Os materiais nanoparticulados têm atraído atenção considerável da comunidade científica, devido às propriedades excepcionais destes materiais, pois na maioria das vezes apresentam melhores propriedades tais como: magnéticas, ópticas, ponto de fusão, reatividade superficial, com relação às propriedades atribuídas aos pós ultra-finos. Neste trabalho o estudo de pós nanométricos foi feito para compostos de BaTi03 puro e dopado com Ni e Ti02. Os pós de BaTi03 dopado com Ni foram estudados para aplicação como pigmento, apresentando uma coloração verde e tamanhos de partículas entre 100 a 34 nm. O BaTi03 puro foi estudado a propriedade fotoluminescente à temperatura ambiente para o material desordenado, calcinado a 300, 350 e 400°C/20h. O material calcinado a 300°C/20h apresentou a melhor propriedade fotoluminescente. Para os pós de Ti02 foi estudada a propriedade fotoluminescente à temperatura ambiente na forma cristalina e desordenados, calcinados a 300°C por diferentes tempos 2, 8, 16, 20 e 24h, por diferentes temperaturas 250, 300, 350, 400, 450°/20h, calcinados a 800°/1h e 800°C/2h. A melhor propriedade fotoluminescente foi obtida para o material calcinado 300°C/20h. O Ti02 calcinado a 800°C/1h apresentou propriedade fotoluminescente a temperatura ambiente na região do visível e do infravermelho, enquanto o calcinado a 800°C/2h apenas na região do infravermelho. Para uma melhor compreensão das propriedades destes compostos foram realizados os cálculos mecânico-quântico para o BaTi03 cristalino e desordenado, BaTi03 dopado com Ni e para o Ti02 cristalino e desordenado. A correlação entre a parte experimental e os cálculos mecânico-quântico foram ferramentas de grande valor para uma análise mais concisa das propriedades fotoluminescentes e a influência da adição do dopante à rede cristalina / Materials in nanometric scale have attracted a considerable attention of the scientific community, due to the exceptional properties presented by these materials. These materials, in the majority of cases, present enhanced properties such as: magnetic and optical properties, melting point, superficial reactivity related to ultrafine powders. In this work, the study of nanosized powders was accomplished by the synthesis of pure BaTi03 compounds, Ni dopped BaTi03 and Ti02. The Ni dopped compounds were investigated as pigments, presenting a greenish color and partic1e size ranging from 34 to 100nm. On the other hand, the photoluminescent properties of undopped disordered Bati03 were studied at room temperature, being previously heat treated at 300, 350 and 400°C/20h. The material ca1cined at 300°C/20h presented the best response. The photoluminescent properties at room temperature of crystalline and disordered Ti02 were also investigated. The powders were heat treated at 300°C for 2, 8, 16, 20 e 24h, and different temperatures 250, 300, 350, 400, 450°C/20h, and finally, 800°C for 1 and 2h. Once again, the material calcined at 300°C/20h presented the best response. Ti02 treat at 800°C/1h presented photoluminescent properties at room temperature in the visible and infrared regions, while the powder c1acined at 800°C/1h presented photoluminescent properties only in the infrared region. Theoretical calculation was carried out for a better comprehension of the properties presented by the compounds. The correlation between the experimental part and the calculation was a very usefu1 tool for a more concise analysis of the photoluminescent properties and the influence of the addition of the dopant into the lattice

