O objetivo desta dissertação foi estudar a produção de pós de titanato de alumínio - tialita - pelo processo sol-gel associado à aspersão térmica por plasma. Foram investigados 3 tipos de solventes (etilenoglicol, álcool etílico e água) para a obtenção de um pó com características adequadas para a aplicação por aspersão ténnica a plasma. Os pós foram preparados por co-precipitação de sais inorgânicos de titânio e alumínio através da desestabilização das soluções com uma base forte. Os produtos obtidos foram então secos, calcinados em diferentes temperaturas, observando a evolução das fases. Alternativamente, pós pré-calcinados foram submetidos à aspersão térmica a plasma contra um recipiente com água, e contra um substrato de aço baixo carbono, proporcionando um resfriamento rápido. Os pós obtidos foram caracterizados por análises terrnodiferenciais (ATD) e termogravimétricas (ATG), análise granulométrica por difração de laser, análise da evolução de fases em função da temperatura de calcinação (e após aspersão térmica) por difração de raios X, análise da homogeneidade química e morfologia das partículas utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV) com o auxílio de espectrômetro de energia dispersiva (EDS). Os resultados mostraram que é possível obter, via sol-gel, matérias-primas adequadas para a formação da fase tialita após calcinação a temperaturas acima de 1300°C ou calcinando-se a cerca de 600°C e aspergindo em chama plásmica. Os diferentes solventes utilizados proporcionaram a produção de pós com diferentes morfologias e graus de homogeneidade química. Os pós apresentaram uma distribuição de titânio e alumínio na mesma partícula, sendo que a utilização de etilenoglicol corno solvente levou à maior homogeneidade. Com menores taxas de aquecimento nas calcinações (150Kfh), em temperaturas entre 800 e 1200°C, ocorre a segregação desses elementos com formação e crescimento de grãos de rutila e coríndon. Já com o rápido aquecimento e resfriamento, característicos da aspersão térmica por chama plásmica, a fase final preponderante é a tialita, tanto com resfriamento em água quanto no resfriamento sobre um substrato. / This work has the purpose of studying the production of a ceramic powder of aluminurn titanate - tialita - by sol-gel process associated with plasma spraying. Three kinds of solvents (ethyleneglicol, ethyl alcohol, and distillated water) were investigated in order to obtain a powder with adequate characteristics to be used as feedstock in plasma spray technique. The powders were made by co-prectpttation of inorganic salts of titanium and aluminurn through destabilization of the solutions using a strong base. The products obtained were dried, calcinated at different temperatures with attention to the phase evolution. Alternately, powders pré-calcinated were submitted to plasma thermal spraying in water and in a low-carbon steel substrate, providing an intense cooling rate. The powders obtained were characterized by differential thermal analysis (DT A) and thermogravimetric analysis (TGA), particle size analysis by laser diffraction, phase evaluation in function of calcinations temperature by X ray diffraction, chemical homogeneity and particle morphology using scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectrometer (EDS). The results showed that is possible obtain, by sol-gel, adequate feedstock to formation of tialita phase after calcinations at temperatures above 1300°C, or calcining at temperatures near 600°C followed by thermal spraying with plasma flame. The different kinds of solvents used, propitiated the production of powders with different morphologies and degrees of chemical homogeneity. With low heating rates in calcinations (150Kih), at temperatures between 800°C and 1200°C, occurs the segregation of aluminum and titaniurn with formation and growing of corundum and rutile phases. Since with fast heating and cooling propitiate by plasma spraying, the preponderant final phase is tialite in the substrate (water or metallic) aspersion.

