Este trabalho investigou a obtenção e caracterização de micro e nanofibras de titanato de bário estrôncio pela técnica de fiação eletrostática, também conhecida como electrospinning. Foram utilizados como precursores o acetato de bário, o acetato de estrôncio e o propóxido de titânio. As soluções foram preparadas com o veículo orgânico polivinilpirrolidona (PVP). Foram investigadas soluções com diferentes composições de Ba1-xSrxTiO3 com x variando entre: 0≤x≤0,25. As soluções produzidas foram avaliadas quanto à sua viscosidade, condutividade, sendo estes parâmetros da solução precursora. Quanto aos parâmetros de processamento, a capacidade e qualidade da fiação foram avaliadas frente a voltagem aplicada para a produção das fibras, sendo observados indícios como: diâmetro das fibras produzidas, presença de jatos secundários e quantidade de fibras produzidas. As fibras produzidas foram submetidas à análises termogravimétrica, para definição da temperatura de do tratamento térmico. Este foi realizado com taxa de aquecimento de 5°C/min e dois patamares distintos, o primeiro à 350°C de temperatura durante 30 minutos e o segundo à 800°C, 900°C, 1000°C, 1100°C e 1200°C durante 60 minutos e 1000°C por 4 horas. As fibras tratadas termicamente foram caracterizadas morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura, analisadas quanto a fases cristalinas por difração de raios X, os tamanhos de cristalito foram avaliados por duas técnicas: difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão. A caracterização piezoelétrica, foi realizada pela técnica de correntes termoestimuladas. Para esta caracterização foram produzidas amostras de compósito com matriz polimérica. O compósito foi preparado com Nylon e as fibras produzidas via electrospinning tratadas termicamente. A solução contendo 4,5 mL de PVP foi a que apresentou melhores resultados para a fiação. Entre as voltagens de fiação testadas, a de 4 kV apresentou melhor rendimento e distribuição de tamanho homogênea. Após o tratamento térmico, as fibras apresentaram diâmetros médios de 0,4 a 0,65 μm dependendo da composição analisada. Foram estudados sistemas de composição de Ba1-xSrxTiO3 com x variando entre: 0≤x≤0,25. Onde foi observada a estrutura tetragonal pretendida, entretanto a fase BaCO3 foi identificada. Os cristalitos identificados medem por volta de 16,4 nm e 60,4 nm variado com a composição analisada e com a temperatura de tratamento térmico. / This work objective was to produce and characterize Barium Strontium Titanate micro and nanofibers obtained by electrospinning. Barium Acetate, Strontinum Acetate and Titanium Propoxyde were used as precursors to obtain the fibers. Mixtures where prepared using polyvinylpyrrolidone (PVP) as polymeric vehicle. Solutions with different compositions where prepared varying the Barium/Strontium relationship (Ba1-xSrxTiO3 with 0≤x≤0.25). Viscosity and conductivity of the mixtures where tested to evaluate the potential of the solution to produce fibers. The applied voltage was tested to establish the optimum parameters for fiber production, considering the fibers diameters, the secondary jets and the amount of fibers produced. TGA analysis was done to establish a better heat treatment cycle. The heat treatment was executed in two steps: initially a temperature increase of 5°C/min to reach 350°C remaining on this temperature for 30 minutes (first step) was completed. Then the sample was heated up to 800, 900, 1000, 1100 or 1200°C for 60 minutes or, 1000°C for 4 hours (second step). The heat treated fibers where characterized by their morphology using Scanning Electonic Mycroscopy (SEM), the crystalline phases were identified by X-Ray Diffraction, the crystallite diameter was measured by two techniques: X-ray Diffraction (XRD) and Transmition Electronic Microscopy (TEM). Piezoelectric properties where measured by Thermo Stimulated Current (TSC). To prepare the samples for this technique, the fibers where mixed with Nylon to enable the test procedure. The solution containing 4.5 ml of PVP was the one who presented the best results. From the tested voltages, samples produced with 4kV presented a better productivity and homogeneous size distribution. After heat treatment, the mean diameter varies from 0.4 to 0.65 μm, depending on the solution composition. Compositions of Ba1-xSrxTiO3 where tested with 0≤x≤0,25. The objective tetragonal strutucture was observed however along with BaCO3. The crystallites produced have diamenters from 16.4nm to 60,4nm depending on the composition and the heat treatment temperature.

