P roprietăţi electrice şi magnetice ale sistemelor de nanoparticule în câmp de înaltă frecvenţă

1. Proprietăţi electrice şi magnetice ale sistemelor de nanoparticule în câmp de înaltă frecvenţă I. Mălăescu, C. N. Marin Universitatea de Vest din Timişoara, Facultatea de Fizică, Bd. V. Pârvan no. 4, 300223 Timişoara, Romania

2. Universitatea de Vest din Timişoara Facultatea de Fizică Blvd. V. Pârvan 4 Timişoara 300223, Timiş, RomaniaTel/fax +40-(0)256-592108 Email: secretary@physics.uvt.ro www.physics.uvt.ro

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

4. Centrul de cercetare pentru Materiale Inteligente • Direcţii de cecetare: • Obţinerea caracterizareaşi 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) Director:Prof. Dr. Ioan Bica Director adj.:Prof. Dr. Iosif Mălăescu Membri: Prof. dr. Agneta Balint Conf. dr. Cătălin Nicolae Marin Conf. dr. Aurel Ercuta Conf. dr. Dorina Vangheli Conf. dr. Costica Caizer Lector dr. Adrian Neculae Lector Nicoleta Ştefu Drd. Radu Totoreanu Drd. Cecilia Obeadă Drd. Alexandru Savici Secretar Diana Algayer

5. Obţinerea,caracterizareaşi aplicaţiile • fluidelor magnetoreologice • Procesarea materialelor în plasmă • (Prof. dr. Ioan Bica) • Rezultate: • 30 articolede 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.

6. Nanosisteme de particule în câmp electromagnetic şi aplicaţii • Obiective: • 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. Colectiv de cercetare: Prof. Dr. Iosif Mălăescu Conf. dr. Cătălin Nicolae Marin Conf. dr. Aurel Ercuta Lector Nicoleta Ştefu Doctoranzi: Drd. Radu Totoreanu Drd. Cecilia Obeadă Drd. Alexandru Savici Studenţi master: Dan Mălăescu Petronela Burov Cosmina Stan

7. UTILITĂŢI Analizor de spectru, tip HM 5510 Hameg, 150 kHz - 1GHz RLC metru tip E4980A Agilent, 20 Hz - 2 MHz Analizor de reţea tip N9923A Agilent, 2 MHz - 4 GHz • 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

8. 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)

9. 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.

10. 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

11. Proiecte de cercetare pe baza de contract/grant

13. Principalele rezultate 1. Rezonanta feromagnetica • Fenomenul de rezonanta feromagnetica in fluidele magnetice, utilizand masuratorile de permeabilitate magnetica complexa, a fost evidenţiat iniţial de catre Fannin. 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, ’(), la frecventa de rezonanta fres. 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)

14. Intr-un camp de polarizare puternic parametrul de atenuare α, din ecuatia Landau-Lifshitz satisface conditia (17) [6] In Eq (1), fmax reprezinta frecventa corespunzatoare maximului dependentei de frecventa a componentei imaginare, ().

15. Cunoasterea parametrului de atenuare α, din ecuatia Landau-Lifshitz este importanta pentrumedii de înregistrare magnetică. Pe baza măsurătorilor de rezonanţă feromagnetică, se pot determina o serie de parametri macroscopici şi microscopici ai fluidelor magnetice investigate, aşa cum am arătat în lucrarea [5] şi cum se observă în tabelul 1. unde S1, S2 şi S3 sunt fluide magnetice comerciale de tip Isopar M, cu particule coloidale de magnetită (S1); de tip Ni0.5Zn0.5Fe2O4 (S2); si de tip Mn0.66Zn0.33Fe2O4 (S3). [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)

16. 2. Comportarea dielectrică în domeniul microundelor [7] a) b) Figure 2.Dependenţa de frecvenţă a părţii reale (’) şi imaginare (”) a permitivităţii dielectrice complexe a probei [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.

17. Utilizând teoria lui Sillars pentru dielectrici heterogeni(R. W. Sillars, Journal of Institution of Electrical Engineers, 80 (1937) 378-394), în aproximaţia bifazică, permitivitatea dielectrică complexă a fluidului magnetic calculată se potriveşte cu cea obţinută experimental [7]. 3. Puterea specifică în domeniul microundelor [4] unde La o frecvenţă, f(Hz), puterea de disipaţie, p, depindedecâmpul 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] 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)

18. 4. Parametrii de propagare în nanosisteme de particule în domeniul microundelor [1] [2][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 se numeşte coeficientul de reflexie la suprafata de separarie dintre medii. Mărimea

19. 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. ------------------------------------------------------------------------------------ [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)

20. Rezultate in curs de diseminare • Intra-well relaxation process in magnetic fluids subjected to strong polarising fields Teme propuse pentru doctoranzi • Studiul relaxarii magnetice si a efectului magneto-vascos in nanofluide magnetizabile • Nanosisteme de particule in camp electromagnetic

21. VĂ MULŢUMESC!