Synthesis and characterization of polyimide cobalt ferrite nanocomposites for potential applications in mems

Abstract

In the present work, cobalt ferrite nanocrystals were synthesized under size-controlled conditions in aqueous phase and incorporated into a polyimide matrix at various volumetric loads. Synthesized 20nm-cobalt ferrite single crystals, which exhibited a coercivity of 2.9kOe at room-temperature, were dispersed in polyimide precursor using two dispersion techniques: (homogenizer and ball mill) and cured to develop the polyimide matrix in the resulting nanocomposites. Produced films were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction and vibrating sample magnetometry, which confirmed the formation of the nanocomposite. As expected, the saturation magnetization in the nanocomposites varied according to the Polyimide/Ferrite weight ratio, while coercivity remained at the value corresponding to pure cobalt ferrite nanocrystals. In addition, thermal degradation, thermal stability and dynamic mechanical analyses tests were conducted to assess the viability of the two selected nanocomposites fabrication processes and thus to establish the temperature range in which produced composites can be used.

En el presente trabajo, nanocristales de ferrita de cobalto fueron sintetizados en fase acuosa en condiciones de control de tamaño de cristal y fueron incorporadas en una matriz de poliimida a diferentes fracciones volumétricas. Los monocristales sintetizados de 20nm que exhiben una coercitividad de 2.9kOe a temperatura ambiente fueron dispersados en un precursor de poliimida usando dos técnicas de dispersión: homogenizador y molino de bollas, y curados para obtener la matriz de poliimida en los compuestos resultantes. Las películas producidas fueron caracterizadas usando espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier, difracción de rayos X y magnetometría de muestra vibrante. Como se esperaba, la magnetización de saturación en los nanocompuestos varió de acuerdo con la razón en peso de poliimida a ferrita mientras que la coercitividad se mantuvo en el mismo valor obtenido para los nanocristales de ferrita de cobalto puros. Además, pruebas de degradación térmica, estabilidad térmica y análisis dinámico mecánico fueron llevados a cabo para evaluar la viabilidad de los dos procesos de fabricación seleccionados y de esta manera establecer los rangos de temperatura en los que los nanocompuestos producidos pueden ser usados.