Este trabalho investigou a obtenção e caracterização de micro e nanofibras de titanato de bário estrôncio pela técnica de fiação eletrostática, também conhecida como electrospinning. Foram utilizados como precursores o acetato de bário, o acetato de estrôncio e o propóxido de titânio. As soluções foram preparadas com o veículo orgânico polivinilpirrolidona (PVP). Foram investigadas soluções com diferentes composições de Ba1-xSrxTiO3 com x variando entre: 0≤x≤0,25. As soluções produzidas foram avaliadas quanto à sua viscosidade, condutividade, sendo estes parâmetros da solução precursora. Quanto aos parâmetros de processamento, a capacidade e qualidade da fiação foram avaliadas frente a voltagem aplicada para a produção das fibras, sendo observados indícios como: diâmetro das fibras produzidas, presença de jatos secundários e quantidade de fibras produzidas. As fibras produzidas foram submetidas à análises termogravimétrica, para definição da temperatura de do tratamento térmico. Este foi realizado com taxa de aquecimento de 5°C/min e dois patamares distintos, o primeiro à 350°C de temperatura durante 30 minutos e o segundo à 800°C, 900°C, 1000°C, 1100°C e 1200°C durante 60 minutos e 1000°C por 4 horas. As fibras tratadas termicamente foram caracterizadas morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura, analisadas quanto a fases cristalinas por difração de raios X, os tamanhos de cristalito foram avaliados por duas técnicas: difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão. A caracterização piezoelétrica, foi realizada pela técnica de correntes termoestimuladas. Para esta caracterização foram produzidas amostras de compósito com matriz polimérica. O compósito foi preparado com Nylon e as fibras produzidas via electrospinning tratadas termicamente. A solução contendo 4,5 mL de PVP foi a que apresentou melhores resultados para a fiação. Entre as voltagens de fiação testadas, a de 4 kV apresentou melhor rendimento e distribuição de tamanho homogênea. Após o tratamento térmico, as fibras apresentaram diâmetros médios de 0,4 a 0,65 μm dependendo da composição analisada. Foram estudados sistemas de composição de Ba1-xSrxTiO3 com x variando entre: 0≤x≤0,25. Onde foi observada a estrutura tetragonal pretendida, entretanto a fase BaCO3 foi identificada. Os cristalitos identificados medem por volta de 16,4 nm e 60,4 nm variado com a composição analisada e com a temperatura de tratamento térmico. / This work objective was to produce and characterize Barium Strontium Titanate micro and nanofibers obtained by electrospinning. Barium Acetate, Strontinum Acetate and Titanium Propoxyde were used as precursors to obtain the fibers. Mixtures where prepared using polyvinylpyrrolidone (PVP) as polymeric vehicle. Solutions with different compositions where prepared varying the Barium/Strontium relationship (Ba1-xSrxTiO3 with 0≤x≤0.25). Viscosity and conductivity of the mixtures where tested to evaluate the potential of the solution to produce fibers. The applied voltage was tested to establish the optimum parameters for fiber production, considering the fibers diameters, the secondary jets and the amount of fibers produced. TGA analysis was done to establish a better heat treatment cycle. The heat treatment was executed in two steps: initially a temperature increase of 5°C/min to reach 350°C remaining on this temperature for 30 minutes (first step) was completed. Then the sample was heated up to 800, 900, 1000, 1100 or 1200°C for 60 minutes or, 1000°C for 4 hours (second step). The heat treated fibers where characterized by their morphology using Scanning Electonic Mycroscopy (SEM), the crystalline phases were identified by X-Ray Diffraction, the crystallite diameter was measured by two techniques: X-ray Diffraction (XRD) and Transmition Electronic Microscopy (TEM). Piezoelectric properties where measured by Thermo Stimulated Current (TSC). To prepare the samples for this technique, the fibers where mixed with Nylon to enable the test procedure. The solution containing 4.5 ml of PVP was the one who presented the best results. From the tested voltages, samples produced with 4kV presented a better productivity and homogeneous size distribution. After heat treatment, the mean diameter varies from 0.4 to 0.65 μm, depending on the solution composition. Compositions of Ba1-xSrxTiO3 where tested with 0≤x≤0,25. The objective tetragonal strutucture was observed however along with BaCO3. The crystallites produced have diamenters from 16.4nm to 60,4nm depending on the composition and the heat treatment temperature.

Este trabalho investigou a obtenção e caracterização de micro e nanofibras de titanato de bário estrôncio pela técnica de fiação eletrostática, também conhecida como electrospinning. Foram utilizados como precursores o acetato de bário, o acetato de estrôncio e o propóxido de titânio. As soluções foram preparadas com o veículo orgânico polivinilpirrolidona (PVP). Foram investigadas soluções com diferentes composições de Ba1-xSrxTiO3 com x variando entre: 0≤x≤0,25. As soluções produzidas foram avaliadas quanto à sua viscosidade, condutividade, sendo estes parâmetros da solução precursora. Quanto aos parâmetros de processamento, a capacidade e qualidade da fiação foram avaliadas frente a voltagem aplicada para a produção das fibras, sendo observados indícios como: diâmetro das fibras produzidas, presença de jatos secundários e quantidade de fibras produzidas. As fibras produzidas foram submetidas à análises termogravimétrica, para definição da temperatura de do tratamento térmico. Este foi realizado com taxa de aquecimento de 5°C/min e dois patamares distintos, o primeiro à 350°C de temperatura durante 30 minutos e o segundo à 800°C, 900°C, 1000°C, 1100°C e 1200°C durante 60 minutos e 1000°C por 4 horas. As fibras tratadas termicamente foram caracterizadas morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura, analisadas quanto a fases cristalinas por difração de raios X, os tamanhos de cristalito foram avaliados por duas técnicas: difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão. A caracterização piezoelétrica, foi realizada pela técnica de correntes termoestimuladas. Para esta caracterização foram produzidas amostras de compósito com matriz polimérica. O compósito foi preparado com Nylon e as fibras produzidas via electrospinning tratadas termicamente. A solução contendo 4,5 mL de PVP foi a que apresentou melhores resultados para a fiação. Entre as voltagens de fiação testadas, a de 4 kV apresentou melhor rendimento e distribuição de tamanho homogênea. Após o tratamento térmico, as fibras apresentaram diâmetros médios de 0,4 a 0,65 μm dependendo da composição analisada. Foram estudados sistemas de composição de Ba1-xSrxTiO3 com x variando entre: 0≤x≤0,25. Onde foi observada a estrutura tetragonal pretendida, entretanto a fase BaCO3 foi identificada. Os cristalitos identificados medem por volta de 16,4 nm e 60,4 nm variado com a composição analisada e com a temperatura de tratamento térmico. / This work objective was to produce and characterize Barium Strontium Titanate micro and nanofibers obtained by electrospinning. Barium Acetate, Strontinum Acetate and Titanium Propoxyde were used as precursors to obtain the fibers. Mixtures where prepared using polyvinylpyrrolidone (PVP) as polymeric vehicle. Solutions with different compositions where prepared varying the Barium/Strontium relationship (Ba1-xSrxTiO3 with 0≤x≤0.25). Viscosity and conductivity of the mixtures where tested to evaluate the potential of the solution to produce fibers. The applied voltage was tested to establish the optimum parameters for fiber production, considering the fibers diameters, the secondary jets and the amount of fibers produced. TGA analysis was done to establish a better heat treatment cycle. The heat treatment was executed in two steps: initially a temperature increase of 5°C/min to reach 350°C remaining on this temperature for 30 minutes (first step) was completed. Then the sample was heated up to 800, 900, 1000, 1100 or 1200°C for 60 minutes or, 1000°C for 4 hours (second step). The heat treated fibers where characterized by their morphology using Scanning Electonic Mycroscopy (SEM), the crystalline phases were identified by X-Ray Diffraction, the crystallite diameter was measured by two techniques: X-ray Diffraction (XRD) and Transmition Electronic Microscopy (TEM). Piezoelectric properties where measured by Thermo Stimulated Current (TSC). To prepare the samples for this technique, the fibers where mixed with Nylon to enable the test procedure. The solution containing 4.5 ml of PVP was the one who presented the best results. From the tested voltages, samples produced with 4kV presented a better productivity and homogeneous size distribution. After heat treatment, the mean diameter varies from 0.4 to 0.65 μm, depending on the solution composition. Compositions of Ba1-xSrxTiO3 where tested with 0≤x≤0,25. The objective tetragonal strutucture was observed however along with BaCO3. The crystallites produced have diamenters from 16.4nm to 60,4nm depending on the composition and the heat treatment temperature.

