Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-08T14:07:47Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6370854 bytes, checksum: f5b435dcd1e0ef486a5a777313a42f3e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-08T14:07:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6370854 bytes, checksum: f5b435dcd1e0ef486a5a777313a42f3e (MD5) Previous issue date: 2016-08-09 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Perovskite stannates (ASnO3) are widely studied because they contain interesting features that provide its use as photocatalysts materials. In turn, oxides such as SnO2 and ZrO2 have used as catalysts or catalyst supports in the degradation of aqueous organic pollutants and photocatalytic processes. Generally, supported materials can be more efficient than bulk photocatalysts, due to better dispersion and generating new active sites. In this work, binary oxides (Sn1-xZrx)O2 and (Zr1-ySny)O2, where (0 ≤ x and y ≤ 10% mol) were prepared by solid state reaction. The perovskite SrSnO3:Cu2+ was prepared by modified Pechini method impregnated on supports synthesized in order to improve catalytic efficiency of the perovskite photodegradation of the Gold Yellow Remazol (RNL) dye. The photocatalysts were characterized by: X-ray Diffraction (XRD) at room temperature and hot-chamber, Infrared (IR), Raman and UV-visible (UV-VIS) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and specific surface area (BET). The XRD results showed that supports were monophasic and that impregnation process does not modified the structure of the perovskite. The IR and Raman spectra corroborate the XRD results, indicative of impregnating the perovskite surface of the supports observed by the presence of bands related to the SrCO3 arising from the perovskite, but also by the presence of active modes at 148, 180, 223, 253 cm-1 related to perovskite. The system SSO/ZS95 showed better photocatalytic activity, with an efficiency of 81% discoloration on the time of 4 hours, increasing by about 10 (ten) times the photocatalytic efficiency of SrSnO3, indicating that use of the catalytic support was effective, providing the dispersion of stannate (active phase). / Estanatos do tipo perovskita (ASnO3) são amplamente estudados por conterem características interessantes que propiciam sua utilização como materiais fotocatalisadores. Por sua vez, óxidos como SnO2 e ZrO2 vem sendo utilizados como catalisadores ou suportes catalíticos na degradação de poluentes orgânicos aquosos e em processos fotocatalíticos. Geralmente, materiais suportados podem ser mais eficientes do que os fotocatalisadores mássico, devido à melhor dispersão e geração de novos sítios ativos. Neste trabalho, óxidos binários (Sn1-xZrx)O2 e (Zr1-ySny)O2, onde (0 ≤ x e y ≤ 10 % em mol) foram preparados pelo método de reação no estado sólido. As perovskitas SrSnO3:Cu2+ foram preparadas pelo método Pechini modificado e impregnadas sobre os suportes sintetizados com a finalidade de melhorar a eficiência catalítica das perovskitas na fotodegradação do corante Remazol Amarelo Ouro (RNL). Os fotocatalisadores foram caracterizados pelas técnicas: difração de raios-X (DRX) em temperatura ambiente e câmara quente, espectroscopia na região do infravermelho (IV), espectroscopia Raman, espectroscopia na região do UV-visível (UV-VIS), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e área superficial específica (BET). Os resultados de DRX mostraram que os suportes foram monofásicos, e que o processo de impregnação não modificou a estrutura da perovskita. Os Espectros IV e Raman corroboraram com os resultados de DRX, com indicativos da impregnação da perovskita na superfície dos suportes, observados pela presença de bandas referentes ao SrCO3 advindo da perovskita, como também pela presença dos modos ativos em 148, 180, 223, 253 cm-1 referentes a perovskita. O sistema SSO/ZS95 apresentou a melhor atividade fotocatalítica, com uma eficiência de 81% de descoloração no tempo de 4 horas, aumentando em cerca de 10 (dez) vezes a eficiência fotocatalítica do SrSnO3, indicando que o uso do suporte catalítico foi eficaz, propiciando a dispersão do estanato (fase ativa).