O objetivo desta tese de doutorado foi estudar a influência da adição do íon estanho (Sn4+) à rede do composto SrTiO3 em substituição ao íon de titânio visando otimizar as propriedades elétricas desse composto e, como consequência, obter uma melhora de seu desempenho como um sensor de gás na forma de filmes finos. Para realizar a deposição destes filmes finos através dos métodos de Deposição por Feixe de Elétrons (EBD), alvos cerâmicos de composição SrTi1-xSnxO3 (STSO) com x = 0; 0,20; 0,40; 0,60; 0,80; 0,85; 0,90; 0,95; 1 foram obtidos através do método dos precursores poliméricos modificado. A sequência de formação de soluções sólidas foi determinada através do refinamento Rietveld das amostras STSO na forma de pó sinterizadas, obtidas através dos métodos dos precursores poliméricos e de reação de estado sólido, mostrando que a transição da fase cúbica Pm3̄m do composto SrTiO3 até a fase ortorrômbica Pnma do composto SrSnO3 não depende do método de síntese. As medidas de espectroscopia Raman e absorção de raios-X (XANES, na borda K do Ti) das amostras tanto na forma de pó, obtidas através do método dos precursores poliméricos e de reação de estado sólido, quanto na forma de filme fino obtidas por EBD revelaram a existência de uma desordem local na rede do composto SrTiO3 que diminui com o aumento da temperatura e com a diminuição da concentração de Sn. Os filmes finos STSO obtidos por EBD foram avaliados como sensores utilizando-se os gases O3 e NH3. Em medidas realizadas com o gás ozônio (O3), os resultados mostraram que os filmes finos de 100 nm de espessura apresentaram uma maior sensibilidade tendo a amostra com 60% de Sn com o melhor desempenho a 350°C para 0,15 ppm do gás. As análises de performance dos filmes STSO quanto a seletividade indicaram que não foram seletivos e que apresentaram uma maior resposta ao gás ozônio quando comparados ao gás NH3. / The objective of this work was to study the influence of the addition of tin ion (Sn4+) into the SrTiO3 compound lattice, to replace the titanium ion (Ti4+). The aim was to optimize the electrical properties of SrTiO3 compound and, as a consequence, to obtain an improvement of its performance as a gas sensor in the thin films samples. To perform the deposition of these thin films through Electron Beam Deposition (EBD), ceramic targets of composition SrTi1-xSnxO3 (STSO) with x = 0; 0.20; 0.40; 0.60; 0.80; 0.85; 0.90; 0.95; and 1 were obtained by the modified polymer precursor method. The solid solution formation sequence was determined by the Rietveld refinement of the STSO sintered powdered samples, obtained by both polymeric precursor and solid-state reaction methods, showing that the transition from the cubic Pm3̄m phase of the SrTiO3 compound to the orthorhombic Pnma phase of the SrSnO3 compound does not depend on the synthesis method. The measurements of Raman spectroscopy and absorption of X-rays (XANES, at Ti K-edge), of the powdered samples obtained by both synthesis methods and of the thin films obtained by EBD, revealed the existence of a local disorder in the SrTiO3 compound lattice which decreases with increasing of temperature and with decreasing of Sn concentration. The STSO thin films were evaluated as sensors using the O3 and NH3 gases. In measurements accomplished with the ozone gas (O3), the results showed that thin films of 100 nm thickness had a higher sensitivity. The sample having 60% of tin showed the best performance at 350°C for 0.15 ppm of ozone gas. The performance analysis related to the selectivity of the STSO films indicated they were not selective and that presented a higher response to the ozone gas when compared to the NH3 gas.

Óxidos à base de titânio são estudados por suas diversas aplicações. Dentre eles, compostos com estrutura cristalina de perovskita apresentam propriedades elétricas diferenciadas. Ademais, os recém-descobertos nanotubos derivados de TiO2 por método hidrotérmico têm chamado a atenção dos pesquisadores por sua alta área superficial e fácil obtenção, embora ainda haja controvérsias sobre sua estrutura cristalina e a influência das condições de síntese. Com o desenvolvimento tecnológico, tornou-se fundamental a obtenção de materiais mais puros e com propriedades controladas, o que vem sendo alcançado através de rotas brandas, relacionadas à Química Doce. Simultaneamente, a preocupação ambiental vem influenciando as metodologias sintéticas através das diretrizes da Química Verde. Esta pesquisa visa: 1. caracterização de SrTiO3 obtido por rotas brandas - sal fundido, hidrotérmica, precipitação do sol e combustão. Os produtos foram caracterizados por análise de sorção de N2, DRX e termogravimetria, para a comparação de área superficial (BET), perfil de porosidade (DFT), composição cristalina e cristalinidade, tamanho de partículas e composição química. 