Neste trabalho, a resistência ao desgaste abrasivo de revestimentos cerâmicos (AbO3, AI2O3+ TiO2 e ZrO2+ Y2O3) foi avaliada em relação a diferentes fatores operacionais aplicados com a técnica de aspersão térmica. Utilizou-se outros revestimentos de natureza cerâmica com matriz metálica (compósitos) (WC-Co(12%) e WC-Co(17%)) e metálica (liga à base de Ni-Cr-W), para fins comparativos. Foram empregadas duas técnicas distintas de aspersão térmica para a obtenção dos revestimentos: plasma spray e hipersônico. Os corpos-de-prova foram primeiramente submetidos à deposição com uma liga Ni-Cr20, com a finalidade de diminuir as tensões de natureza térmica, e após sofreram a deposição do pó cerâmico. Os revestimentos foram então submetidos a um desgaste abrasivo em um abrasímetro, que promovia 3 movimentos rotativos contra uma lixa abrasiva. Considerando todos os sistemas comparados (cerâmicos, compósitos e metálico), o que apresentou maior resistência ao desgaste abrasivo foi o WCCo (12%). Foi constatada uma correlação da porosidade com a resistência ao desgaste para os sistemas cerâmicos. Para o sistema Al2O3+ TiO2, a maior resistência ao desgaste foi apresentada pelas amostras com menor porosidade. O mesmo comportamento não foi observado com os sistemas cerâmicos com matriz metálica e metálico, onde menores resistências ao desgaste foram obtidas para revestimentos com baixas porosidades. Também o efeito das tensões produzidas durante o procedimento de aspersão térmica foi avaliado em relação à resistência ao desgaste abrasivo. Para tanto, foram variados a distância de aspersão, o tempo de pré-aquecimento do substrato e a redução da espessura da camada depositada. O sistema cerâmico AI2O3+ TiO2 teve um ganho de 46% e 61% na resistência ao desgaste, quando respectivamente aspergido sem pré-aquecimento do substrato e com redução da distância de aspersão. Com a redução da espessura da camada depositada, os sistemas cerâmicos via de regra diminuíram a resistência ao desgaste, ao passo que para o sistema WC-Co (17%), o acréscimo foi de 53%. A razão para tanto foi imputada ao alívio de tensões. Os resultados obtidos permitiram avaliar a dependência da resistência ao desgaste de materiais cerâmicos (em comparação com materiais compósitos e metálico) aspergidos termicamente com fatores microestruturais como porosidade (quantidade e tamanho de poros), presença de trincas e descontinuidade das camadas lamelares, típicas de microestruturas aspergidas termicamente. / In this work the abrasive wear resistance of ceramic coatings ((Al2O3, Al2O3+ TiO2 and ZrO2+ Y2O3) was evaluated to different operacional factors applied through thermal spray technique. Others coatings of ceramic nature were used with metallic matrix, for comparative analysis. Two different thermal spraying techniques were used to obtain the coatings: plasma spray and high velocity oxygen fuel. The specimens were first coated with an alloy NiCr2O in arder to reduce the thermal stress, and after that, they were coated with ceramic powder. The coatings were submited to abrasive wear in a wear machine adjusted to do 3 rotatives motions against an abrasive sandpaper. Considering ali systems that were compared (ceramic, metal matrix composites and metallic), the system that shown the highest abrasive wear resistance is WC-Co(12%) A correlation was found between the porosity and the wear resistance for ceramic systems was found. The highest wear resistance was found with a low levei of porosity. The same behavior was not observed to the ceramic systems with metallic matrix and metallic, where the lower wear resistances obtained for coatings without lower porosities. Also, the stress effect, generated during thermal spraying procedure, was evaluated, correlating with the abrasive wear resistance. Pre-heating time of the substrate and the coating thickness reduction were varied. The ceramic system Al2O3+ TiO2 showed an increase of wear resistance of 46% and 61%, when it was respectively sprayed without pre-heating of the substrate and with the reduction of the spray distance. The ceramic systems had their wear resistance diminished by decreasing the coating thickness, whereas for the WC-Co(17%) the wear resistance was increased by 53%. The reason of this behavior was attributed to the stress relaxation.The results obtained, allowed us to establish the resistance dependence of thermal spraying ceramic materiais with microstructural factors like porosity (quantity and poro size), presence of cracks and lamelar layers fractured, that are typical characteristcs of thermal sprayed microstructures.

