ROCHA, H. H. B. Estudo das propriedades estruturais e de transporte dos compósitos magneto-dielétricos: [(Fe5/8Cr3/8)2O3]X-[(Fe1/4Cu3/8Ti3/8)2O3]100-X. 2006. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-02-23T18:37:43Z
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Previous issue date: 2006 / The processing in laboratorial scale of solid solutions, derived from Fe2O3/CuO/TiO2 and
Fe2O3/Cr2O3 systems, of their composites, and the study of the structural and transport properties
establish the main theme of the work. The ferrimagnetic garnets arouse great interest in view
of their use in devices applicable to telecommunication systems, in the microwaves, above all, in
function of appropriate dielectric and magnetic properties. Due to stoichiometric resemblance, and
with the purpose of obtaining materials with similar properties, two magneto-dielectric media were
elaborated: (Fe1=4Cu3=8Ti3=8)2O3, a copper-iron titanate, and (Fe5=8Cr3=8)2O3, a particular oxide of iron
and chrome. These substitutional solid solutions were synthesized by solid state reaction technique.
The processing advanced involving mechanic and thermal treatments. Were prepared specimens
powdered and sintered. The crystalline structure of the specimens was identified by X-ray diffraction.
The X-ray diffraction data were refined by the employment of the Rietveld’s method. Use of the
Mössbauer spectroscopy was made to accomplish the inspection of the iron present in the crystalline
structure. The morphology of the specimens, disposed as rigid cylindrical pieces, was explored
by means of Scanning Electron Microscopy, assisted by EDX, for elementary chemical analysis.
Through dielectric spectroscopy, the dielectric properties relative dielectric permittivity and dielectric
loss factor and the transport property electric conductivity were investigated. The dielectric and
transport properties were analyzed in function of the frequency, at room temperature, in the range
between 100 Hz and 40 MHz. Of the X-ray diffraction data, in addition to the identification of the
examined materials, were extracted, after structural refinement, crystallographic information, in the
case of the individual solid solutions, and their quantification, for the composites. For the Mössbauer
spectroscopy, were confirmed the state of oxidation of iron presents in the analyzed materials, the
geometry of the crystalline sites in which it is present, the magnetic nature of the samples, and their
probable ordering, in addition to the quantification consummated in function of the amount of iron
present in the composites. The morphology of the materials was, in general, characterized by the
diversity of forms and sizes of the grains, as well as its arrangement in the observed samples. The
elementary chemical analysis supplied quantitative results concerning the elements present in the
investigated samples. For the response observed in the range of frequency, a dispersion region, characteristic
of the dipolar polarization mechanism, was evidenced. The results of the dielectric properties
for the synthesized phases were shown partially antagonistic: the phase IB100 presented the largest
relative dielectric permittivity, however, larger dielectric loss factor compared to the phase IC100, the
one which presented the smallest relative dielectric permittivity among all the investigated materials.
For the composites, formed by the random mixture of specific amounts of the two synthesized phases, a non linear behavior was evidenced, so that these do not represent the responses observed for the
phases individually. The phase IB100, by virtue of its dielectric constant, is the material with the
great potential for applications in high frequencies. / O processamento em escala laboratorial de soluções sólidas, procedentes dos sistemas
Fe2O3/CuO/TiO2 e Fe2O3/Cr2O3, dos seus compósitos, e o estudo das propriedades estruturais e de
transporte estabelecem o tema principal do trabalho. As granadas ferrimagnéticas despertam manifesto
interesse quanto ao seu emprego em dispositivos aplicáveis a sistemas de telecomunicação operantes
nas microondas, sobretudo, em função das propriedades dielétricas e magnéticas adequadas. Devido
à semelhança estequiométrica, e com a finalidade de se obter materiais com propriedades similares,
foram elaborados dois meios magneto-dielétricos: (Fe1=4Cu3=8Ti3=8)2O3, um titanato de cobre e ferro,
e (Fe5=8Cr3=8)2O3, um óxido específico de ferro e cromo. Estas soluções sólidas substitucionais foram
sintetizadas por reação de estado sólido. O processamento avançou envolvendo tratamentos mecânico
e térmico. Foram preparados espécimes pulverulentos e com configuração definida. A estrutura
cristalina dos espécimes foi identificada por difração de raios-X. Os dados de difração de raios-X
por policristais foram refinados pelo emprego do método de Rietveld. Fez-se uso da espectroscopia
Mössbauer para realizar a sondagem do ferro presente na estrutura cristalina. A morfologia dos
espécimes, dispostos como peças cilíndricas rígidas, foi explorada por Microscopia Eletrônica de
Varredura, assistida por microssonda EDX, para análise química elementar. Por espectroscopia
dielétrica foram investigadas as propriedades dielétricas permissividade dielétrica relativa e fator de
perda dielétrico e a propriedade de transporte condutividade elétrica. As propriedades dielétricas
e de transporte foram analisadas em função da freqüência, a temperatura ambiente, numa faixa
compreendida entre 100 Hz e 40 MHz. Dos dados por difração de raios-X, além da identificação
dos materiais avaliados, foram extraídas, após refinamento estrutural, informações cristalográficas,
no caso das soluções sólidas individuais, e sua quantificação, no caso dos compósitos por elas
constituídos. Pela espectroscopia Mössbauer foram confirmados o estado de oxidação do ferro
presente nos materiais analisados, a geometria do sítio cristalino no qual está presente, a natureza
magnética das amostras, e seu provável ordenamento, além da quantificação realizada em função da
quantidade de ferro presente nos compósitos. A morfologia dos materiais é, em geral, caracterizada
pela diversidade de formas e tamanhos dos grãos, bem como sua disposição no artefato explorado.
A análise química elementar forneceu resultados quantitativos acerca dos elementos presentes nos
meios investigados. Pela resposta observada na faixa de freqüência percorrida, ficou evidenciada uma
região de dispersão, característica do processo de polarização dipolar. Os resultados das propriedades
dielétricas para as fases sintetizadas mostraram-se parcialmente antagônicos: a fase IB100 apresentou
a maior permissividade dielétrica relativa, porém, maior fator de perda dielétrica em relação à fase
IC100, que por sua vez apresentou a menor permissividade dielétrica relativa entre todos os materiais investigados. Para os compósitos, formados pela mistura aleatória de quantidades específicas das duas
fases sintetizadas, foi evidenciado um comportamento não linear, de forma que estes não representam
apenas o reflexo das respostas observadas para as fases individualmente. A fase IB100, em virtude da
constante dielétrica observada, é o material com maior potencial para aplicações em altas freqüências.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/2114 |
| Date | January 2006 |
| Creators | Rocha, Hélio Henrique Barbosa |
| Contributors | Sombra, Antônio Sérgio Bezerra |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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