2. exploração do sistema de nanotubos derivados de TiO2 pelo método hidrotérmico em NaOH 10 mol.L-1. Foram comparados quatro precursores (TiO2 amorfo, anatase e rutilo obtidos via precipitação de alcóxido, e o comercial P25), dois tempos de reação (24h e 72h), e o efeito de lavagem posterior com HCl. As amostras foram caracterizadas por DRX, área superficial (BET), perfil de porosidade (BJH), MEV e MET, além de espectroscopia Raman e TG e o efeito da temperatura na composição cristalina das amostras. A rota de precipitação do sol produziu SrTiO3 com maior grau de cristalinidade e de impurezas, sendo que sua área superficial diminuiu após tratamento a 400°C. Todos os produtos continham SrCO3, eliminado após 900°C. O método da combustão não formou o titanato. Nanotubos de comprimentos variados foram obtidos de todos os precursores cristalinos, sendo que rutilo não gerou outros tipos de nanoestruturas e os nanotubos mais longos. Além disso, foi o polimorfo que reagiu mais lentamente. O precursor amorfo gerou nanoestruturas semelhantes a nanofios. Foi observado que os nanotubos são compostos de titanatos de sódio lamelares, sendo esses cátions trocados por H+ pela lavagem dos pós com HCl. Essa troca iônica promove a diminuição da região interlamelar e o aumento da área superficial das amostras. / Titanium based oxides are studied for their wide range of applications. Among them, perovskite-like oxides show especial electrical properties. Furthermore, the recently discovered TiO2-derived nanotubes through hydrothermal process have been drawing researchers\' attention for their high surface area and because they can be easily obtained, although their crystal structure and the influence of condition synthesis still being point of controversy. Due to technological advances, the production of property-controlled, composition and phase pure materials has become crucial. These aims have been achieved by the employment of soft routes, related to Soft Chemistry synthesis. Simultaneously, environmental concerns have influenced synthetic methodologies through the Green Chemistry guidelines. This research aims: 1. characterizing of SrTiO3 synthesized by soft routes, namely molten salt synthesis, hydrothermal method, sol-precipitation process and combustion synthesis. The products were characterized by N2 sorption analysis, XRD and thermogravimetry in order to compare their surface area (BET), porous structure (DTF), chemical and crystal phase composition, crystallinity and particle size. 2. exploring the system of nanotubes hydrothermally derived from TiO2 in NaOH 10 mol.L-1. The effects of precursor type (amorphous TiO2, anatase and rutile obtained by alcoxide hydrolysis, and commercial P25), reaction time (24h and 72h), and acid washing treatment were compared. The samples were characterized by XRD, surface area (BET), porous structure (BJH), SEM and TEM, besides Raman spectroscopy, TG and temperature effect on the crystal composition. The sol-precipitation route produced the SrTiO3 sample with higher crystallinity and amount of impurities, while its surface area decreased on 400°C heat-treatment. All products showed SrCO3 presence up to 900°C. Combustion synthesis did not lead to the strontium titanate. Varied-length nanotubes and other nanostructures were obtained from all crystalline precursors, although rutile-derived samples showed only nanotubes, and the longest ones. On the other hand, this precursor reacted more slowly than the others. Amorphous TiO2 produced wire-like nanostructures. It has been observed that nanotubes are composed of lamellar sodium titanate, and that HCl washing promotes Na+ exchange for H+ ions. This ion-exchange leads to a decrease in the interlamellar spacing and an increase in the surface area of the samples.

Orientador: José de los Santos Guerra / Resumo: O titanato de bário (BaTiO3, BT) é um material ferroelétrico com diversas aplicações, dentro do mercado de componentes eletrônicos, devido às excelentes propriedades físicas que manifesta, em relação a outros sistemas ferroelétricos, continuando a atrair durante várias décadas o interesse científico e comercial. Dentre o grande número de trabalhos sobre o sistema BT reportados na literatura muitos são associados à vasta gama de aplicações para a indústria eletro-eletrônica, dentre as quais se destacam o uso em dispositivos para capacitores, termistores, entre outros. A dopagem do BaTiO3 com íons doadores implica na mudança de algumas propriedades físicas, que conduzem a comportamentos anómalos em determinados parâmetros físicos, cuja natureza ainda não tem sido muito esclarecida, embora muitos trabalhos tenham se empenhado para tentar justificar tais efeitos. Neste contexto, neste trabalho, as propriedades físicas do sistema BaTiO3 serão investigadas considerando a adição de elementos doadores, nos sítios A e B da estrutura. Em particular, os íons de gadolínio (Gd3+) e nióbio (Nb5+) serão usados como modificadores da estrutura perovskita em substituição dos íons de bário (Ba2+) e titânio (Ti4+) nos sítios A e B, respectivamente, considerando as fórmulas químicas Ba1-xGdxTiO3 e BaTi1-x NbxO3 (sendo x = 0.001, 0.002, 0.003, 0.004 e 0.005). As propriedades estruturais e microestruturais foram investigadas à temperatura ambiente, enquanto as propriedades dielétricas e elétricas f... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

