PProprietăţi electrice şi magnetice roprietăţi electrice şi magnetice ale sistemelor de nanoparticule în ale sistemelor de nanoparticule în

câmp de înaltă frecvenţăcâmp de înaltă frecvenţă

I. Mălăescu, C. N. Marin

Universitatea de Vest din Timişoara, Facultatea de Fizică, Bd. V. Pârvan no. 4, 300223 Timişoara, Romania

Universitatea de Vest din TimiUniversitatea de Vest din TimişşoaraoaraFacultatea de FizicFacultatea de Fizicăă

Blvd. V. Pârvan 4Timişoara 300223, Timiş, RomaniaTel/fax +40-(0)256-592108Email: secretary@physics.uvt.rowww.physics.uvt.ro

Centre de cercetareCentre de cercetare

1. Fizica materialelor cristaline (acreditat CNCSIS) Tip B

2. Centru de cercetări în Fizica Teoretică (acreditat CNCSIS)3. Centru de cercetare pentru materiale

inteligente (acreditat CNCSIS)4. Centrul National de Difractometrie cu Raze X-Laboratorul pentru

Determinari Cristalografice

5. Grupul de electronică cuantică

6. Platforma solară

7. Grupul de relativitate numerică

Facultatea de Fizica are o baza de cercetare foarte solidă formată din 3 centre de cercetare:

Director: Prof. Dr.Prof. Dr. Ioan Bica Ioan BicaDirector adj.: Prof. Dr.Prof. Dr. Iosif M Iosif MăăllăăescuescuMembri:Prof. dr. Agneta BalintConf. dr. Cătălin Nicolae MarinConf. dr. Aurel ErcutaConf. dr. Dorina VangheliConf. dr. Costica Caizer Lector dr. Adrian NeculaeLector Nicoleta ŞtefuDrd. Radu TotoreanuDrd. Cecilia ObeadăDrd. Alexandru SaviciSecretar Diana Algayer

Centrul de cercetare Centrul de cercetare pentru pentru MMateriale ateriale IInteligententeligente

DirecDirecţii de cecetare:ţii de cecetare:• Obţinerea caracterizarea şi aplicaţiile fluidelor

magnetoreologice (Prof. dr. Ioan Bica)• Procesarea materialelor în plasmă (Prof. dr. Ioan Bica)• Nanosisteme de particule în câmp electromagnetic

şi aplicaţii (Prof. dr. I. Mălăescu )• Modelarea şi simularea proceselor fizice în sisteme

nano-microstructurate (Lector. dr. A. Neculae)

• Cercetarea sistemelor de tip spinel-magnetice, nanocristaline obţinute din combinaţii complexe hetero-nucleare şi metoda sol-gel

(Conf. dr. C. Caizer)

• Obţinerea, caracterizarea şi aplicaţiile fluidelor magnetoreologice • Procesarea materialelor în plasmă (Prof. dr. Ioan Bica)

• Rezultate:

• 30 articole de specialitate cotate ISI în ultimii 5 ani• 4 contracte de cercetare internationale cu Dubna• 1 Premiu al Academiei (2009)• colaborare internaţionala cu Inha University din Coreea de Sud, prof. Choi, în domeniul, - realizării de nano-microsisteme sub formă de elastomeri magneto-reologici şi suspensii magnetoreologice.

Nanosisteme de particule în câmp electromagnetic şi aplicaţii

Colectiv de cercetare:

Prof. Dr.Prof. Dr. Iosif M Iosif MăăllăăescuescuConf. dr. Cătălin Nicolae MarinConf. dr. Aurel ErcutaLector Nicoleta Ştefu

Doctoranzi:Drd. Radu TotoreanuDrd. Cecilia ObeadăDrd. Alexandru Savici

Studenţi master:Dan MălăescuPetronela BurovCosmina Stan

ObiectiveObiective::

• Studiul rezonanţei feromagnetice şi a proceselor de relaxare în fluide magnetice;

• Investigarea unor proprietăţi microscopice şi macroscopice ale fluidelor magnetice utilizând măsurătorile de rezonanţă feromagnetică;

• Studiul puterii specifice in nanofluide in domeniul microundelor;

• Fenomene de propagare a câmpului electromagnetic in domeniul microundelor; aplicaţii.