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2485638 bytes, checksum: 60d79f7bd25e1ad9c1ac5a5e78d9dc30 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The potassium niobate, KNbO3, of orthorhombic perovskite presenting ferroelectric, optical property, in addition to their use in heterogeneous photocatalysis. This work consists of two stages - the synthesis of potassium niobate and its evaluation in the photodegradation of the dye Remazol Yellow Gold (RNL). The synthesis of KNbO3 was performed by polymeric precursors and catalysts were characterized by X- ray diffraction ( XRD ), infrared spectroscopy (IR) spectroscopy, ultraviolet visible (UV-Vis) region and area analysis surface . XRD results showed that the perovskite had a far-reaching organization, and there was a decrease in the secondary phase (K4Nb6O17). IR spectra confirmed these data by presenting a reduction of the bands related to vibrations with short double bond character of the Nb = O. The surface area values were lower with increasing temperature. The photocatalyst was applied to the dye Remazol yellow discoloration of gold (RNL) and the parameters used were: radiation time (2 and 4 h), the amount of catalyst (5 or 20 mg) and the change in pH (3 and 6). It was observed that a higher radiation time, a smaller quantity of catalyst and lower pH favoring a better photocatalytic efficiency, obtaining a result of discoloration of 55 %. A comparative study was done with a temperature of 700 º C, as the best result obtained in the previous tests, and observed a photocatalytic efficiency of 67% discoloration. / O niobato de potássio, KNbO3, é uma perovskita ortorrômbica que apresenta propriedade ferroelétrica, óptica, além da sua utilização em fotocatálise heterogênea. O presente trabalho consiste em duas etapas a síntese de niobato de potássio e a sua avaliação na fotodegradação do corante Amarelo Remazol Ouro (RNL). A síntese do KNbO3 foi realizada pelo método dos precursores poliméricos e os catalisadores foram caracterizados por difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho (IV), espectroscopia na região do ultravioleta visível (UV-Vis) e análise de área superficial. Os resultados de DRX mostraram que as perovskitas apresentaram uma organização a longo alcance, e houve uma diminuição da fase secundária (K4Nb6O17). Os espectros de IV confirmaram esses dados ao apresentarem uma redução das bandas referentes às vibrações curtas com caráter de dupla ligação do Nb=O. Os valores de área superficial foram menores com o aumento da temperatura. O fotocatalisador foi aplicado na descoloração do corante remazol amarelo ouro (RNL) e os parâmetros utilizados foram: o tempo de radiação (2 e 4 h), a quantidade de catalisador (5 ou 20 mg) e a variação do pH (3 e 6). Observou que um maior tempo de radiação, uma quantidade menor de catalisador e menor pH favoreceram uma melhor eficiência fotocatalítica, obtendo um resultado de 55% de descoloração. Um estudo comparativo foi feito com a temperatura de 700 ºC, como o melhor resultado obtido nos testes anteriores, e observou uma eficiência fotocatalítica de 67 % de descoloração.

As aplicações do ZrO2 dependem das suas fases cristalinas e muitos estudos têm sido realizados sobre suas transições e os aditivos empregados no seu controle. No entanto, os mecanismos atuantes em tais processos são explicados com base exclusivamente cinética desconsiderando a contribuição termodinâmica que os aditivos exercem sobre as energias dos polimorfos e suas superfícies. Neste trabalho, o efeito termodinâmico do MgO sobre as transformações de fases é estudado para pós de ZrO2 preparados por uma rota química derivada do método Pechini. Análises de picnometria, área de superfície específica, difração de raios X, espectroscopias de infravermelho, Raman e de fotoelétrons excitados por raios X, além de amplitude sônica eletrocinética foram empregadas para caracterizar a evolução das fases formadas. Verifica-se que quantidades crescentes de MgO desestabilizam a fase monoclínica e tornam a fase tetragonal estável. A fase cúbica é encontrada para grandes quantidades de MgO. As transformações de fases marcam descontinuidades em características como área de superfície específica devido a alteração de simetria cristalina. O MgO, na forma de periclásio, não foi observado para quantidades inferiores a 40 % molar. Levando-se em conta a baixa solubilidade do MgO no ZrO2 conclui-se que o controle das fases observadas possui pouca contribuição de processos cinéticos associados à formação de defeitos puntiformes. Resultados de XPS mostram que o íon Mg2+ localiza-se tanto na rede cristalina quanto na superfície do ZrO2. A sua segregação é atribuída a um efeito termodinâmico que resulta na diminuição da energia de superfície do ZrO2 promovendo o desenvolvimento de um excesso de superfície, confirmado pelas medidas de área de superfície específica, com a conseqüente diminuição do tamanho de partícula. Tais conclusões implicam que ambos os efeitos termodinâmicos e cinéticos devem ser considerados no controle do polimorfismo do ZrO2. / The applications of ZrO2 depend on its cristalline phases and several studies have been carried out about its transitions and the additives used to control it. However, the active mechanisms in such processes are explained with an exclusively kinetic basis disregarding the thermodynamic contribution that the additives exert over the polimorphs and surface energies. In this work, the thermodynamic effect of MgO on phase transformation is reported for ZrO2 powders prepared by a chemical route derived from Pechini\'s method. Picnometric, specific surface area, X-ray diffraction, infrared, Raman and X-ray photoelectron spectroscopies, besides electrokinetic sonic amplitude experiments were performed to characterize the evolution of the formed phases. It is verified that crescent amounts of MgO desestabilize the monoclinic phase and make stable the tetragonal. The cubic phase is found for large amounts of MgO. The phase transformations appoint descontinuities as the specific surface area due to crystalline simmetry change. The MgO, in the periclase form, wasn?t observed for amounts lower than 40 molar %. Taking into account the low solubility of MgO into ZrO2 it is concluded that the control of the observed phases has a low contribution to kinetic processes associated to point defects formation. XPS data show that Mg2+ ion is located onto the bulk as far as the ZrO2 surface. Its segregation is assigned to a thermodynamic effect resulting in a decrease of ZrO2 surface energy, which promotes the development of a surface excess, upholded by specific surface area measurements, with the consequent decrease of particle size. Such conclusions impose that both thermodynamic and kinetic effects must be considered on the control of ZrO2 polimorphism.