O objetivo desta dissertação foi estudar a produção de pós de titanato de alumínio - tialita - pelo processo sol-gel associado à aspersão térmica por plasma. Foram investigados 3 tipos de solventes (etilenoglicol, álcool etílico e água) para a obtenção de um pó com características adequadas para a aplicação por aspersão ténnica a plasma. Os pós foram preparados por co-precipitação de sais inorgânicos de titânio e alumínio através da desestabilização das soluções com uma base forte. Os produtos obtidos foram então secos, calcinados em diferentes temperaturas, observando a evolução das fases. Alternativamente, pós pré-calcinados foram submetidos à aspersão térmica a plasma contra um recipiente com água, e contra um substrato de aço baixo carbono, proporcionando um resfriamento rápido. Os pós obtidos foram caracterizados por análises terrnodiferenciais (ATD) e termogravimétricas (ATG), análise granulométrica por difração de laser, análise da evolução de fases em função da temperatura de calcinação (e após aspersão térmica) por difração de raios X, análise da homogeneidade química e morfologia das partículas utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV) com o auxílio de espectrômetro de energia dispersiva (EDS). Os resultados mostraram que é possível obter, via sol-gel, matérias-primas adequadas para a formação da fase tialita após calcinação a temperaturas acima de 1300°C ou calcinando-se a cerca de 600°C e aspergindo em chama plásmica. Os diferentes solventes utilizados proporcionaram a produção de pós com diferentes morfologias e graus de homogeneidade química. Os pós apresentaram uma distribuição de titânio e alumínio na mesma partícula, sendo que a utilização de etilenoglicol corno solvente levou à maior homogeneidade. Com menores taxas de aquecimento nas calcinações (150Kfh), em temperaturas entre 800 e 1200°C, ocorre a segregação desses elementos com formação e crescimento de grãos de rutila e coríndon. Já com o rápido aquecimento e resfriamento, característicos da aspersão térmica por chama plásmica, a fase final preponderante é a tialita, tanto com resfriamento em água quanto no resfriamento sobre um substrato. / This work has the purpose of studying the production of a ceramic powder of aluminurn titanate - tialita - by sol-gel process associated with plasma spraying. Three kinds of solvents (ethyleneglicol, ethyl alcohol, and distillated water) were investigated in order to obtain a powder with adequate characteristics to be used as feedstock in plasma spray technique. The powders were made by co-prectpttation of inorganic salts of titanium and aluminurn through destabilization of the solutions using a strong base. The products obtained were dried, calcinated at different temperatures with attention to the phase evolution. Alternately, powders pré-calcinated were submitted to plasma thermal spraying in water and in a low-carbon steel substrate, providing an intense cooling rate. The powders obtained were characterized by differential thermal analysis (DT A) and thermogravimetric analysis (TGA), particle size analysis by laser diffraction, phase evaluation in function of calcinations temperature by X ray diffraction, chemical homogeneity and particle morphology using scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectrometer (EDS). The results showed that is possible obtain, by sol-gel, adequate feedstock to formation of tialita phase after calcinations at temperatures above 1300°C, or calcining at temperatures near 600°C followed by thermal spraying with plasma flame. The different kinds of solvents used, propitiated the production of powders with different morphologies and degrees of chemical homogeneity. With low heating rates in calcinations (150Kih), at temperatures between 800°C and 1200°C, occurs the segregation of aluminum and titaniurn with formation and growing of corundum and rutile phases. Since with fast heating and cooling propitiate by plasma spraying, the preponderant final phase is tialite in the substrate (water or metallic) aspersion.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4435.pdf: 5925969 bytes, checksum: 6fa4eded6f756e78f21d2f8b5b9767e8 (MD5) Previous issue date: 2009-09-03 / Financiadora de Estudos e Projetos / In recent years the necessity of new devices, in the electroelectronic industry, has lead to an increasing interest in materials called magnetoelectric (ME) or multiferroic (MF). Multiferroic is the term used to classify the materials that exhibit magnetic and electric orders simultaneously. In this sense, the idea of producing materials and smart devices have attracted the attention of many researchers from different fields of knowledge. From the technological point of view, the simultaneous mutual control of electrical and magnetic properties generates new possibilities of applications. However the number of candidate for these applications materials is limited and the effects are typically very small and in some cases observed in the low temperature. Therefore, the search for room temperature multiferroic materials is very import for technological application of these materials as well as from the academic stand point. This work aimed the preparation of new multiferroic materials suitable for technological application. We performed a systematic study on the preparation of composites. Both compounds were synthesized using Pechini method, further, they were characterized by dilatometry, densification, X-ray diffraction, electronic microscopy, magnetization and resistivity measurements. We found the best results for the manganite prepared from solution with pH=0 and then calcinated