DSpace/Manakin Repository

Propriedades termoelétricas de cerâmicas de CaMnO3 produzidas por diferentes rotas de síntese em atmosferas oxidante e redutora

Mostrar registro simples

dc.creator FREIRE, Leonardo Almeida
dc.date.issued 2024-07-12
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4119
dc.description.abstract In the pursuit of clean and sustainable energy, In the quest for clean and sustainable energy, thermoelectric materials have been extensively studied and improved, with calcium manganite, CaMnO3 (CMO), being one of the most relevant materials. In this context, a study was conducted on the production of CaMnO3 ceramics in different atmospheres to optimize their thermoelectric properties. CMO powders were synthesized using solid-state reaction (SSR) and the modified Pechini chemical method (QUI). Reducing and oxidizing atmospheres (air, O2, or 10% H2/N2) were used during the sample preparation stages, calcination, and sintering. The influence of the synthesis route was investigated by modifying the calcination and sintering times (3, 6, 12, and 24 hours), evaluating their effects on the formed phases as well as the properties of the produced ceramics. Differential thermal analysis conducted in different atmospheres identified 800 ºC as the crystallization temperature of the CMO phase, but it resulted in excessive undesirable secondary phases. Therefore, batches of powders were calcined at 1000 ºC for 3 or 24 hours in different atmospheres. Scanning electron microscopy (SEM/EDS) observations were carried out to evaluate the morphology, chemical microanalysis, and particle size distribution of the particles obtained in SSR and QUI syntheses. X-ray diffraction (XRD) analysis, coupled with Rietveld refinement, was used to quantify the formed phases. Measurements of the Seebeck coefficient and thermal and electrical conductivities as a function of temperature were performed to characterize the thermoelectric properties and calculate the Figure of Merit (zT) values for each studied condition. Little variation was observed between the phases and their respective amounts under O2 and air atmospheres; however, using the H2/N2 atmosphere during sintering resulted in the complete reduction of CMO, thus not forming the desired phase. Calcination at 1000 ºC (in air or O2) favored the formation of the CMO phase, especially for SSR powders, which presented mass fractions of the desired phase between 78% and 100%, while for QUI powders, the CMO phase fraction ranged between 60% and 70%. The powders calcined at 1000 ºC were relevant in forming the microstructure of the sintered ceramics, as the quantities of the CMO phase in the powders influenced the densification and grain growth processes, whereas using powders calcined at 800 ºC resulted in ceramics with the lowest relative densities (64.1%). Ceramics sintered in H2/N2 were found to be highly electrically resistive, whereas ceramics sintered in oxygen exhibited the highest electrical conductivity values (4117 S/m) and the highest zT values (0.08) among the produced samples. CMO ceramics obtained by the QUI route presented very low electrical conductivity compared to those produced by SSR, and therefore, achieved the lowest zT values, even though they exhibited the desirable low thermal conductivity values (1.42 W/mK) compared to those obtained for SSR CMO ceramics (4.02 W/mK). pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject CaMnO3 pt_BR
dc.subject Fases secundárias pt_BR
dc.subject Pechini modificado pt_BR
dc.subject Reação de estado sólido pt_BR
dc.subject Atmosfera de calcinação pt_BR
dc.subject Termoelétrico pt_BR
dc.title Propriedades termoelétricas de cerâmicas de CaMnO3 produzidas por diferentes rotas de síntese em atmosferas oxidante e redutora pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2024-08-26
dc.date.available 2024-08-26T18:52:24Z
dc.date.accessioned 2024-08-26T18:52:24Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/2042058747895731 pt_BR
dc.contributor.advisor1 GELFUSO, Maria Virgínia
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/1931804914096511 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 TOMAZINI, Daniel
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/9231104428523774 pt_BR
dc.description.resumo Na busca por energia limpa e sustentável, materiais termoelétricos vêm sendo estudados e aprimorados, sendo a manganita de cálcio, CaMnO3 (CMO), um dos materiais mais proeminentes. Neste contexto, foi realizado o estudo sobre a produção de cerâmicas de CaMnO3 em diferentes atmosferas com o intuito de otimizar suas propriedades termoelétricas. Pós de CMO foram sintetizados por meio da reação em estado sólido (RES) e da rota química, método de Pechini modificado (QUI). Atmosferas redutoras e oxidantes (ar, O2 ou 10 % H2/N2) foram usadas durante as etapas de preparação das amostras, calcinação e sinterização. Investigou-se a influência da rota de síntese, modificando os tempos de calcinação e sinterização (3, 6, 12 e 24 h), avaliando suas influências nas fases formadas, bem como nas propriedades das cerâmicas produzidas. A partir da análise térmica diferencial, realizada em diferentes atmosferas, a temperatura de 800 ºC foi identificada como a de cristalização da fase CMO, porém resultou em excessivas fases secundárias indesejáveis. Por isso, lotes de pós foram calcinados a 1000 ºC durante 3 ou 24 h, nas diferentes atmosferas. Microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS) foi utilizada para a avaliação da morfologia, da microanálise química e da granulometria das partículas obtidas nas sínteses RES e QUI. Análises de Difração de Raios X (DRX), associadas ao refinamento de Rietveld, foram empregadas para quantificar as fases formadas. Medições de coeficiente Seebeck e condutividades térmica e elétrica, em função da temperatura, foram realizadas para se caracterizar as propriedades termoelétricas e calcular os valores de Figura de Mérito (zT), obtidos para cada condição estudada. Observou-se pouca variação entre as fases e respectivas quantidades geradas, sob as atmosferas de O2 e ar, porém, o uso da atmosfera de H2/N2, na sinterização, resultou em completa redução do CMO, não formando, portanto, a fase de interesse. A calcinação a 1000 ºC (ao ar ou O2) favoreceu a formação da fase CMO, especialmente para os pós RES, que apresentaram frações mássicas da fase de interesse entre 78 % e 100 %, enquanto para os pós QUI, a fração de CMO formada variou entre 60 % e 70 %. Os pós calcinados a 1000 °C foram relevantes na formação da microestrutura das cerâmicas sinterizadas, pois as quantidades da fase CMO nos pós interferiram no processo de densificação e de crescimento de grãos, enquanto o uso dos pós calcinados a 800 ºC gerou cerâmicas com as menores densidades relativas (64,1%). As cerâmicas sinterizadas em H2/N2 se mostraram eletricamente muito resistivas, já as cerâmicas sinterizadas em oxigênio apresentaram os maiores valores de condutividade elétrica (4117 S/m), e maiores zT’s (0,08) dentre as amostras produzidas. As cerâmicas de CMO, obtidas pela rota QUI, apresentaram baixíssima condutividade elétrica em relação às produzidas por RES, e, portanto, obtiveram os menores zT’s, ainda que tenham apresentado os desejáveis e baixos valores de condutividade térmica (1,42 W/mK) comparativamente aos valores de obtidos para as cerâmicas de CMO RES (4,02 W/mK). pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IFQ - Instituto de Física e Química pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Ciência e Engenharia de Materiais pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA pt_BR
dc.relation.references FREIRE, Leonardo Almeida. Propriedades termoelétricas de cerâmicas de CaMnO3 produzidas por diferentes rotas de síntese em atmosferas oxidante e redutora. 2024. 112 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2024. pt_BR


Arquivos deste item

Este item aparece na(s) seguinte(s) coleção(s)

Mostrar registro simples