dc.creator |
URIBE, Juan Oswaldo Montoya |
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dc.date.issued |
2022-03-09 |
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dc.identifier.uri |
https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3310 |
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dc.description.abstract |
CaCu3Ti4O12 (CCTO) ceramics have attracted increasing interest because of their extraordinary
dielectric constant values (κ > 104
at 1 kHz). The structural, microstructural and dielectric
characteristics of the CCTO are dependent on the synthesis and processing methods, being the
subject of constant investigation. In this work the influence of some synthesis and sintering
parameters on the dielectric properties of these CCTO ceramics was investigated. According to
the coprecipitated synthesis method, ceramic powders of CaCuXTiYO12 (CCXTYO) were
produced with stoichiometric variations associated with low CuO and TiO2 contents, where
X|Y = 2.70|3.25; 2.80|3.50; 2.90|3.75; 2.95|3.87 e 3.0|4.0. The samples were exposed to
different processing variables, being investigated the influence of these on the physical chemical characteristics of CCXTYO ceramics. A two-stage calcination route was carried out
at 350 °C and 850 °C, at different heating rates, and with grinding inclusion in each. The
sintering process included a first firing step, performed at 1100 °C, at a rate of 10 °C/min and
in air; different landing times were included. A second, and subsequent step, was carried out at
1150 °C for 5 h. The variables and parameters of sintering and processing allowed to consolidate
the maximization of the amount of CCTO phase in the microstructure and to promote grain
growth to obtain CCXTYO ceramics with excellent dielectric properties. XRD patterns
confirmed the majority presence of the CCTO phase in each compound, as well as discrete
traces of secondary phases such as CuO, TiO2 and CaTiO3. Scanning Electron Microscopy
(SEM) allowed evaluating the presence of the CuO and TiO2 crystalline phase in the grain
boundaries, as well as the morphology, growth and evolution of the CCTO grains. In the
frequency range 20 Hz to 5 MHz, at room temperature, measurements of impedance
spectroscopy (IS) showed that the highest average grain size and composition
(X|Y[2.95|3.87]PS1/PS2) exhibited the highest values of κ (3.5x104
, at 1 kHz). The ceramics with
the narrower grain size distributions showed the lowest tanδ values (0.030, at 1 kHz). The
dielectric measurements showed the existence of relaxation mechanisms, which were fitted by
the Nyquist diagram, and modeled by equivalent circuits in parallel, in order to know the
contributions of grain, grain boundary and electrode-sample interface. Different polarization
mechanisms, especially Maxwell-Wagner, justify the dielectric behavior of this material, one
of them originating in domain boundaries or any other type of internal barrier in semiconductor
grains, and another generated in grain boundaries (explained by the IBLC model). |
pt_BR |
dc.language |
por |
pt_BR |
dc.publisher |
Universidade Federal de Itajubá |
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dc.rights |
Acesso Aberto |
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dc.subject |
CaCu3Ti4O12 |
pt_BR |
dc.subject |
Materiais dielétricos |
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dc.subject |
Constante dielétrica colossal |
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dc.subject |
Fase CuO TiO2 |
pt_BR |
dc.subject |
Coprecipitado |
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dc.title |
Propriedades dielétricas de cerâmicas de CaCu3Ti4O12 com deficiência de CuO e TiO2 em função das diferentes rotas de síntese e sinterização |
pt_BR |
dc.type |
Tese |
pt_BR |
dc.date.available |
2022-06-06 |
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dc.date.available |
2022-06-06T12:11:43Z |
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dc.date.accessioned |
2022-06-06T12:11:43Z |
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dc.creator.Lattes |
http://lattes.cnpq.br/0527140627655800 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor1 |
GELFUSO, Maria Virgínia |
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dc.contributor.advisor1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/1931804914096511 |
pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 |