• Obţinerea şi caracterizarea de compozite magneto-dielectrice nanostructurate cu indice de refracţie negativ;

• Obţinerea de anvelope inteligente cu absorbţie pronunţată în domeniul microundelor pentru protecţia împotriva poluării electromagnetice

• Obţinerea şi caracterizarea coloizilor magneto-electrici pentru aplicaţii biomedicale.

Analizor de reţea tip N9923A Agilent, 2 MHz - 4 GHz

Analizor de spectru, tip HM 5510 Hameg, 150 kHz - 1 GHz

RLC metru tip E4980A Agilent, 20 Hz - 2 MHz

UTILITĂŢI

• Histeresisgraf, 50Hz, 0.5T• Generatoare de microunde• Linii de măsură cu ghid de undă• Celule de măsură pentru măsurarea parametrilor dielectrici şi magnetici în domeniul 20 Hz – 4 GHz

LISTA LUCRĂRILOR ŞTIINŢIFICE(2006-2011)

1. Articole publicate în reviste de specialitate cotate ISI

1) P. C. Fannin, C. N. Marin, I. Malaescu, N. Stefu, P. Vlăzan, S. Novaconi, S. Popescu, Effect of the concentration of precursors on the microwave absorbent properties of Zn/Fe oxide nanopowders, J. Nanopart. Res. 13 (2011) 311–319

2) P.C. Fannin, C.N. Marin, I. Malaescu, N. Stefu, P. Vlazan, S. Novaconi, P. Sfirloaga, S. Popescu, C. Couper, Microwave absorbent properties of nanosized cobalt ferrite powders prepared by coprecipitation and subjected to different thermal treatments, Materials and Design 32 (2011) 1600–1604

3) P. C.Fannin, I.Malaescu, C. N.Marin, N, Stefu, Microwave propagation parameters in magnetic fluids, Eur. Phys. J. E 29, 299–303 (2009)

4) P. C.Fannin, I.Malaescu, C. N.Marin, N, Stefu, Microwave specific loss power of magnetic fluids subjected to a static magnetic field, Eur. Phys. J. E 27, 145–148 (2008)

5) P. C.Fannin, C. N.Marin, I.Malaescu, N, Stefu, An investigation of the microscopic and macroscopic properties of magnetic fluids, Physica B: Condensed Matter 388 (1-2), pp. 87-92, (2007)

6) P. C.Fannin, I. Malaescu, C. N.Marin, Determination of the Landau-Lifshitz damping parameter of composite magnetic fluids, Physica B: Condensed Matter 388 (1-2), pp. 93-98, (2007)

7) P. C. Fannin, C. N. Marin, I. Malaescu, N. Stefu, Microwave dielectric properties of magnetite colloidal particles in magnetic fluids, J. Phys.: Condensed Matter, 19 (2007) 036104-036111.

8) P.C.Fannin, C.Mac Oireachtaigh, I. Malaescu, C.N.Marin, Investigation of magnetic fluids exhibiting field induced absorption peaks in the susceptibility spectra, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 8 (1), pp. 46-49, (2006)

2. Articole indexate in baze de date internationale

1) P. C.Fannin, I.Malaescu, N, Stefu, C. N.Marin, Polarizing field and particle concentration dependence of the magnetic loss power in ferrofluids, TIM-08, 28-29 November 2008, Timisoara, Romania, AIP Conference Proceedings 1131, Melville New York (2009) 81-85, Editors M. Bunoiu, I. Malaescu

2) P. C.Fannin, N, Stefu, C. N.Marin, I.Malaescu, R. Totoreanu, Ferrofluid microwave devices with magnetically controlled impedances, TIM-09, 27-28 November 2009, Timisoara, Romania, AIP Conference Proceedings 1262, Melville New York (2010) 92-97, Editors M. Bunoiu, I. Malaescu