at 900 for 6 hours. After that, the powder were sinterized at 1000 for 2 hours. For bfor 2 hours. / Nos últimos anos a necessidade de novos dispositivos, na indústria de eletro-eletrônicos, tem conduzido a um crescente interesse pelos materiais denominados magnetoelétricos (ME) ou multiferróicos (MF). Multiferróico é o termo usado para classificar os materiais que exibem simultaneamente ordenamentos magnéticos e elétricos. Neste sentido, a idéia de se produzir materiais e dispositivos inteligentes têm atraído a atenção de muitos pesquisadores das mais diversas áreas do conhecimento. Do ponto de vista tecnológico, o controle mútuo de propriedades elétricas e magnéticas gera diversas possibilidades de aplicações. No entanto o número de materiais candidatos é limitado e os efeitos são tipicamente muito pequenos e em alguns casos observados na região de baixa temperatura. A procura de materiais com acoplamento magnetoelétrico significativo a temperatura ambiente é, pois, de grande importância tecnológica assim como de ciência básica. Neste sentido, o presente projeto de pesquisa objetivou a obtenção de novos materiais multiferróicos que possuíam propriedades interessantes para aplicação tecnológica. Realizamos um estudo sistemático do processo de preparação de compósitos de manganita e piezoéletrico em particular. Os materiais foram preparadas pelo método de Pechini e caracterizadas através de dilatometria, densificação, microscopia eletrônica, difração de raio X, magnetização e resistividade. Para a formação da fase manganita observamos que os melhores resultados foram obtidos mantendo a pH da solução a zero, e posteriormente calcinadas a 900 por 6 horas. Já para o titanato de bário as condições que apresentaram melhor resultado foram 1000 por 2 horas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3386.pdf: 7975175 bytes, checksum: 569defaa13852080fc5ba602a971eb47 (MD5) Previous issue date: 2009-08-07 / Financiadora de Estudos e Projetos / This work have as aim, the synthesis of ceramic powders of Ba(ZrxTi1¡x)O3 (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1) by the polymeric precursor method and investigate the degree of structural order-disorder of these systems by different characterization techniques, such as: thermogravimetric analysis (TA), differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, infrared vibrational spectroscopy, X-ray absorption near edge structure (XANES), extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, ultraviolet visible (UV-vis) absorption spectroscopy and photoluminescence (PL) measurements. The techniques of TA and DTA indicated a large mass loss of the precursors and that the increase in concentration of Zr in the lattice of the systems raises the crystallization temperature. The XRD patterns and Raman spectra showed that the powders of BaTiO3 have tetragonal structure and other systems have cubic structure. The infrared spectra showed a shift toward regions of higher wave number, with the substitution of Ti by Zr in the lattice. XANES spectra evidenced the presence of local clusters [TiO5]/[TiO6] and [ZrO5]/[ZrO6]. Moreover, there is a reduction in the displacement of Ti atom is outside of the center of the octahedron due to the increasing concentration of Zr in BaTiO3 lattice. With the EXAFS spectrum of BaZrO3 was possible to determine the approximate coordination number for the Zr clusters. The results obtained by EPR technique indicate that in the BaZrO3 with structural defects are possible the presence of species with electrons of unpaired spins. The absorption spectra in the UV-vis showed the presence of intermediate electronic levels between the valence band and conduction band in the powders with structural order-disorder, while the crystalline powders do not have the presence of these levels. Through the analysis of PL emission spectra was possible to verify the presence of order-disorder structural at medium range is fundamental for these systems have this property. Also, it was noted that the replacement of Ti by Zr in BaTiO3 lattice promotes a considerable increase in the PL intensity and different maximum emission in the visible (red, orange, yellow, green and blue). Moreover, models based on symmetry breaking among the Ti and/or Zr clusters are presented to explain the PL wide band and dual wide band for the ceramic powders. All the wide band models are proposed based on the presence of defects or symmetry breaking into lattice of these materials that promotes favorable conditions for the PL emission at room temperature before the excitation process. / Este trabalho tem como objetivo, a síntese de pós cerâmicos de Ba(ZrxTi1¡x)O3 com (x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1) pelo método dos precursores poliméricos e investigar o grau de ordem-desordem estrutural destes sistemas por diferentes técnicas de caracterização, tais como: análise termogravimétrica (AT), análise termogravimétrica diferencial (ATD), difração de raios-X (DRX), espectroscopia Raman, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, estrutura próximo a borda de absorção de raios-X (XANES), estrutura fina de absorção de raios-X estendida (EXAFS), espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (EPR), espectroscopia óptica de absorção