avançados,
como o SAAB Gripen, gerando economia de
energia e materiais.
●
●
●

35. Fuselagem

37. Nanomateriais Magnéticos
●Linha recente de pesquisas
●Muito Promissora
●Novos materiais
●Nanomateriais de Ouro, Prata com diferentes
propriedades magnéticas
●Novos materiais nanocompósitos com
nanopartículas magnéticas

38. Aplicações e materiais
envolvidos
●Imã interessante de Neodímio, ferro e boro
(NdFeB) substituindo-se o Nd por Praseodímio
percebe-se aumento de desempenho do imã
depois com a adição de carbeto de titânio (TiC)
●Nanopartículas (TiC) estabilização e
homogenizam o imã em questão para motores
elétricos e inúmeras outras aplicações.
●UFABC, profa. Regina Keiko Murakami

41. Reciclagem de imãs de discos
rígidos patenteada pelo IPT
●Imã feito de liga de Nd-Fe-B usado em HD e
em geradores de turbinas eólicas (imagem
IPT,2011)
●www.inovacaotecnologica.com.br

42. Etapas para reciclagem de
material magnético
●4 etapas:
Reciclagem dos ímãs de neodímio
A técnica de reciclagem de ímãs combina quatro
etapas:
1.hidrogenação;
2.desproporção (transformação da fase
magneticamente dura em outras fases);
3.dessorção (retirada de hidrogênio da
estrutura cristalina do composto
previamente
hidrogenado); e
4.recombinação (obtenção da fase
magneticamente dura com tamanho de grão
inferior ao inicial) em ligas à base de
neodímio-ferro-boro.

43. Artigos importantes
* Microstructure of fine-grained Nd–Fe–B sintered magnets
with high coercivity
H. Sepehri-Amin,a Y. Une,b T. Ohkubo,a K. Honoa,
⇑
and M.
Sagawaba National Institute for Materials Science, Tsukuba
305-0047, Japan
bIntermetallics Co., Ltd., Kyoto 615-8245, Japan
Março 2011

44. Aplicações na área Médica
●Aparelho de Ressonância Magnética por dentro

45. Aparelho Ressonância Magnética

46. LHC

47. HD

48. Materiais Utilizados em HD
●Disprósio, Neodímio, e diversas ligas.
●467 doláres/Kg há oito anos valia 15 U$
●Brasil se quiser aumentar sua participação no
mercado de eletrônicos, terá que investir em
reciclagem e mineração de terras raras.
(Carajás, PA, Minas Gerais), porque os valores
estão aumentando a cada ano.

49. Spintrônica
●Magnetização espontânea
●Cientistas conseguiram otimizar uma
propriedade conhecida como magnetização
espontânea em um dos materiais mais
promissores para o emergente campo da
spintrônica.
●Na spintrônica, os dados digitais são
armazenados nos spins de elétrons individuais,
e não em correntes de elétrons, como na
eletrônica atual.

50. Spintrônica - Materiais
●Ferrita de Bismuto
●Imagem da superfície de uma amostra da ferrita de bismuto
●com duas fases cristalinas - as áreas vermelha e verde
●indicam os dois conjuntos de cristalizações, orientadas a 90
●graus uma em relação à outra. [Imagem: Ramesh group]

51. Arranjo Estrutura da estrutura
cristalina(Romboédrica e
Tetragonal)
Ferrita de Bismuto

52. Spintrônica
Magnetoeletrônicos
A ferrita de bismuto é um material promissor para a
eletrônica, mas que também está chamando a
atenção dos pesquisadores da área de energia solar.
• Películas ferroelétricas oferecem nova rota para a
energia solar
A magnetização espontânea surge em um tipo
específico de cristalização desse composto
multiferroico e pode ser "apagada" com a aplicação
de um campo elétrico. A magnetização é restaurada
quando a polaridade do campo elétrico é invertida

53. Trem com levitação Magnética

54. Trem por Levitação Magnética

55. Levitação Magnética

56. Mecanismo de Levitação
Magnética

57. Supercondutores
●Levitação Magnética

58. Supercondutores

59. Supercondução e efeito Meissner

60. Efeito Meissner

61. Repulsão magnética
●Repulsão de materiais magnéticos

62. Avanço da Tc em
Supercondutores

63. Diamagnético Perfeito e
Supercondutor

64. Efeito Meissner
●A propriedade que distingue um supercondutor (SC)
de um condutor perfeito é o diamagnetismo,que
impede que as linhas de força de um campo
magnético penetrem no material.
● Essa propriedade conhecida como efeito Meissner –
Walther Meissner (1882-1974) dá origem a um dos
fenômenos mais intrigantes -
●Supercondutividade – Levitação Magnética

66. Estrutura de material
supercondutor

67. Supercondutores do Tipo I e II

68. Supercondutividade
●Transporte de corrente elétrica com o mínimo
de perda sem resistência
●Em 1993, o supercondutor com a maior
temperatura crítica era uma cerâmica baseada
nos elementos tálio, cobre, mercúrio, cálcio,
bário e oxigênio com a fórmula
HgBa2Ca2Cu3O8+δ com Tc = 138 K.
●YBCO – óxido de itrio cobre bário YBa2Cu3O7

69. Aplicações dos Supercondutores
●Promissoras aplicações futuras incluem redes inteligentes de
alta performance, transmissão de energia elétrica,
transformadores, dispositivos de armazenamento de energia,
motores elétricos (por exemplo, para propulsão de veículos,
trens maglev), dispositivos de levitação magnética, limitadores
de corrente, os materiais nanoscópicos como as buckyballs,
nanotubos, materiais compósitos e supercondutores
refrigeração magnética. No entanto, a supercondutividade é
sensível aos campos magnéticos em movimento para que os
aplicativos que usam corrente alternada.

