WO2013082685A1

WO2013082685A1 - Material orgânico magnético

Info

Publication number: WO2013082685A1
Application number: PCT/BR2012/000496
Authority: WO
Inventors: Gerson Silva Paiva; Nelson César CHAVES PINTO FURTADO; Carlton Anthony Taft; Antonio Carlos PAVÃO
Original assignee: Universidade Federal De Pernambuco; Centro Brasileiro De Pesquisas Físicas - Cbpf
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2013-06-13

Abstract

Filme Fino Ferromagnético. Patente de Invenção para um ferromagneto que consta de um filme fino de carbono contendo algumas camadas de carbono (1) quimicamente ligado ao polietileno de alta densidade (2), sendo que este último é responsável pela formação de cargas elétricas desemparelhadas responsáveis pelo surgimento do ferromagnetismo do novo material. Na presente disposição, a síntese do material é feita em uma etapa de apenas uma hora, através de uma reação de adição do grafite em pó (fonte de carbono) (1) sobre um pedaço de polietileno de alta densidade (2) a uma temperatura de 60 graus Celsius, numa atmosfera de nitrogénio ou argônio.

Description

MATERIAL ORGÂNICO MAGNÉTICO

Campo da Invenção A presente invenção é aplicada a diversas áreas da engenharia, particularmente onde se exige alta resistência ao impacto, leveza e facilidade de manipulação de materiais que substituam as cerâmicas ferromagnéticas.

Sumário

A invenção apresentada é refere-se a um GRAFITE FERROMAGNÉTICO ou mais precisamente a um grafite capaz de atrair ou ser atraído por ímãs devido ao seu ferromagnetismo adquirido. Foi sintetizado um composto de polímeros de polietileno de alta densidade e grafite (PEAD-C) que apresenta uma forte atração entre este material e um ímã em nitrogénio líquido (LN2). Esta atração oferece suporte a grande presença de fase ferromagnética em filme fino de PEAD-C.

Anterioridades: Estado da Técnica A busca por ferromagnetos orgânicos tornou-se um desafio que tem atraído considerável atenção. Nos últimos anos, com a descoberta de condutores e supercondutores orgânicos e inorgânicos, há grande interesse nas propriedades dos ferromagnetos orgânicos, em que não há íons do tipo que geralmente são magnéticos, como os de ferro e de cobalto. Vários são os materiais orgânicos ditos ferromagnéticos (Patente no US 4335094; Patente no US 4795698) baseiam-se em sólidos cristalinos de pequenas moléculas de radicais, por exemplo N- [(diclorofenil)tio]-2,4,6-triarilfenilaminil, que tem uma transição ferromagnética em 28 Kelvin (Y. Miura, A. Tanaka, K. Hirotsu, J. Org. Chem. 56, 6638 (1991)), sólidos moleculares iónicos, também conhecidos como sais ou complexos de transferência de carga, por exemplo de ferroceno e tetracianoetileno que é ferromagnético em 4,8 Kelvin [J. Miller et al., J.A.CS 109, 3850 (1987); Patente no US 5272238], ou polímeros pi-conjugados (N. ataga, Theor. Chim. Acta 10, 372 (1968)).

A Patente US 2010/0003530 relata a obtenção de compósitos formados pela interação de nanoplacas de grafite e nanoparticulas de metais. Estas últimas é que fornecem a propriedades magnéticas às nanoplacas de grafite, como atração (no caso de nanoparticulas de metais ferromagnéticos, como o ferro) ou repulsão do mesmo (no caso de nanoparticulas de metais diamagnéticos, como o cobre e o bismuto). Por outro lado, obteve-se {IV Mostra de Pesquisa da Pós-Graduação - PUCRS, 2009) nanocompositos de nanolaminas de grafite com as cadeias poliméricas de polipropileno sintetizadas entre as nanolâminas de grafite por processo de polimerização in situ. Em ambos os compósitos foram criados a partir de reagentes nano-estruturados como nanoparticulas de grafite e de metais ou polimerização in situ.

Problemas e Limitações do Estado da Técnica

Os principais problemas apresentados são o alto custo de produção e a necessidade de aparelhos especiais e difíceis de usar para sintetizá-los. Obietivos da Invenção

O objetivo da presente invenção é apresentar um material ferromagnético formado de polímero (seja ele pi-conjugado ou não) e carbono (grafite), devendo resolver alguns problemas de peso excessivo e custos de produção apresentados no estado da técnica atual dando um melhor resultado em relação ao custo-benefício.

Solução O ato inventivo relacionado a presente invenção é a presença de ferromagnetismo na temperatura do nitrogénio líquido e a fácil obtenção do mesmo material. Isso faz com que o custo-benefício seja melhor para o presente material que dá uma vantagem em comparação ao estado da técnica atual. Este efeito é inédito, pois se observa ferromagnetismo intrínseco na junção polímero-carbono (grafite), sendo o ato inventivo pedido aqui.

Vantagens

Existem algumas vantagens em se usar a invenção apresentada são elas grande leveza e flexibilidade, baixos custos, além de outros benefícios, grande facilidades de obtenção e outras vantagens em relação aos pesados matérias ferromagnéticos atualmente existentes.

A novidade e o efeito técnico alcançado

Resumindo a novidade da presente invenção é apresentar um material híbrido composto de polímero e carbono com propriedade ferromagnética que totalmente inédita.

Descrição das Figuras

Figura 1 representa uma possível estrutura do material híbrido magnético, antes e após a adsorção do grafite em pó pelo polietileno de alta densidade, com:

• 1 - Afundamento (adsorção) de partículas de grafite;

• 2 - Polietileno aquecido;

• 3 - Grafite em pó;

• 4 - Polietileno;

• 5 - Polietileno resfriado.