Este trabalho investigou a obtenção de microfibras de titanato de bário e estrôncio (BST) pela técnica de electrospinning e sua caracterização microestrutural. Foram utilizados como precursores o acetato de bário, o acetato de estrôncio e o propóxido de titânio, utilizando uma solução de polivinilpirrolidona (PVP) como veículo orgânico. A adição do íon estrôncio no BST altera a estrutura cristalina do material e consequentemente suas propriedades. Foram investigadas soluções com quatro formulações de Ba(1-x)Sr(x)TiO3, sendo: x = 0,00 (BT); x = 0,10 (BST10); x = 0,20 (BST20) e x = 0,30 (BST30). As fibras obtidas foram submetidas a análises termogravimétricas para definição da temperatura de tratamento térmico. Em dois patamares distintos o tratamento térmico foi realizado, primeiramente a 350 °C por 30 min e, posteriormente, a 500, 600, 700 ou 800 ºC por 60 min. As fibras sem tratamento térmico (STT) e as tratadas termicamente foram caracterizadas morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura. As fases cristalinas foram analisadas por difração de raios X e os tamanhos de cristalito foram determinados através da equação de Scherrer. A área superficial específica foi determinada por adsorção de N2 e avaliou-se a presença de compostos orgânicos através de espectroscopia na região do infravermelho. A adição de estrôncio reduziu o diâmetro médio das fibras de ~1000 nm (BT) à ~300 nm (BST30), aumentou o tamanho de cristalito de ~13 nm (BT) à ~25 nm (BST30). Devido a redução do diâmetro médio da fibra, houve um aumento da área superficial de ~8 m2g-1 para ~100 m2g-1. A fase perovskita com sistema cristalino tetragonal foi observada para todas as amostras tratadas a 800 ºC. Para avaliar a aplicação dos materiais em eletrodos de supercapacitores a caracterização eletroquímica foi realizada pelas técnicas de curva galvanostática de carga-descarga e voltametria cíclica. Para tanto, fibras de BST10 foram utilizadas em conjunto com carvão ativado para níveis de comparação. Em relação ao carvão ativado a adição das fibras acarretou efeito negativo na capacidade elétrica e propiciou a decomposição do eletrólito na voltametria. Trabalhos futuros podem investigar mais profundamente os efeitos das fibras de BST utilizadas em eletrodos de supercapacitores. / This work investigated the obtaining of barium titanate and strontium (BST) microfibers by electrospinning technique and its microstructural characterization. Barium acetate, strontium acetate and titanium propoxide were used as precursors using a solution of polyvinylpyrrolidone (PVP) as the organic carrier. The addition of the strontium ion in BST alters the crystalline structure of the material and consequently its properties. We investigated solutions with four formulations of Ba(1-x)Sr(x)TiO3, being: x = 0,00 (BT); x = 0,10 (BST10); x = 0,20 (BST20) and x = 0,30 (BST30). The obtained fibers were submitted to thermogravimetric analysis to define the thermal treatment temperature. At two distinct levels the heat treatment was carried out, first at 350 °C for 30 min and then at 500, 600, 700 or 800 °C for 60 min. The fibers without heat treatment (STT) and those treated thermally were characterized morphologically by scanning electron microscopy. The crystalline phases were analyzed by X-ray diffraction and the crystallite sizes were determined by the Scherrer equation. The specific surface area was determined by adsorption of N2 and evaluated the presence of organic compounds by spectroscopy in the infrared region. The addition of strontium reduced the mean fiber diameter from ~1000 nm (BT) to ~300 nm (BST30), increased crystallite size from ~13 nm (BT) to ~25 nm (BST30). Due to the reduction of the mean diameter of the fiber, there was an increase of the surface area from ~8 m2g-1 to ~100 m2g-1. The perovskite phase with tetragonal crystalline system was observed for all samples treated at 800 °C. In order to evaluate the application of the materials in supercapacitor electrodes the electrochemical characterization was performed by the galvanostatic curve of discharge load and cyclic voltammetry. For this purpose, BST10 fibers were used in conjunction with activated carbon for comparison levels. In relation to activated carbon, the addition of the fibers had a negative effect on the electric capacity and allowed the electrolyte decomposition in the voltammetry. Future work may further investigate the effects of BST fibers used on supercapacitor electrodes.