Luminóforos inorgânicos contendo Terras Raras (TR) apresentam um papel importante como detectores de radiação ionizante, aplicados em diagnósticos médicos por imagem, como radiologia e tomografia. A função dos luminóforos é transformar os fótons da radiação de alta energia absorvidos (raios X ou ?) em fótons de luz visível, promovendo melhor qualidade de imagem e, conseqüentemente menor tempo de exposição do paciente à radiação. Os luminóforos de TR consistem de uma matriz hospedeira onde estão presentes íons de TR como Lu, La, Y ou Gd e de um íon ativador (que emite luz na região visível do espectro) como Eu3+, Tb3+, Tm3+ ou Ce3+, por exemplo. Luminóforos contendo íons Ce3+ como ativador são alvo de várias pesquisas relacionadas com detecção de radiação ionizante, devido às rápidas transições 5 d ? 4 f (tempo de resposta de ~ 10 a 100 ns) e emissão de luz na região do azul ou verde, requisitos esperados para um eficiente luminóforo para tal aplicação. Este trabalho apresenta a preparação de luminóforos de TR, dopados com Ce3+ ou Tm3+, na forma de pó, por diferentes métodos de síntese, como os métodos de combustão e Pechini e também por processo sol-gel. Aluminatos de TR (Lu3Al5O12 e Y3Al5O12) dopados com cério ou túlio foram obtidos pela reação de combustão entre precursores nitrato com uréia ou glicina sob aquecimento, ou pela síntese de polímeros de ácido cítrico com etilenoglicol contendo íons TR e alumínio (método Pechini). Em ambos os métodos os compostos foram obtidos por calcinação a temperaturas baixas quando comparadas às dos métodos convencionais. Silicatos de TR (Gd2SiO5, Lu2SiO5 e Y2SiO5) dopados com cério ou túlio foram preparados pelo método sol-gel convencional, por reação entre tetraetóxisilano (TEOS), etanol, água e nitratos metálicos, sob catálise básica, e por um método sol-gel modificado utilizando um polímero precursor. Neste último procedimento, TEOS, etanol e água reagiram juntamente com um sal orgânico de TR, álcool polivinílico (PVA) e uréia como combustível, produzindo um gel. Posterior calcinação levou à formação do silicato. A caracterização dos compostos foi realizada por análises de difratometria de raios X pelo método do pó (DRX), microscopia de eletrônica de varredura (MEV) ou de transmissão (MET), EDX, excitação e emissão no UV-Vis e tempo de vida de luminescência. Para os aluminatos dopados com cério foram ainda realizados espectros de emissão sob excitação por raios X. Os métodos de síntese utilizados se mostraram eficientes para obtenção de luminóforos na forma de pó nanométrico, com exceção do método sol-gel modificado, pois para algumas amostras observou-se a formação de mistura de fases. Os compostos dopados com cério apresentaram excitação e emissão características desse íon na região do verde ou azul do espectro visível, dependendo da matriz, com tempos de vida menores que 100 ns. Já aqueles dopados com túlio apresentaram emissão característica do íon, na região do azul, porém com tempos de vida da ordem de microssegundos. / Rare Earth (RE) inorganic phosphors play an important role as ionizing radiation detectors when applied to medical imaging techniques like radiology and tomography. These phosphors is to convert the high energy radiation absorbed photons (X or ?-rays) into visible photons, leading to better quality images and reducing the time the patient is exposed to radiation. RE phosphors consist of a host lattice where RE ions such as Lu, La, Y, or Gd are present, as well as activator ions (which emit light in the visible range of the spectrum) such as Eu3+, Tb3+, Tm3+, or Ce3+. Cerium-doped phosphors have been the target of several researches related with ionizing radiation detection due to their 5d - 4 f fast transitions (decay time in the ~ 10 to 100 ns range) and due to the fact that they emit light in the blue or green region of the spectrum, which is required for to the efficient phosphors to be applied in the detection of X or ?-rays. This work presents the synthesis of RE phosphor powders doped with Ce3+ or Tm3+, through different synthetic methods: combustion, Pechini, and sol-gel. RE aluminates (Lu3Al5O12 and Y3Al5O12) doped with Ce or Tm were prepared by combustion reaction between nitrate precursors and urea or glycine under heating. They were also obtained via the synthesis of polymers using citric acid, ethileneglycol, RE3+ and Al3+ ions (Pechini method). In both cases, the compounds were obtained by calcination at lower temperatures than those used inconventional methods. RE silicates (Gd2SiO5, Lu2SiO5 e Y2SiO5) doped with Ce or Tm were synthesized by the conventional sol-gel method using tetraethoxisylane (TEOS), ethanol and water, under basic catalysis, and also by a modified sol-gel route that uses a polymeric precursor. In the latter one, TEOS, ethanol and water were reacted with an organic RE salt, polyvinyl alcohol (PVA), and urea was used as fuel, thus yielding a gel. After calcination, we observed silicate formation. Characterization of the compounds was performed by X-ray diffractometry (XRD ? powder method), scanning or transmission electron microscopy (SEM or TEM), energy dispersive X-ray (EDX), luminescence spectroscopy in the UV-Vis range and lifetime analyses. For the cerium doped aluminates, emission spectra under X-ray excitation were also obtained. The synthetic methods used here showed to be efficient for the preparation of nanometric phosphor powders except for the modified sol-gel route, because in this case formation of a mixture of phases was observed for some samples. The Ce-doped compounds exhibited excitation and emission features of this ion in either the green or blue region of the visible spectrum, depending on the matrix, with lifetime values lower than 100 ns. However, the Tm-doped compounds displayed the blue emission typical of Tm ions, but the lifetime values were in the range of microseconds.

