Desenvolvimento de material ferrimagnético do tipo NiFe2O4 para aplicação em sistemas de comunicação de micro-ondas

Due the need to develop new wireless technologies, the researches involving communication devices has become intense, mainly in characteristics like device miniaturization and reconfigurability. With this objective, this work presents a proposal for the development of ferrimagnetic compounds aimi...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Silva, Isaac Barros Tavares da
Outros Autores: D'Assunção, Adaildo Gomes
Formato: doctoralThesis
Idioma:pt_BR
Publicado em: Brasil
Assuntos:
Antenas de ressoadores ferrimagnéticos
Antenas de ferrita
Ferrita de níquel
Dielétricos magnéticos
Metalurgia do pó
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28471
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Silva, Isaac Barros Tavares da
Desenvolvimento de material ferrimagnético do tipo NiFe2O4 para aplicação em sistemas de comunicação de micro-ondas
description Due the need to develop new wireless technologies, the researches involving communication devices has become intense, mainly in characteristics like device miniaturization and reconfigurability. With this objective, this work presents a proposal for the development of ferrimagnetic compounds aiming their application in wireless communication devices. The project was performed starting at the nickel ferrite (NiFe2O4) through Sol-Gel modified by ICR technique. A calcination process was applied to eliminate organic compounds from Sol-Gel, as the large particle size production, over 300 nm. The calcination was performed at 1100 °C, for ten hours, with 10 °C/min step. The obtained particles were characterized by SEM, XRD and EDS. Magnetic behavior (hysteresis loop) was also obtained, as complex electric permittivity parameter. All performed morphological characterization were applied in a study of Sol-Gel process efficiency, according to nitrate concentration on chitosan matrix. The nitrate concentration was modified to verify which concentration promote better process efficiency, so that 120 g/L concentration could be verified as the more suitable for a high-quality product. Posteriorly, one of the proposed devices was manufactured: ferrite powder encapsulated with low permittivity wood material, aiming FRA application. Electric characterization was performed in all four types of applied woods. Reflection coefficient was determined and discussed. Then, ferrite bulk materials were manufactured using a 15-ton uniaxial press with propanone binding agent, followed by heating process before sintering. This process was performed with same temperature parameters of the powder production, aiming to not change microscopical characteristics. Electric characterization of ferrite bulk was performed and its application as microstrip patch antenna substrate and FRA was verified. Magnetic permeability was estimated based on previous papers characterization of NiFe2O4 powder. With electric characterization, simulations of FRA, with three different types of excitation, and proposed antennas was performed by HFSS software, using FEM method and the reflection coefficient was experimentally determined to validate the simulations. The experimental results presented good agreement with all performed process of production and characterization, reaching a 0.82% error in resonance frequency based on simulated results. The nickel ferrite potential as FRA and microstrip patch antenna is evidenced along the results discussion, being possible to expand the applications possibilities in other electrical engineering fields.