Neste trabalho, foi investigada a incorporação de lodo galvânico na formulação de massas cerâmicas para a produção de cerâmica vermelha. O lodo galvânico foi gerado em uma indústria do município de Santa Cruz do Sul – RS. Como agentes de sinterização, foram empregados dois tipos de vidro: o sodocálcico (VSC) e o borossilicato (VBS). Inicialmente, foram formuladas massas cerâmicas com argila, nas quais era adicionado lodo galvânico nas proporções de 0%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20% e 30% em peso. As massas cerâmicas foram então conformadas por prensagem e queimadas a 850°C, 950°C, 1050°C e 1150°C, em forno elétrico tipo mufla, a uma taxa de aquecimento de 150°C/h e patamar de 2h. Em um segundo momento, foi investigada a adição de vidro (VSC ou VBS), em teores de 10%, 15% e 20% em peso. A massa cerâmica assim formulada foi então prensada e queimada nas temperaturas de 950°C, 1050°C e 1150ºC, com a mesma taxa de aquecimento e patamares anteriormente. Após, foram determinadas propriedades mecânicas (resistência mecânica à flexão) e propriedades físicas (absorção de água e retração linear). Complementarmente, foi avaliada a imobilização no corpo cerâmico de elementos perigosos presentes no lodo galvânico, por ensaios de lixiviação (ABNT NBR 10.005), solubilização (ABNT NBR 10.006) e emissões gasosas na queima. Os resultados indicaram que os materiais obtidos comportaram-se tipicamente como materiais cerâmicos tradicionais, isto é, um aumento da temperatura de queima concorre para uma diminuição da absorção de água e um aumento da retração linear. Os corpos cerâmicos formulados com argila e lodo galvânico apresentaram propriedades que lhes permitem ser utilizados para fabricação de telhas e blocos cerâmicos. A adição de lodo galvânico e vidro proporcionou um aumento de cerca de 44% na RM em relação aos corpos cerâmicos apenas com argila (AP), para a mesma temperatura de queima de 1050°C. A análise da estabilidade nos corpos cerâmicos investigados de espécies químicas que concorreriam para um risco de contaminação ambiental indicou que os corpos cerâmicos contendo VBS foram os que menores índices de lixiviação/solubilização em meio aquosos apresentaram, compatíveis aos preconizados pela NBR 10.004. / This work investigated the incorporation of galvanic sludge in the formulation of ceramic mass for the production of red ceramics. The galvanic sludge was generated in an industry in Santa Cruz do Sul - RS. Two types of glass were used as sintering agents, such as soda lime (VSC) and borosilicate (VBS). Initially, ceramic bodies were made with clay, in which galvanic sludge was added in proportions of 0%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20% and 30% by weight. The samples were then shaped by pressing and sintering at 850°C, 950°C, 1050°C and 1150°C in an electric muffle furnace, at a heating rate of 150°C/h and held at these temperatures for 2h. Afterwards, the addition of glass (VBS or VSC) was investigated at levels of 10%, 15% and 20% by weight. Then, the samples were conformed and sintered at temperatures of 950°C, 1050°C and 1150°C, with the same parameters described above. Thereafter, mechanical properties (flexural strength) and physical properties (water absorption and linear shrinkage) were determined. In addition, we evaluated the immobilization of harmful elements present in the ceramic body by leaching (ABNT NBR 10005), solubilization (ABNT NBR 10006) and gaseous emission tests. The results indicated that these ceramic bodies behaved typically as traditional ceramic materials, i.e., an increase of firing temperature contributes to a decrease in absorption of water and an increase in linear shrinkage. The samples formulated with clay and galvanic sludge have properties that allow them to be used for production of ceramic bricks and tiles. With the addition of galvanic sludge and glass, there was an increase in flexural strength of about 44% compared to ceramic bodies with clay, for the same temperature of 1050°C. No significant variation of flexural strength was noticed with the increase of the glass content. The stability analysis performed in ceramic samples, which investigated chemical species that cause an environmental risk, indicated that the ceramic bodies containing VBS reported the lowest levels of leaching/solubilization in aqueous environment, thus being compatible with those recommended by the NBR 10004.

O objetivo deste trabalho foi investigar a aplicação de métodos de ultra-som para avaliação e caracterização da microestrutura de materiais cerâmicos à base de alumina e sua associação com as propriedades mecânicas destes materiais. Para tanto, foram conformados por prensagem uniaxial corpos cerâmicos contendo 94,3% em peso de Al2O3. Os corpos cerâmicos foram sinterizados em forno de resistência elétrica em temperaturas que variaram entre 1100 e 1600 °C. A resistência mecânica e o KIc foram determinados por ensaios de flexão a quatro pontos. Para medir a resistência ao dano por choque térmico, os corpos cerâmicos foram colocados em um forno pré-aquecido na temperatura de teste e permaneceram nesta temperatura por 40 min, quando, então, foram resfriados bruscamente através da imersão dos corpos cerâmicos em água mantida a 0oC. A microestrutura dos corpos cerâmicos foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica. Para os ensaios de ultra-som foram utilizados transdutores piezelétricos de 2 e 4 MHz de freqüência nominal. A imagem resultante foi tratada via software e utilizouse um osciloscópio para padronização. Foram utilizados como parâmetros a velocidade da onda ultra-sônica e a sua atenuação. Os resultados indicaram a correlação entre as propriedades acústicas do material com a sua microestrutura e com suas propriedades mecânicas, tais como, resistência mecânica, módulo de elasticidade e dano por choque térmico. Foi possível propor equações relacionando a resistência mecânica com a variação do coeficiente de atenuação e da velocidade de propagação das ondas ultra-sônicas. Sugere-se também a possibilidade de utilização do coeficiente de atenuação para a determinação da confiabilidade do material cerâmico e o seu uso para a estimativa de vida útil do material sob carga constante ou submetido a choque térmico.