L'énergie produite par des matières fossiles, pétrole et charbon, va se raréfier de manière inéluctable et couter de plus en plus cher à moyen terme. Pour pallier à la fin des matières fossiles, le développement d'énergies alternatives est indispensable. Parmi celles-ci, la production d'électricité et de chaleur à partir d'hydrogène commence à se développer grâce aux piles à combustible (PAC) depuis les très faibles puissances (des microwatts pour alimenter les capteurs) jusqu'aux fortes puissances (des Mégawatts pour l'industrie) en passant par des puissances moyennes (des kilowatts pour le résidentiel). Une PAC est constituée de 3 éléments : 2 électrodes (anode et cathode) séparées par un électrolyte. Dans cette thèse, ces 3 éléments sont constitués d'oxydes solides et la pile est appelée SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). Les piles SOFC actuellement commercialisées fonctionnent à de très hautes températures, typiquement supérieures à 800°C. L'objectif du travail a été d'élaborer des oxydes pour diminuer cette température vers 600°C ce qui permet d'utiliser de l'acier pour contenir ces piles. Pour que la pile SOFC fonctionne à cette température, il est impératif de diminuer la résistance électrique des 2 électrodes et de l'électrolyte de manière à récupérer une tension électrique continue maximale aux bornes de la pile et aussi à faire passer un courant électrique élevé dans celle-ci. La cathode, en contact avec l'oxygène de l'air, est l'élément le plus critique à optimiser. Nous avons choisi comme matériau de cathode un matériau déjà étudié, La₀.₆Sr₀.₄Co₀.₈Fe₀.₂O₃ (LSCF) et comme électrolyte Ce₀.₉Gd₀.₁O₂ (CGO) connu comme performant en dessous de 650 °C. Nous avons élaboré ces matériaux par une méthode de chimie douce, la méthode sol-gel Péchini, et caractérisé ceuxi-ci par diffraction de rayons X et microscopie électronique à balayage. Une part importante du travail a été la caractérisation électrique à l'aide de mesures d'impédance complexe dans une large gamme de fréquence (0,05 Hz à 2 MHz) et de température (300°C à 700 °C). Le meilleur résultat a été obtenu avec une cathode composite poreuse d'épaisseur 40 µm constituée à masses égales de LSCF et de CGO déposée par sérigraphie sur une céramique dense de CGO d'épaisseur 1,5 mm. De plus, un film mince dense de LSCF d'épaisseur 0,1 µm environ a été déposé par centrifugation pour améliorer l'interface entre la cathode et l'électrolyte. À 600 °C la résistance de cette cathode a été mesurée à 0,13 Ω pour 1 cm² de cathode : cette valeur est à l'état de l'art. Une étude du vieillissement de cette cathode et de l'électrolyte a été effectuée à 600 °C pendant 1000 h en continu sous air : cela s'est traduit par une augmentation de la résistance de la cathode de 32%. Ceci peut être lié à la différence de valeurs des coefficients d'expansion thermique des matériaux de cathode et d'électrolyte. / Energy made from fossil fuels, oil or coal, is becoming increasingly rare and its price will increase in the near future. Developing alternative energy sources could compensate the use of fossil fuel. Particularly, an alternative form of energy is being developed through fuel cells, through the production of electricity and heat from hydrogen. Fuel cells can provide low wattage (microwatts for sensor applications), medium wattage (kilowatts for residential applications) and high wattage (megawatts for the industry). A fuel cell consists of 3 components : 2 electrodes (anode and cathode) separated by an electrolyte. In my work, I use solid pxide materials for these three elements in order to expand on the literature of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). Commercialized SOFCs currently operate at very high temperatures, typically above 800°C. The objective of this study was to develop oxides that could decrease the working temperature of the cell to 600°C, which would allow the use of steel to contain these fuel cells. In order to enable the SOFC to operate at this temperature, it is imperative to decrease the electrical resistances of the two electrodes and electrolyte in order to collect a continuous voltage which is maximal at the terminals of the fuel cell, and also to have a high electric current going through the fuel cell. The cathode, in contact with the oxygen present in the atmosphere, is the most critical element to be optimized. I close as a cathode material La₀.₆Sr₀.₄Co₀.₈Fe₀.₂O₃ (LSCF), which has already been studied. As electrolyte, I used Ce₀.₉Gd₀.