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Ver el documento (formato PDF)   Ruiz, Mariano Manuel.  "Estudio de compositos magnetoelásticos estructurados. Síntesis y caracterización de partículas magnéticas y conductoras para obtener propiedades de Piezo y Magneto resistencia"  (2016-03-10)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
Se estudiaron propiedades magnéticas, elásticas y eléctricas de compositos magneto-elásticos estructurados. Los mismos están formados por dispersiones de material inorgánico magnético en una matriz orgánica elastómera, preparando el composito en presencia de un campo magnético uniforme. Como material inorgánico se utilizaron agregados formados por nanopartículas magnéticas sobre las cuales se redujo plata metálica, los cuales son simultáneamente magnéticos y conductores eléctricos. El hecho de que sean magnéticos permite alinearlos dentro del medio orgánico fluido cuando se aplica el campo magnético. Este proceso se realiza juntamente con el curado térmico o la evaporación del solvente. La preparación en presencia de campo magnético, mientras la matriz es aún fluida, induce la agregación del material inorgánico en estructuras de tipo cadenas, que se ubican una tras otra en la dirección del campo. Los compositos así obtenidos son magnéticos, conductores de la electricidad y elásticos (pues las matrices utilizadas son polímeros elastómeros). Dichas propiedades son anisotrópicas, pues el sistema está estructurado. Las condiciones de preparación, concentración y naturaleza de las partículas, condiciones de curado y tipo de polímero fueron variadas para obtener compositos con distintas propiedades. La tesis comprendió la síntesis y caracterización de nanopartículas de magnetita y ferritas de cobalto (5-15 nm). El paso posterior consistió en obtener agregados de dichas nanopartículas y plata (Ag) por reducción de Ag+ sobre las nanopartículas obtenidas. De esta forma se obtuvieron micro agregados (1-5 μm) que resultaron conductores óhmicos y magnéticos. Se emplearon distintas técnicas de caracterización química, morfológica, magnética y eléctrica, entre ellas DRX, SAXS, SEM, EDS, TEM, Espectroscopía Mossbauer, VSM, SQUID, FMR, STM, potenciometría, etc. Se utilizaron dos tipos de elastómeros: poli-dimetil-siloxano (PDMS) con distinto grado de entrecruzamiento y goma de estireno-butadieno (SBR, por sus siglas en inglés). En el caso de PDMS se obtuvieron cortes milimétricos cuya superficie se puede mecanizar para obtener conductividad a través de los cortes. El curado térmico con las micropartículas incluidas se realizó en moldes rotantes ubicados entre los polos de un electroimán. En el caso de SBR se obtuvieron películas de 100-150 μm utilizando un dispositivo especialmente diseñado. Los compositos se caracterizaron por FTIR, TGA, RMN, DSC, curvas deformación-tensión, profilometría, etc. Se estudiaron las propiedades de magnetoresistencia y piezoresistencia de los compositos obtenidos, analizando la variación de la conductancia eléctrica con campos magnéticos externos (magnetoresistencia) y con tensiones mecánicas aplicadas (piezoresistencia). Siempre se observó aumentó de la conducción eléctrica al aplicar dichos campos en la dirección de las cadenas formadas en el material. La reversibilidad de las respuestas obtenidas es dependiente del tipo de partícula magnética empleada (superparamagnéticas o ferromagnéticas). Estos aspectos, fundamentales para el diseño de sensores piezo y/o magneto resistivos, son discutidos en la presente tesis.

Abstract:
Magnetic, elastic and electrical properties of magneto-elastic structured composites were studied. They are formed by magnetic inorganic material dispersions in an organic elastomeric matrix, preparing the composite in the presence of a uniform magnetic field. The inorganic material is formed by clusters of magnetic nanoparticles and metallic silver, which are simultaneously magnetic and electrical conductors. These clusters can be aligned within the organic medium when the magnetic field is applied during preparation. This process is performed in conjunction with thermal curing or solvent evaporation. The preparation in the presence of magnetic field, while the array is still fluid, induces aggregation of inorganic material in chain structures, which are located one after another in the direction of the field. The composites thus obtained are magnetic, electrically conductive and elastic (for the matrices used are elastomeric polymers). These properties are anisotropic as the system is structured. The preparation conditions, concentration and nature of the particles, curing conditions and type of polymer were varied to obtain composites with different properties. The thesis includes the synthesis and characterization of nanoparticles of magnetite and cobalt ferrites (5-15 nm). The subsequent step was to obtain aggregates of those nanoparticles and silver (Ag) by reduction of Ag + on the nanoparticles. Thus micro aggregates (1-5 μm) ,which are magnetic and ohmic conductors, were obtained. Several techniques of chemical, morphological, magnetic and electric characterization were used, including XRD, SAXS, SEM, EDS, TEM, Mossbauer spectroscopy, VSM, SQUID, FMR, STM, potentiometry, etc. Poly-dimethyl-siloxane (PDMS) with different degrees of cross-linking, and styrene-butadiene rubber (SBR) were used as elastomers. For PDMS millimetre slides were obtained whose surface was machined to obtain conductivity through the material. Thermal curing was performed (after adding the microparticles) using rotating moulds placed between the poles of an electromagnet. In the case of SBR, films of 100-150 μm were obtained using a specially designed device. The composites were characterized by FTIR, TGA, NMR, DSC, stress-strain curves, profilometry, etc. Magnetoresistance and piezoresistance of the composites were studied by analyzing the change in electrical conductance with external magnetic field (magnetoresistance) and applied mechanical stress (piezoresistance). The electrical conductance increases when applying those fields in the direction of the chains formed in the material. The reversibility of the responses depends on the type of magnetic particle (superparamagnetic or ferromagnetic). These aspects, which are essentials to the design of piezo and / or magneto resistive sensors, are discussed in this thesis.

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Registro:
Título : Estudio de compositos magnetoelásticos estructurados. Síntesis y caracterización de partículas magnéticas y conductoras para obtener propiedades de Piezo y Magneto resistencia     =    Structured magneto-elastic composites. Synthesis and characterization of particles simultaneously magnetic and conductors in order to obtain materials with piezo and magneto resistivity
Autor : Ruiz, Mariano Manuel
Director : Negri, Ricardo Martín
Jorge, Guillermo Antonio
Consejero : Tudino, Mabel
Jurados : Cukiernik, Fabio D.  ; Amalvy, Javier I.  ; Sacanell, Joaquín G.
Año : 2016-03-10
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física
Instituto de Química Física de Materiales, Ambiente y Energia (INQUIMAE)
Grado obtenido : 
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_5929_Ruiz
Idioma : Español
Area Temática : Química / Química de los Materiales
Química / Nanoquímica
Química / Química Física
Palabras claves : COMPOSITOS; ELASTOMEROS; MAGNETISMO; MAGNETO-ELASTOMEROS; MAGNETORESISTENCIA; NANOPARTICULAS; COMPOSITES; ELASTOMERS; MAGNETISM; MAGNETO-ELASTOMERS; MAGNETORESISTANCE; NANOPARTICLES
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