Este trabalho teve como objetivo principal investigar o processo de imobilização do íon cromo, oriundo da cinza de incineração da serragem de couro curtido ao cromo (CSC), em corpos cerâmicos vitrificados. Para tanto, foram desenvolvidas formulações com adição de vidro sodocálcico a CSC, que foram submetidas a diferentes temperaturas de queima. Para o aprofundamento da investigação dos fenômenos atuantes no processo de imobilização do íon cromo, foram formuladas massas cerâmicas com a adição de óxidos puros de Na2O, TiO2, MgO e CaO, à composição CSC e vidro sodo-cálcido. As massas cerâmicas foram conformadas por prensagem uni-axial de duplo efeito e queimadas em forno elétrico tipo mufla, nas temperaturas de 750, 800, 950 e 1000ºC. Posteriormente, foram caracterizadas quanto às propriedades físicas e composição mineralógica, bem como, avaliadas quanto à imobilização do cromo através de ensaios de lixiviação, segundo a Norma NBR 10.005. O controle de fases formadas resultante do processamento cerâmico foi investigado com o auxílio de difração de raios X e mapeamento por microssonda EDS. Os resultados obtidos indicam que é possível obter a imobilização do íon cromo da CSC, de acordo com o limite máximo estabelecido pela NBR 10.004 (5mg/L), utilizando vidro e agentes de vitrificação/densificação, como o óxido de titânio e óxido de magnésio. Quanto mais elevada a temperatura de queima, mais efetiva foi a imobilização de cromo nos corpos cerâmicos investigados. O aumento da temperatura de queima diminui a porosidade aberta, via formação de fase vítrea, levando desse modo a uma diminuição da lixiviação do cromo. No entanto, a adição somente de vidro a CSC aumentou a lixiviação do cromo dos corpos cerâmicos, embora sempre menor para temperaturas de queima crescentes. Deve-se isso, ao aumento de fases lixiviáveis, como cromatos de sódio, a partir da reação do sódio, do vidro sodo-cálcico e do cromo da CSC. Os corpos cerâmicos que apresentaram a fase cromato de sódio, apresentaram deficiente imobilização do íon cromo, em todas as formulações investigadas.

O presente trabalho teve como objetivo investigar os fenômenos que controlam a porosidade em corpos cerâmicos com fases vítreas, formadas pela ação de fundentes, e associá-los com sua microestrutura final. Foram selecionados os fundentes albita, feldspato alcalino, wollastonita e espodumênio, representativos daqueles comercializados no setor cerâmico, a partir de critérios como teor e tipo de álcali, e teor em SiO2 e Al2O3 na composição química. Estes fundentes foram formulados com cada uma das seguintes matérias-primas e combinações destas: quartzo, caulim e talco. As composições foram formuladas com o objetivo de obter-se uma gama de diferentes microestruturas, variando porosidade, e a presença de fases vítreas ou cristalinas. Os corpos cerâmicos foram obtidos em fornos elétricos, tipo mufla, variando-se a temperatura entre 1140 e 1260°C, conforme a formulação investigada. Foram determinadas as propriedades dos corpos cerâmicos, como porosidade aparente, absorção de água e retração linear. Os resultados obtidos foram associados com sua microestrutura e formulação. Para tanto, fez-se uso de microscopia eletrônica de varredura e difratometria de raios-X. Em especial, a porosidade foi avaliada quanto sua distribuição, morfologia e tamanho, e sua influência na definição da microestrutura final, e relação com propriedades dos corpos cerâmicos investigados. Os resultados obtidos indicaram que o comportamento dos fundentes em massas cerâmicas define decisivamente a formação da porosidade em função da composição química do fundente e da combinação desta com a dos outros constituintes da massa cerâmica. O espodumênio forma fase vítrea reagindo basicamente com o quartzo em baixas temperaturas, retendo a porosidade principalmente junto às trincas de contração do mesmo. A albita propicia na expansão da porosidade e interconexão da mesma. O feldspato alcalino forma um líquido de maior viscosidade mantendo a menor porosidade e de maneira mais isolada. A wollastonita reage de modo diferenciado dos demais no que diz respeito à sílica presente, reagindo melhor na presença do alumínio e do magnésio. / The present work aimed to investigate the phenomena that control the porosity in ceramic bodies within glass phases, formed by the action of fluxing materials, associating them with the final microstructure. The fluxes albite, feldspar, wollastonite and spodumene had been selected, representative of those commercial raw material in the ceramic sector, considering as criteria total amount and type of alkali, and amount of SiO2 and Al2O3 in the chemical composition. These fluxes were formulated mixing with one of the following raw materials and combinations of these: quartz, kaolin and talc. The compositions had been formulated with the objective to achieve different microstructures, varying total porosity, and the presence of glass or crystalline phases. The ceramic bodies were fired in electric oven, type muffle, varying temperature range from 1140ºC and 1260°C, according to the investigated body. The properties of the ceramic bodies were determined, such as apparent porosity, water absorption, and shrinkage. The data were correlated to SEM microstructure, X ray diffractogram and batch composition. In special, the porosity was evaluated to its distribution, pore