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Type: Dissertação
Title: Efeito do tamanho de cristalito no sensor de campo magnético baseado no interferômetro de Mach-Zehnder com nanopartículas
Title in English: Effect of crystallite size on magnetic field sensor based on Mach-Zehnder interferometer with nanoparticles
Authors: Araújo, Matheus Rodrigues
Advisor: Guimarães, Glendo de Freitas
Keywords: Interferômetro de Mach-Zehnder;Fibras ópticas;Ferritas de Níquel
Issue Date: 15-Dec-2021
Citation: ARAÚJO, M. R. Efeito do tamanho de cristalito no sensor de campo magnético baseado no interferômetro de Mach-Zehnder com nanopartículas. 2021. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Materiais, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: Neste trabalho, foi estudado o efeito do tamanho de cristalito em um interferômetro de Mach-Zehnder em fibras ópticas por meio do revestimento de um dos braços sensor com nanopartículas. No interferômetro um sinal óptico é dividido em dois sinais, sendo um sinal para a fibra sensora, revestido com nanopartículas, e outro para a fibra de referência. A vibração das nanopartículas na presença de um campo magnético altera a transmissão do sensor causando desequilíbrio entre os sinais ópticos dos braços do interferômetro. As nanopartículas utilizadas foram as ferritas de níquel (NiFe 2 O 4 ) com tamanhos médios de cristalito de 3,3 nm, 51,9 nm e 74,3 nm. O método sol-gel proteico foi utilizado para a obtenção da ferrita de níquel por permitir bom controle das características da nanoestrutura, especialmente o tamanho dos cristalitos. As nanopartículas foram caracterizadas por fluorescência de raios-X, difração de raios-X, medidas magnéticas de VSM e espectroscopia Mössbauer. Os parâmetros estruturais extraídos da difração de raios-X foram refinados pelo método Rietveld. O tamanho médio dos cristalitos foi determinado pela equação de Scherrer e pelos métodos gráficos de Williamson-Hall e Size Strain Plot, a partir dos valores da largura à meia altura dos picos de difração (FWHM – Full Width at Half Maximum); pelos métodos gráficos de Williamson-Hall e Size Strain Plot foi determinada a microdeformação. O desempenho do sensor magnético foi analisado em relação aos parâmetros de sensitividade, precisão e exatidão para os diferentes tamanhos de nanopartículas. Observou-se que a relação entre a potência de saída e o campo magnético aplicado apresentou linearidade entre 87,6 % e 99,2%. A sensitividade para os diferentes tamanhos de partículas variou entre 1,31 dB/mT e 2,49 dB/mT, mostrando que a sensitividade do sensor aumenta com a magnetização da nanopartícula.
Abstract: In this work, the effect of crystallite size in a Mach-Zehnder interferometer on optical fibers was studied by coating one of the sensor arms with nanoparticles. In the interferometer, an optical signal is divided into two signals, one for the sensor fiber, coated with nanoparticles, and the other for the reference fiber. The vibration of nanoparticles in the presence of a magnetic field alters the sensor transmission causing an imbalance between the optical signals of the interferometer arms. The nanoparticles used were nickel ferrites (NiFe2O4) with mean crystallite sizes of 3.3 nm, 51.9 nm and 74.3 nm. The protein sol-gel method was used to obtain nickel ferrite as it allows good control of the nanostructure characteristics, especially the size of the crystallites. The nanoparticles were characterized by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, VSM magnetic measurements and Mössbauer spectroscopy. The structural parameters extracted from X-ray diffraction were refined by the Rietveld method. The average size of crystallites was determined by the Scherrer equation and by the graphic methods of Williamson-Hall and Size Strain Plot, from the values of the width at half height of the diffraction peaks (FWHM – Full Width at Half Maximum); by the graphic methods of Williamson-Hall and Size Strain Plot, the microdeformation was determined. The performance of the magnetic sensor was analyzed in relation to the parameters of sensitivity, precision and accuracy for different sizes of nanoparticles. It was observed that the relationship between the output power and the applied magnetic field presented linearity between 87.6% and 99.2%. The sensitivity for the different particle sizes ranged between 1.31 dB/mT and 2.49 dB/mT, showing that the sensor sensitivity increases with the magnetization of the nanoparticle.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/66022
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