₁O₂ (CGO) which is known to work below 650°C. I synthesized these materials through the Pechini method, a soft chemistry sol-gel method. The materials were characterized by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. An important aspect of this work was the electrical characterization using complex impedance measurements in a wide frequency range (0,05 Hz to 2 MHz) and temperature (300°C to 700°C). The best result was obtained with a 40 µm thick, porous, composite cathode (LSCF/CGO 50/50 wt%) was deposited by screen printing on a 1,5 mm thick and dense CGO ceramic. In addition, a dense thin film of LSCF with a thickness of about 0,1 µm was spin-coated between the cathode and the electrolyte to improve the interface. At 600°C the measured resistance of the cathode was 0,13 Ω for 1 cm² : this value is similar to the results found in the state of the art. An aging study of the cathode and the electrolyte was carried out at 600 °C for 1000 h in air : the resistance of the cathode increased of 32%. This may be related to the different values of the thermal expansion coefficients of the cathode and electrolyte materials.

O desenvolvimento de materiais nanoestruturados tem se destacado devido a necessidade de miniaturização de dispositivos e a procura por novos efeitos físicos e químicos capazes de gerar novas tecnologias. Um importante composto com aplicações principalmente em óptica é o YAG (Y3Al5O12) presente no sistema cerâmico alumina-ítria (\'AL IND.2\'O IND.3\'-\'Y IND.2\'O IND.3\'). O YAG apresenta estrutura cristalina cúbica, expansão térmica isotrópica e não apresenta efeitos de birrefringência, o que possibilita a produção de cerâmica transparente para uso como material hospedeiro de íons terras-raras para o desenvolvimento de lasers de estado sólido. O ponto de partida em processamento cerâmico começa com o conhecimento das características físico-químicas do pó do composto. Em nosso trabalho, o objetivo foi o desenvolvimento de uma metodologia para a obtenção de nanopós de YAG de tamanhos médios diferenciados. Para isso foram realizados distintos processos químicos de síntese, e também, foram utilizados diferentes processos de separação, como a centrifugação e a sedimentação. Na produção das nanopartículas foram utilizados três métodos de síntese: Método de Pechini, Rota Glicerol e Método de Coprecipitação. No método de Pechini avaliou-se o efeito de diferentes valores de pH (1, 4, 7, 9 e 11) e procurou-se correlacionar com os tamanhos médios das nanopartículas. Após a obtenção do pó precursor foram realizadas medidas de decomposição térmica (DSC e TG), observando as principais transformações físico-químicas do material decorrentes dos diferentes métodos de síntese. A formação da fase cristalina do YAG foi determinada por difração de raios X e uma análise estrutural foi efetuada por espectroscopia de infravermelho. Medidas de área superficial específica (BET) foram usadas para avaliar o tamanho médio das partículas. Nanopós de YAG com diferentes intervalos de tamanhos foram produzidos, e o rendimento para cada intervalo de tamanho definido. / Nanostructured materials has emerged because the intense interest for miniaturization of devices and crescent demand for new physical and chemical effects that can generate new technologies. An important compound with applications mainly in optics is the YAG (Y3Al5O12). It\'s present in the alumina-yttria ceramic system (\'AL IND.2\'O IND.3\'-\'Y IND.2\'O IND.3\'). The YAG has a cubic crystaline structure, isotropic thermal expansion and it has no birefringence effects, which allows the production of transparent ceramics to use as host of solid-state lasers. The starting point in ceramic processing begins with the knowledge of the characteristics and physical and chemical properties of the powder. In our work, the goal was the development of a methodology for obtaining YAG nanopowders of different average sizes. To do this we performed distinct chemical synthesis, and we also used different separation processes such as centrifugation and sedimentation. For production of nanoparticles we used three synthesis methods: Pechini, glycerol route and coprecipitation. In the Pechini method we evaluated the effect of different pH values (1, 4, 7, 9 and 11) and tried to correlate with the average sizes of nanoparticles. After obtain the precursor powders we studied the decomposition thermal (DSC and TG) process, arising from the different synthesis methods. The crystalline phase of YAG was determined by x-ray diffraction and the structural analysis was carried out by infrared spectroscopy. Specific surface area measurements (BET) were used to evaluate the average particle size.YAG nanopowders with different average sizes were produced.

