As medidas diel´etricas dos materiais foram realizadas em um equipamento modelo E4991A RF Impedance/Material Analyzer pertencente ao LNMS do DFTE da UFRN. As medidas tem grande importˆancia no campo de aplica¸c˜ao de cada material. ´E poss´ıvel realizar medidas de ε0, ε00 e tan δ em fun¸c˜ao da frequˆencia. Para iniciar as medidas diel´etricas temos que seguir o procedimento b´asico descrito na figura (3.21).
O equipamento teste 16453A possui algumas caracter´ısticas tais como:
• Limite de frequˆencia de 1 MHz at´e 1 GHz;
• O valor m´aximo de tens˜ao DC de aproximadamente 40 V;
• Os eletrodos do equipamento tem um espa¸camento vari´avel, logo o material diel´etrico analisado pode variar a espessura de 0,3 mm at´e 3 mm;
• A largura do material pode ser um pouco maior que 15 mm.
O equipamento de medidas diel´etricas e seus acess´orios est˜ao representados na figura (3.22).
Durante a etapa de calibra¸c˜ao podemos eliminar alguns erros tais como, res´ıduos da pe¸ca el´etrica e o comprimento el´etrico. Na figura (3.23) temos a representa¸c˜ao do equipamento teste 16453A.
As amostras analisadas neste trabalho foram: M24h 1300C4h S1000C24h, M48h 1300C4h S1000C24h e M72h 1300C4h S1000C24h. A espessura para cada amostra foi de: 2,6 mm, 2,9 mm e 2,7 mm respectivamente. Para as medidas diel´etricas realizadas nestas amostras utilizamos est´ımulos de: 5 mV, 25 mV, 50 mV, 100 mV, 200 mV, 300
INÍCIO
ETAPA 1: Preparação para medida
ETAPA 2: Seleção do modo de medida
ETAPA 3: Escolha das condições de medida
ETAPA 4: Conexão 16453A
ETAPA 5: Entrada da espessura do LOAD
ETAPA 6: Calibração
ETAPA 7: Entrada de espessura do MUT
ETAPA 8: Conexão MUT
ETAPA 9: Medição do MUT e análise do resultado das medidas
ETAPA 10: Mudar condição de varredura?
INÍCIO
ETAPA 11: Medir outros MUTS?
FIM
Outros DUT
Espessura do MUT? Igual Diferente
Nenhum MUT Nenhum mudança
Depois da mudança Intervalo total fixado
Frequência e Potência
Medidas de pontos de calibração\ Dados de compensação de fixação
Figura 3.21: Etapas do processo para medidas diel´etricas.
mV, 400 mV e 500 mV. A literatura n˜ao apresenta resultados com mudan¸cas nos valores de tens˜oes que a amostra ´e submetida, portanto resolveu-se investigar. O intervalo de frequˆencia utilizado na investiga¸c˜ao das medidas foi de 1 MHz at´e 1 GHz. Na figura (3.24) temos a imagem do E4991A RF Impedance/Material Analyzer do LNMS.
Figura 3.22: Equipamento para realizar medidas diel´etricas e seus acess´orios.
Cap´ıtulo
4
Resultados e discuss˜oes
Ao longo deste cap´ıtulo ser˜ao apresentados os resultados experimentais obtidos das an´alises f´ısicas das amostras cerˆamicas produzidas a partir da moagem dos precursores: Nb2O5, α-Fe e H2O. Com subsequente tratamento t´ermico, prensagem uniaxial e sinte-
riza¸c˜ao. Esses resultados ser˜ao analisados e discutidos na seguinte ordem: Difratometria de raios X, microscopia eletrˆonica de varredura (MEV), fluorescˆencia de raios X (FRX), curvas de resistˆencia e permissividade diel´etrica. As discuss˜oes relativas ser˜ao apresenta- das de forma a facilitar o entendimento dos fenˆomenos observados.
4.1
Difratometria de raios X
A caracteriza¸c˜ao por difratometria de raios X foi realizada a temperatura ambiente, utilizou-se um difratˆometro da Rigaku MiniFlex II, dispon´ıvel no laborat´orio de nanoes- truturas magn´eticas e semicondutoras.