Figura 2 representa a interação dos átomos que compõe o presente material no nível de estrutura molecular, sendo:

• 1 - Camadas de Carbono;

• 2 - Polietileno de Alta Densidade.

Figura 3 representa as rupturas nas ligações "pi" (ligações fracas e suscetíveis a quebras) entre átomos de carbono do grafite e de carbono do polietileno de alta densidade fazem com que surjam elétrons desemparelhados (ou livres) para resultar em "defeitos de ligações" e, consequentemente, em magnetismo devido ao Spin dos elétrons "pi". Os tais ligações "pi" durante o processo de aquecimento (80 Graus Celsius), onde:

• 1 - Átomo livre do polietileno;

• 2 - Átomo livre do grafite. Descrição Detalhada

A invenção refere-se a material híbrido composto de polímero e carbono com propriedade ferromagnética. Uma maneira geral de fazer o experimento é utilizando grafite em pó (350 a 450 Mesh) posto de maneira uniforme sobre o polietileno de alta densidade que se encontra sobre uma placa de vidro Pyrex (vidro com alta resistência a variação de temperatura) e induzindo uma reação a uma temperatura ambiente de 20 a 35 graus Celsius colocando-o 55 a 65 minutos depois em um dessecador contendo uma atmosfera de nitrogénio ou argônio a uma pressão de 0,005 a 0,015 atm, depois põe-se o produto resultante em uma estufa a temperatura de 75 a 85 graus Celsius retirando-o após 55 a 65 minutos e finaliza-se retirando o produto do dessecador obtendo-se o material orgânico magnético com o excesso do grafite sendo retirado por um aspirador de pó de 1500 a 2500 Watts, com duração de 5 a 15 minutos.

Sendo uma forma particular usar grafite em pó com 400 mesh, a temperatura ambiente ser 27 graus Celsius, a duração do dessecador ser de 60 minutos, a uma pressão de 0,01 atm, a temperatura da estufa ser de 80 graus Celsius, sendo retirado após 60 minutos, utilizar um aspirador de pó de 2000 Watts, com duração de 10 minutos.

Pode-se também implementar com diferentes tipos de polímeros dotados de ligações "Pi-conjugadas" misturados a partículas de carbono (grafite). Foram feitas as seguintes experiências com os seguintes resultados: O polímero-carbono foi atraído pelo ímã de neodímio à temperatura do nitrogénio líquido, com atração considerável em relação ao magnetismo do ímã.

A tabela 1 mostra que os resultados acima podem ser quantificados.

Os resultados são a presença de ferromagnetismo em baixas temperaturas (do nitrogénio líquido). Como proposta tem-se ferromagnetismo a partir de material sem propriedades ferromagnéticas, como o polímero e o grafite.

Assim, a invenção acrescenta ferromagnetismo em uma amostra de uma mistura de polímero conjugado (ou não) e carbono (grafite).

Avaliando-se o mercado mundial para a invenção, verifica-se que a mesma terá inúmeras aplicações, por exemplo, em materiais de uso aeroespacial por serem leves em relação aos outros matérias ferrosos já existentes (que são ferromagnéticos, mas apresentam elevada massa) e de serem flexíveis e moldáveis por terem polímero em sua composição. Isso facilita o seu transporte em naves de missões espaciais.

Claims

REIVINDICAÇÃO

1. MATERIAL ORGÂNICO MAGNÉTICO, composto por um filme fino com propriedades magnéticas, caracterizado por ser um filme proveniente da adição de carbono em um polietileno de alta densidade.

2. MATERIAL ORGÂNICO MAGNÉTICO, conforme reivindicação 1, caracterizado pelo filme conter camadas de carbono quimicamente ligado a um polietileno de alta densidade.

3. MATERIAL ORGÂNICO MAGNÉTICO, conforme reivindicação 1 e 2, caracterizado pelas camadas de carbono serem provenientes de grafite em pó.

4. MATERIAL ORGÂNICO MAGNÉTICO, conforme reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado pela adição do grafite sobre o polietileno de alta densidade ocorrer em atmosfera de argônio ou nitrogénio.

5. MATERIAL ORGÂNICO MAGNÉTICO, conforme reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado pela amostra de polietileno de alta densidade com camadas de carbono passar por uma estufa e um dessecador.

6. PROCESSO PARA OBTENÇÃO DO MATERIAL ORGÂNICO MAGNÉTICO, conforme reivindicação 1, caracterizado pelo grafite em pó (350 a 450 Mesh) ser posto de maneira uniforme sobre o polietileno de alta densidade que se encontra sobre uma placa de vidro Pyrex e induzindo uma reação a uma temperatura ambiente de 20 a 35 graus Celsius colocando-o 55 a 65 minutos depois em um dessecador contendo uma atmosfera de nitrogénio ou argônio a uma pressão de 0,005 a 0,015 atm, depois põe-se o produto resultante em uma estufa a temperatura de 75 a 85 graus Celsius retirando-o após 55 a 65 minutos e finaliza-se retirando o produto do dessecador obtendo-se o material orgânico magnético com o excesso do grafite sendo retirado por um aspirador de pó de 1500 a 2500 Watts, com duração de 5 a 15 minutos.

7. PROCESSO PARA OBTENÇÃO DO MATE RI AÇ ORGÂNICO MAGNÉTICO, conforme reivindicações 1 e 6, caracterizado pelo grafite em pó ter 400 mesh, a temperatura ambiente ser 27 graus Celsius, a duração do dessecador ser de 60 minutos, a uma pressão de 0,01 atm, a temperatura da estufa ser de 80 graus Celsius, sendo retirado após 60 minutos, utilizar um aspirador de pó de 2000 Watts, com duração de 10 minutos.