3) V. A.Serban, I.Malaescu, A. Ercuta, C. N.Marin, N, Stefu, C. Opris, C. Codrean, D. Utu, Magnetic properties of the WC-Co cermet powders, TIM-09, 27-28 November 2009, Timisoara, Romania, AIP Conference Proceedings 1262, Melville New York (2010) 113-117, Editors M. Bunoiu, I. Malaescu

3. Lucrari stiintifice comunicate

a) la conferinţe internaţionale 1) I. Malaescu , C. N. Marin, P. C. Fannin, Investigation of the dynamic properties of magnetic fluids using the

ferromagnetic resonance, 7th International Balkan Workshop on Applied Physics, July 5-7, 2006, Constanta, Romania (Invited lecture)2) P. C. Fannin, C. N. Marin, C. Couper, I. Malaescu, N. Stefu, A Comparative Study of the Field Dependence of the Properties of Colloidal Suspensions of Nanoparticles and of Magnetic Microspheres, PIERS Proceedings, Xi'an, China, March 22-26, 2010

b) la conferinţe naţionale

1). P.C.Fannin, I. Malaescu, C.N.Marin, N. Stefu, Power dissipation in magnetic fluids in microwave range, Physics Conference Tim-06, Timisoara, November 24th- 25th, 2006.

2). P.C.Fannin, I. Malaescu, N. Stefu, C.N.Marin, Dependence on the frequency and magnetic polarizing field of the complex dielectric permittivity of the magnetic fluids in microwave range , Physics Conference Tim-06, Timisoara, November 24th- 25th, 2006.

3) P.C.Fannin, C.N.Marin, I. Malaescu, N. Stefu, The effect of the polarizing magnetic field and of the partial immobilization of particles on the loss power in magnetic fluids, Physics Conference Tim-06, Timisoara, November 24th- 25th, 2006.

4) I. Malaescu, P.C.Fannin, C.N.Marin, N.Stefu, Magnetic and dielectric behaviour of magnetic fluids in electromagnetic field, National Conference on Applied Physics, December 8-9 2006, Iasi, Romania (Invited lecture)

5) I.Malaescu, P.C.Fannin, C.N.Marin, N.Stefu, A study of magnetic fluid hyperthermia with application to the cancer treatment, National Conference on Applied Physics, December 8-9 2006, Iasi, Romania

6) P.C. Fannin, I. Malaescu, C.N.Marin, N. Stefu, Specific loss in magnetic fluids in microwave range, Physics Conference Tim-07, Timisoara, November 23th- 24th, 2007.

7) P.C. Fannin, I. Malaescu, C.N.Marin, N. Stefu, Frequency and field dependence of the electromagnetic field propagation constant in magnetic fluids in microwave range, Physics Conference Tim-07, Timisoara, November 23th- 24th, 2007.

8) P.C. Fannin, I. Malaescu, C.N.Marin, The spectroscopic splitting factor of nanoparticles in magnetic fluids, Physics Conference Tim-07, Timisoara, November 23th- 24th, 2007.

4. Cărţi publicate în edituri recunoscute (cu ISSN sau ISBN):

1) I. Mălăescu, Ferofluide în câmp de radiofrecvenţă, Editura Mirton, Timişoara, 1998, ISBN: 973-578-499-8.

2) I. Mălăescu, “Materiale şi dispozitive electronice în câmp de înaltă frecvenţă”, Editura Eurobit, Timişoara, 2008, ISBN: 978-973-620-391-6

Proiecte de cercetare pe baza de contract/grant

Programul/Proiectul Funcţia Perioada

- Grant de cercetare CERCETARE DE EXCELENTA (CEEX) 2006, cu tema: DEZVOLTAREA CUNOASTERII ASUPRA ELABORARII SI MICROPROCESARII PRIN METALURGIA PULBERILOR A MATERIALELOR NANOSTRUCTURATE PENTRU COMPONENTE MEMS, acronim : PRONANOMAT , beneficiar :  MATNANTECH ; coordonator: Universitatea din Craiova, Faculaltea de Ingineria si Managementul Sistemelor Tehnologice din Drobeta Turnu Severin ; director proiect : prof.dr.ing. Mangra Mihail ; durata finantarii: 2006 - 2008

