Cientistas da UFPB criam ferritas em nanopartículas para indústrias de ponta

Cientistas da Universidade Federal da Paraíba (UFPB) desenvolveram ferritas de cobre, cobalto e níquel para aplicação em indústrias de ponta. Esses materiais cerâmicos são versáteis, multifuncionais e ecologicamente corretos e poderão ser úteis na produção de dispositivos magnéticos para armazenamento de informações e para transporte e liberação de fármacos, com atividade antimicrobiana, para fotocatálise, para supercapacitores e para catalisadores eletroquímicos.

“Tem sido cada vez mais importante otimizar os processos de obtenção de materiais para diversos fins, tendo em vista que o avanço tecnológico tem exigido processos e produtos cada vez mais versáteis, multifuncionais e ecologicamente corretos”, explica Luciena Ferreira, egressa do curso de doutorado do Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da UFPB.

O uso efetivo desses materiais, no entanto, ainda não é uma realidade no Brasil, mas, de acordo com Luciena Ferreira, estudos apontam para o potencial uso comercial deles no mundo, ainda que em escala de teste, principalmente para usos em dispositivos de conversão e armazenamento de energia.

Luciena Ferreira explica que cerâmicas são uma classe de materiais constituídos por elementos químicos metálicos e não metálicos que, na maioria das vezes, possuem ligações de natureza iônica. Os óxidos fazem parte dessa classificação.

Cerâmicas magnéticas, por sua vez, são constituídas por uma mistura de óxidos dentre os quais devem estar os óxidos que possuem propriedades magnéticas. No caso das ferritas, estes materiais devem ter o óxido de ferro em sua composição.

“As ferritas são versáteis e multifuncionais por apresentarem uma fórmula química que permite dopagens (adição de impurezas químicas de forma intencional e controlada), além de serem materiais que apresentam estabilidade química, térmica e estrutural, condutividade elétrica, propriedades magnéticas e eletroquímicas”, destaca a cientista da UFPB.

A análise das propriedades magnéticas das ferritas desenvolvidas pelos pesquisadores da UFPB evidenciou o comportamento ferrimagnético característico desse tipo de material cerâmico. Com relação às propriedades hipertérmicas, os resultados dos experimentos mostraram que as amostras possuem propriedade de magnetohipertermia (aquecimento por exposição a campo magnético externo). As amostras de ferritas de cobre, cobalto e níquel também apresentaram um comportamento eletroquímico considerável para fins de uso em dispositivos de armazenamento de energia.

Na prática, isso significa que as ferritas obtidas podem ser usadas em aplicações que exigem comportamento magnético, tais como dispositivos magnéticos para armazenamento de informações, absorvedores de micro-ondas, dispositivos de spintrônica e, por gerarem aquecimento quando expostas a um campo magnético externo, podem ser usadas para aplicações em terapia de câncer através de magnetohipertermia.

Da mesma forma, as propriedades eletroquímicas, no caso deste estudo, sugerem que estes materiais podem ser usados como dispositivos de armazenamento de energia (supercapacitores) e dispositivos de conversão de energia, como eletrocatalisadores em solução alcalina, gerando gás oxigênio ou gás hidrogênio.

A obtenção das ferritas se deu através do método sol-gel proteico, que se diferencia pelo uso de agentes polimerizantes naturais, tais como a gelatina convencional, de origem animal, e o agar-agar, microalga que possui propriedade espessante, gelificante e estabilizante, sendo este último a inovação do estudo.

Conforme Luciena Ferreira, o método sol-gel existe há mais de um século e consiste na formação de uma rede inorgânica obtida via reações de polimerização, a partir da dispersão de fontes de metais (nitratos, citratos) em uma solução de água e polimerizante, seguida pelos processos de hidrólise, gelatinização, remoção de resíduos orgânicos e água dos poros do gel e densificação do gel seco, ambos por tratamento térmico, que pode levar à formação de materiais de forma muito versátil, desde porosos a densos, seja na forma de pó, fibra ou filme. O método sol-gel proteico é uma variação do método sol-gel tradicional, no qual se faz uso de precursores orgânicos, tais como a gelatina convencional, a água de coco e o agar-agar.

A pesquisa foi realizada em laboratórios do Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da UFPB, especificamente no Laboratório de Materiais Cerâmicos e no Laboratório de Solidificação Rápida, entre 2016 e 2019. Envolveu alunos de mestrado e doutorado, além de laboratórios parceiros do Programa de Pós-Graduação em Física e em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

A execução dos experimentos foi feita em quatro etapas: estudo de viabilidade do método de síntese usando agar-agar como agente polimerizante; processo de síntese para obtenção das amostras; caracterização das amostras obtidas para avaliação da efetividade do método; avaliação das propriedades magnéticas, hipertérmicas e eletroquímicas dos materiais obtidos.

Foram muitos os envolvidos no desenvolvimento do estudo. Além de Luciena Ferreira, sob orientação do professor da UFPB Daniel Macedo e coorientação de Marco Torres, da UFRN, contou ainda com a colaboração direta dos pesquisadores Thayse Ricardo da Silva, Vinícius Dias da Silva e Rafael Raimundo.

A pesquisa foi financiada pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes).

Gerou uma patente que foi depositada junto ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (Inpi), que tem como título “Processo de produção de nanopartícula de óxidos metálicos via método sol-gel proteico utilizando agar-agar como agente polimerizante”, de código BR1020180115006.

Os resultados do desenvolvimento de ferritas em nanopartículas para indústrias de ponta foram publicados por cientistas da UFPB nos periódicos Materials Chemistry and Physics e Advanced Powder Technology, este último com um artigo e depois com outro trabalho.