A dispersão e absorção das ondas eletromagnéticas que se propagam através de um material dielétrico podem ser medidas ao longo de uma ampla região do espectro que se estende desde a região de freqüências extremamente baixas até a região óptica incluindo as faixas das microondas, objeto de interesse do presente estudo. Dentre os dielétricos, incluem-se os materiais cristalinos e amorfos isolantes e semicondutores. Os vidros de composições (1-x)(60\'P IND. 2\'\'O IND.5\'.\'40\'BA\'\'O).x(\'M\'\'O\'), (1-X)(25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\').x(\'M\'\'O\') e 60\'B IND. 2\'\'O IND. 3\'.30\'BA\'\'O\'.\'10\'AL IND. 2\'\'O IND. 3\' onde x é a concentração (mol%) de óxido do metal de transição \'FE\' ou \'CO\' (\'M\'\'O\'), foram escolhidos para representar o comportamento das propriedades dielétricas dos vidros óxidos, tanto na região das freqüências mais baixas (0 - 100 MHz), como na faixa de microondas (2 - 30 GHz). Os íons de metais de transição, quando ocupam posições intersticiais da rede vítrea, como ocorre com os elementos modificadores alcalinos e alcalinoterrosos atuam como compensadores de carga junto às unidades estruturais tetraédricas eletricamente carregadas, formando dipolos permanentes locais, contribuindo para a constante dielétrica do vidro. A polarização desses dipolos, quando submetido ao campo elétrico oscilatório de uma onda eletromagnética, atinge valores maiores às freqüências mais baixas decrescendo gradualmente à medida que estas atingem a região de microondas. Um novo método alternativo foi desenvolvido para a medida da temperatura da transição vítrea (\'T IND. g\') utilizando técnicas de microondas. Mostramos que a posição da inflexão do gráfico da constante dielétrica em função da temperatura do vidro 25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\' medida em 9 GHz, na faixa de temperaturas em torno de \'(270 \'+ OU -\' 10) GRAUS\' C coincidiu com o valor da \'T IND. g\' deste vidro obtida por análise térmica diferencial (DTA). Outro método também foi desenvolvido para monitorar o resfriamento do vidro em função do tempo a partir do estado liquido até a solidificação, registrando o sinal de microondas refletido sobre o material vertido no interior de um guia de ondas. Pudemos observar, também, mudanças no espectro de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) do vidro fosfato contendo níquel após ter sido irradiado com diferentes níveis de potência das microondas, por cerca de duas horas. Este efeito pode estar relacionado com mecanismos de acoplamento de spins paramagnéticos. Os espectros de transmissão de microondas das amostras de vidros fosfatos contendo diferentes concentrações de cobalto, bário, ferro e manganês, obtidos por meio de uma varredura de freqüências desde 7 até 13 GHz, mostraram a presença de uma intensa atenuação do sinal próximo de 9,7 GHz. Essa atenuação diminuiu conforme aumenta a concentração dos modificadores. / The dispersion and absorption of electromagnetic waves that propagate through a dielectric material can be measured along a wide spectral region ranging from extremely low frequency to the optical region, including microwaves one, which is the subject of interest of the present study. Among dielectrics, there are crystalline and amorphous materials that can be either insulators or semiconductors. Glasses of compositions (1-x)(60\'P IND. 2\'\'O IND.5\'.\'40\'BA\'\'O).x(\'M\'\'O\'), (1-X)(25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\').x(\'M\'\'O\') and 60\'B IND. 2\'\'O IND. 3\'.30\'BA\'\'O\'.\'10\'AL IND. 2\'\'O IND. 3\', where x is the concentration (mol %) of the \'FE\' or \'CO\' (\'M\'\'O\') transition metal oxide, were selected to investigate the behavior of the dielectric properties of oxide glasses in the lower frequency range (0 - 100 MHz) and in the microwave region (2- 30 GHz). When transition metal ions occupy interstitial positions in the glass matrix, as it happens with the regular alkaline and alkaline-earth modifier ions, they compensate the electrically charged tetrahedral structural units. As a consequence, local permanent dipoles are formed, contributing to the dielectric constant of the glass. The polarization of these dipoles, when submitted to an oscillating electromagnetic field, is higher at lower frequencies and decreases gradual1y as the frequency approaches the microwave region. An alternative new method was developed to measure the glass transition temperature (\'T IND. g\') using microwave techniques. It was shown that the inflexion position of the dielectric constant of the glass 25\'LI IND. 2\'\'O\'.25\'NA IND. 2\'\'O\'.50\'P IND. 2\'\'O IND. 5\' measured at 9 GHz, in the temperature range about \'(270 \'+ OU -\' 10) GRAUS\' C, coincided with the \'T IND. g\' value obtained by differential thermal analysis (DTA). Another method was also developed for monitoring the melt cooling as a function of time from the liquid to the solid state, by recording the reflected microwave signal crossing the material poured inside the wave guide. We observed, also, changes in the electronic paramagnetic resonance (EPR) spectrum of phosphate glass containing nickel after being irradiated for two hours with several microwave power levels. This effect may be related with coupling and decoupling mechanisms among the spin clusters developed in the sample. The microwave transmission spectra of the phosphate glass samples containing different concentrations of iron, cobalt, barium, manganese and barium, obtained by a frequency sweep from 7 to 13 GHz, presented an intense attenuation of the signal near to 9,7 GHz. This attenuation was found to decrease with the increase of modifier content.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-27112013-150902 |
| Date | 03 February 2005 |
| Creators | Bergo, Paulo Victor Albuquerque |
| Contributors | Pontuschka, Walter Maigon |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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