Efeito do Eutético CuO-TiO₂ nas propriedades termoelétricas de Cerâmicas de CaCu₃Ti₄O₁₂.

Abstract

Materiais que possam ser aplicados como conversores termoelétricos estão sendo cada vez mais investigados, com o principal foco no aumento da eficiência de conversão de energia térmica em elétrica. Neste contexto, tem-se comparado o desempenho de diversos materiais, dentre eles alguns óxidos, como o CCTO, o qual teve seu caráter termoelétrico determinado pela primeira vez em 2014. Nesse trabalho foi investigada a influência do excesso e da deficiência do eutético CuO-TiO₂ nas propriedades termoelétricas das cerâmicas de CCTO. Para isso, cerâmicas de CCTO com variações estequiométricas de Cu²⁺ e Ti⁴⁺ foram confeccionadas pelo método coprecipitado. Foram produzidas, além da composição CaCu₃Ti₄O₁₂, as com deficiência da fase eutética CuO-TiO₂, ou seja, CaCuxTiyO₁₂ (2,7 ≤ x ≤ 2,9 e 3,25 ≤ y ≤ 3,75) e com excesso CaCuxTiyO₁₂ (3,1 ≤ x ≤ 3,3 e 4,25 ≤ y ≤ 4,75). A partir dessas composições, foram variadas as quantidades das fases segregadas nos contornos de grãos. Discos dessas composições foram obtidos por prensagem uniaxial e, posteriormente, foram sinterizados em forno convencional, ao ar, a temperatura de 1050ºC durante 2 horas. As cerâmicas foram submetidas a caracterizações elétricas para a determinação da condutividade elétrica DC e do coeficiente de Seebeck, entre 25ºC e 600°C, visando verificar o comportamento de cada composição em função das quantidades das fases presentes. Os valores da condutividade térmica dessas cerâmicas foram obtidos, entre 25ºC e 600ºC, por meio da técnica de laser pulsado. A quantidade das fases CCTO e secundárias presentes em cada composição foi determinada por difração de raios-X. As superfícies das cerâmicas foram observadas através de microscopia eletrônica de varredura, para avaliar a morfologia dos grãos e para identificar a presença e a distribuição das fases secundárias na microestrutura das cerâmicas. A composição CCTO2.8/3.50 foi a que apresentou o menor valor de condutividade térmica, atingindo a 600ºC aproximadamente 1,48 W/(m.K). A cerâmica CCTO3.0/4.00 exibiu a maior condutividade elétrica, atingindo o valor de 11,9 S/m a 600ºC, e a CCTO3.3/4.75 foi aquela que apresentou o maior valor de coeficiente de Seebeck, de aproximadamente -530 μV/K. Em uma análise de todos os parâmetros em conjunto, a composição que mostrou o maior potencial de aplicação termoelétrica foi a cerâmica de composição CCTO3.0/4.00, apresentando um valor de Figura de Mérito da ordem de 10⁻³.