Resumo: O objetivo central deste trabalho foi obter cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3 puras e modificadas com íons vanádio (V5+) ou tungstênio (W6+) pelo método convencional de mistura de óxidos com elevada permissividade dielétrica. A fase pura foi obtida controlandose a temperatura de sinterização e quantidade de aditivos. Inicialmente, preparou-se e caracterizou-se as cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3, com x variando de 0,05 até 0,15. A composição com uma única transição de fase ferroelétrica-paraelétrica foi a escolhida para substituição com vanádio e tungstênio. Investigou-se a influência dos íons vanádio e tungstênio nas propriedades estruturais, morfológicas e elétricas das cerâmicas BZT10 sinterizadas, entre 1200oC e 1350oC com isoterma de 4 horas. A adição dos íons V5+ ou íons W6+ substituindo Ti4+ ou Zr4+, na rede da cerâmica BZT10, promoveu a densificação deslocando significativamente os valores da temperatura de sinterização do BZT10 puro de 1550oC para 1200oC. As propriedades elétricas foram avaliadas para as cerâmicas monofásicas de BZT10 modificada com íons V5+ ou W6+ e sinterizadas a 1350oC, 1200oC, respectivamente. Os valores otimizados para as cerâmica BZT10:2V e BZT10:2W indicam permissividades dielétricas da ordem (ε) 15160 e 6420 a 10 kHz, polarização de 8,50 e 3,10μC/cm2 com 4,194x1017 e 1,474x1017 (spins/g), respectivamente. Os resultados obtidos para a cerâmica BZT10:2V indicam potencial aplicação em memórias FeRaM, enquanto os resultados obtidos para cerâmica BZT10:2W apresentam comportamento relaxor e transição de fase difusa, com potencial aplicação em memórias DRAM. / Abstract: The main objective of this work was to obtain pure Ba(Ti1-xZrx)O3 and modified with vanadium and tungsten with high permittivity by the mixture oxide method. Single phase was obtained by controlling the temperature and amount of additive. In a first step, Ba(Ti1-xZrx)O3 ceramics with x varying from 0,05 to 0,15 were prepared and characterized. The ceramics with only one phase transition ferroelectric-paraelectric was chosen for modification with vanadium and tungsten. The influence of vanadium and tungsten in the structural, morphological and electrical properties of BZT ceramics sintered from 1200oC to 1350oC for 4 hours was investigated. The addition of V5+ or W6+ exchanging Ti4+ or Zr4+ in the BZT10 lattice, promotes the densification, changing the sintering temperature of pure BZT from 1550oC to 1200oC. BZT:2V and BZT:2W ceramics have dielectric permittivity of (ε) 15160 and 6420 at 10 kHz, remnant polarization equal to 8.50 and 3.10μC/cm2 with spins quantity equal to 4.194x1017 and 1.474x1017 (spins/g), respectively. BZT:2V ceramics have potential applications for FeRAM memory while BZT10:2W ceramics present relaxor behavior with a diffuse phase transition, being potential application in DRAM memory. / Orientador: Maria Aparecida Zaghete Bertochi / Coorientador: Alexandre Zirpoli Simões / Banca: Fenelon Martinho Lima Pontes / Banca: José Antonio Eiras / Banca: Marcelo Luiz Simões / Banca: Manuel Henrique Lente / Doutor

Este trabalho investigou a obtenção de microfibras de titanato de bário e estrôncio (BST) pela técnica de electrospinning e sua caracterização microestrutural. Foram utilizados como precursores o acetato de bário, o acetato de estrôncio e o propóxido de titânio, utilizando uma solução de polivinilpirrolidona (PVP) como veículo orgânico. A adição do íon estrôncio no BST altera a estrutura cristalina do material e consequentemente suas propriedades. Foram investigadas soluções com quatro formulações de Ba(1-x)Sr(x)TiO3, sendo: x = 0,00 (BT); x = 0,10 (BST10); x = 0,20 (BST20) e x = 0,30 (BST30). As fibras obtidas foram submetidas a análises termogravimétricas para definição da temperatura de tratamento térmico. Em dois patamares distintos o tratamento térmico foi realizado, primeiramente a 350 °C por 30 min e, posteriormente, a 500, 600, 700 ou 800 ºC por 60 min. As fibras sem tratamento térmico (STT) e as tratadas termicamente foram caracterizadas morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura. As fases cristalinas foram analisadas por difração de raios X e os tamanhos de cristalito foram determinados através da equação de Scherrer. A área superficial específica foi determinada por adsorção de N2 e avaliou-se a presença de compostos orgânicos através de espectroscopia na região do infravermelho. A adição de estrôncio reduziu o diâmetro médio das fibras de ~1000 nm (BT) à ~300 nm (BST30), aumentou o tamanho de cristalito de ~13 nm (BT) à ~25 nm (BST30). Devido a redução do diâmetro médio da fibra, houve um aumento da área superficial de ~8 m2g-1 para ~100 m2g-1. A fase perovskita com sistema cristalino tetragonal foi observada para todas as amostras tratadas a 800 ºC. Para avaliar a aplicação dos materiais em eletrodos de supercapacitores a caracterização eletroquímica foi realizada pelas técnicas de curva galvanostática de carga-descarga e voltametria cíclica. Para tanto, fibras de BST10 foram utilizadas em conjunto com carvão ativado para níveis de comparação. Em relação ao carvão ativado a adição das fibras acarretou efeito negativo na capacidade elétrica e propiciou a decomposição do eletrólito na voltametria. Trabalhos futuros podem investigar mais profundamente os efeitos das