Técnicas de caracterização

A caracterização dos materiais foi feita através de técnicas disponíveis no Departamento de Engenharia de Materiais e Cerâmica da Universidade de Aveiro numa fase anterior a este trabalho.

2.3.1. Microscopia electrónica de varrimento (MEV)

A técnica de microscopia electrónica de varrimento (MEV) permite obter imagens tridimensionais para a observação de superfícies de um grande número de materiais, numa escala nanométrica ou micrométrica. Pode ser usada para fazer a caracterização desses materiais (microestrutura, topografia da superfície, cristalografia e composição).

O MEV é um instrumento com elevada resolução e ampliação, usando electrões para produzir uma imagem. O princípio de funcionamento baseia-se num feixe de electrões que é produzido no topo do microscópio por um canhão de electrões. Este percorre um caminho vertical através do microscópio, que é mantido em vácuo e viaja através de campos electromagnéticos e lentes, que o focam em direcção à amostra.

Quando o feixe atinge a amostra, electrões e raios X são ejectados da amostra, que são recolhidos por detectores e convertem-nos num sinal que é enviado para um ecrã, produzindo a imagem final (Rego, 2008).

Para analisar a superfície das camadas de catalisador serigrafadas nas peças cerâmicas foi utilizado um microscópio Hitachi SU 70, equipado com um acessório de espectroscopia de dispersão de energia. Foram cortados pequenos pedaços dessas mesmas peças e colocaram-se num suporte com cola de carbono depositando-se, de seguida, um filme condutor de carbono sobre as amostras.

2.3.2. Difracção de raio X (DRX)

A difracção de raio X foi utilizada para a identificação das fases cristalinas presentes nas camadas serigrafadas.

É uma técnica que tem aplicação directa e que se baseia na incidência de um feixe de raios X, de comprimento de onda conhecido, sobre uma amostra. Este é difractado pelo reticulado de átomos dos cristais presentes no material, sendo o sinal do feixe difractado recolhido por um detector que regista a intensidade em função do ângulo (2θ) entre o plano atómico e os feixes incidente e difractado (Pires, 2010).

No final é obtido um difractograma, que é um gráfico que quantifica a intensidade do sinal (indicada em contagens por segundo, cps) em função de 2θ. A posição dos picos no gráfico está relacionada com as distâncias interplanares, tornando-se possível identificar as fases cristalinas presentes na amostra em estudo.

A análise de identificação foi feita recorrendo a um difractómetro Rigaku

Geigerflex D/max-Series, com ângulos incidentes de 0,5” entre 0 e 80º (2).

2.3.3. Microscopia de força atómica (MFA)

Através da técnica de microscopia de força atómica (AFM – Atomic Force

Microscopy) é possível observar a topografia da superfície das peças cerâmicas

serigrafadas, com uma resolução espacial que se aproxima das dimensões atómicas. Consiste no varrimento da superfície da amostra com uma ponta piramidal, designada por ponteira, integrada num braço flexível, em movimento. Quando a ponta se aproxima da superfície da amostra ocorre uma interacção entre os átomos da ponta e os átomos e moléculas da superfície do material, o que provoca a deflexão do braço. Esta deflexão é medida pela mudança de direcção (angular) de um feixe de laser emitido por um díodo de estado sólido e reflectido pelo braço, sendo o feixe laser reflectido captado por um fotodetector de fendas. À medida que decorre o varrimento da amostra, as deflexões

captadas no fotodetector são analisadas por um computador que traça o diagrama de alturas, construindo assim a topografia da amostra.

Foi utilizado o microscópio DI, Nanoscope IIIA, em modo de contacto intermitente (“tapping”).

2.3.4. Distribuição de tamanhos de partículas (DTP)

Foi utilizada a distribuição de tamanhos de partículas (DTP) para a determinação da distribuição do tamanho de partículas dos pós serigrafados nas peças cerâmicas. Esta técnica baseia-se na medida da distribuição da intensidade luminosa difusa a baixo ângulo, das partículas suspensas num líquido que passa em frente a um feixe de laser. O líquido usado para a dispersão do pó não deve solubilizar as partículas nele suspensas para não alterar a dimensão dos grãos. A suspensão é mantida em agitação e sugada por uma bomba até à câmara de medida. A distribuição granulométrica é obtida considerando a perda de luminosidade do feixe quando este incide sobre as partículas de forma aproximadamente esférica, e é determinado em percentagem volúmica (Rego, 2008).

A determinação da DTP foi feita por um analisador de tamanho de partícula por difracção de laser Beckman Coulter LS 230. A execução envolveu a preparação de uma suspensão submetida a agitação em ultra-sons durante 10 minutos, para completa desaglomeração das partículas (Rego, 2008).

2.3.5. Área superficial específica (BET)

A área superficial específica de um pó é a relação entre área superficial total (incluindo poros) e a massa do pó, medida geralmente em cm2/g ou m2/g de pó. Depende do tamanho, da rugosidade e do formato da partícula, sendo que quanto maior e mais irregular a partícula maior a sua superfície específica.

O valor da área superficial específica foi determinado pelo método de BET (Brunauer, Emmett, Teller), num equipamento Micromeritics Gemini por adsorção de azoto. Este método é baseado na determinação da quantidade de azoto gasoso necessário para cobrir uma substância sólida com uma camada monomolecular. A quantidade de gás adsorvido pode ser obtida através de uma curva, denominada isotérmica de adsorção, obtida a temperatura constante, relacionando a quantidade de gás homogeneamente adsorvida em função da pressão (Rego, 2008).

2.3.6. Espectroscopia UV/Vis

A espectroscopia UV/Vis foi utilizada para o estudo fotodegradativo de soluções coradas de Laranja II. Este método baseia-se na absorção e/ou emissão de radiação electromagnética por muitas moléculas, quando os seus electrões se movimentam entre níveis energéticos. A espectrofotometria UV-Vis consiste na absorção de radiação nos comprimentos de onda entre o ultravioleta e o infravermelho (entre 100 e 800 nm). Na figura 2.13 pode observar-se a relação entre os comprimentos de onda da luz e os tipos de radiação electromagnética.

Figura 2.13 – Espectro electromagnético

Esta técnica consiste na passagem de um raio de luz monocromática com intensidade inicial I0, através de uma solução. Alguma luz pode ser absorvida traduzindo- se no facto da luz transmitida I ser menor que I0.

A fracção I/I0, denominada transmitância, depende de vários factores nomeadamente a concentração da solução (Figura 2.14), bem como de factores operacionais como a distância percorrida.

I

I

I

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Solução 20 g/L

Figura 2.14 – Relação entre a concentração de uma solução e a luz absorvida.

A quantidade de luz absorvida pela amostra da solução será tanto menor quanto menor a concentração da solução e mais longe for o caminho percorrido pelo feixe luminoso.