de ultravioleta-visível (UV-vis) e fotoluminescência (FL). As técnicas de AT e ATD indicaram uma grande perda de massa dos precursores e que o aumento na concentração de Zr na rede dos sistemas eleva a temperatura de cristalização. Os padrões de DRX e espectros Raman mostraram que os pós de BaTiO3 apresentam estrutura tetragonal e os outros sistemas tem estrutura cúbica. Os espectros de infravermelho indicaram um deslocamento para regiões de maior número de onda, com a substituição de Ti por Zr na rede. Os espectros de XANES evidenciaram localmente a presença de clusters [TiO5]/[TiO6] e [ZrO5]/[ZrO6]. Além disso, ocorre uma redução no deslocamento do átomo de Ti está para fora do centro do octaedro devido o aumento da concentração de Zr na rede BaTiO3. Com o espectro de EXAFS do BaZrO3 foi possível determinar o número de coordenação aproximado xv xvi para os clusters de Zr. Os resultados obtidos pela técnica de EPR indicam que nos pós de BaZrO3 com defeitos estruturais existe uma possível presença de espécies que apresentam elétrons com spins desemparelhados. Os espectros de absorção no UV-vis mostraram a presença de níveis eletrônicos intermediários entre a banda de valência e a banda de condução nos pós com ordem-desordem estrutural, enquanto os pós cristalinos não temos a precença destes níveis. Por meio das análises dos espectros de emissão fotoluminescente foi possível verificar que a presença de ordem-desordem estrutural a média distância é fundamental para estes sistemas apresentem esta propriedade. Também, foi notado que a substituição de Ti por Zr na rede do BaTiO3 promove um aumento considerável na intensidade de FL e diferentes máximos de emissão na região do vísivel (vermelho, laranja, amarelo, verde e azul). Além disso, modelos baseados na quebra de simetria entre os clusters de Ti e/ou Zr são apresentados para explicar a FL de banda larga e dupla banda larga para os pós cerâmicos. Todos os modelos de banda larga são propostos baseados na presença de defeitos ou quebra de simetria na rede destes materiais que promovem condições favoráveis para a emissão de FL a temperatura ambiente antes do processo de excitação.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4160.pdf: 3777313 bytes, checksum: 0d314b28146b91577996b28d0d3d6940 (MD5) Previous issue date: 2012-02-28 / Universidade Federal de Minas Gerais / The development of new materials has been a major focus of modern science. In order to obtain materials with desired features, studies about synthesis are necessary for a better understanding of their synthetic processes. In this light and in search for new materials in heterogeneous photocatalysis, a challenge is to understand the synthetic processes by the investigation of synthesis variables. Thus, this thesis presents the synthesis of Ti oxide nanostructures (pure or associated with Sn oxide) through the alkaline hydrothermal method. Some variables such as precursor, base concentration, temperature and time of hydrothermal treatment were studied. In the syntheses of co-precipitated Ti and Sn oxides, the formation of Sn oxide occurred only under mild alkaline conditions, since high alkalinity caused the Sn dissolution. In the evaluation of precursor type, peroxytitanium complexes (PTCs) showed excellent characteristics to obtain titanate phases in mild alkaline conditions, since the process of titanate formation from PTC occurred without the complete degradation of its initial structure. In the study about temperature and time of synthesis, the temperature of hydrothermal treatment was the most important synthetic parameter. With respect to the photocatalytic tests of synthesized materials, the crystalline phase was the most important factor. The titanates showed higher specific surface area and higher concentration of hydroxyl groups, whereas the photoactivities were lower. The low photoactivities of titanates were attributed to the majority presence of fivecoordinated titanium species (TiO5). In this study, the hexa-coordinated titanium (TiO6) was considered the main active site for photocatalytic processes. / O desenvolvimento de novos materiais tem sido um dos principais focos da ciência moderna. Para a obtenção de materiais com características desejadas são necessários estudos que permitam o conhecimento dos processos de suas sínteses. Assim, na busca de novos materiais que possam ser utilizados como fotocatalisadores heterogêneos, um dos desafios é justamente compreender os processos de obtenção pela investigação das variáveis de síntese. Desta forma, este trabalho propôs-se à síntese de nanoestruturas de óxidos de Ti (puras ou associadas com óxido de Sn) pelo método hidrotérmico em meio alcalino, variando-se aspectos como precursor, concentração de base, temperatura e tempo de tratamento hidrotérmico. Nas sínteses de materiais com fases co-precipitadas de óxidos de Ti e Sn, a formação do óxido de Sn ocorreu somente em condições alcalinas moderadas, visto que condições mais alcalinas provocaram a dissolução do Sn. Na avaliação do tipo de precursor, os precursores do tipo peroxocomplexo de Ti (PTC) foram bons para a obtenção de titanatos em condições alcalinas mais brandas, sendo observado que o processo de formação dos titanatos a partir destes ocorreu sem a perda total da