fibras de BST utilizadas em eletrodos de supercapacitores. / This work investigated the obtaining of barium titanate and strontium (BST) microfibers by electrospinning technique and its microstructural characterization. Barium acetate, strontium acetate and titanium propoxide were used as precursors using a solution of polyvinylpyrrolidone (PVP) as the organic carrier. The addition of the strontium ion in BST alters the crystalline structure of the material and consequently its properties. We investigated solutions with four formulations of Ba(1-x)Sr(x)TiO3, being: x = 0,00 (BT); x = 0,10 (BST10); x = 0,20 (BST20) and x = 0,30 (BST30). The obtained fibers were submitted to thermogravimetric analysis to define the thermal treatment temperature. At two distinct levels the heat treatment was carried out, first at 350 °C for 30 min and then at 500, 600, 700 or 800 °C for 60 min. The fibers without heat treatment (STT) and those treated thermally were characterized morphologically by scanning electron microscopy. The crystalline phases were analyzed by X-ray diffraction and the crystallite sizes were determined by the Scherrer equation. The specific surface area was determined by adsorption of N2 and evaluated the presence of organic compounds by spectroscopy in the infrared region. The addition of strontium reduced the mean fiber diameter from ~1000 nm (BT) to ~300 nm (BST30), increased crystallite size from ~13 nm (BT) to ~25 nm (BST30). Due to the reduction of the mean diameter of the fiber, there was an increase of the surface area from ~8 m2g-1 to ~100 m2g-1. The perovskite phase with tetragonal crystalline system was observed for all samples treated at 800 °C. In order to evaluate the application of the materials in supercapacitor electrodes the electrochemical characterization was performed by the galvanostatic curve of discharge load and cyclic voltammetry. For this purpose, BST10 fibers were used in conjunction with activated carbon for comparison levels. In relation to activated carbon, the addition of the fibers had a negative effect on the electric capacity and allowed the electrolyte decomposition in the voltammetry. Future work may further investigate the effects of BST fibers used on supercapacitor electrodes.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-02-29Bitstream added on 2014-06-13T19:42:35Z : No. of bitstreams: 1 mourafilho_f_dr_araiq.pdf: 4051444 bytes, checksum: 71d39c1867370b918549d208eba537f8 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo central deste trabalho foi obter cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3 puras e modificadas com íons vanádio (V5+) ou tungstênio (W6+) pelo método convencional de mistura de óxidos com elevada permissividade dielétrica. A fase pura foi obtida controlandose a temperatura de sinterização e quantidade de aditivos. Inicialmente, preparou-se e caracterizou-se as cerâmicas de Ba(Ti1-xZrx)O3, com x variando de 0,05 até 0,15. A composição com uma única transição de fase ferroelétrica-paraelétrica foi a escolhida para substituição com vanádio e tungstênio. Investigou-se a influência dos íons vanádio e tungstênio nas propriedades estruturais, morfológicas e elétricas das cerâmicas BZT10 sinterizadas, entre 1200oC e 1350oC com isoterma de 4 horas. A adição dos íons V5+ ou íons W6+ substituindo Ti4+ ou Zr4+, na rede da cerâmica BZT10, promoveu a densificação deslocando significativamente os valores da temperatura de sinterização do BZT10 puro de 1550oC para 1200oC. As propriedades elétricas foram avaliadas para as cerâmicas monofásicas de BZT10 modificada com íons V5+ ou W6+ e sinterizadas a 1350oC, 1200oC, respectivamente. Os valores otimizados para as cerâmica BZT10:2V e BZT10:2W indicam permissividades dielétricas da ordem (ε) 15160 e 6420 a 10 kHz, polarização de 8,50 e 3,10μC/cm2 com 4,194x1017 e 1,474x1017 (spins/g), respectivamente. Os resultados obtidos para a cerâmica BZT10:2V indicam potencial aplicação em memórias FeRaM, enquanto os resultados obtidos para cerâmica BZT10:2W apresentam comportamento relaxor e transição de fase difusa, com potencial aplicação em memórias DRAM. / The main objective of this work was to obtain pure Ba(Ti1-xZrx)O3 and modified with vanadium and tungsten with high permittivity by the mixture oxide method. Single phase was obtained by controlling the temperature and amount of additive. In a first step, Ba(Ti1-xZrx)O3 ceramics with x varying from 0,05 to 0,15 were prepared and characterized. The ceramics with only one phase transition ferroelectric-paraelectric was chosen for modification with vanadium and tungsten. The influence of vanadium and tungsten in the structural, morphological and electrical properties of BZT ceramics sintered from 1200oC to 1350oC for 4 hours was investigated. The addition of V5+ or W6+ exchanging Ti4+ or Zr4+ in the BZT10 lattice, promotes the densification, changing the sintering temperature of pure BZT from 1550oC to 1200oC. BZT:2V and BZT:2W ceramics have dielectric permittivity of (ε) 15160 and 6420 at 10 kHz, remnant polarization equal to 8.50 and 3.10μC/cm2 with spins quantity equal to 4.194x1017 and 1.474x1017 (spins/g), respectively. BZT:2V ceramics have potential applications for FeRAM memory while BZT10:2W ceramics present relaxor behavior with a diffuse phase transition, being potential application in DRAM memory.

