Este documento presenta los objetivos y resultados de una jornada científica sobre nanociencia e imanes permanentes con bajo contenido de tierras raras. Se describen los avances en el desarrollo de nuevos materiales magnéticos compuestos y en el estudio de redes ordenadas de microhilos magnéticos y sus interacciones con ondas electromagnéticas. También se muestran los resultados preliminares de un sistema de telemetría inalámbrica para el seguimiento de procedimientos vasculares basado en microhilos magnéticos.

1. Jornada científica
IMDEA Nanociencia
20 de junio 2016
INSTITUTO DE MAGNETISMO APLICADO – UCM
• Objetivo 4: Desarrollo de Imanes permanentes con contenido reducido de tierras raras.
• Objetivo 3: Redes ordenadas de nanohilos magnéticos
( microhilos ) metamaterial

2. Material micro-compuesto sin tierras raras IMA +
IMDEA
Muestra
Hc
(kA/m)
Ms (kA/m) Mr (kA/m)
(BH)max
(kJ/m3)
SrFe12O19 360 352 212 11,5
95% SrFe12O19+5% FeSiB ( polvo nanocristalino) 262 410 265 14,9
95% SrFe12O19+5% FeCoSiB ( polvo nanocristalino)
256 417 266 15
95% SrFe12O19+5% Fe65Co35 265 429 236 12
• Objetivo 4: Desarrollo de Imanes permanentes con contenido reducido de tierras raras.

3. SrFe12O19 Plaquetas Hexagonales 0.2-2 µm
FERRITA - DURO
Material A

4. L= 51 nm
L= 18 nm
L= 5.5 nm
L= 1.3 nm
L= 1.2 nm
2
1






=
k
A
L
Longitudes de correlación de canje

5. FeSiBCuNb
Granos bcc-Fe(20 at % Si)
5-20 nm
Amorfo
Tratamiento térmico 530oC, 1 h
Técnica de enfriamiento ulrarrápido

6. L= 35 nm
D = 5-20 nm
L= 35 nm
Fe80Si20
K1=8 kJ/m3
A= 10-11J/m
L= 35 nm
D= 20 nm1/ KAL =
D < L
L
FeSiBCuNb
FeZrB

7. L
D=10 nmAsumiendo una fracción de granos, x, con los ejes
fáciles distribuidos al azar
3
LV =
3






=
D
L
xN
31
/3 mJ
N
K
xK ≈=
m
K
A
Leff µ2≈= 3
64
1
2
A
DKx
K ≈

8. Aleado (High Energy Ball Milling, UCM)
Cryomilled
Pre-tratada :550ºC1h(N2)
Dry & surfactant assisted milling : 10min-12h
10min-5h
SOFT PHASE

9. Fe_12hHEBM
Fe_4hHEBM+Oleic Ac.
FeAn_6hHEBM
FeAn_5hCryo
Fe_10hCryo
Reduce Particle Size
Fe-rich RibbonDMax=118µm DMin=1µm DMedian=9µm
DMax=48µm DMin=0.3µm DMedian=2.4µm
DMax=37µm DMin=1µm Dmedian=4µm
DMax=4µm DMin=0.2µm DMedian=0.95µm
DMax=3µm Dmin=0,5µm
DMedian=1µm
10µm
50µm
5µm
50µm
50µm
m
K
A
Leff µ2≈=

10. -20000 0 20000
-200
-100
0
100
200
Magnetization(emu/g)
Applied Field (Oe)
FeCo-Ribbon-An 5hCryo
Hc=87 Oe
-20000 -10000 0 10000 20000
-150
-100
-50
0
50
100
150
Magnetization(emu/g)
Applied Field (Oe)
Fe-ribbon-An-5hCry
Hc= 20 Oe

11. Muestra Hc (kA/m)
Ms
(kA/m)
Mr
(kA/m)
D (µµµµm)
Cinta Fe-550-5h 1,5 958 7,3 1
Cinta FeCo-550-5h 5,9 1451 41,1 0,7
Muestra Hc (kA/m) Ms (kA/m) Mr (kA/m) D (µµµµm)
Fe65Co35-12h 3,42 1892 25 0,2-5

12. SFO
D=0.19-2 µµµµm
D(median)=0,6 µµµµm
-60000 -40000 -20000 0 20000 40000 60000
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
Magnetization(emu/g)
Applied Field (Oe)
SFO BH=11,5kJ/m3
Hc
= 4633.25 Oe
Strontium Ferrite

13. NANOCOMP.: SFO+5% Fe-rich Ribbon

14. NANOCOMP.: SFO+5% FeCo-rich Ribbon

15. -400 -300 -200 -100 0
0
50
100
150
200
250
300
M(kA/m)
Heff (kA/m)
1
3
2
4
Muestra
Hc
(kA/m)
Ms
(kA/m)
Mr
(kA/m)
(BH)max
(kJ/m3)
SrFe12O19 (1) 360 352 212 11,5
95% SrFe12O19+5% FeSiB ( polvo nanocristalino) (2)
262 410 265 14,9
95% SrFe12O19+5% FeCoSiB ( polvo nanocristalino) (3)
256 417 266 15
95% SrFe12O19+5% Fe65Co35 (4)
265 429 236 12