THOMAZINI, Daniel |
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dc.contributor.advisor-co1Lattes |
http://lattes.cnpq.br/9231104428523774 |
pt_BR |
dc.description.resumo |
A cerâmica de CaCu3Ti4O12 (CCTO) tem atraído crescente interesse dos pesquisadores por
causa de seus extraordinários valores de constante dielétrica (κ >104
a 1 kHz). As características
estruturais, microestruturais e dielétricas do CCTO são dependentes dos métodos de síntese e
processamento, sendo alvo de constantes investigações. Desta forma, neste trabalho foi
investigada a influência de alguns parâmetros de síntese e processamento sobre as propriedades
dielétricas de cerâmicas de CCTO. Usando o método de síntese de coprecipitação, foram
produzidos pós cerâmicos de CaCuXTiYO12 (CCXTYO) com variações estequiométricas
associadas a baixos teores de CuO e TiO2, onde X|Y = 2,70|3,25; 2,80|3,50; 2,90|3,75; 2,95|3,87
e 3,0|4,0. As amostras foram expostas a diferentes variáveis de processamento, sendo
investigada a influência destas sobre as propriedades das cerâmicas de CCXTYO. Foi realizada
uma rota de calcinação de duas etapas em temperaturas de 350 °C e 850 °C, a diferentes taxas
de aquecimento, e com realização de uma etapa de moagem intermediária. O processo de
sinterização incluiu um primeiro processo de sinterização (PS1), realizado em duas etapas: a
primeira a 1100 °C por 24 h e a segunda a 1150 °C por 5 h, com taxa de 10 °C/min e 5 °C/min
ao ar, respetivamente. Um outro processo de sinterização (PS2), foi realizado em condições de
queima inversas às apresentadas no PS1 (a primeira etapa a 1150 °C por 5 h e a segunda a
1100 °C por 24 h). Estas variações dos parâmetros de preparação das amostras permitiram que
houvesse a exclusão da fase líquida da microestrutura, promovendo a formação da máxima
quantidade de fase CCTO, e o crescimento de grãos, produzindo cerâmicas de CCXTYO com
excelentes propriedades dielétricas. As análises por difração de raios X (DRX) confirmaram a
presença majoritária da fase CCTO em cada composto, e discretos traços de fases secundárias
como CuO, TiO2 e CaTiO3. A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) permitiu avaliar a
presença da fase CuO e TiO2 nos contornos dos grãos, assim como também a evolução da
morfologia e do crescimento dos grãos de CCTO. Estimativas da composição das cerâmicas
foram feitas com base nos resultados de espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Medidas
de espectroscopia de impedância (EI), na faixa de frequência de 0,01 Hz a 5 MHz, a temperatura
ambiente, mostraram que as cerâmicas com maior tamanho médio de grão e composição
(X|Y[2,95|3,87]PS1/PS2) exibiram os maiores valores de κ (3,5x104
, a 1 kHz). As cerâmicas com
as distribuições de tamanho de grão mais estreitas apresentaram os menores valores de tanδ
(0,030, a 1 kHz). As caracterizações de EI revelaram a existência de mecanismos de relaxação,
que foram ajustados (diagrama de Nyquist), e modelados utilizando circuitos equivalentes em
paralelo, com o intuito de conhecer as contribuições dos grãos, contorno de grão e interface
eletrodo-amostra nas propriedades dielétricas das cerâmicas. Diferentes mecanismos de
polarização, em especial de Maxwell-Wagner, podem justificar o comportamento dielétrico
desse material, um deles originado nas fronteiras de domínios ferroelétricos ou qualquer outro
tipo de barreira interna nos grãos semicondutores, e outro gerado nos contornos de grão
(explicado pelo modelo IBLC). |
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dc.publisher.country |
Brasil |
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dc.publisher.department |
IFQ - Instituto de Física e Química |
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dc.publisher.program |
Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Materiais para Engenharia |
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dc.publisher.initials |
UNIFEI |
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dc.subject.cnpq |
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA |
pt_BR |
dc.relation.references |
URIBE, Juan Oswaldo Montoya. Propriedades dielétricas de cerâmicas de CaCu3Ti4O12 com deficiência de CuO e TiO2 em função das diferentes rotas de síntese e sinterização. 2022. 176 f. Tese (Doutorado em Materiais para Engenharia) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2022 |
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