Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Materiais
TÍTULO: Caracterização Elétrica por Espectroscopia de Impedância do Vidro PbInPO4 dopado com Er
AUTORES: Gozzo, C.B. (UFMT) ; Thaines, E.H.N.S. (UFMT) ; Guedes, I. (UFC) ; Costa, M.M. (UFMT)
RESUMO: O presente trabalho tem como intuito a caracterização das propriedades
dielétricas
do vidro PbInPO4 dopado em diferentes porcentagens molares de Érbio (Er). As
medidas foram realizadas utilizando a técnica de Espectroscopia de Impedância,
onde as propriedades dielétricas, o modulo elétrico e a condutividade foram
medidas em um larga faixa de frequência, variando de 1 Hz à 1 MHz, sobre a
perturbação de um campo elétrico, em uma faixa de temperatura de 473 K à 713K.
Onde se pode observar o decaimento da resistividade conforme adicionamos
porcentagens molar de Er aos vidros de PbInPO4. As energias de ativação
encontradas foram no valor de 0,99, 0,97 e 0,98 para as amostras de 1%, 2% e 4%,
respectivamente.
PALAVRAS CHAVES: Vidros; Dielétricos; Impedância
INTRODUÇÃO: Os vidros tem por definição clássica sendo um “um liquido sobreaferrecido” ou
pela American Society for Testing and Materials (ASTM) “Um produto inorgânico de
fusão que tenha arrefecido para uma condição rígida sem cristalização”. Os
vidros são em geral sólidos amorfos, ou seja, não possuem simetria ao longo da
rede atômica.(C. BARRY CARTER et al. 2013).
Com o avanço na pesquisa em novos materiais, tem-se tido um grande interesse em
materiais vítreos utilizando-os como condutores em dispositivos de estado
sólido. Os materiais vítreos apresentam características importantes que tem sido
aplicado em dispositivos ópticos, por ser estável termicamente.(PEREIRA, R. et
al. 2011). Com este avanço
tecnológico, tem crescido a pesquisa em materiais vítreos dopados com íons de
terras raras, um exemplo desses materiais vítreos são os vidros a base de
fosfato (PO4) que tem sido aplicado em dispositivo fotônicos, óptico e
eletrônico, em baterias do estado sólido, laser de estado sólido, entre outros
dispositivos. (HERRER CARRILLO et al. 2012)(TAISA B. BRITO et al. 2007)
A Espectroscopia de Impedância tem como o intuito caracterizar as propriedades
dielétricas de um do material, em que a técnica constitui na perturbação de uma
amostra por um campo elétrico aplicado com uma corrente AC, que está sobe uma
tensão senoidal. Partindo-se da equação da impedância, em que a mesma é dada
pelo quociente entre a tensão e a corrente, podemos utilizar o plano complexo da
impedância e assim separar a parte restiva, que é quando a tensão está em fase
com a corrente, e a parte capacitiva, que é quando há uma defasagem, ou seja, a
corrente está adiantada em relação tensão.
MATERIAL E MÉTODOS: A preparação do vidro PbInPO4 teve como inicio a precipitação do Chumbo (Pb)
com Ácido Fosfórico (H3PO4) em uma solução de Nitrato de Chumbo (Pb(NO3)2). Após
a precipitação, o composto se decompõe formando o Pirofostato de Chumbo
(Pb2P2O7).
O reagente Oxido de Índio (In2O3) é combinado com o Pirofosfato de
Chumbo formando o vidro desejado PbInPO4, o mesmo é colocado em um cadinho de
platina, juntamente com o íon de terra rara, na forma de Óxido de Érbio (Er2O3).
A mistura foi levada a uma temperatura de 1100 ºC e mantidos por um período de
3-4 horas. Foram preparados três vidros com diferentes porcentagens de Er, sendo
1%, 2% e 4% de Er. Os vidros foram vertidos em um molde de nitreto de boro, logo
após este procedimento sofreu um recozimento que foi mantido a uma atmosfera de
450 ºC por um período de 4-5 horas.