Pós nanocristalinos de Ba1-xCaxTiO3(0≤ x ≤ 0.30) foram sintetizados pela primeira vez por meio do método dos precursores poliméricos modificados, em temperaturas relativamente baixas (500°C). Para a densificação dos corpos cerâmicos duas técnicas distintas foram utilizadas: a sinterização convencional, utilizando um forno elétrico; e a sinterização a laser, na qual um laser de CO2 foi utilizado como principal fonte de calor. Os corpos cerâmicos sinterizados pelas duas técnicas apresentaram um tamanho médio de grãos em torno de 500 nm, porém uma maior densidade relativa foi obtida nas cerâmicas sinterizadas a laser, chegando a 99%, além de boa transparência, ∼42% a 940 nm para a amostra com 30 mol% de Ca com espessura de 0.5 mm. Também verificamos por meio de simulação numérica, que a equação de condução de calor na aproximação linear, considerando uma fonte de calor com perfil gaussiano, descreve qualitativamente o comportamento observado durante a sinterização a laser no seu estágio final. Por meio da técnica de espectroscopia de impedância foi feita a caracterização dielétrica dos corpos cerâmicos, nos quais três pontos principais foram estudados: i) o efeito do tamanho de grãos; ii) a influência da concentração de Ca; e iii) a influência do método de sinterização. Com a variação do tamanho do grão foram observadas mudanças na intensidade do pico de transição ferro-paraelétrica, na temperatura de Curie e na permissividade relativa à temperatura ambiente. Para concentrações de Ca até 15 mol%, as cerâmicas apresentaram uma transição de Curie estreita semelhante ao BaTiO3,enquanto que para concentrações maiores, uma transição de fase difusa foi observada. A sinterização a laser resultou em corpos cerâmicos com constante dielétrica 30% maior, e menor perda dielétrica do que as cerâmicas sinterizadas convencionalmente. Finalmente, foi proposto um modelo baseando-se na formação de vacâncias de oxigênio para o aumento da condutividade elétrica com a substituição de Ca. / Ba1-xCaxTiO3 (0 ≤ x ≤ 0.30) nanocrystalline powders were successfully synthesized for the first time at relative low temperature (500 °C) by a modified polymeric precursor method. The densification of the ceramics was made by two distinct techniques: conventional sintering using an electric furnace; and by a laser sintering process in which a CO2 laser is used as the main heating source. It was achieved dense ceramics with an average grain size about 500 nm from both techniques. However, the laser sintered ceramics presented a higher relative density (99 %) and a transparency of 42% at 940 nm in the sample with 30 mol% of Ca. By numerical simulation of the thermal conduction equation on the linear approximation case and taking account a thermal source with a gaussian profile, it was possible to describe qualitatively the final stage of the laser sintering process. The dielectric characterization of the ceramic bodies were carried out by the impedance spectroscopy technique and three main effects were studied: i) the grain size effect; ii) the Ca concentration influence; and, iii) the sintering technique influence. Modifying the grain size led to changes in the ferro-paraelectric transition magnitude, on the Curie temperature value and in the relative permittivity at room temperature. For Ca2+ concentrations up to 15 mol% the sintered ceramics presented a sharp Curie transition like BaTiO3,while for higher Ca concentrations a diffuse phase transition was observed. The laser sintered ceramics presented a dielectric constant 30% higher than the conventional sintering and a lower dielectric loss. Finally, we have proposed a model based on the oxygen vacancies formation to explain the conductivity increase with the Ca2+ substitution.

