Resumo: A descoberta da alta constante dielétrica () no CaCu3Ti4O12 (CCTO) despertou grande interesse nesse material com estrutura tipo perovskita, principalmente por não apresentar uma transição de fase ferroelétrica ou comportamento relaxor comparado aos demais titanatos. O CCTO, sem adição de dopantes, apresenta também forte característica não-linear de corrente-tensão com possibilidade de aplicações em varistores. O comportamento elétrico do CCTO tem sido intensivamente discutido na literatura e tem sido atribuído a defeitos intrínsicos ou extrínsicos. Entretanto, não existe concordância na literatura em relação aos mecanismos que permitem explicar a origem dessas propriedades. O objetivo principal deste trabalho foi sinterizar cerâmicas de CCTO a 1100 ºC por tempo variável e avaliar por Espectroscopia Fotoelétrica de Raios X (XPS), Difração de Raios X (XRD), Análise Termogravimétrica (TGA), Microscopia de Força Elétrica (EFM), e Microscopia de Varredura por Potencial de Superfície (SSPM) os defeitos cristalinos de grão e contorno de grão. Mecanismos de defeitos puntiformes do tipo substitucional e defeitos planares com falhas de empilhamento (stacking faults) foram discutidos para concordar com os resultados experimentais. Foi introduzindo o conceito de polarons na construção de um modelo para explicar a alta constante dielétrica do CCTO. Medidas elétricas em campo alternado, utilizando espectroscopia de impedância, enfatizaram os mecanismos de relaxação dos polarons no modelo proposto. No estudo de fenômenos de transporte em campo elétrico contínuo, para avaliar o comportamento não-ôhmico do CCTO, foram realizadas medidas da densidade de corrente (J) em função do campo elétrico aplicado (E). Essas medidas macroscópicas relacionam-se com medidas elétricas locais usando técnicas de EFM e SSPM. Com os resultados dessas técnicas, utilizadas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The discovery of high dielectric constant () in the CaCu3Ti4O12 (CCTO) generates a great scientific interest in this perovskite type of material mainly because it does not show ferroelectric phase transition or relaxor behavior compared with other titanates. The CCTO, with no dopants, displays also strong current-tension nonlinear behavior with possibility to be used as varistor. The CCTO electrical behavior has been intensively discussed in the literature and has been attributed to intrinsic and extrinsic defects. However, there is no agreement in the literature about the mechanisms which allow explaining the origin of these properties. The main objective of this work was sintering CCTO ceramics at 1100 ºC for different times and to evaluate by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-ray Diffraction (XRD), Thermal Gravimetric Analysis (TGA), Electrostatic Force Microscopy (EFM), and Scanning Surface Potential Microscopy (SSPM) the grain and grain boundary crystalline defects. Substitution point defects and planar stacking faults defects were discussed to agree with experimental results. The polaron concept was introduced in building a physical model to explain the high dielectric constant of CCTO. AC electrical measurements using impedance spectroscopy reinforced the polaron relaxation mechanisms of the proposed model. In the transport phenomena study in continuous electric field, to evaluate the CCTO non-ohmic behavior, measurements of current density (J) as function of electric field were carried out. These macroscopic measurements are related to the electric local measurements using EFM and SSPM. The obtained results based on these techniques, for mapping space charges and local surface potential, allowed to propose a model for potential barrier in the CCTO grain boundaries due to the presence of crystalline defects and polarons. Other objective of this work... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: José Arana Varela / Coorientador: Paulo Roberto Bueno / Banca: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Banca: Paulo Sérgio Pizani / Banca: Reginaldo Murccillo / Banca: Sidnei Antonio Pianaro / Doutor

Orientador: Mario Cilense / Banca: Carlos de Oliveira Paiva Santos / Banca: Paulo Roberto Bueno / Banca: Edson Roberto Leite / Banca: Dulcina Maria Pinatti Ferreira de Souza / Resumo: Estudos preliminares foram realizados em cerâmicas com propriedades varistoras, à base, SnO2-TiO2-Co2O3, com adições de Nb2O5, Ta2O5, Cr2O3 e Al2O3, preparados por meio de misturas de óxidos em moinho de alta energia, sinterizados em forno tubular na temperatura de 1250ºC durante 90 min em atmosfera de oxigênio, argônio e ambiente. Foram caracterizados quanto à densidade e propriedades elétricas.Terminada essa etapa, o sistema escolhido foi aquele que melhor se adaptou ao propósito do estudo desse trabalho. O sistema escolhido, SnO2-0,75TiO2-0,1Co2O3-0,05Nb2O5 mol %, foi