Orientadora: Profa. Dra. Marcia Tsuyama Escote / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2017. / Neste trabalho foram estudados os efeitos da substituição do Bi por um elemento terra-rara (R = Pr, Dy) e da adição de polímeros nas propriedades físicas de compostos de BiFeO3 (BFO) sintetizados pelo método hidrotermal assistido por micro-ondas. Inicialmente, amostras de BFO foram preparadas em diferentes condições de síntese (tempo, temperatura e concentração de KOH) e com este estudo escolheu-se os parâmetros de síntese utilizados neste trabalho para síntese de todas as amostras. As sínteses hidrotermais foram realizadas a 200 °C por 120 min com concentração de KOH de 4 M. Os compostos preparados foram avaliados por meio de medidas de difração de raios X (DRX) e de imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Na segunda etapa, o efeito da substituição de bismuto (Bi) por praseodímio (Pr) ou disprósio (Dy) foi investigado por meio de medidas das propriedades físicas caracterizadas por medidas de DRX e análise pelo método de refinamento de Rietveld, imagens de MEV, espec-tros de absorção na região UV-Vis, medidas de constante dielétrica em função da frequência e medidas de magnetização em função do campo magnético aplicado (MxH) e da temperatura (MxT). Por meio das análises de DRX das amostras de Bi1-xRxFeO3, foi observado que com a substituição de Bi por R as amostras tendem a cristalizar-se de forma polimórfica, apresentando duas simetrias: uma romboédrica (R3c) e outra monoclínica (Cc), sendo que a proporção da simetria monoclínica tende a aumentar com o aumento de x. Este polimorfismo, em geral, está associado a presença de Fe2+ na estrutura do Bi1-xRxFeO3, que exerce forte influência nas pro-priedades magnéticas destes compostos. As medidas elétricas mostraram uma melhora dos va-lores da constante dielétrica destas amostras quando comparadas a amostras sem substituição e com resultados listados na literatura para compostos BiFeO3 dopados preparados por outras metodologias. Resultados de absorção na região UV-Vis dos compostos Bi1-xRxFeO3 eviden-ciam uma diminuição do gap de energia de 2,1 eV para a amostra com x = 0 a 1,7eV para com x = 0,3 (Pr). Por fim, no estudo do efeito da adição de polímeros ou surfactantes, foram adici-onados os seguintes materiais: polietilenoglicol (PEG), polivinilpirrolidona (PVP), carboxime-tilcelulose de sódio (NaCMC) ou brometo de cetiltrimetilamonio (CTAB) com o objetivo de verificar a influência de diferentes morfologias nas propriedades físicas do BFO. De fato, o surfactante na síntese do BiFeO3 modificou a morfologia destes compostos, sendo que o resul-tado diferencial foi a obtenção do BiFeO3 na forma de nanobastões utilizando o CTAB. Os demais surfactantes apresentaram formatos similares aqueles já descritos na literatura. As me-didas de UV-Vis revelaram que o valor do gap de energia variou de 1,7 a 2,1 eV com a variação da morfologia do BFO, sendo que este resultado já foi observado em compostos de BFO com diferentes morfologias na literatura. As medidas de constante dielétrica em função da frequên-cia apresentaram um comportamento similar àqueles observados para o BFO preparado sem surfactante. As caracterizações magnéticas revelaram modificações nas curvas de MxT e MxH na região de baixa temperatura (<50 K), o que foi atribuído a presença de fases adicionais nestas amostras. / In this work, the effects of chemical substitution and addition of polymers on the physical prop-erties of BiFeO3 (BFO) compounds synthesized by microwave-assisted hydrothermal method were studied. Firstly, samples of BFO were prepared using different synthesis conditions (time, temperature, KOH concentration), with this study we chose the synthesis parameters used in this work to produce all samples. In order to obtain the parameters that allow the production of compounds with the desired crystalline phase. Hydrothermal syntheses were performed at 200°C during 120 min with KOH concentration of 4M. The compounds were evaluated by X-ray diffraction (XRD) measurements and images of Scanning Electronic Microscopy (SEM). In the second step, the effect of bismuth (Bi) substitution by praseodymium (Pr) or dysprosium (Dy) was investigated by measurements of the physical properties characterized by XRD meas-urements, and analysis by the Rietveld method of refinement, SEM images, absorption spectra in the UV-Vis region, dielectric constant measurements as a function of frequency, and mag-netization measurements as a function of the applied magnetic field (MxH) and temperature (MxT). By means of the XRD analysis of Bi1-xRxFeO3 samples, it was observed that with Bi for R substitution these samples are likely to crystallize in a polymorphic way, which present a rhomboedric (R3c) and a monoclinic (Cc) symmetry. The proportion of monoclinic symmetry tends to increase with the increasing of x. In general, such polymorphism is related to the Fe2+ content in the Bi1-xRxFeO3 structure, which provides a strong influence in the magnetic proper-ties of these compounds. Electrical measurements of the samples show dielectric constants val-ues similar to values observed for undopped and dopped-BiFeO3 prepared by other methodologies. UV-vis absorption results of Bi1-xRxFeO3 compounds revealed a decrease of energy gap from 2.1 eV for sample with x =0 to 1.7 eV for x = 0.3 (Pr). Finally, study of the effect of polymers or surfactants addition, the following materials were added: polyethylene glycol (PEG), polyvinylpyrrolidone (PVP), sodium carboxymethylcellulose (NaCMC) or cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) to verify the influence of different morphologies on the physical properties of BFO. In fact, the morphology of BFO was modified through the sur-factant addition, the most remarkable results is the nanostick shape observed for BFO samples prepared with CTAB. Samples prepared using the other surfactants revealed different mor-phology than those reported in literature. UV-vis measurements revealed energy gap varying from 1.7 to 2.1 eV for BFO samples with different morphologies. Dielectric constant measure-ments as function of frequency presents similar behavior than those observed for BFO without surfactant. Magnetic characterizations revealed changes in low temperature region (<50 K), which is attributed to the presence of additional phases in these samples.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:110429 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Curvello, Marcio Sena |
| Contributors | Escote, Márcia Tsuyama, Ferreira, Fabio Furlan, Souza, José Antonio, Chiquito, Adenilson José, Pontes, Fenelon Martinho Lima |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf, 117 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=110429&midiaext=76060, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=110429&midiaext=76059, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=110429 |
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