Os eletrodos de metais nobres, considerados os melhores, implicam em altos custos para qualquer tipo de aplicação em larga escala. Com intuito de minimizar os custos e manter a eficiência, muitos estudos buscam materiais alternativos. O óxido de estanho apresenta-se como uma boa alternativa para material de eletrodo, principalmente por poder ser utilizado na forma de filme condutor transparente. Atualmente, é aplicado em sensores eletroquímicos para detecção de gases, painéis de cristal líquido e em células fotovoltaicas. Como se trata de um semicondutor, é comum o uso de dopantes para melhorar a condutividade elétrica do composto. Entre os diversos dopantes já estudados, o flúor apresenta resultados muito bons, sendo um dos mais utilizados hoje em dia. Entretanto, pouco se sabe sobre como esse aditivo influi sobre as características físico-químicas do óxido de estanho. A proposta do presente trabalho é estudar a influência do uso de haletos (F e Cl) como aditivos para o óxido de estanho. Inicialmente, foram preparados pós de SnO2 com diferentes concentrações de flúor ou cloro, através do método de precursores poliméricos. Esses pós foram caracterizados por difração de raios X, reflectância difusa de infravermelho e medidas de área superficial através de isoterma BET. Os resultados obtidos mostram que os aditivos concentram-se no contorno de grão. As amostras dopadas sofreram aumento de área superficial e mudança no espectro IV da superfície. Os padrões de difração de raios-X permaneceram inalterados, indicando que não houve formação de solução sólida ou qualquer outro tipo de alteração no retículo cristalino do Sn O2. Os pós também foram submetidos à análise térmica e estudos de mobilidade dinâmica eletroforética. Desses estudos foi possível concluir que a presença dos aditivos modifica a interface do óxido, influindo sobre sua acidez e hidrofobicidade. Além do estudo dos pós, também foi explorada a resposta eletroquímica do óxido dopado, na forma de filmes e pastilhas. As pastilhas foram preparadas através da sinterização dos pós. Os filmes foram preparados por dip coating utilizando vidro ou ouro como substrato. Devido à alta resistência elétrica das pastilhas e dos filmes suportados sobre vidro, não foi possível obter resposta eletroquímica satisfatória. Já os filmes suportados sobre ouro foram caracterizados eletroquimicamente usando eletrólito inerte, sonda eletroquímica (par redox Fe(CN)6-4 / Fe(CN6-3) e eletrólito simulando ambiente corrosivo. Os resultados obtidos mostram que os filmes são pouco homogêneos e que parte do substrato metálico ficou exposto. Os filmes dopados com flúor também foram caracterizados por espectroscopia de impedância eletroquímica. Um circuito equivalente foi ajustado às respostas obtidas. Parâmetros como resistência da transferência de carga e capacitância da dupla camada elétrica puderam ser calculados. / Alternative materiaIs for electrochemical applications are studied and developed due to the high cost of noble metaIs electrodes, still the best materiaIs for electrodes today. Tin oxide presents good results as an alternative electrode material. The material is capable to show both transparency and electrical conductivy when applied as a film. It is currently used as electrochemical sensors for gases detection, liquid crystal display\'s and photovoltaic cells. Being tin oxide a semiconductor, dopants are usually added in order to improve the conductivity. Among several already known additives, fiuorine is one of the most applied, providing very good results. However, there are few information about the fiuorine action over the phisycal-chemistry properties ofthe oxide. The present work focus on the infiuence of halide (F or Cl) doping over some tin oxide characteristics. At first, Sn O2 powders with different additive contents were prepared via a Pechini\'s method derived route. These powders were characterized by X-ray diffraction, diffuse refiectance infrared spectroscopy and BET isoterm suface area measurement. From the obtained results, it can be infered that the additives are mainly in the grain surface. The doped samples showed higher surface areas and differences in the IR spectra. The XRD pattern showed neither shifts nor new phases. Therefore, there were neither solid solution formation nor any kind of crystaline lattice changing. Moreover, thermal analysis and electrophoretic dynamic mobility measurements were performed and showed that the additive presence modifies the tin oxide acidity and hydrofobicity. Besides, the electrochemical behavior of films and syntered tin oxide were explored. Films were prepared through dip coating and supported on glass or gold substrates. Syntered tin oxide was prepared in pellet shape. Pellets and glass supported films showed high resistivity, which leads to poor electrochemical response. Only the gold supported fiims showed good response. These films were electrochemicaly characterized with an inert electrolyte, an electrochemical probe (Fe(CN6-4 / Fe(CN6-3 redox pair) and an corrosive electrolyte. Scaning electronic microscopy was performed too. According to the results, the films are not homogeneous and the metallic substrate was exposed. Electrochemical impedance spectroscopy studies were either performed with fiuorine-doped films. A proposed equivalent circuit was capable to fit the results. Charge transfer resistance and double layer capacity ofthe films could be calculated.

