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Sep 21, 2023

Papel magnetostritivo negativo formado pela dispersão de partículas de CoFe2O4 em nanofibrilas de celulose

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6144 (2023) Citar este artigo 505 Acessos 1 Detalhes da Métrica Altmétrica Os polímeros são frequentemente combinados com materiais magnetostritivos para melhorar sua

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 6144 (2023) Citar este artigo

505 Acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Os polímeros são frequentemente combinados com materiais magnetostritivos para aumentar a sua resistência. Este estudo relata um papel composto à base de nanofibrila de celulose (CNF) contendo partículas dispersas de CoFe2O4 (CNF – CoFe2O4). Além de transmitir magnetização e magnetostrição, a incorporação de partículas de CoFe2O4 diminuiu a resistência à tração e aumentou o alongamento à fratura do papel compósito CNF – CoFe2O4. O CNF foi responsável pelas propriedades de tração do papel compósito CNF – CoFe2O4. Consequentemente, as propriedades magnéticas e magnetostritivas e as propriedades de tração do papel compósito CNF-CoFe2O4 podem ser controladas alterando a proporção de mistura de partículas de CNF e CoFe2O4.

Para aliviar a crise energética global e a poluição ambiental, muitos investigadores estão a explorar tecnologias energéticas alternativas que extraem energia do ambiente (por exemplo, vibrações mecânicas)1,2,3. Quando o fornecimento de energia ambiente é limitado, os dispositivos de captação de energia piezoelétrica geram energia suficiente para dispositivos específicos, como sensores da Internet das Coisas4. Para este propósito, materiais piezoelétricos, compósitos e dispositivos têm sido ativamente pesquisados5,6,7,8,9,10,11 e seus desempenhos de captação de energia vibratória foram avaliados.

Materiais magnetostritivos podem deformar-se sob um campo magnético externo12. O efeito magnetostritivo foi descrito pela primeira vez por James Prescott Joule em 184213. Ele relatou que o ferro, um material ferromagnético, muda sua dimensão em resposta a um campo magnético. Desde então, os pesquisadores desenvolveram vários materiais magnetostritivos, como ligas Tb – Dy – Fe (terfenol-D), ligas Fe – Ga (galfenol), ligas Fe – Co e CoFe2O4 (ferritas de cobalto) . ,18. Materiais magnetostritivos, compósitos e dispositivos também estão atraindo atenção no campo de captação de energia19,20,21,22,23,24. Terfenol-D e galfenol são ligas magnetostritivas gigantes bem conhecidas, apresentando boas propriedades magnetostritivas à temperatura ambiente, mas são frágeis e caras .

Para superar a fragilidade dos materiais magnetostritivos, muitos pesquisadores dispersaram partículas magnetostritivas através de uma matriz polimérica, formando compósitos poliméricos magnetostritivos (MPCs) . Sob um campo magnético externo, as partículas magnetostritivas deformam-se e exercem uma força sobre a matriz polimérica, deformando todo o compósito. O equilíbrio é alcançado equilibrando as tensões geradas nas partículas magnetostritivas e na matriz polimérica, resultando na deformação geral do MPC. Os MPCs são potencialmente aplicáveis ​​à detecção de corrente e tensão, amortecimento de vibrações, atuação, monitoramento de saúde e aplicações biomédicas. Além disso, são mais fáceis de fabricar com a geometria necessária do que as ligas magnetostritivas gigantes mencionadas acima. Estudos anteriores sobre MPCs relataram partículas de terfenol-D26 e partículas de galfenol27 dispersas através de uma matriz de resina epóxi (compósitos terfenol-D/epóxi e galfenol/epóxi, respectivamente), partículas de liga Fe-Co dispersas através de uma matriz de poliuretano (Fe-Co/PU compósitos)28 e vários outros29,30. Valores positivos de magnetostrição de 1600, 360 e 70 ppm foram relatados em terfenol-D/epóxi, galfenol/epóxi e Fe-Co/PU, respectivamente. No entanto, os MPCs com efeito magnetostritivo negativo foram investigados apenas em pequeno grau. Nersessian et al.31 relataram magnetostrições de saturação de -24 e -28 ppm em compósitos de níquel ocos e sólidos, respectivamente. Da mesma forma, Ren et al.32 relataram magnetostrição negativa em compósitos pseudo-1-3 Sm0.88Dy0.12Fe1.93 ligados a polímero.

Recentemente, os dispositivos à base de papel e celulose ganharam cada vez mais atenção33 porque o papel é de baixo custo (~ 0,005 $/m2), biocompatível, ecológico, 100% reciclável e mais extensível do que outros dispositivos flexíveis à base de polímeros34. A fibra de celulose é barata, de base biológica, biodegradável, não perigosa, reciclável e de baixa densidade35. As nanofibrilas de celulose (CNFs), em particular, apresentam excelente resistência, rigidez e tenacidade36 e espera-se que sejam utilizadas como fibras de reforço37,38,39,40,41,42,43.