ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: Estudo das propriedades estruturais e elétricas de cerâmicas ferrimagneticas GdIG x YIG 1-x e suas aplicações em componentes de microondas.
AUTORES: COSTA, M. M. (UFMT) ; GOZZO, C. B. (UFMT) ; PEREIRA, R. (UFMT)
RESUMO: O trabalho consiste em caracterizar estruturalmente e eletricamente os compósitos
cerâmicos YIGx-1CTOx . As cerâmicas foram sintetizadas utilizando o método de rota
sintética do estado sólido. O material cerâmico foi caracterizado estruturalmente e
eletricamente pelas técnicas de difração de raios-x (DRX) e espectroscopia de
impedância dielétrica (EID) respectivamente.
Através da espectroscopia de impedância, determinou-se o modulo dielétrico,
Onde através da frequência do pico do modulo imaginário determinou-se a energia de
ativação de cada um das cerâmicas ferrimagneticas, Na qual as ondas de microondas tem
apresentam uma faixa de frequência entre 1 a 10 GHz.
PALAVRAS CHAVES: impedância, microondas, caracterização
INTRODUÇÃO: Os estudos em materiais que apresentam propriedades ferrimagnéticas vêm sendo
estudado, devido a sua utilização em componentes elétricos.
As cerâmicas ferrimagneticas, são de grande importância na utilização em
diversos componentes tecnológicos, utilizados em transformadores e geradores de
energia, componentes de microondas, capacitores, telefones, televisões, rádios, entre
outros materiais elétricos.As cerâmicas estão sendo muito utilizadas em dispositivos
que enviam sinais de comunicação.
Devido a sua grande capacidade em trabalhar altas freqüências, vem sendo
utilizando em Antenas ressoadoras dielétricas.
As antenas ressoadoras dielétricas, são componentes de grande importância da
aplicação dos ressoadores dielétricos, que são um disco com alta constante
dielétrica. A caracterização elétrica do material cerâmico utilizado em um ressoador
dielétrico através do método de espectroscopia de impedância.
A espectroscopia de impedância consiste em uma perturbação de potencial ou
corrente sobre o material a ser analisado. Aplica-se uma perturbaçãoao ao material
através da aplicação de um campo elétrico. É comum utilizar uma corrente do tipo AC,
onde a freqüência angular é diferente de zero e a equação fica do seguinte modo:
Z=V/I
Na equação Z é a impedância, V é a potencial e I é a corrente. pois não temos somente
o resistor que impede essa passagem de corrente, mas também, temos os capacitores e
os indutores, que retardam e adiantam a passagem de corrente respectivamente.
MATERIAL E MÉTODOS: O método de sintetizar é através da técnica de rota sintética do estado solido. Os
materiais sofrem homogeneização por meio do moinho planetário “Fritsch Pulverisette
5”. Os cálculos e os métodos de procedimento de cada material é demonstrado a seguir.
a)Síntese do pó nanocristalino de YIG
Transferindo para um reator de aço inoxidável a quantia de 4,57g de Oxido de
Ítrio(Y2O3) e 5,40 g de Oxido de Ferro(Fe2O3).
O reator possui um volume de 221,69cm³, coloca-se esferas de aço inoxidável de cujo
tamanho é de 10 mm de diâmetro. A massa do pó nanocristalino tem que ser proporcional
a 1/9(massa dos reagentes /massa das esferas).
Homogeneizando os reagentes por 3 períodos diferentes, por 1h, por 40h, e por 80h
para se obter uma melhor homogeneização entre os reagentes a uma velocidade de 370
rpm, em ambiente atmosférico. Calcinou-se o produto obtido por um período de 5 horas,
em 3 temperaturas diferentes, 1150ºC, 1250ºC e 1350ºC.
b)Síntese do pó nanocristalino de CTO
Do mesmo modo que sintetizou o primeiro composto, coloca-se em um reator de aço
inoxidável, a quantidade desejada de reagentes para produzir o titanato de
cálcio(CaTiO3) mais dióxido de carbono. Tendo uma mesma proporção de quantidade de
massa de reagentes/ massa de esferas(1/9).
Utilizando-se uma rotação de 400rpm, por 3 horas. O material foi calcinado por 3
horas a uma temperatura 1100ºC
C) Sínteses das cerâmicas YIG1-xCTOx
Foram preparadas 5 pastilhas com diferentes composições de YIG e CTO, onde x possui
os seguintes valores em massa, 0, 0,25, 0,50, 0,75 e 1. Os quais correspondem o
percentual das diferentes composições de YIG ou CTO. As pastilhas foram preparadas,
utilizando 5% de ligante(glicerina bidestilada, 99,5% de glicerol – O. Moreira & Cia
LTDA). homogeneizados por 10h e sinterizados 1250°C.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Na figura 1 observa-se o espectro do módulo imaginario do material cerâmico de CTO. É
o que nos indica o processo de relaxamento do material é termicamente ativo. A
partir da Figura 1 observa-se que os picos de freqüência máxima, são deslocado para a
direita. Ou seja, ao aumentarmos a temperatura, o pico de frequência máxima se
desloca para frequências mais altas.
O material em uma faixa de temperatura entre 320°C até 520°C. Podemos determinar a
região de portadores de carga que são os que estão a uma freqüência abaixo da
freqüência de pico. E os portadores de carga de curta distancia, os que estão acima
da freqüência de pico. Os mesmos correspondem os transientes de subida e decida
respectivamente.
Na figura 2 podemos visualizar o espectro do módulo imaginário do composto YIG.
Demonstrando que o processo de relaxação é termicamente ativo. O aumento da
temperatura, provoca um deslocamento dos picos de freqüência máxima, para a direita.
O material YIG apresentou respostas numa faixa entre 320°C até 450°C. A paritr de
450°C A paritr, demonstrando uma resposta até 1MHz, onde não responde mais os campos
elétricos empregados no material.
CONCLUSÕES: Nos gráficos 1 e 2 observa-se o modulo imaginário, na qual dois materiais tem um
processo de relaxação termicamente ativo. Tanto a cerâmica CTO, quanto a YIG deslocou-
se para freqüências mais altas.
No material CTO obteve-se uma resposta ao potencial exercido sobre o mesmo, entre um
faixa de temperatura de 320°C até 520°C, enquanto no YIG observou-se uma resposta entre
320°C até 450°C. Observou-se que ambos os materiais possuem um período de relaxação. A
cerâmica CTO começa a apresentar os picos de freqüência, a aproximadamente 100Hz e o
material YIG começa a partir de 1KHz.
AGRADECIMENTOS: Ao meu Orientador Dr. Mauro Miguel Costa
Ao mestrando Rodrigo Pereira
A minha família
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: SANTOS, M. R. P. Síntese e estudos das propriedades dielétricas dos compósitos cerâmicos [(Cr3/8Fe5/8)2O3 ]x - [CaTiO3]1-x E [BiFeO3]x - [CaTiO3 ]1-x . Tese – Universidade Federal do Ceará.
FECHINE, P. B. A. Estudo das propriedades estruturais e elétricas das granadas ferrimagnéticas GdIGx-YIG1-x e suas aplicações em componentes de microondas. Tese – Universidade Federal do Ceará.
Chinaglia, D.L., Gozzi, G., Alfaro, R.A.M., Hessel, R. Espectroscopia de impedância no laboratório de ensino. Artigo - Universidade Estadual Paulista “Julio de Mesquita Filho".