Este trabalho investigou a obtenção de microfibras de titanato de bário e estrôncio (BST) pela técnica de electrospinning e sua caracterização microestrutural. Foram utilizados como precursores o acetato de bário, o acetato de estrôncio e o propóxido de titânio, utilizando uma solução de polivinilpirrolidona (PVP) como veículo orgânico. A adição do íon estrôncio no BST altera a estrutura cristalina do material e consequentemente suas propriedades. Foram investigadas soluções com quatro formulações de Ba(1-x)Sr(x)TiO3, sendo: x = 0,00 (BT); x = 0,10 (BST10); x = 0,20 (BST20) e x = 0,30 (BST30). As fibras obtidas foram submetidas a análises termogravimétricas para definição da temperatura de tratamento térmico. Em dois patamares distintos o tratamento térmico foi realizado, primeiramente a 350 °C por 30 min e, posteriormente, a 500, 600, 700 ou 800 ºC por 60 min. As fibras sem tratamento térmico (STT) e as tratadas termicamente foram caracterizadas morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura. As fases cristalinas foram analisadas por difração de raios X e os tamanhos de cristalito foram determinados através da equação de Scherrer. A área superficial específica foi determinada por adsorção de N2 e avaliou-se a presença de compostos orgânicos através de espectroscopia na região do infravermelho. A adição de estrôncio reduziu o diâmetro médio das fibras de ~1000 nm (BT) à ~300 nm (BST30), aumentou o tamanho de cristalito de ~13 nm (BT) à ~25 nm (BST30). Devido a redução do diâmetro médio da fibra, houve um aumento da área superficial de ~8 m2g-1 para ~100 m2g-1. A fase perovskita com sistema cristalino tetragonal foi observada para todas as amostras tratadas a 800 ºC. Para avaliar a aplicação dos materiais em eletrodos de supercapacitores a caracterização eletroquímica foi realizada pelas técnicas de curva galvanostática de carga-descarga e voltametria cíclica. Para tanto, fibras de BST10 foram utilizadas em conjunto com carvão ativado para níveis de comparação. Em relação ao carvão ativado a adição das fibras acarretou efeito negativo na capacidade elétrica e propiciou a decomposição do eletrólito na voltametria. Trabalhos futuros podem investigar mais profundamente os efeitos das fibras de BST utilizadas em eletrodos de supercapacitores. / This work investigated the obtaining of barium titanate and strontium (BST) microfibers by electrospinning technique and its microstructural characterization. Barium acetate, strontium acetate and titanium propoxide were used as precursors using a solution of polyvinylpyrrolidone (PVP) as the organic carrier. The addition of the strontium ion in BST alters the crystalline structure of the material and consequently its properties. We investigated solutions with four formulations of Ba(1-x)Sr(x)TiO3, being: x = 0,00 (BT); x = 0,10 (BST10); x = 0,20 (BST20) and x = 0,30 (BST30). The obtained fibers were submitted to thermogravimetric analysis to define the thermal treatment temperature. At two distinct levels the heat treatment was carried out, first at 350 °C for 30 min and then at 500, 600, 700 or 800 °C for 60 min. The fibers without heat treatment (STT) and those treated thermally were characterized morphologically by scanning electron microscopy. The crystalline phases were analyzed by X-ray diffraction and the crystallite sizes were determined by the Scherrer equation. The specific surface area was determined by adsorption of N2 and evaluated the presence of organic compounds by spectroscopy in the infrared region. The addition of strontium reduced the mean fiber diameter from ~1000 nm (BT) to ~300 nm (BST30), increased crystallite size from ~13 nm (BT) to ~25 nm (BST30). Due to the reduction of the mean diameter of the fiber, there was an increase of the surface area from ~8 m2g-1 to ~100 m2g-1. The perovskite phase with tetragonal crystalline system was observed for all samples treated at 800 °C. In order to evaluate the application of the materials in supercapacitor electrodes the electrochemical characterization was performed by the galvanostatic curve of discharge load and cyclic voltammetry. For this purpose, BST10 fibers were used in conjunction with activated carbon for comparison levels. In relation to activated carbon, the addition of the fibers had a negative effect on the electric capacity and allowed the electrolyte decomposition in the voltammetry. Future work may further investigate the effects of BST fibers used on supercapacitor electrodes.