Responsabil de Proiect (UVT)

Ioan Bica

2006-2008

Subontract CEEX, tip:P-CD, NANO4M nr.561/2005, cu tema: NANOCONTROL SI MULTIFUNCTIONALITATE IN MATERIALE, MICROSTRATURI SI ARHITECTURI CU MEMORIE A FORMEI director de proiect lector dr. Aurel Ercuta, Universitatea de Vest din Timisoara

Responsabil de Proiect (UVT)

Aurel Ercuta

2005-2008

- Programul 4 – Parteneriate in domeniile prioritare (PC), din programul PN2 cu tema TEHNOLOGII INOVATIVE DE OBTINERE PRIN PULVERIZARE TERMICA A MICROSTRATURILOR COMPOZITE DE TIP CERMET ANTICOROZIVE SI ANTIUZARE, PC 2179Universitatea POLITEHNICA Timisoara (UPT), Dir. Prof. Dr. Ing. Viorel-Aurel Serban

Responsabil de Proiect (UVT)

Iosif Malaescu

2007-2010

Colaborare internationala cu prof. P.C. Fannin, de la Trinity College, Dublin, Irlanda, in cadrul proiectului comun de cercetare cu tema:„THE INVESTIGATION, MEASUREMENT ANALYSIS AND APPLICATIONS OF NANO-MICROPARTICLE SYSTEMS” Department of Electrical Engineering, Trinity College, Dublin 2, Ireland, Director Prof. Dr. P. C. Fannin

Responsabil stiintific

din partea UVTIosif Malaescu

2006-2010

Programul 4 – Parteneriate in domeniile prioritare, tip PC 3456, Acronim SENBITE, cu tema: “SINTEZA DE SEMICONDUCTORI NANOSTRUCTURATI PE BAZA DE Bi2Te3 SI Zn4Sb3 DOPATI CU APLICATII IN ENERGETICA CURATA”Coordonator: Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Electrochimie si Materie Condensata Timisoara, Director proiect, CP2 fiz. St. Novaconi

Responsabil de Proiect (UVT)

Iosif Malaescu

2008-2011(in derulare )

Programul 4 – Parteneriate in domeniile prioritare, tip PC 3516, Acronim AAEM, cu tema: „DEZVOLTAREA DE COMPOSITE MAGNETODIELECTRICE NANOSTRUCTURATE PENTRU CREAREA DE ANVELOPE INTELIGENTE CU ABSORBTIE PRONUNTATA A MICROUNDELOR”Coordonator: Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Electrochimie si Materie Condensata Timisoara, Director proiect, CP2 fiz. St. Novaconi

Responsabil de Proiect (UVT)

Catalin Marin

2008-2011(in derulare )

Activitatea de cercetare Activitatea de cercetare din ultimii cinci anidin ultimii cinci ani

Cercetare fundamentală•Rezonanţa feromagnetică

•Procese de relaxare (dielectrică şi magnetică)

Cercetare aplicativă•Parametrii de propagare în

fluide magnetice şi ferite•Absorbanţi electromagnetici

Principalele rezultate

1. Rezonanta feromagnetica1. Rezonanta feromagnetica• Fenomenul de rezonanta feromagnetica in fluidele magnetice, utilizand masuratorile de permeabilitate magnetica Fenomenul de rezonanta feromagnetica in fluidele magnetice, utilizand masuratorile de permeabilitate magnetica complexa, a fost complexa, a fost evidenţiat iniţial evidenţiat iniţial de catre Fanninde catre Fannin.. Existenta fenomenului de rezonanta feromagnetica este indicata prin Existenta fenomenului de rezonanta feromagnetica este indicata prin tranzitia de la o valoare supaunitara la o valoare subunitara a partii reale a permeabilitatii magnetice complexe, tranzitia de la o valoare supaunitara la o valoare subunitara a partii reale a permeabilitatii magnetice complexe, ’(’(),), la la

frecventa de rezonanta frecventa de rezonanta ffresres..