estrutura inicial do PTC. No estudo das variáveis temperatura e tempo de síntese, a temperatura de tratamento hidrotérmico foi o parâmetro mais importante. Quanto a atividade fotocatalítica dos materiais sintetizados, a fase cristalina foi o fator mais importante. Os titanatos apresentaram alta área superficial específica e grande quantidade de grupos hidroxilas, no entanto, as piores fotoatividades. A baixa fotoatividade dos titanatos foi atribuída à presença, em maior proporção, de Ti pentacoordenado (TiO5), sendo que no presente estudo, o Ti hexa-coordenado (TiO6) foi considerado o principal sítio ativo nos processos fotocatalíticos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:35:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Retido.pdf: 19733 bytes, checksum: 6aad255badc436a06364517de2344ab6 (MD5) Previous issue date: 2005-03-17 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work was done mecanic-quantic periodic in level ab initio and using the density functional theory (DFT) combined with the B3LYP (BECKE 1993; LEE, et al 1998) to a series of titanates. Models periodic simulations were used to do a system study about structure property, electronics and optics and analyze the dislocation influence over this materials structure and to study too the doping influence, using the CRYSTAL98 program. With objective of characterize the electronic levels of the BT (titanate barium) materials pure and BT doped with Mn and BST (barium and stroncium titanate). This electronic levels were analyzed from state density projections in the region between upper limits of the valence band and inferior of the conduction band, were analyzed the structure band and electronic densities with objective of comprehend better the photoluminescence properties of this materials in the amorphous phase (desordered structure). To realize the photoluminescence propriety study of materials used date obtained by Rietveld refinement and two periodic models of super cell were developed order structure (phase cristaline) and desordered structure (phase amorphous), in analyze were built three periodic models to theoric BT and of pure refines and of the doped with objective to offer a new alternative of a mecanic-quantic periodic model to simulate the structure deformation induce by Mn doping in the BT. This modelization became possible give general acess of the doping effect in the electronic structure and still to analyzed the doping element influence in the disposition electronic configuration, considering that Mn isn t included in the simulation but this dope effects were noted with the refinement of Rietveld date used. All theoric results obtained were correlation with experimentals results to investigate and interpret better these materials proprieties. / Neste trabalho foram realizados cálculos mecânico-quântico periódicos, efetuados em nível ab initio e utilizando-se a teoria do funcional de densidade proposta por Lee, Yang e Parr, combinada com B3LYP (BECKE 1993; LEE, et al 1998) para uma série de titanatos. Simulação de modelos periódicos foram empregados para realizar um estudo sistemático das propriedades estruturais, eletrônicas e dos materiais: BT e BT dopado com Mn e do BST para analisar a influência da desordem estrutural destes materiais; como a finalidade de contribuir para a explicação do efeito luminescente e ainda estudar a influência da dopante Mn na estrutura do BT, utilizando o programa CRYSTAL98. Com o intuito de caracterizar estas propriedades destes materiais foram analisadas as densidades de estados (DOS), densidades de cargas, densidades eletrônicas, estrutura de bandas e ainda diagrama de energia. Este estudo teórico possibilitou a identificar os níveis eletrônicos na região entre os limites superiores da banda de valência e inferiores da banda de condução com o objetivo de melhor interpretar as propriedades fotoluminescentes destes materiais na fase amorfa (estrutura desordenada). Para realizar o estudo das propriedades fotoluminescentes destes materiais foram empregados os dados obtidos pelo refinamento de Rietveld, e dois modelos periódicos de supercela foram elaborados: estrutura ordenada (fase cristalina) e estrutura desordenada (fase amorfa). Para uma outra análise foram construídos três modelos periódicos para BT teórico e do refinamento puro e do dopado com Mn. Com o intuito de propor uma nova alternativa de um modelo mecânico-quântico periódico para simular a deformação estrutural induzida pelo dopante Mn no BT. Esta modelagem possibilitou dar acesso geral do efeito do dopante na estrutura eletrônica e ainda analisar a influência do elemento dopante na disposição configuração eletrônica, sendo que o Mn não está incluído no modelo, mas os efeitos desta dopagem foram observadas com o uso dos dados do refinamento de Rietveld. Todos os resultados teóricos obtidos foram correlacionados com os resultados experimentais para melhor compreender, investigar e interpretar as propriedades destes materiais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissECP.pdf: 9517321 bytes, checksum: e528d9311d42f94d3167e859e7d873b1 (MD5) Previous issue date: 2000-11-30 / Universidade Federal de Minas Gerais / THE STUDY OF PbTiO3 (PT) CERAMIC POWDERS USING THE POLYMERIC PRECURSOR METHOD was started by the