morphology and size, and its influence in the definition of the final microstructure. It was also related to final properties of the investigated ceramic bodies. The experimental results indicated that the behavior of the fluxes in ceramic bodies defines decisively the formation of the porosity in function of the chemical composition of flux and of the interaction of the flux with the other constituents of the ceramic mass. spodumene formed glass phase basically reacting with quartz in low temperatures, providing porosity only close to quartz shrinkage cracks. The albite propitiates the expansion of the porosity and interconnection of the same one. The potash feldspar forms a glass liquid of higher viscosity providing lesser porosity and in a more isolated way. The wollastonite reacts in a different way with silica, propitiating higher sintering in the presence of aluminum and magnesium oxides (as expected in CaO-SiO2-Al2O3 phase diagram).

Neste trabalho, foi investigada a incorporação de lodo galvânico na formulação de massas cerâmicas para a produção de cerâmica vermelha. O lodo galvânico foi gerado em uma indústria do município de Santa Cruz do Sul – RS. Como agentes de sinterização, foram empregados dois tipos de vidro: o sodocálcico (VSC) e o borossilicato (VBS). Inicialmente, foram formuladas massas cerâmicas com argila, nas quais era adicionado lodo galvânico nas proporções de 0%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20% e 30% em peso. As massas cerâmicas foram então conformadas por prensagem e queimadas a 850°C, 950°C, 1050°C e 1150°C, em forno elétrico tipo mufla, a uma taxa de aquecimento de 150°C/h e patamar de 2h. Em um segundo momento, foi investigada a adição de vidro (VSC ou VBS), em teores de 10%, 15% e 20% em peso. A massa cerâmica assim formulada foi então prensada e queimada nas temperaturas de 950°C, 1050°C e 1150ºC, com a mesma taxa de aquecimento e patamares anteriormente. Após, foram determinadas propriedades mecânicas (resistência mecânica à flexão) e propriedades físicas (absorção de água e retração linear). Complementarmente, foi avaliada a imobilização no corpo cerâmico de elementos perigosos presentes no lodo galvânico, por ensaios de lixiviação (ABNT NBR 10.005), solubilização (ABNT NBR 10.006) e emissões gasosas na queima. Os resultados indicaram que os materiais obtidos comportaram-se tipicamente como materiais cerâmicos tradicionais, isto é, um aumento da temperatura de queima concorre para uma diminuição da absorção de água e um aumento da retração linear. Os corpos cerâmicos formulados com argila e lodo galvânico apresentaram propriedades que lhes permitem ser utilizados para fabricação de telhas e blocos cerâmicos. A adição de lodo galvânico e vidro proporcionou um aumento de cerca de 44% na RM em relação aos corpos cerâmicos apenas com argila (AP), para a mesma temperatura de queima de 1050°C. A análise da estabilidade nos corpos cerâmicos investigados de espécies químicas que concorreriam para um risco de contaminação ambiental indicou que os corpos cerâmicos contendo VBS foram os que menores índices de lixiviação/solubilização em meio aquosos apresentaram, compatíveis aos preconizados pela NBR 10.004. / This work investigated the incorporation of galvanic sludge in the formulation of ceramic mass for the production of red ceramics. The galvanic sludge was generated in an industry in Santa Cruz do Sul - RS. Two types of glass were used as sintering agents, such as soda lime (VSC) and borosilicate (VBS). Initially, ceramic bodies were made with clay, in which galvanic sludge was added in proportions of 0%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20% and 30% by weight. The samples were then shaped by pressing and sintering at 850°C, 950°C, 1050°C and 1150°C in an electric muffle furnace, at a heating rate of 150°C/h and held at these temperatures for 2h. Afterwards, the addition of glass (VBS or VSC) was investigated at levels of 10%, 15% and 20% by weight. Then, the samples were conformed and sintered at temperatures of 950°C, 1050°C and 1150°C, with the same parameters described above. Thereafter, mechanical properties (flexural strength) and physical properties (water absorption and linear shrinkage) were determined. In addition, we evaluated the immobilization of harmful elements present in the ceramic body by leaching (ABNT NBR 10005), solubilization (ABNT NBR 10006) and gaseous emission tests. The results indicated that these ceramic bodies behaved typically as traditional ceramic materials, i.e., an increase of firing temperature contributes to a decrease in absorption of water and an increase in linear shrinkage. The samples formulated with clay and galvanic sludge have properties that allow them to be used for production of ceramic bricks and tiles. With the addition of galvanic sludge and glass, there was an increase in flexural strength of about 44% compared to ceramic bodies with clay, for the same temperature of 1050°C. No significant variation of flexural strength was noticed with the increase of the glass content. The stability analysis performed in ceramic samples, which investigated chemical species that cause an environmental risk, indicated that the ceramic bodies containing VBS reported the lowest levels of leaching/solubilization in aqueous environment, thus being compatible with those recommended by the NBR 10004.