Este trabalho teve por objetivo o estudo dos efeitos da radiação ionizante nas propriedades de compósitos de pó de madeira em matriz de polipropileno, utilizando o titanato de bário como agente de acoplagem e o monômero reativo diacrilato de tripropileno glicol (TPDGA). Foi utilizado como fonte de radiação o acelerador de elétrons. Foram investigadas as propriedades físicas dos compostos virgens, bem como do compósito polipropileno/pó de madeira, com e sem a adição de titanato de bário e do monômero TPDGA. Os compósitos desenvolvidos foram preparados a partir do tratamento da carga, incorporando os aditivos ao reforço pó de madeira, seguindo-se a fusão do polipropileno e a mistura dos materiais do compósito na calandra. Posteriormente foram moldados corposde- prova por injeção para serem irradiados e utilizados nos ensaios mecânicos e térmicos. Foram determinadas as propriedades mecânicas dos compostos desenvolvidos (tração, dureza, impacto e índice de fluidez), bem como as propriedades térmicas (HDT e Vicat). As composições investigadas foram polipropileno/pó de madeira, polipropileno/pó de madeira com titanato de bário, polipropileno/pó de madeira com titanato de bário e TPDGA, utilizando concentrações de 10%, 15% e 20% de pó de madeira no polipropileno. As amostras foram separadas em grupos para serem irradiadas com doses de 10kGy e 20kGy nas amostras do ensaio de tração além dessas doses foram utilizadas doses de 15kGy e 25kGy para ser observado o comportamento da amostra frente ao aumento da radiação. Estas doses foram escolhidas para mostrar que com baixas doses o material compósito apresenta reticulação, o que representa uma opção viável comercialmente. Houve uma redução do índice de fluidez para os compostos contendo pó de madeira, sendo esta redução mais efetiva na presença de TiBa. O tratamento superficial utilizando o monômero TPDGA influenciou nas amostras dos compósitos, pois este agiu como plastificante tornando as amostras mais fáceis de processar aumentando a mobilidade entre as macromoléculas, diminuindo assim a viscosidade e aumentando o índice de fluidez tanto nas amostras irradiadas como as não irradiadas. Os resultados obtidos para ensaio de resistência à tração indicam um acréscimo da propriedade, o aumento ocorreu tanto nas amostras WF/PP quanto nas amostras com TiBa e TPDGA, devido à formação de ligações cruzadas (reticulação) em decorrência da radiação. A incorporação de pó de madeira no polipropileno resultou na diminuição da resistência ao impacto. O decréscimo desta propriedade pode ter acontecido devido à presença de reforço pó de madeira que pode atuar como concentrador de tensão e como conseqüência a redução de resistência ao impacto. Houve um acréscimo na dureza dos compósitos contendo pó de madeira. O acréscimo na dureza foi significativo nos compósitos WF/PP que não foram irradiados. O acréscimo se deu principalmente nas composições de 20%WF/PP, isso porque quanto maior a quantidade de carga maior o módulo de dureza. Nas amostras irradiadas a dureza aumentou devido à oxidação da madeira frente à radiação. Observou-se que em alguns casos o aumento na dose de radiação não influenciou significativamente na variação da temperatura de deflexão térmica dos compósitos indicando que houve reticulação entre as moléculas promovido pelo TPDGA, e uma melhoria na adesão entre interfaces promovido pelo titanato. No ensaio de temperatura de amolecimento Vicat os resultados apresentados foram muito próximos ao PP puro, como os resultados não mostraram diferenças significativas, pode-se considerar a temperatura dos compósitos a mesma do PP puro. A radiação ionizante interagiu no material compósito reticulando o PP e oxidando a madeira, observando-se assim um acréscimo em algumas propriedades e o decréscimo em outras. / The purpose of this work was to study the effects of ionizing radiation on the properties of wood flour composites in polypropylene matrix, using barium titanate as a coupling agent and the reactive monomer tripropylene glycol diacrylate (TPDGA). An electron accelerator was used in the study as the radiation source. The physical properties of virgin compounds and of the polypropylene/wood flour composite, with and without barium titanate and TPDGA addition, were investigated. The composites were developed from the load treatment, which first consisted of incorporating additives to the wood flour reinforcement and after that, the fusion process of polypropylene and composite mixing in a \"calander\". Subsequently, the samples to be irradiated and submitted to thermal and mechanical assays were molded by injection. The mechanical properties (hardness, impact resistance and molten fluidity index (MFI)), as well as the thermal properties (HDT and Vicat) of the composites were determined. The investigated compositions consisted of polypropylene/wood flour, polypropylene/wood flour with barium titanate and polypropylene/wood flour with barium titanate and TPDGA, using different wood flour concentrations of 10%, 15% and 20% in the polypropylene matrix. The samples were separated in groups and irradiated to doses of 10kGy and 20kGy in the samples of the essays of traction. Besides these doses, it was also used doses of 15kGy and 25kGy to be observed the behavior of the sample of the sample due to the increase of the radiation. These doses were chosed to show that with low doses the composite material presents reticulation, what represents a viable commercial option. There was a reduction of the flow rate for the composites containing wood flour, being this reduction more effective in the presence of TiBa. The superficial treatment using TPDGA monomer influence in the composite samples because it acted as a plastic additive becoming the sample easier to be processed, increasing the mobility among the macromolecules, so that decreasing the viscosity and increasing the flow rate. The results obtained from the essay of the resistance to traction showed an addition of the property. The increase occurred both in the samples with no additives. The radiation modified the composite material occurring the formation of crosslinkings. The incorporation of wood flour to the propylene resulted to the decrease of the resistance to the impact. The decrease of this property can be occurred because of the presence of wood flour can act as a tension concentrator, and consequently, reduces the impact strength. There was an addition in the hardness of the composites which had wood flour. The addition in the hardness was meaningful to the composites WF/PP, that because the bigger the amount of load, the bigger the module of hardness. In the irradiated samples, the hardness increase due to the wood oxidation, face to the radiation. It was observed that in some cases the increase in the radiation dose, did not influenced meaningfully in the variation of the temperature of thermal deflection of the composites indicating that there was crosslinking among the molecules promoted by TPDGA, and an improvement in the adhesion among interfaces promoted by the titanate. In the essay of temperature of softening Vicat, results presented were quite closed to pure PP and the results were not meaningful, the temperature of the composites can be considered the same of the pure PP. The ionizing radiation interacted in the composite material crosslinking the PP and oxidating the wood, what shows an increasement in some proprieties and decreasement in others.

