DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE SENSORES MAGNETOELÉTRICOS BASEADOS EM COMPÓSITOS DE COFE2O4/PZT PARA APLICAÇÕES EM MONITORAMENTO DE BIOSINAIS

Pesquisas recentes têm se concentrado no desenvolvimento de compósitos, mais especificamente nos esquemas de conexão entre suas fases, com o objetivo de criar materiais com elevado efeito magnetoelétrico (EME). Esses compósitos, caracterizados pelo acoplamento entre fases magnéticas e elétricas, apresentam grande potencial para a detecção de sinais de baixa frequência e intensidade, tornando-se promissores para aplicações em monitoramento de biosinais e instrumentação de precisão. Neste trabalho, foram desenvolvidos dois sensores elaborados com um compósito de nanopartículas de ferrita de cobalto (CoFe₂O₄) e fibras piezoelétricas (PZT). Para a leitura de sinais de baixa intensidade e frequência pelos sensores, foi projetado um circuito baseado no amplificador de instrumentação AD620, além de um código em Python, fundamentado em um amplificador lock-in, para a análise desses sinais. As medições dielétricas realizadas demonstraram o comportamento estável dos compósitos, especialmente quando as fibras de PZT foram polarizadas, indicando que são adequados para a construção de sensores de sinais de baixa intensidade e frequência. Além disso, as curvas de histerese e a análise da dependência do coeficiente magnetoelétrico em relação a um campo magnético (H) revelaram uma correlação significativa com a tensão de pico ‘E’. Esses resultados, obtidos em temperatura ambiente, destacam o forte acoplamento magnetoelétrico dos compósitos, um fator essencial para otimizar a sensibilidade dos sensores. As medições magnetoelétricas realizadas nos sensores desenvolvidos, Sensor 1 e Sensor 2, permitiram determinar suas frequências de ressonância, que resultaram em 82 kHz. Essa frequência foi então utilizada como excitação, aplicada por meio de uma bobina acoplada aos sensores. Os sensores foram avaliados com sinais oscilantes nas frequências de 125 Hz e 2 Hz, apresentando amplitudes de resposta de 0,15 mV e 0,11 mV, respectivamente, para um campo magnético AC de 0,1 Oe, o menor campo testado. As respostas espectrais indicam a capacidade dos sensores de captar sinais em frequências típicas de biosinais, como os de ECG e MCG. O circuito de leitura apresentou uma relação sinal-ruído (SNR) de 10 a 15, adequada para tais aplicações. Embora ainda não tenham sido testados na faixa de biosinais magnéticos em torno de 10 µT, os resultados obtidos com os sensores magnetoelétricos mostram-se promissores para futuros testes de leitura e análise desses sinais. Palavras-chave: compósitos magnetoelétricos; sensores magnetoelétricos; monitoramento de biosinais; circuito de leitura; análise espectral.