Neste trabalho foram investigadas fibras cerâmicas piezoelétricas produzidas por extrusão a partir de quatro diferentes pós comerciais de zirconato titanato de chumbo (PZT): EC65, EC76, PCM51A, PZT5K. Foram ainda testadas aditivações com lantânio (0,5, 4,0 e 8,0 % mol) e PbO (3,0 % mol) em um dos pós (EC65). A queima das fibras foi realizada em duas diferentes temperaturas (1050°C e 1200°C) com patamar de duas horas. A queima foi realizada em atmosfera rica em chumbo, utilizando para controle da atmosfera: i) PbO e ii) mistura de PbZrO3 e ZrO2. As propriedades piezoelétricas foram testadas em fibras individuais por meio de uma técnica específica original. As fibras foram polarizadas, aplicando um campo elétrico de 3,5 kV/mm por cinco minutos. Subseqüentemente, a evolução da deformação (S) para as fibras como função do campo elétrico aplicado (E) de ± 3 kV/mm foi medida em uma freqüência de 2,778 mHz. Os resultados dos testes de queima mostram que retração mais elevada ocorre a temperaturas mais baixas na atmosfera de PbO. As medidas ferroelétricas mostraram que as fibras com composição próxima à fronteira de fase morfotrópica, com uma quantidade mais elevada de fase tetragonal combinada com um tamanho de grão maior possuem melhor resposta ferroelétrica. Comparando os resultados das medidas ferroelétricas dos quatro materiais sinterizados, o EC65 apresentou-se como o material mais promissor devido à sua elevada resposta ferroelétrica aliada a baixo crescimento de grão. A aditivação do pó EC65 com lantânio prejudicou a sinterabilidade e elevou a porosidade das fibras. Estes efeitos apresentaram-se mais significativos quanto maior o teor de lantânio utilizado, e suas conseqüências na microestrutura das fibras são suficientemente drásticas para mascarar quaisquer benefícios advindos do efeito dopante em si. Da mesma forma, a adição de excesso de 3% em moles de chumbo prejudicou a microestrutura final das fibras, e desencadeou o surgimento de um defeito no núcleo das fibras, possivelmente ocasionado por problemas de fluxo durante a extrusão. / In this investigation, ceramic piezoelectric fibers produced by using four different commercial PZT powders (EC65, EC76, PCM51A, PZT5K) were investigated. Modifications of EC65 with lanthanum (0.5, 4.0 and 8.0 mole-%) and PbO (3.0 mole-%) were also tested. The fibers were sintered using two different sintering temperatures (1050°C and 1200°C) in a PbO-rich atmosphere. To provide a PbO-rich atmosphere during the sintering, two different powder mixtures were enclosed: i) PbO ii) a mixture of PbZrO3 and ZrO2. The piezoelectric properties were tested on single fibers by means of a novel single fiber test method. The fibers were polarized by applying an electric field of 3.5 kV/mm for five minutes. Subsequently the free strain (S) evolution for the single fibers as function of the applied electric field (E; ± 3 kV/mm) was measured at a frequency of 2.778 mHz. The results of the sintering experiments show that higher shrinkage occurs at lower temperatures in the PbO atmosphere. The ferroelectric measurements showed that fibers consisting of a composition near the morphotropic phase boundary with a slightly higher amount of tetragonal phase combined with a higher grain size possess improved free strain evolution. EC65 is the most promising material because of its high free strain combined with a comparable small grain size after sintering. Modification of EC65 with Lanthanum has worsened the sinterability and increased porosity of the fibers. The effect was more intense for higher La contents, and its consequences in the microstructure of the fibers are drastic enough to mask any benefits of the doping effect itself. In the same way, the addition of excess of 3%-mole of lead oxide was detrimental to the final microstructure of the fibers, and caused a macroscopic defect in the nucleus of the fibers, possibly caused by flow problems during the extrusion.