0,5 1 5 60,0

0,5

1,0

1,5MF1 - magnetite particles in kerosene

fmax=5.45 GHzfmax=1.22 GHz fres=5.46 GHz

fres=1.81 GHz

1098765432

1

''

f [GHz]

' '''

1098765432

1

0,5 1 5 60,0

0,2

0,81,01,21,4 MF2 - Mn0.6Fe0.4Fe2O3 particles in kerosene

fmax=5.11 GHzfmax=0.91 GHz

fres=5.12 GHzfres=1.31 GHz

98765

432

72 34 5 6 98'

f [GHz]

' ''

''1

10

1

10

Fig. 1. The plots of the complex permeability of sample MF1 (a) and MF2 (b) as a function of frequency and polarizing field (the polarizing field strengths are approximately: (1) 0 kA/m,(2) 15.23 kA/m, (3) 24.47 kA/m, (4) 35.28 kA/m, (5) 46.18 kA/m, (6) 57.07 kA/m, (7) 68.49 kA/m,(8) 79.33 kA/m, (9) 90.66 kA/m, (10) 102.40 kA/m. [6]

[6] P. C.Fannin, I. Malaescu, C. N.Marin, Determination of the Landau-Lifshitz damping parameter of composite magnetic fluids, Physica B: Condensed Matter 388 (1-2), pp. 93-98, (2007)

Intr-un camp de polarizare puternicIntr-un camp de polarizare puternic parametrul de atenuare parametrul de atenuare αα, din ecuatia Landau-Lifshitz satisface conditia (17) [6] , din ecuatia Landau-Lifshitz satisface conditia (17) [6]

In Eq (1), In Eq (1), fmaxfmax reprezinta frecventa corespunzatoare reprezinta frecventa corespunzatoare maximului dependentei de frecventa a componentei imaginare,maximului dependentei de frecventa a componentei imaginare, ( ())..

17/1/1

2max

2max

res

res

ffff

0 20 40 60 80 100 1200.6

0.7

0.8

0.9

1.0

HA= 48.14 kA/m

MF1 - magnetite in kerosenef max

/f res

H [kA/m]

0 20 40 60 80 100 1200.6

0.7

0.8

0.9

1.0

HA=30.44 kA/m

MF2 - Mn0.6Fe0.4Fe2O4 particles in kerosenef m

ax/f re

s

H [kA/m]

)18(13.01 MF 2 0.127 (19)MF

Cunoasterea Cunoasterea parametrului de atenuare parametrului de atenuare αα, din ecuatia Landau-, din ecuatia Landau-Lifshitz este importanta pentruLifshitz este importanta pentru medii de medii de înregistrare magnetică.înregistrare magnetică.

Pe baza Pe baza măsurătorilor de rezonanţă feromagnetică, se pot determina o serie măsurătorilor de rezonanţă feromagnetică, se pot determina o serie de de parametri macroscopici şi microscopiciparametri macroscopici şi microscopici a aii fluidelor magnetice fluidelor magnetice investigate, aşa cum am arătat în lucrarea investigate, aşa cum am arătat în lucrarea [5] [5] şişi cum se observ cum se observă în tabelul 1.ă în tabelul 1.

[5] P. C.Fannin, C. N.Marin, I.Malaescu, N, Stefu, An investigation of the microscopic and macroscopic properties of magnetic fluids, Physica B: Condensed Matter 388 (1-2), pp. 87-92, (2007)

uunde S1, S2 nde S1, S2 şi S3 sunt fluide magnetice comerciale de tip Isopar M, cu şi S3 sunt fluide magnetice comerciale de tip Isopar M, cu particule coloidale de magnetită (S1); de tip Niparticule coloidale de magnetită (S1); de tip Ni0.50.5ZnZn0.50.5FeFe22OO44 (S2); si de tip (S2); si de tip MnMn0.660.66ZnZn0.330.33FeFe22OO44 (S3). (S3).

