Caracterização morfológica e estrutural do cobalato de cálcio dopado com molibdênio

Abstract

Desde a década de 90, os materiais cerâmicos demonstram todo o seu potencial na geração de energia elétrica, mediante a aplicação de um gradiente de temperatura. Visto por apresentarem, de modo geral, boa estabilidade química e dimensional, tais materiais despertaram o interesse da literatura como possíveis candidatos à substituição dos materiais termoelétricos clássicos, a base de ligas metálicas, uma vez que, o comportamentos termoelétricos em faixas superiores de temperatura (500ºC ou mais), não é uma característica bem estabelecida nos termoelétricos clássicos, contrário ao que os materiais cerâmicos podem oferecer. Em face disso, o presente trabalho propôs-se a investigar a influência da estrutura e morfologia da cerâmica termoelétrica cobalato de cálcio, além da adição de dopante (molibdênio), nas propriedades de condutividade térmica e elétrica do material, a temperatura ambiente. Dessa forma, pós cerâmicos de Ca3Co4(1x)MoxO9 foram obtidos pelo método tradicional da mistura de óxidos, pelo qual, concentrações de 0,5, 1, 2 e 2,5% de molibdênio foram adicionados ao material em substituição ao cobalto. A termogravimetria revelou uma ligeira termoestabilidade entre 800 e 900ºC, definindo-as como as de calcinação do material. A análise de difração de raios X demonstrou ordenamento estrutural do Ca3Co4(1-x)MoxO9 a longo alcance, sendo identificada a fase desejada (Ca3Co4O9) e a presença de fases secundárias (CaO e Co3O4), nas temperaturas de 800 e 900ºC. Além disso, sugere-se a incorporação do molibdênio a estrutura do material devido a detecção de um leve deslocamento angular à esquerda dos picos de difração. A espectroscopia na região do infravermelho revelou organização estrutural do material a curto alcance, pelo qual, foram identificados os modos vibracionais de estiramento pertencentes ao Ca3Co4O9 e os modos vibracionais pertencentes às segundas fases. Os resultados da dilatometria sugeriram a sinterização das pastilhas de Ca3Co4(1-x)MoxO9 nas temperaturas de 1050 e 1250ºC e, após serem submetidas a análise de densidade à verde e densidade pelo princípio de Arquimedes, os resultados demonstraram elevada densificação nas amostras tratadas a 1250ºC (97%), enquanto as amostras tratadas a 1050ºC, as amostras alcançaram densificações intermediárias (70%). As imagens obtidas via microscopia eletrônica de varredura evidenciaram a presença de grãos mais definidos e homogêneos, além de tamanho médio de grãos maiores comparados as amostras tratadas a 1250ºC, que por sua vez, apresentaram grãos com aspecto heterogêneo. Os valores de condutividade elétrica foram superiores nas amostras sinterizadas a 1050ºC e de forma geral, inferiores com o aumento da concentração de molibdênio. Por fim, os valores obtidos nas condutividades térmicas revelaram ser superiores nas pastilhas tratadas a 1250ºC comparadas as amostras tratadas a 1050ºC. Palavras-chave: Termoeletricidade, condutividade térmica, condutividade elétrica, cobalato de cálcio.