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The project was performed starting at the nickel ferrite (NiFe2O4) through Sol-Gel modified by ICR technique. A calcination process was applied to eliminate organic compounds from Sol-Gel, as the large particle size production, over 300 nm. The calcination was performed at 1100 °C, for ten hours, with 10 °C/min step. The obtained particles were characterized by SEM, XRD and EDS. Magnetic behavior (hysteresis loop) was also obtained, as complex electric permittivity parameter. All performed morphological characterization were applied in a study of Sol-Gel process efficiency, according to nitrate concentration on chitosan matrix. The nitrate concentration was modified to verify which concentration promote better process efficiency, so that 120 g/L concentration could be verified as the more suitable for a high-quality product. Posteriorly, one of the proposed devices was manufactured: ferrite powder encapsulated with low permittivity wood material, aiming FRA application. Electric characterization was performed in all four types of applied woods. Reflection coefficient was determined and discussed. Then, ferrite bulk materials were manufactured using a 15-ton uniaxial press with propanone binding agent, followed by heating process before sintering. This process was performed with same temperature parameters of the powder production, aiming to not change microscopical characteristics. Electric characterization of ferrite bulk was performed and its application as microstrip patch antenna substrate and FRA was verified. Magnetic permeability was estimated based on previous papers characterization of NiFe2O4 powder. With electric characterization, simulations of FRA, with three different types of excitation, and proposed antennas was performed by HFSS software, using FEM method and the reflection coefficient was experimentally determined to validate the simulations. The experimental results presented good agreement with all performed process of production and characterization, reaching a 0.82% error in resonance frequency based on simulated results. The nickel ferrite potential as FRA and microstrip patch antenna is evidenced along the results discussion, being possible to expand the applications possibilities in other electrical engineering fields. Devido a crescente necessidade de desenvolver novas tecnologias para as comunicações sem fio, as pesquisas envolvendo os dispositivos de comunicação têm se tornado intensas, principalmente nas características de miniaturização e reconfiguração dos dispositivos de irradiação. Neste contexto, este trabalho propõe o desenvolvimento de materiais ferrimagnéticos visando sua aplicação em dispositivos de comunicação sem fio. O projeto foi desenvolvido partindo da produção de ferrita de níquel (NiFe2O4) através da Técnica Sol-Gel modificada por RCI. O processo de calcinação foi aplicado para eliminação de compostos orgânicos provenientes da Sol-Gel, bem como para obtenção de partículas de diâmetro relativamente elevado, acima de 300 nm. A temperatura de calcinação foi de 1100 °C, durante dez horas, com rampa de 10 °C/min. O cristalito obtido foi caracterizado através da MEV, DRX e EDS. Comportamento magnético do cristalito também foi obtido através do levantamento de sua curva de histerese, bem como sua caracterização elétrica através da determinação da obtenção da permissividade complexa. Todas as caracterizações morfológicas foram aplicadas a um estudo envolvendo a eficiência do processo Sol-Gel utilizado de acordo com a variação da concentração de nitratos utilizados para produzir a ferrita de níquel. Esse estudo teve como objetivo principal a verificação de qual concentração de nitratos é mais eficiente para uma produção em grande quantidade, sendo possível constatar, entre os valores utilizados, que a concentração de 120 g/L promove uma produção mais eficiente e com mais qualidade. Posteriormente, um dos dispositivos desenvolvidos se deu a partir da utilização do cristalito caracterizado em protótipo de encapsulados de baixa permissividade, utilizando madeira de lei, para sua aplicação como FRA. As madeiras utilizadas foram caracterizadas eletricamente para análise de sua influência junto às partículas de ferrita. O parâmetro coeficiente de reflexão foi determinado e discutido, sendo possível observar o potencial do material produzido na aplicação em DRA. Em seguida, foram confeccionadas pastilhas através de compactação do pó de ferrita por prensa uniaxial a 15 toneladas com ligante propanona, seguidas por aquecimento antes da sinterização. Este processo foi realizado com os mesmos parâmetros de temperatura da produção dos pós, com objetivo de não alterar o tamanho dos grãos. A caracterização elétrica das pastilhas foi realizada para sua aplicação como substrato em antenas de microfita e FRA. A permeabilidade das pastilhas foi estimada com base em trabalhos de caracterização do pó de NiFe2O4. Com a caracterização elétrica, foram realizadas simulações das FRA, em três diferentes tipos de excitação, e antenas propostas no software HFSS, através do método FEM e medições do coeficiente de reflexão para fins de validação dos resultados simulados. Os resultados experimentais se mostraram condizentes com a caracterização e simulações realizadas, chegando a apresentar erro de apenas 0,82% em relação a frequência de ressonância das simulações. O potencial da ferrita de níquel nas aplicações de FRA e como substrato em antenas de microfita é bem evidenciado nas discussões dos resultados, sendo possível expandir sua possibilidade de aplicação a outras áreas da engenharia elétrica. 2020-02-11T20:01:46Z 2020-02-11T20:01:46Z 2019-12-16 doctoralThesis SILVA, Isaac Barros Tavares da. Desenvolvimento de material ferrimagnético do tipo NiFe2O4 para aplicação em sistemas de comunicação de micro-ondas. 2019. 118f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019. https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/28471 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO

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