XXVII Congresso de Iniciação Científica
Caracterização elétrica e microestrutural de cerâmicas a base de SnO
2- MnO
2e SnO
2-CoO-Cr
2O
3dopadas com Nb
2O
5.
Mateus Gallucci Masteghin, Prof. Dr. Marcelo Ornaghi Orlandi
Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) – Instituto de química – Araraquara – SP
Varistores, Espectroscopia de Impedância, Circuitos Equivalentes.
Introdução
Cerâmicas eletrônicas possuem um papel fundamental na vida moderna, seja proporcionando facilidades para o dia-a-dia ou atuando em sistemas de monitoramento e proteção. O SnO2, por exemplo, tem sido utilizado em um grande número de aplicações tecnológicas, mas especialmente em sensores de luz e gás, catalisadores, equipamentos eletro-ópticos, células fotovoltaicas, varistores, etc.
O SnO2 é um material semicondutor do tipo-n, e este sistema vem sendo estudado visando a sua aplicação como varistor de elevado coeficiente não linear, importante por proteger circuitos eletrônicos de transientes de tensão, pois este material pode ser um bom isolante ou um bom condutor dependendo da tensão aplicada a ele, em um efeito relacionado a introdução de defeitos na rede cristalina, responsáveis pela formação de barreiras de potencial do tipo Schottky nos contornos de grãos1. Sabendo que a difusividade de portadores de cargas através dos contornos de grãos, grãos, poros e eletrodos possui diferentes tempos de resposta em relação a uma excitação elétrica alternada aplicada, este trabalho utilizou a técnica de espectroscopia de impedância para estudar os mecanismos de condução nos sistemas varistores SnO2-MnO2-Nb2O5 e SnO2-CoO-Cr2O3-Nb2O5 (com e sem a adição de nanofitas).
Objetivos
O projeto tem como objetivo o estudo do efeito da adição de Nb2O5 nas propriedades elétricas e micro estruturais de cerâmicas a base de SnO2-MnO2 e SnO2-CoO-Cr2O3 assim como a influência da adição de nanofitas nas propriedades varistoras do material.
Material e Métodos
As pastilhas varistoras foram preparadas pelo método de mistura de óxidos, prensadas de forma uniaxial e isostaticamente e sinterizadas a 1300°C por 2 horas. Utilizou-se o sistema (99,5-x)% SnO2 - 0,5% MnO2 - x Nb2O5, com x = 0,05; 0,10; 0,15; 0,20 e 0,25 em porcentagem molar e o sistema (99,7-x) SnO2 - 0,25%CoO - 0,05%Cr2O3 - x Nb2O5, com x = 0,10 e 0,20 em porcentagem molar (c/ e s/ 1% do peso de nanofitas). As amostras foram caracterizadas estruturalmente por difração de raios
X (DRX) e morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Medidas elétricas em corrente contínua foram realizadas em potenciais de 0 a 1000 V e as caracterizações realizadas por espectrocopia de impedância foram feitas de 10 mHz a 1MHz com amplitude de 500 mV.
Resultados e Discussão
A caracterização das amostras por DRX mostrou que todos os sitemas são monofásicos e policristalinos. A caracterização por MEV mostrou que a adição de MnO2 densifica o sistema, mas gera a presença de precipitados ricos em Mn nos pontos triplos dos contornos de grãos. Isso nos levou a utilizar um sistema mais homogêneo, como o SnO2- CoO-Cr2O3, para estudar o efeito da adição de nanofitas. As medidas elétricas mostraram que o nióbio modifica a resposta elétrica do sistema de acordo com a concentração do mesmo, onde a adicão de Nb2O5 faz a resistência global do sistema diminuir, gerando um semicírculo bem definido em baixas frequênciasl2. Essa modificação causada pelo acréscimo de Nb2O5 foi estudada pela técnica de espectroscopia de impedância. Já em relação a presença das nanofitas, estas diminuíram o campo elétrico de ruptura, porém acentuou características deletérias a um sistema varistor. Para explicar os resultados obtidos foi proposto um modelo de circuito equivalente em paralelo baseado nas contribuições do contorno de grão e do nível interno de aprisionamento de elétrons para as propriedades elétricas.
Conclusões
Dentre os resultados obtidos, o mais relevante e inovador estão na curva de Rcg e α vs % Nb, que mostram como fenômenos na região dos contornos de grãos estão relacionados entre si e com propriedades varistoras.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPq-PIBIC pelo apoio financeiro durante a realização da pesquisa.
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1S.A. Pianaro, P.R. Bueno, P. Olivi, E. Longo, J.A. Varela, J.
Mater. Sci. Lett. 16 (1998) 634.
2Marcelo O. Orlandi, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de São Carlos, 2002.
