Resumo de Tese de Doutorado

Abstract of Doctorate Thesis

Resumo de tese de doutorado

Abstract of doctorate thesis

Candidata: Silvania Lanfredi (Departamento de Química da Universidade Federal de S. Carlos)

Comissão Examinadora: Dra. A. C. M. Rodrigues (Departamento de Engenharia de Materiais, UFSCar), Dr. R. Muccillo (IPEN-USP), Dra D. M. P. F. de Souza (Departamento de Engenharia de Materiais, UFSCar), Dr. A. C. Ruvolo F. (Departamento de Química da UFSCar), Dra. W. C. Las (Instituto de Química, UNESP, Araraquara).

Título: "Síntese e caracterização por espectroscopia de impedância das cerâmicas de NaNbO₃ e das soluções sólidas Na_1-xLi_xNbO₃ e Na_1-xK_xNbO₃".

Title: "Synthesis and impedance spectroscopy characterization of NaNbO₃ ceramics, and Na_1-xLi_xNbO₃ and Na_1-xK_xNbO₃ solid solutions".

RESUMO

Neste trabalho utilizou-se um método de síntese química, por via úmida, na preparação da fase NaNbO₃ e das soluções sólidas Na_1-xLi_xNbO₃ (0,03 £ x £ 0,15) e Na_1-xK_xNbO₃ (x=0,10 e 0,20). Este método de síntese permitiu obter precursores cuja temperatura de calcinação é inferior àquelas empregadas em métodos tradicionais, como mistura de pós. A decomposição do precursor e a formação das fases cristalinas das soluções sólidas foram acompanhadas por análise térmica, ATG e ATD. A obtenção de pós monofásicos dos sistemas Na_1-xLi_xNbO₃ e Na_1-xK_xNbO₃ foi comprovada por difratometria de raios-X. A estequiometria das amostras foi confirmada por análise química. A caracterização estrutural do NaNbO₃ por difratometria de raios-X a alta temperatura (DRXAT) e por espectroscopia Raman permitiu observar, em função da temperatura, variações estruturais envolvendo transições de fase. Amostras cerâmicas das fases sintetizadas foram caracterizadas por espectroscopia de impedância. A caracterização elétrica e dielétrica foi realizada através de medidas efetuadas em aquecimento e em resfriamento durante diversos ciclos térmicos. Esta técnica permitiu a separação das contribuições do grão e contorno de grão, a determinação das condutividades do grão, das energias de ativação de condução no intervalo de temperatura de 400 a 800 °C, e o estudo do comportamento dielétrico das amostras em questão, da temperatura ambiente até 800 °C. A resistividade intragranular das amostras de NaNbO₃ e Na_1-xLi_xNbO₃ variou com o aumento do número de ciclos térmicos, estabilizando-se a partir do terceiro ciclo térmico. No intervalo de temperatura estudado, as amostras de NaNbO₃ e Na_1-xLi_xNbO₃ apresentaram duas energias de ativação de condução. A mudança na energia de ativação ocorreu a 640 °C e foi atribuída à transição de fase tetragonal-cúbica. No caso das soluções sólidas Na_1-xK_xNbO₃ observou-se apenas uma energia de ativação entre 400 e 800 °C. A evolução com a temperatura da constante dielétrica do NaNbO₃ não mostrou influência dos diversos ciclos térmicos. A transição de fase antiferroelétrica-paraelétrica apresentada pelo NaNbO₃ revelou-seatravés de um máximo no gráfico da constante dielétrica em função da temperatura. Este máximo ocorre a 400 ° C para medidas realizadas em aquecimento e desloca-se para 360 °C durante o resfriamento. A variação com a temperatura da constante dielétrica das soluções sólidas Na_1-xLi_xNbO₃ evoluiu com o número de ciclos térmicos. No entanto, o comportamento inicial foi restabelecido após um novo tratamento térmico realizado à temperatura de sinterização. Os tipos de defeitos presentes no NaNbO₃ e nas soluções sólidas Na_1-xLi_xNbO₃ foram determinados através de medidas elétricas sob diferentes pressões parciais de oxigênio, no intervalo entre 10^-6 e 1 atm. As medidas realizadas a baixas pressões parciais revelaram uma condução tipo n e a altas pressões parciais uma condução tipo p.

ABSTRACT

In this work, NaNbO₃, Na_1-xLi_xNbO₃ (0.03 £ x £ 0.15) and Na_1-xK_xNbO₃ (x=0.10 and 0.20) solid solutions were prepared by a chemical synthesis route. This method allows for the preparation of precursors which will be heat treated at temperatures below those employed in traditional methods such as powder mixtures. Precursor decomposition and formation of solid solution crystalline phases were followed by thermal analysis, TGA and DTA. The preparation of single-phase powders from the Na_1-xLi_xNbO₃ and Na_1-xK_xNbO₃ systems was confirmed by X-ray diffraction. Chemical analysis confirmed the stoichiometry of the samples. The structural characterization of NaNbO₃ by means of Raman spectroscopy and X-ray diffraction at high temperatures showed, at increasing temperatures, structural variations related to phase transitions. Electrical characterization by means of impedance spectroscopy of several synthesized phases was carried out during heating and cooling in several thermal cycles. The impedance spectroscopy technique allowed for the contribution of grain and grain boundary separation and the definition of grain conductivity and its activation energies at temperatures ranging from 400 to 800 ° C. Dielectric behavior of the samples from room temperature up to 800° C was also investigated, using impedance spectroscopy. The NaNbO₃ and Na_1-xLi_xNbO₃ grain resistivities were different in the various thermal cycles. However, they showed a tendency to stabilize from the third thermal cycle on. In the temperature range studied, NaNbO₃ and Na_1-xLi_xNbO₃ display two different activation energies for conduction. The change in the activation energy that occurred at 640 ° C is attributed to the tetragonal-cubic phase transition. Only one activation energy was observed in the Na_1-xK_xNbO₃ solid solutions in the 400 to 800° C temperature range. Variation of the NaNbO₃ dielectric constant with temperature was not influenced by the different thermal cycles. The antiferroelectric-paraelectric transition of NaNbO₃ was revealed by a maximum in the dielectric constant versus temperature plot. This maximum occurred at 400° C for heat measurements, decreasing to 360° C during cooling. The dielectric constant of Na_1-xLi_xNbO₃ solid solutions showed changes in behavior in different thermal cycles. The original behavior was, however, restored after a new heat treatment that was carried out at sintering temperature. The defects present in NaNbO₃ and Na_1-xLi_xNbO₃ were determined by measurements taken at different oxygen partial pressures in the 10^-6 to 1 atm range. Measurements taken at low oxygen partial pressures indicated an n-type conduction, while those carried out at high oxygen partial pressures indicated a p-type conduction.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  05 Jun 2000
• Data do Fascículo
  Dez 1998