Este trabalho teve por objetivo o estudo dos efeitos da radiação ionizante nas propriedades de compósitos de pó de madeira em matriz de polipropileno, utilizando o titanato de bário como agente de acoplagem e o monômero reativo diacrilato de tripropileno glicol (TPDGA). Foi utilizado como fonte de radiação o acelerador de elétrons. Foram investigadas as propriedades físicas dos compostos virgens, bem como do compósito polipropileno/pó de madeira, com e sem a adição de titanato de bário e do monômero TPDGA. Os compósitos desenvolvidos foram preparados a partir do tratamento da carga, incorporando os aditivos ao reforço pó de madeira, seguindo-se a fusão do polipropileno e a mistura dos materiais do compósito na calandra. Posteriormente foram moldados corposde- prova por injeção para serem irradiados e utilizados nos ensaios mecânicos e térmicos. Foram determinadas as propriedades mecânicas dos compostos desenvolvidos (tração, dureza, impacto e índice de fluidez), bem como as propriedades térmicas (HDT e Vicat). As composições investigadas foram polipropileno/pó de madeira, polipropileno/pó de madeira com titanato de bário, polipropileno/pó de madeira com titanato de bário e TPDGA, utilizando concentrações de 10%, 15% e 20% de pó de madeira no polipropileno. As amostras foram separadas em grupos para serem irradiadas com doses de 10kGy e 20kGy nas amostras do ensaio de tração além dessas doses foram utilizadas doses de 15kGy e 25kGy para ser observado o comportamento da amostra frente ao aumento da radiação. Estas doses foram escolhidas para mostrar que com baixas doses o material compósito apresenta reticulação, o que representa uma opção viável comercialmente. Houve uma redução do índice de fluidez para os compostos contendo pó de madeira, sendo esta redução mais efetiva na presença de TiBa. O tratamento superficial utilizando o monômero TPDGA influenciou nas amostras dos compósitos, pois este agiu como plastificante tornando as amostras mais fáceis de processar aumentando a mobilidade entre as macromoléculas, diminuindo assim a viscosidade e aumentando o índice de fluidez tanto nas amostras irradiadas como as não irradiadas. Os resultados obtidos para ensaio de resistência à tração indicam um acréscimo da propriedade, o aumento ocorreu tanto nas amostras WF/PP quanto nas amostras com TiBa e TPDGA, devido à formação de ligações cruzadas (reticulação) em decorrência da radiação. A incorporação de pó de madeira no polipropileno resultou na diminuição da resistência ao impacto. O decréscimo desta propriedade pode ter acontecido devido à presença de reforço pó de madeira que pode atuar como concentrador de tensão e como conseqüência a redução de resistência ao impacto. Houve um acréscimo na dureza dos compósitos contendo pó de madeira. O acréscimo na dureza foi significativo nos compósitos WF/PP que não foram irradiados. O acréscimo se deu principalmente nas composições de 20%WF/PP, isso porque quanto maior a quantidade de carga maior o módulo de dureza. Nas amostras irradiadas a dureza aumentou devido à oxidação da madeira frente à radiação. Observou-se que em alguns casos o aumento na dose de radiação não influenciou significativamente na variação da temperatura de deflexão térmica dos compósitos indicando que houve reticulação entre as moléculas promovido pelo TPDGA, e uma melhoria na adesão entre interfaces promovido pelo titanato. No ensaio de temperatura de amolecimento Vicat os resultados apresentados foram muito próximos ao PP puro, como os resultados não mostraram diferenças significativas, pode-se considerar a temperatura dos compósitos a mesma do PP puro. A radiação ionizante interagiu no material compósito reticulando o PP e oxidando a madeira, observando-se assim um acréscimo em algumas propriedades e o decréscimo em outras. / The purpose of this work was to study the effects of ionizing radiation on the properties of wood flour composites in polypropylene matrix, using barium titanate as a coupling agent and the reactive monomer tripropylene glycol diacrylate (TPDGA). An electron accelerator was used in the study as the radiation source. The physical properties of virgin compounds and of the polypropylene/wood flour composite, with and without barium titanate and TPDGA addition, were investigated. The composites were developed from the load treatment, which first consisted of incorporating additives to the wood flour reinforcement and after that, the fusion process of polypropylene and composite mixing in a \"calander\". Subsequently, the samples to be irradiated and submitted to thermal and mechanical assays were molded by injection. The mechanical properties (hardness, impact resistance and molten fluidity index (MFI)), as well as the thermal properties (HDT and Vicat) of the composites were determined. The investigated compositions consisted of polypropylene/wood flour, polypropylene/wood flour with barium titanate and polypropylene/wood flour with barium titanate and TPDGA, using different wood flour concentrations of 10%, 15% and 20% in the polypropylene matrix. The samples were separated in groups and irradiated to doses of 10kGy and 20kGy in the samples of the essays of traction. Besides these doses, it was also used doses of 15kGy and 25kGy to be observed the behavior of the sample of the sample due to the increase of the radiation. These doses were chosed to show that with low doses the composite material presents reticulation, what represents a viable commercial option. There was a reduction of the flow rate for the composites containing wood flour, being this reduction more effective in the presence of TiBa. The superficial treatment using TPDGA monomer influence in the composite samples because it acted as a plastic additive becoming the sample easier to be processed, increasing the mobility among the macromolecules, so that decreasing the viscosity and increasing the flow rate. The results obtained from the essay of the resistance to traction showed an addition of the property. The increase occurred both in the samples with no additives. The radiation modified the composite material occurring the formation of crosslinkings. The incorporation of wood flour to the propylene resulted to the decrease of the resistance to the impact. The decrease of this property can be occurred because of the presence of wood flour can act as a tension concentrator, and consequently, reduces the impact strength. There was an addition in the hardness of the composites which had wood flour. The addition in the hardness was meaningful to the composites WF/PP, that because the bigger the amount of load, the bigger the module of hardness. In the irradiated samples, the hardness increase due to the wood oxidation, face to the radiation. It was observed that in some cases the increase in the radiation dose, did not influenced meaningfully in the variation of the temperature of thermal deflection of the composites indicating that there was crosslinking among the molecules promoted by TPDGA, and an improvement in the adhesion among interfaces promoted by the titanate. In the essay of temperature of softening Vicat, results presented were quite closed to pure PP and the results were not meaningful, the temperature of the composites can be considered the same of the pure PP. The ionizing radiation interacted in the composite material crosslinking the PP and oxidating the wood, what shows an increasement in some proprieties and decreasement in others.