preparado nas mesmas condições que na fase preliminar, sinterizados em atmosfera ambiente, tratados termicamente a 900ºC durante 60 min em atmosfera de oxigênio, e a pressão reduzida (10- 2torr). Em seqüência, essas amostras foram caracterizadas quanto as suas propriedades elétricas (medida tensão-corrente, espectroscopia de impedância e microscopia de força eletrostática) e microestruturais (difração de raios x, microscopia eletrônica de varredura, analise de EDX, analise de EDS, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de fotoelétrons induzida por raios x). A medida da altura da barreira foi obtida por meio da técnica de microscopia de força eletrostática através de uma modelagem matemática. / Abstract: In the present thesis it was studied nonohmic electronic ceramics based on SnO2.TiO2.Co2O3 ternary systems doped with Nb2O5, Ta2O5, Cr2O3 and Al2O3. These systems were prepared using traditional ball milling oxide mixture process. The sintering was conducted using tubular furnace at 1250 ºC for 90 min in different atmospheres: oxygen, argon and ambient atmosphere. Structural, density and electrical properties were investigated in all of the systems. The system presenting superior electrical properties was chosen to be studied concerning relationship between microstructural features and electrical properties. Therefore, SnO2-0.75TiO2-0.1Co2O3-0.05Nb2O5 % mol composition was thermal treated at 900 ºC for 60 min at oxygen-rich and oxygen-poor (10-2torr) atmospheres. After this step, the system was characterized by using different electrical, structural and microstructural techniques (current-voltage, impedance spectroscopy and electronic force image, X-ray diffraction, scanning electronic microscopy (SEM) and energy dispersive x-ray (EDX), energy dispersive spectroscopy (EDS) and transmission electron microscopy (TEM). The potential barrier was mathematical modeled according to electrostatic force images. The mathematical treatment is based on a matrix systems applied to each potential difference existing in the sample. From the solution of the matrix system it is possible to obtain the barrier height as a function of the applied potential. / Doutor

Orientador: Leinig Antonio Perazolli / Resumo: Neste trabalho foi estudado cerâmicas densas a base de SnO2, utilizando técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Transmissão (MET), área de superfície pelo método B.E.T., Análise Térmica, Dilatometria e Caracterização Elétrica, com o objetivo de entender seu comportamento elétrico, para possível utilização como varistor. O primeiro passo foi estudar algumas características do SnO2 dopado com diferentes concentrações de ZnO, tais como densidade, tamanho de grão, limite de solução sólida, formação de precipitados e a concentração ideal de ZnO a ser adicionado ao SnO2 para produção de cerâmicas densas. Em seguida passou-se a estudar o sistema SnO2- ZnO-WO3, obtendo para o novo sistema os mesmos parâmetros estudados no sistema SnO2- ZnO, e também as posições dos dopantes na rede cristalina do SnO2 e as características elétricas do sistema SnO2-ZnO-WO3 para utilização como varistor. E por último pesquisou-se, dando-se ênfase aos estudos de caracterização elétrica, o sistema SnO2-ZnO-WO3 acrescido de novos dopantes, a fim de se obter um varistor de baixa tensão. Obteve-se varistores de média e alta tensão de boa qualidade, com α>50, Er≅1.300 a 19.000V/cm e If=0,08mA/cm2 e varistores de baixa tensão com pequeno comportamento varistor, apresentando α=4,6, Er≅400V/cm e If≅0,4mA/cm2. / Abstract: In this work it was studied dense ceramic of the SnO2 based, using techniques of XRay Diffraction (XRD), Scanning Electronic Microscopy (SEM) and Transmission (TEM), surface area for the B.E.T. method, Thermal Analysis, Dilatometry and Electric Characterization, with the objective of understanding your electric behavior, for possible use as varistor. The first step was to study some characteristics of SnO2 doped with different concentrations of ZnO, such as density, grain size, limit of solid solution, precipitate formation and the ideal concentration of ZnO to be added at the SnO2 to product dense ceramics. Soon after that we started the study the system SnO2-ZnO-WO3 obtaining for the new system the same parameters studied in the system SnO2-ZnO, and also the positions of the dopings in the crystalline net of SnO2 and the electric characteristics of the system SnO2- ZnO-WO3 for use as varistor. And the last thing it has researched, giving emphasis to the studies of electric characterization, the system SnO2-ZnO-WO3 added of new dopings, trying to obtain a low tension varistor. We obtained medium and high tension varistors of good quality, with α>50, Er≅1,300 to 19,000V/cm and If=0.08mA/cm2 and low tension varistors of bad quality, presenting α=4.6, Er≅400V/cm and If ≅0.4mA/cm2. / Mestre