Desing of mmicrowave filters with fractal-based geometry for green synthesis material characterization

Abstract

O avanço da ciência dos materiais e das tecnologias de micro-ondas tem permitido o desenvolvimento de dispositivos mais compactos, eficientes e sustentáveis para sensoriamento e comunicações. Nesta tese, investigam-se nanomateriais obtidos por síntese verde, com ênfase em ferritas de níquel e cobalto e tungstato de cobalto, avaliando suas respostas estruturais e eletromagnéticas em filtros de micro-ondas. A síntese foi conduzida de forma ecoeficiente, utilizando polímeros naturais como substitutos de reagentes convencionais, reduzindo impactos ambientais e garantindo boa reprodutibilidade. O trabalho divide-se em duas partes: o desenvolvimento de um filtro de micro-ondas com geometria inspirada em Matryoshka, projetado para maximizar a interação com as ondas eletromagnéticas, e a caracterização integrada dos nanomateriais. As propriedades estruturais foram analisadas por difração de raios X com refinamento de Rietveld, enquanto as propriedades dielétricas foram medidas por sonda coaxial. O desempenho do filtro foi avaliado pelo parâmetro de transmissão, permitindo correlacionar os resultados com a estrutura cristalina e as propriedades dielétricas dos materiais. Os resultados evidenciam uma correlação entre a estrutura cristalina dos materiais e o desempenho eletromagnético dos filtros. Nas ferritas, observou-se que a ferrita de níquel apresenta perdas de inserção superiores às da ferrita de cobalto, indicando que diferenças na ordenação cristalina e na microestrutura influenciam diretamente a atenuação do sinal no filtro. Para o tungstato de cobalto, as amostras sintetizadas com ágar-ágar apresentaram maior desordem estrutural e dimensões cristalinas reduzidas, resultando em aumento das perdas de inserção e deslocamento da frequência de ressonância. As amostras obtidas com agentes comerciais exibiram maior cristalinidade e menores perdas, evidenciando a relação direta entre a organização estrutural e o desempenho do filtro em termos de transmissão. A inovação deste trabalho consiste na integração entre a síntese verde de materiais e sua caracterização eletromagnética em filtros fractais, estabelecendo uma correlação quantitativa entre a estrutura cristalina, propriedades dielétricas e desempenho de transmissão dos filtros, fornecendo um método para otimização de dispositivos micro-ondas compactos e eficientes. O estudo está alinhado às diretrizes de sustentabilidade, evidenciando relevância tecnológica e compromisso ambiental.