A técnica de Espectroscopia de Impedância foi realizada utilizando um
espectrômetro Solartron 1260A conectado a um forno de aquecimento, controlado
através de um software denominado SMART. A faixa de frequência utilizada foi de
1 Hz à 1 MHz, sobre a perturbação de um campo elétrico com uma corrente AC de
tensão senoidal de 2 V. O intervalo de temperatura utilizado para as medidas
foram de 473 K à 713 K. As análises foram realizadas no Laboratório de
Caracterização em Novos Materiais (LACANM) da Universidade Federal de Mato
Grosso (UFMT).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As propriedades elétricas do vidro PbInPO4 dopado com diferentes porcentagens
molares de Er foi determinado utilizando da técnica de espectroscopia de
impedância complexa. Ao analisarmos as propriedades elétricas em função da
frequência em diferentes temperaturas, podemos determinar duas características
importantes, como a dissipação e o armazenamento de energia.(PEREIRA, R. et al.
2011)
A Figura 1 e a Figura 2 apresentam o comportamento da impedância real
(Z’) em função da frequência para diferentes temperaturas do vidro PbInPO4
dopado com 1% e 4% de Er, respectivamente. Observa-se em ambos os espectros o
decaimento da resistividade conforme aumentamos a temperatura e a frequência. Em
frequências mais altas, observa-se um colapso em ambos os espectros para um
mesmo valor de resistividade, indicando que as cargas especiais estão livres
devido a diminuição da barreira de energia no material às frequências mais
altas. Nota-se um decaimento da resistividade conforme aumentamos a porcentagem
molar de Er que é dopado no vidro PbInPO4.
As energias de ativação encontradas para as diferentes amostras vítreas,
foram calculadas utilizando a equação de Arrhenius, usando os valores da
frequência máxima da parte imaginaria do modulo elétrico. Encontrando os
seguintes valores: 0,99, 0,97 e 0,98 para os vidros de PbInPO4 dopados com 1%,
2% e 4% respectivamente. Observando que os valores das energias ativação são
próximos, indicando que eles possuem um mecanismo de condução parecido,
necessitando de pouca energia para romper a barreira de condução entre os sítios
ativos. (PEREIRA, R. et al 2011)
Figura 1
Impedância Real em função da Frequência em
diferentes temperaturas para o vidro PbInPO4 com 1%
de Er.
Figura 2
Impedância Real em função da Frequência em
diferentes temperaturas para o vidro PbInPO4 com 4%
de Er.
CONCLUSÕES: Através da técnica de Espectroscopia de Impedância pode-se caracterizar as
amostras vítreas de PbInPO4 dopados com diferentes porcentagens molares de Er.
Pode-se determinar que o mecanismo de condução de ambas as amostras vítreas são
ativados termicamente. Observando a parte real da Impedância observa um decaimento
da impedância quando aumentamos a temperatura e frequência. A equação de Arrhenius
nos permitiu o calculo da energia de ativação das amostras vítreas, onde se
observa que o valor da energia necessária para suprir a barreira de condução para
ambas às amostra, são próximos.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: • C. Barry Carter, M. Grant Norton. Ceramic Materials: Science and Engineering. 2. ed. New York. Springer Scienc. 2013
• Herrera Carrillo, Alvaro - Optical characterization and study of the Judd-Ofelt parameters of Nd³+ and Sm³+ ions in differents glasses and crystals for photonics applications. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de Alagoas. Instituto de Física. Maceió.
• Pereira, Rodrigo – Caracterização Estrutural e Elétrica de Vidros Silicatos de Litio dopados com Nd2O3. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de Mato Grosso. Instituto de Física. Cuiabá.
• Taísa B. Brito, M. V. D. Vermelho, E. A. Gouveia, and M. T. de Araujo, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 102, 043113 2007 – DOI: 10.1063/1.2756705