preparation of a precursor solution of metallic cations. Citric acid was used as quelation agent and ethylene glycol as esterification and polymerization agent. This solution was submitted to thermal treatment at temperatures about 300°C for the pyrolysis of the obtained polyester. PT crystalline powders were obtained starting from amorphous precursors, varying the calcination conditions as the temperature, the time and the furnace atmosphere. The evolution of the crystallization process of the PT was accompanied by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and infrared spectroscopy (FTIR). It was verified that the beginning of the crystallization of the PT occurs at a temperature below the Curie temperature of the material (~ 490°C). Heat treatments for one hour at 400°C yields PT crystalline and free of secondary phases. It was observed that the formation of the PT phase takes place without the formation of an intermediary carbonate phase that can occur in perovskites obtained by the polymeric precursor method. It was verified that there was no formation of pyrochlore or fluorite intermediary crystalline phase, and the only intermediary phase found was cubic PT in some calcination stages. This indicates that the polymeric precursor method provides the homogenization of the ions at the molecular level, during the synthesis process. Aiming at a better understanding of the crystallization process, a comparison was performed between the amorphous and crystalline powders by means of X-ray absorption, using EXAFS (Extended X-Ray Absorption Fine Structure) and XANES (X-Ray Absorption Near Edge Structure) spectra. It was thus verified that the amorphous powders present a short distance structure formed by sixfold oxygen titanium coordination coexisting with fivefold oxygen titanium coordination. Photoluminescent property at room temperature was detected in the amorphous powders. It was verified by reflectance spectra the presence of a tail and of optical exponential borders which are characteristic of amorphous semiconductors. It was also verified that these tail and borders are sensitive to the temperature and to the time of calcination. With the increase of the degree of crystallization of the material and the consequent ordering of the crystalline phase, this luminescent property disappears. By means of theoretical calculations it was possible to verify that the amorphous powder induces electronic levels in the area of the band gap of the material. This fact favors the recombination of the electron-hole pair, which is possibly the responsible for the photoluminescence. / NO ESTUDO DE PÓS CERÂMICOS DE PbTiO3 (PT) UTILIZANDO-SE O MÉTODO DOS PRECURSORES POLIMÉRICOS, foi preparada uma solução precursora de cátions métálicos, empregando-se ácido cítrico como agente quelante e etilenoglicol como agente esterificante e polimerizante. Esta solução, foi submetida ao tratamento térmico, à temperaturas ao redor de 300 C, para a pirólise do poliéster obtido. Os pós de PT cristalinos, foram obtidos a partir de precursores amorfos, variando-se as condições de calcinação como a temperatura, o tempo e a utilização ou não de fluxo de gases. A evolução do processo de cristalização do PT foi acompanhada por difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman e espectrofotometria na região do infravermelho (FTIR). Verificou-se que o início da cristalização do PT ocorre a uma temperatura inferior à temperatura de Curie do material (~ 490 C). A partir de 400 C por uma hora de calcinação foi obtido PT cristalino e livre de fases secundárias. Observou-se que a formação da fase PT ocorre sem formação de fase intermediária de carbonato, que pode ser obtida na obtenção de perovisquitas pelo método dos precursores poliméricos. Verificou-se que não houve a formação de fase cristalina intermediária como pirocloro ou fluorita, sendo que só a fase PT cúbica foi encontrada como fase intermedária em alguns estágios de calcinação. Isto indica, que o método dos precursores poliméricos proporciona a homogenidade dos íons em nível molecular, durante o processo de síntese. Para uma compreensão de como ocorre o processo de cristalização, foi realizada uma comparação entre pós amorfos e cristalinos por absorção de raios X, por intermédio de espectros EXAFS (Extended X-Ray Absorption Fine Structure) e XANES (X-Ray Absorption Near Edge Structure). Com isto, verificou-se que os pós amorfos apresentam uma estrutura à curta distância formada por titânio hexacoordenado por oxigênio coexistindo com titânio pentacoordenado. Foi detectada propriedade fotoluminescente para os pós amorfos à temperatura ambiente, em que se verificou por espectros de reflectância a presença de uma cauda e de bordas ópticas exponenciais características de semicondutores amorfos. Verificou-se que estas caudas e bordas são sensíveis à temperatura e ao tempo de calcinação. Com o aumento da cristalização do material, com a conseqüente ordenação da fase cristalina, esta propriedade luminescente desaparece. Utilizando-se cálculos teóricos foi possível verificar que o pó amorfo, induz a formação de níveis eletrônicos na região da banda gap do material. Fato, que favorece a recombinação do par elétron-buraco, que possivelmente é o responsável pela fotoluminescência.