16. 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
0,0
1,0x10
-4
2,0x10
-4
3,0x10
-4
4,0x10
-4
5,0x10
-4
2
χirrev
H/Hr
1
Desacoplo entre la fase dura y la blanda – elevado Hc
Los campos magnetostáticos previenen la disminución de la remanencia
Mayor remanencia para mayores longitudes de correlación de canje
TESIS DOCTORAL ANA ARAGóN

17. • Objetivo 5: Redes ordenadas de microhilos magnéticos
Interacción de microhilos magnéticos con ondas electromagnéticas

18. g
Magnetic microwireE = Einc +Esca.

19. g
Magnetic microwireE = Einc +Esca.

20. 10 Hz
1.29~ GHz
microwire
80 Hz
Emision Antenna Reception AntennaBias Field
The microwire ferromagnetic resonance frequency is that emitted
by the antenna
The reception antenna detects a signal modulated in amplitude with the
bias field frequency
1.29~ GHz
microwire
80 Hz
1.29~ GHz
microwire
80 Hz
Emision Antenna Reception AntennaBias Field
La frecuencia de resonancia eléctrica es aquella emitida por la antena
La antena receptora recibe una señal modulada por el microhilo

21. 0,6 0,8 1,0
-41,22
-41,20
-41,18
-41,16
-41,14
-41,12
-41,10
-41,08
-41,06
-41,04
-41,02
"dB"
"Time (sec)"
5.250GHz

22. Según la teoría de antenas la corriente inducida en el hilo puede calcularse a partir de la
ecuación de Hallen
Resonancias dipolares de antena

23. 10 cm 15 cm

24. Microwave spectrum for a microwave tag composed by
three Co-based microwires with lengths of 10, 5 and 3 cm.

25. GSM: 900 y 1800 MHz
Harvestig energy ???

26. Energy harvester

27. 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
-40
-20
0
20
40
60
80
100
ELC + 15 cm Cu wire
ELC + 10 cm microwire
ELC + 15 cm microwire
S22
(dB)
f (GHz)
ELC + no wire
-20 -10 0 10 20
0
40
80
120
160
-20 -10 0 10 20
0
20
40
60
80
-20 -10 0 10 20
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Magnetic Applied Field (Oe)
a) b) c)
Figure 4. Relative variation of the electric current
transmitted by the via hole connected wires with respect to
its value at 20 Oe for: 10 cm magnetic microwire at 1.33
( ), 1.42 ( ), 1.78 ( ) GHz (a); 15 cm magnetic microwire
at 1.00 ( ), 1.45 ( ), 1.89 ( ) GHz (b); cooper wire at 1.83
( ), 2.37 ( ), 2.91 ( ) GHz (c) respectively.

28. Metamateriales basados en microhilos magnéticos

29. Microhilo 2 cm

30. 4 5 6 7
-0,2
-0,1
0,0
0,1
Reflectivity
dB
Frequency (GHz)
Single wire 2 cm

31. Microhilo 2 cm
Separados 1 cm
Metamaterial ????????

32. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
-0,6
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Single wire 2 cm
Array 2 cm - 1 cm distance
Reflectivity
dB
Frequency (GHz)

33. TESIS + PATENTE + Empresa + Explora

35. 10 Hz

37. Receiving
Antenna
Spectrum
Analyzer
Transmitting
Antenna
Helmholtz
coilsMicrowire
Protesis/ arteria

39. Vector analyzer
(microwire signal)
Invasive Monitorizaton
Fluid Pressure
Fluid pressure registration
Pressure index
Distal and proximal Pressure

40. Measurements
1. Fluid Pressure
PTFE 6 mm
A. Renal
Bovine
2. Stenosis
• Localization
• Level (pressure index)
Prewire
X
Postwire

41. fpulsatil flux>fbias field

42. DESARROLLO DE UN SISTEMA DE TELEMETRÍA PARA SEGUIMIENTO POSTOPERATORIO
DE PROCEDIMIENTOS EN CIRUGÍA VASCULAR: MODELO IN VITRO.Resultados
170mmHg163mmHg
142mmHg
84mmHg
77mmHg
-13,750
-13,748
-13,746
-13,744
-13,742
dB
50mmHg50 mmHg 77 mmHg 84 mmHg 142 mmHg 153 mmHg 170 mmHg
Pressure
(mmHg)
Variation
dB
50 2,25
77 2,65
84 2,67
142 3,97
163 6,40
170 6,78mmHg
dB
Fluid pressure in protesis