As amostras que foram analisadas nesta sec¸c˜ao passaram pelo processo de moagem dos p´os precursores, em diferentes per´ıodos (24h, 48h e 72h) com subsequente tratamento t´ermico a 1300◦C por 4 horas.
O sinal de difra¸c˜ao das amostras, na forma de p´o, foi examinado entre os ˆangulos de 20o e 60o e com passo de 0.05◦. Os difratogramas obtidos s˜ao apresentados na figura (4.1),
observa-se a presen¸ca de duas fases: niobato de ferro (FeNbO4) e hematita (α-Fe2O3) nas
trˆes amostras. Para realizar o ajuste te´orico nas amostras foram utilizadas duas cartas CIF, a 2002235 (FeNbO4) e a 1011267 (α-Fe2O3). A compara¸c˜ao do DRX experimental
com os dados j´a catalogados, foi realizada atrav´es de um programa computacional deno- minado MAUD. De acordo com an´alise computacional, os teores percentuais dessas fases foram determinados a partir do refinamento Rietveld do difratograma. No ciclo de moa- gem de 24 h, o percentual de FeNbO4 ´e de 94,48% e de hematita (α-Fe2O3) ´e de 5,52%.
Figura 4.1: Difra¸c˜ao de raios X das amostras de FeNbO4 para diferentes per´ıodos de
moagem e tratadas termicamente a 1300◦C.
para o ciclo de moagem de 72 h, tˆem-se 93,68% de FeNbO4 e 6,32% de α-Fe2O3. Estes
resultados revelam que a rota de s´ıntese utilizada para obten¸c˜ao do niobato de ferro ´e bastante promissora, devido a alta concentra¸c˜ao da fase de FeNbO4.
Todos os parˆametros obtidos com o refinamento Rietveld, para todas as amostras analisadas, s˜ao apresentados na tabela (4.1). Nesta tabela, est˜ao dispostos, como segue, as diferentes amostras com per´ıodos de moagem distintos, o grupo espacial, os parˆametros de rede a, b e c, os ˆangulos α, β e γ, e os res´ıduos Rb, Rexp, Rwp, como tamb´em o tamanho
de gr˜ao e o valor percentual da fase do niobato de ferro.
Analisando os dados da tabela (4.1) e a figura (4.2) ´e poss´ıvel observar que os parˆametros de rede n˜ao apresentam mudan¸cas consider´aveis, ou seja, s˜ao praticamente constantes com rela¸c˜ao ao percentual de niobato de ferro de cada amostra. Al´em do mais, os resultados obtidos mostram que a rota de s´ıntese investigada proporciona a forma¸c˜ao de simetria monocl´ınica em todas as amostras.
Amostras Grupo Parˆametros Anguloˆ Rb Rwp Rexp Tamanho FeNbO4
espacial de rede (˚A) α, β, γ(◦) (%) (%) (%) (nm) (%) a=4,9998 M24h P2/c:b3 b=5,6196 β = 90, 13 9,4682 11,8163 1,1547 245,6 94,48 c=4,6464 a=4,9966 M48h P2/c:b3 b=5,6176 β = 90, 12 8,9917 10,9209 1,1429 218,4 97,82 c=4,6479 a=4,9935 M72h P2/c:b3 b=5,6121 β = 90, 11 9,2921 11,2283 1,2214 233,9 93,68 c=4,6436
Tabela 4.1: Parˆametros de rede obtidos pelo ajuste de Rietveld utilizando o programa MAUD.
Continuando com a an´alise da tabela (4.1) e da figura (4.3) nota-se que, o tamanho m´edio de gr˜ao apresenta mudan¸cas relevantes para cada per´ıodo de moagem, ou seja, a moagem interfere no tamanho de gr˜ao. Foi observado que a rota de s´ıntese que obteve o menor tamanho de gr˜ao ´e a amostra mo´ıda por 48 horas e tratada termicamente a 1300◦C por 4 horas. Essa amostra foi tamb´em a que apresentou a maior concentra¸c˜ao de pureza da fase do niobato de ferro.
Figura 4.2: Varia¸c˜ao dos parˆametros de rede a, b e c para as diferentes amostras com simetria monocl´ınica e grupo espacial P2/c:b3.