0,1 1 40,00

0,05

0,10

0,15

0,20MF1 - magnetite particles in kerosene

FIT EXPERIMENTAL

''

f [GHz]0,1

1

2

3

4MF1 - magnetite in kerosene

FIT EXPERIMENTAL

'

f [GHz]1 4

2. 2. Comportarea dielectrică în domeniul microundelor Comportarea dielectrică în domeniul microundelor [7][7]

Figure 2. Dependenţa de frecvenţă a părţii reale (’) şi imaginare (”) a permitivităţii dielectrice complexe a probeia) b)

[7] P. C. Fannin, C. N. Marin, I. Malaescu, N. Stefu, Microwave dielectric properties of magnetite colloidal particles in magnetic fluids, J. Phys.: Condensed Matter, 19 (2007) 036104-036111.

•Utilizând teoria lui Sillars pentru dielectrici heterogeni (R. W. Sillars, R. W. Sillars, Journal of Journal of Institution of Electrical EngineersInstitution of Electrical Engineers, 80 (1937) 378-394, 80 (1937) 378-394), în aproximaţia bifazică, permitivitatea dielectrică complexă a fluidului magnetic calculată se potriveşte cu cea obţinută experimental [7].

3. Puterea specifi3. Puterea specifică în domeniul microundelor că în domeniul microundelor [4][4]

[4] P. C.Fannin, I.Malaescu, C. N.Marin, N, Stefu, Microwave specific loss power of magnetic fluids subjected to a static magnetic field, Eur. Phys. J. E 27, 145–148 (2008)

undeunde

La o frecvenţă, f(Hz), puterea de disipaţie, p, depinde de câmpul magnetic extern şi prezintă un maxim. Rezultatul obţinut sugerează posibilitatea controlării absorbţiei de energie în microunde a fluidelor magnetice prin intermediul unui câmp magnetic extern aplicat.

4. Parametrii de propagare 4. Parametrii de propagare în în nanosisteme de particule nanosisteme de particule în în

domeniul microundelordomeniul microundelor [1] [2] [1] [2] [3][3]

Într-un mediu omogen şi izotrop, supus acţiunii unui câmp electromagnetic armonic, pornind de la ecuaţiile lui Maxwell rezultă ecuaţia undelor:

Mărimea:

se numeşte constantă de propagare fiind o marime complexă ce se poate scrie sub forma:

Mărimea: se numeşte impedanţa intrinsecă a mediului, unde Z0=377 Ω

Mărimea se numeşte coeficientul de reflexie la suprafata de separarie dintre medii.

------------------------------------------------------------------------------------[1] P. C. Fannin, C. N. Marin, I. Malaescu, N. Stefu, P. Vlăzan, S. Novaconi, S. Popescu, Effect of the concentration of precursors on the microwave absorbent properties of Zn/Fe oxide nanopowders, J. Nanopart. Res. 13 (2011) 311–319

[2] P.C. Fannin, C.N. Marin, I. Malaescu, N. Stefu, P. Vlazan, S. Novaconi, P. Sfirloaga, S. Popescu, C. Couper, Microwave absorbent properties of nanosized cobalt ferrite powders prepared by coprecipitation and subjected to different thermal treatments , Materials and Design 32 (2011) 1600–1604

[3] P. C.Fannin, I.Malaescu, C. N.Marin, N, Stefu, Microwave propagation parameters in magnetic fluids, Eur. Phys. J. E 29, 299–303 (2009)

Cunoaşterea parametrilor de propagare este importantă pentru obţinerea de absorbanţi electromagnetici pentru protecţie împotriva poluării electromagnetice.

Astfel în lucrarea [1], s-a urmărit efectul concentraţiei precursorilor asupra proprietăţilor de absorbant electromagnetic în domeniul microundelor pentru nanopulberi de oxid de Fe-Zn.

x=Fe3+/Zn2+; x(A)=2.8/0.2; x(B)=2.5/0.5; x(C)=1.8/1.2; x(D)=1.5/1.5.

Rezultate in curs de diseminare

• Intra-well relaxation process in magnetic fluids subjected to strong polarising fields

• Studiul relaxarii magnetice si a efectului magneto-vascos in nanofluide magnetizabile

• Nanosisteme de particule in camp electromagnetic

Teme propuse pentru doctoranzi

VĂ MULŢUMESC!