Este trabalho versou sobre a obtenção de micro e nanofibras de óxido de titânio pela técnica de electrospinning de uma solução polimérica. A obtenção do sistema sol-gel, precursor de óxidos e aditivos, foi baseada na hidrólise e condensação de sais, como propóxido de titânio, cloreto de zircônio e nitrato de cério. Foram investigadas soluções poliméricas de PVA, PVB, PVP e POE, em diferentes concentrações, 5, 10, 15 e 20%, em meio aquoso, ou alcoólico. Esses sistemas foram caracterizados quanto a sua viscosidade e condutividade iônica. Após um período de 24h de repouso, as soluções poliméricas contendo os íons de interesse foram submetidas ao processo de electrospinning. Utilizaram-se como parâmetros de processo: tensão elétrica entre 5 e 20kV, capilares entre 0,3 e 2,5mm, e distâncias entre 100 e 150mm. Após 30 minutos, as fibras foram coletadas em um cilindro rotativo, formando um não-tecido. As fibras assim obtidas foram submetidas a um tratamento térmico até a temperatura de 1000°C, com taxa de aquecimento de 86K/h. Após o tratamento térmico, as fibras foram caracterizadas quanto a sua morfologia, área superficial, cristalinidade (fases cristalinas e tamanho de cristalito), e atividade fotocatalítica. O sistema contendo PVP em solução alcoólica e formulado com propóxido de titânio (TiP) e ácido acético na proporção de 1:1 (PVP:TiP+ácido acético) mostrou-se o mais adequado para a produção de fibras. Após o tratamento térmico, as fibras de óxido de titânio apresentaram diâmetros médios entre 150 e 525nm. Dependendo da formulação utilizada, fibras tratadas termicamente acima de 700°C deram origem à fase anatase ou a uma mistura das fases anatase e rutilo. A área superficial dessas fibras aumenta com o aumento da temperatura de tratamento térmico até o máximo de 142,1m2/g, quando tratadas a 650°C, diminuindo após essa temperatura. A atividade fotocatalítica foi comparada ao produto comercial TiO2 P25, para a descoloração de uma solução contendo 20ppm de azul de metileno e outra contendo 20ppm de alaranjado de metila. Para ambos os sistemas, as fibras com tratamento térmico a 650°C obtiveram a maior eficiência, degradando totalmente o corante em 65 e 55 minutos, respectivamente para o azul de metileno e o alaranjado de metila. O padrão P25 degradou tais compostos em 45 minutos. / The synthesis of titanium oxide micro and nanofiber using electrospinning of a polymer solution was studied in this thesis. The development of a sol-gel system, containing oxide precursor and additives, was based on the hydrolysis and condensation of salts such as titanium propoxide, zirconium chloride and cerium nitrate. Polymer solutions, PVA, PVB, PVP and POE, have been investigated for different concentrations, 5, 10, 15 and 20%, in water or alcohol. These systems were characterized by theirs viscosity and ionic conductivity. After a period of 24 hours, the polymer solutions containing the ions of interest were submitted to the electrospinning process. The operation parameters were: electric tension between 5 and 20kV, capillaries between 0.3 and 2.5mm, and distances between 100 and 150mm. After 30 minutes, the fibers were collected in a rotating cylinder, as a non-tissue. Fibres thus obtained were subjected to heat treatment until the temperature of 1000°C, with heating rate of 86K/h. After heat treatment, the fibres were characterized by their morphology, surface area, crystallinity (crystalline phases and critalitte size), and photocatalytic activity. The system containing PVP in alcoholic solution and made of titanium propoxide (TiP) and acetic acid in the proportion of 1:1 (PVP: TiP + acetic acid) proved to be the most suitable for the production of fibres. After heat treatment, the fibres of titanium oxide had average diameters between 150 and 525nm. Depending on the composition used, fibres heat treated above 700°C led to anatase or a mixture of anatase and rutile phases. The surface area of these fibers increases with increasing temperature heat treatment up to 142.1 m2/g, when treated at 650°C, decreasing after this temperature. The photocatalytic activity of the fibers was compared to commercial TiO2 P25, for discoloration of a solution containing 20ppm of methylene blue and another containing 20ppm of methylorange. For both systems, fibers with heat treatment at 650°C degraded completely the dyes in 65 and 55 minutes, respectively, for the methylene blue and methylorange. The standard P25 deteriorated such compounds in 45 minutes.

