Síntese e caracterização de heterojunções cerâmicas ternárias de (X)SnO2/CuO/(1-X)TiO2 (x=0%;25%;50%;75%;100%) visando aplicações elétricas

Abstract

Heterojunções ternárias cerâmicas vêm sendo estudadas com maior frequência devido ao interesse científico e tecnológico que despertam em razão da sua multifuncionalidade, possuindo aplicações elétricas e ópticas. O CuO quando combinado com o SnO2 possui atividades fotocatalíticas relevantes, assim como quando junto com o TiO2, porém pouco se sabe sobre o comportamento elétrico desses materiais e suas soluções sólidas. Dessa forma, o objetivo desse projeto é sintetizar bulks do sistema cerâmico (X)SnO2/CuO/(1-X)TiO2 (x=0%;25%;50%;75%;100%) e analisar o efeito da substituição do TiO2 pelo SnO2 nas propriedades (micro)estruturais, dielétricas e varistoras. As soluções sólidas na forma de pós foram sintetizadas por reação em estado sólido e posteriormente, os pós passaram pelo processo de sinterização em forno convencional a temperaturas e tempos adequados para atingir a forma de bulks densos. Os sistemas cerâmicos na forma de bulks foram avaliados quanto ao processo de densificação e diminuição do volume de poros a partir do Método de Arquimedes. Tiveram sua microestrutura caracterizada por meio dos dados obtidos com a difratometria de raios-x e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As respostas dielétricas e não-ôhmicas do material foram estudadas a partir das técnicas de espectroscopia de impedância (EI) e medidas de corrente-tensão (I-V). Os resultados indicam uma interação forte entre os três óxidos sendo muito provável que os óxidos de estanho e titânio formem uma solução sólida. Quando em baixas concentrações o titânio atua diretamente como agente densificador da mistura diminuindo a porosidade aparente média, além do aumento da massa específica aparente influenciando também nas propriedades elétricas do material.

Ceramic ternary heterojunctions have been studied more frequently due to the scientific and technological interest they arouse due to their multifunctionality, having electrical and optical applications. CuO when combined with SnO2 has relevant photocatalytic activities, as well as when combined with TiO2, but little is known about the electrical behavior of these materials and their solid solutions. Therefore, the objective of this project is to synthesize bulks of the ceramic system (X)SnO2/CuO/(1-X)TiO2 (x=0%;25%;50%;75%;100%) and analyze the effect of substitution of TiO2 by SnO2 in (micro)structural, dielectric and varistor properties. Solid solutions in the form of powders were synthesized by solid-state reaction and subsequently, the powders went through the sintering process in a conventional oven at appropriate temperatures and times to reach the form of dense bulks. The ceramic systems in the form of bulks were evaluated regarding the densification process and reduction in pore volume using the Archimedes Method. Their microstructure was characterized using data obtained from x-ray diffraction and scanning electron microscopy (SEM). The dielectric and non-ohmic responses of the material were studied using impedance spectroscopy (IS) and current-voltage (C-V) measurements. The results indicate a strong interaction between the three oxides and it is very likely that the tin and titanium oxides form a solid solution. When in low concentrations, titanium acts directly as a densifying agent for the mixture, reducing the average apparent porosity, in addition to increasing the apparent specific mass, also improving the electrical properties of the material.