Este trabalho reporta a síntese de amostras cerâmicas e filmes finos nanoestruturados de composição SrTi1-xFexO3 (0,0 < x < 0,75) através do método dos precursores poliméricos modificado. A influência da adição de ferro nas propriedades térmicas, estruturais e morfológicas do composto SrTiO3 foi investigada através das técnicas de termogravimetria, análise térmica diferencial, difração de raios X, espectroscopia de absorção de raios X, de infravermelho e Raman, e microscopia eletrônica de varredura e transmissão. As medidas de análise térmica mostraram que a adição de ferro a rede do SrTiO3 levou a uma redução na temperatura de decomposição e de cristalização do material precursor. Medidas de difração de raios X indicaram a diminuição do parâmetro de rede e do tamanho dos cristalitos com o aumento da quantidade de ferro. A análise dos espectros de absorção de raios X mostrou a predominância de íons Fe3+. Em relação à microestrutura das amostras na forma de pó, foi observado que o aumento da quantidade de ferro levou a uma sinterização parcial das nanopartículas e ao crescimento dos grãos. Modificações na atmosfera e na temperatura de calcinação do composto SrTiO3 não dopado evitaram a formação de pescoços entre as nanopartículas que apresentaram uma maior uniformidade com tamanhos da ordem de 11 nm. Filmes finos de composição SrTiO3 e SrTi1-xFexO3 depositados pela técnica de dip-coating apresentaram uma única fase cristalina e uma boa adesão ao substrato. Medidas de microscopia de força atômica (AFM) indicaram uma redução da rugosidade superficial dos filmes com o aumento da quantidade de ferro. / This work reports the synthesis of nanostructured SrTi1-xFexO3 powder and thin films (0.0 < x < 0.75) using a modified polymeric precursor method. The influence of the addition of iron in thermal, structural and morphological properties of SrTiO3 compound was investigated by thermogravimetry (TG), differential thermal analysis (DTA), X-ray diffraction (XRD), X-ray absorption, Raman and infrared spectroscopies and scanning and transmission electron microscopy techniques. DTA and TG results showed that the addition of iron into the SrTiO3 network leads to a reduction of the decomposition and crystallization temperatures of the precursor powder. The analysis of the X-ray diffraction patterns indicated the reduction of the crystallite sizes and the lattice parameters with the increase of the iron amount. The analysis of the absorption spectra at the Fe K-edge of the nanoparticle samples indicates the predominance of Fe3+ ions. The increase of the amount of iron also leads to a partial sintering of the nanoparticles. Changes in the atmosphere and in the temperature of calcination of undoped SrTiO3 prevented the formation of necks between the nanoparticles and showed a greater uniformity in the particle size around 11 nm. Thin films of SrTiO3 and SrTi1-xFexO3 deposited by dip-coating onto amorphous substrate showed the formation of a single crystalline phase and good adhesion to the substrate. AFM measurements indicated a reduction in the surface roughness as the amount iron increases.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LENA, Eleomar.pdf: 3273064 bytes, checksum: d7d21ed4ddfa4969702a9c497ccaccc4 (MD5) Previous issue date: 2012-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work studied the influence of oxidizing atmospheres of calcination and sintering temperature on the electrical properties, densification and grain size of yttria doped with 4.5 mol% zirconia synthesized by a sol-gel process followed by calcination at 600 ºC/2h in O2 and air. Used for uniaxial pressing with pressures between 150 MPa and 1.6 GPa. Sintered by Two Step Sintering (TSS): 1550 °C / 5 min and 1200, 1300, 1400 °C, remaining at these temperatures for 2 and 10 hours. Characterized by X-ray diffraction, apparent density,scanning electron microscopy, impedance spectroscopy. The density measurements were above 94% of theoretical density and grain size between 304 and 477 nm, activation energies of 0.68 and 0.90 eV. The TSS was formed in sintering and grain submicrométicos prevented their excessive growth during the final sintering.The calcination atmosphere had little influence on the values of density and porosity, but caused changes in crystallite size and influenced the values of conductivity / Neste trabalho foram estudadas as influência de atmosferas oxidadante de calcinação nas propriedades elétricas das temperaturas de sinterização, densificação e tamanho de grão em compactos de zirconia dopada com 4,5% em moles de oxido de itrio sintetizado por processo sol-gel seguido de calcinação a 600 °C/2h ao ar e O2. Compactados uniaxialmente com pressoes entre 150 MPa e 1,6 GPa. Sinterizados pelo processo Two Step Sintering (TSS): 155 °C/5 min e 1200, 1300 e 1400 °C, permanescendo por 2 e 10 horas. Caracterizados por difração de raios X, densidade aparente, microscopia eletronica de varredura e espectrocopia de impedancia. As As medições de densidade foram acima de 94% da densidade teórica e tamanho de grão entre 304 e 477 nm, as energias de activação de 0,68 e 0,90 eV. A TSS foi formou na sinterização grãos submicrométicos e impediu seu crescimento excessivo durante o final de sintering. A atmosfera calcinação teve pouca influência sobre os valores de densidade e porosidade, causando mudanças no tamanho de cristalito e influenciando os valores de condutividade Neste trabalho foram estudadas as influência de atmosferas oxidadante de calcinação nas propriedades elétricas das temperaturas de sinterização, densificação e tamanho de grão em compactos de zirconia dopada com 4,5% em moles de oxido de itrio sintetizado por processo sol-gel seguido de calcinação a 600 °C/2h ao ar e O2. Compactados uniaxialmente com pressoes entre 150 MPa e 1,6 GPa. Sinterizados pelo processo Two Step Sintering (TSS): 155 °C/5 min e 1200, 1300 e 1400 °C, permanescendo por 2 e 10 horas. Caracterizados por difração de raios X, densidade aparente, microscopia eletronica de varredura e espectrocopia de impedancia. As As medições de densidade foram acima de 94% da densidade teórica e tamanho de grão entre 304 e 477 nm, as energias de activação de 0,68 e 0,90 eV. A TSS foi formou na sinterização grãos submicrométicos e impediu seu crescimento excessivo durante o final de sintering. A atmosfera calcinação teve pouca influência sobre os valores de densidade e porosidade, causando mudanças no tamanho de cristalito e influenciando os valores de condutividade