70. Heike Kamerlingh-Onnes
●Holandês (1856 – 1926)
●Prêmio Nobel de Física
●1913

71. Supercondutores
●Levitação feita com um solenóide e sem
sofrimento para o “Batráquio” - sapo.
●Ig
●Nobel
●2000

72. Supercondutores – Teoria BCS
Em suma, na teoria BCS, a
atração entre pares de elétrons
mediada por oscilações da rede
cristalina é a responsável pela
supercondutividade. Os pares de
Cooper formam um condensado
que flui sem resistência pelo
material e atua expelindo campos
magnéticos externos fracos,
ocasionando o efeito Meissner.

73. Condutores e Supercondutores

74. Supercondutores
●Túlio ….elementos de terras raras
●E outros elementos que formam materiais
cerâmicos misturados os elementos são
formados óxidos dessas misturas cerâmicas
supercondutoras
●Ti- Titânio,Y- Ytrio, Hg-Mercúrio, Ba-Bário, Nb -
Nióbio, Pb-Chumbo,Sr- Estrôncio, Bi-Bismuto,
Cu – Cobre entre outros elementos.

75. Materiais Supercondutores
●Este novo material é um metal, formado por
uma liga de estrôncio, manganês e bismuto
(SrMnBi2), que se comporta de forma muito
similar ao grafeno, o que abre a possibilidade
de seu uso em conjunto ou como substituto nas
mesmas funções.

76. Materiais Supercondutores
●Mas o que mais está chamando a atenção é a
possibilidade de "dopagem" do SrMnBi2 com
outros elementos, o que poderá criar ímãs
super fortes ou novos materiais
supercondutores de alta temperatura.
●Anisotropic Dirac Fermions in a Bi Square Net of SrMnBi2
●Joonbum Park, G. Lee, F. Wolff-Fabris, Y. Y. Koh, M. J. Eom, Y. K. Kim, M. A. Farhan, Y. J. Jo, C. Kim, J. H. Shim, J.
S. Kim
●Physical Review Letters, vol.107, acessado dia 16/11/2011.

77. Aplicações variadas

78. Aplicações Práticas

79. Necessita de uma grande
infraestrutura
●Mas é viável!

80. Motor de elétrico

81. Materiais de Motores elétricos
●Motores elétricos necessitam de magnetos de
Neodímio e outras ligas.
●Ferramentas elétricas requerem magnetos de
Neodímio e disprósio em seus motores
●Miniaturizados.

82. Gerador de energia

83. Fusão Nuclear
●França ITER, 2018...(Promessas...)

84. Cabo Supercondutor
●3.200 A e 24.000 Volts.....UAU.......!!!!!!
●O efeito foi realizado por espanhóis em 2009...

85. Transmissão de Energia Elétrica
com cabos Supercondutores
●Supercabos de transmissão (Nexan, Hannover)
●Alemanha (2010) 3200A e 24 Kv !

86. Cabos Supercondutores
●Aumentam a eficiência de transmissão de
energia eletrica
●São feitos de materiais variados Férricos,
Sanduichados com cerâmicas
supercondutoras, plásticos especiais, cobre,
aluminio, e outras ligas avançadas.

87. Supercondutor
●Cabo supercondutor
●YBCO, vêm em forma de fita de 1,5
mícron, em cabos mais avançados usam
fitas com uma camada de óxido de cério
( que ajuda a alinhar os cristais),
entremeado com 6 camadas de YBCOde
0,6 mícron.(testado em 2006/07 em NJ
EUA)

89. Turbinas Eólicas
●Materiais compósitos, metálicos, e com ligas
com elementos como o Neodímio.
●No magneto dos aerogeradores podem existir
mais 230 Kg de Neodímio.

90. Imã permanente para motores
elétricos es que aguentam
temperaturas de 200ºC
●Engenheiros Americanos do laboratórios Ame,
descobriram uma liga feita de Ytrio, Neodímio e
disprósio em estruturas cristalinas 2-14-1' que
aumentam a eficiência do Magneto em altas
temperaturas.
●Esta melhoria nos materiais possibilitará carros
híbridos melhores e mais eficientes em
realação a perda de eficiência energética. O
ytrio e o desprósio alteram o coeficiente térmico
deste novo material.

91. Nobel de Física - 2010
●Geim e Novoselov

92. Grafeno

93. GRAFENO
●Única camada monoatômica de átomos de
carbono com inúmeras aplicações;
●Novos compostos eletrônicos, magnéticos,
estruturais
●Efeito Hall anômalo, condutividade de corrente
transversal em um campo magnético
perpendicular, formação de vales quânticos
valetrônica....