O presente estudo investigou a síntese de fibras cerâmicas piezoelétricas de Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) de estrutura perovskita,utilizando a técnica de electrospinning e a relação dos parâmetros fluxo e tensão aplicada com as características apresentadas pelas fibras após o tratamento térmico. Cerâmicas PZT estão presentes em muitas aplicações tecnológicas por apresentarem excelentes propriedades ferroelétricas, piroelétricas e piezoelétricas. Para a obtenção das fibras por electrospinning, foram utilizados como precursores compostos organometálicos como acetato de chumbo trihidratado, propóxido de zircônio (IV) e Isopropóxido de titânio (IV), que foram diluídos em álcool isopropílico e álcool etílico anidro. Como veículo para a formação das fibras, foi empregado o polímero polivinilpirrolidona (PVP). Para o ajuste do pH, foi utilizado ácido acético glacial. As fibras foram tratadas termicamente a 700°C, com patamar de 1 hora e taxa de aquecimento de 10°C/min. As fibras obtidas foram caracterizadas pelas técnicas de termogravimetria, difração de raios X, espectroscopia Raman, cálculo da área superficial específica através do modelo BET, espectroscopia de energia dispersiva de raios X e microscopia eletrônica de varredura. As fibras também tiveram a sua resposta piezoelétrica direta comprovada de uma forma simplificada. O teste do efeito direto piezoelétrico foi feito em um conjunto de fibras aleatoriamente orientadas. Após tratamento térmico, as fibras apresentaram diâmetro entre 200 e 500 nm e uma estrutura cristalina constituída apenas pela fase perovskita típica do PZT para todas as amostras produzidas. A área de superfície específica variou entre 2,8 m2/g e 4,2 m2/g. Com o aumento do fluxo de material, a área superficial específica diminuiu e com o aumento da tensão aplicada esta área aumentou. O teste da resposta piezoelétrica direta mostrou que as fibras obtidas após o tratamento térmico e após a polarização apresentavam o fenômeno de piezoeletricidade quando carregadas e eram capazes de alcançar valores de tensão de 50 mV para um carregamento de 300g em uma célula montada de forma simples com uma área de 5x5mm2 coberta pelas fibras de PZT. / This study investigated the synthesis of piezoelectric ceramic fibers of Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) with perovskite structure, using the technique of electrospinning, and the relation of flow and applied voltage parameters to the characteristics presented by the fibers after heat treatment. PZT ceramics are present in many technological applications due to their excellent ferroelectric, piezoelectric and pyroelectric properties. In order to obtain the fibers by electrospinning, were used as precursor metallo-organic compounds such as lead acetate trihydrate, zirconium (IV) propoxide, titanium (IV) isopropoxide, which were diluted in isopropyl alcohol and anhydrous ethyl alcohol. Polymer polyvinylpyrrolidone (PVP) was used as a vehicle for fiber formation and glacial acetic acid for pH adjustment, as well. The fibers were thermally treated at 700 °C, with a level of 1 hour and a heating rate of10°C/min. The fibers were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, specific surface area by BET model, energy-dispersive X-ray spectroscopy and scanning electron microscopy. The fibers also had their piezoelectric response directly proven in a simplified manner. The direct piezoelectric effect test was made on a set of randomly oriented fibers. After heat treatment, the fibers presented diameter between 200 and 500 nm and a crystalline structure consisting of only the perovskite phase PZT typical of for all samples produced. The specific surface area varied between 2.8 m2/g e 4.2 m2/g. With the increase in the flow of material, the specific surface area decreased and with the increase this area of the applied voltage increased. The direct piezoelectric response test showed that the fiber obtained after the heat treatment and after the polarization presented the phenomenon of piezoelectricity when loaded and ware capable to achieve voltages of 50 mV for a load of 300g, in a cell assembled in a simplified way, with an area of 5x5mm2 covered by the PZT fibers.