Obtenção do dielétrico multiferróico de BiFeO3, por reação de combustão e método dos precursores poliméricos.

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Química Tecnológica

Autores

Miranda Cabral, A. (UFRN) ; Oliveira da Silva, A. (UFRN) ; Oliveira Lucena, J.B. (UFRN) ; D'assunção, A.G. (INCTCSF-UFRN) ; Carneiro de Oliveira, E.E. (UEPB-PATOS)

Resumo

Óxidos Inorgânicos com aplicações tecnológicas em sistemas intrínsecos mais estudados incluem essencialmente compostos baseados na estrutura perovskitas. Nanodispositivos e podem significar o grande passo para sistemas de grande porte em telecomunicação. Neste trabalho, serão apresentados duas rotas de sínteses aplicadas para obtenção da cerâmica BiFeO3 via reação de combustão e precursores poliméricos, a pretende-se a construção de substratos cerâmicos com altas permissividades dielétrica. A esses óxidos foram feitas difração de raios X(DRX), espectro na região do infravermelho médio (FTIR) e fatores dielétricos visando investigar parâmetros: monofasicidade eficiência do método de síntese e dieletricidade.

Palavras chaves

Dieléctricos; Bismuto ; Ferrita

Introdução

Os dielétricos cerâmicos são misturas de óxidos cerâmicos de metais de transição cujas propriedades dielétricas variam de acordo com os aspectos geométricos das células unitárias de suas estruturas. Em temperatura ambiente, podem ser considerados um dielétrico, cerâmicas com permissividade superiores a 10 [1], um promissor dielétrico para ser usado e dispositivos como antenas ressoadoras e capacitores. As cerâmicas BiFeO3 elaboradas pelo método de combustão e métodos poliméricos se tornam versáteis pois exibem capacidade de se comportar simultaneamente como materiais ferromagnéticos e ferroelétricos [2]. O grande desenvolvimento de cerâmicas inorgânicos está no método logístico e reprodutível, ou seja, suas sínteses fazem, na sua maioria, requerem longas rotinas de complexação. Métodos como os hidrotermais, cerâmicos convencionais e co-precipitação fazem uso de uma alta quantidade de reagente e agentes quelantes e não garantem resultados agradáveis, acarretando assim, baixíssimo rendimento e até cerâmicas polifásicas [3]. Fica claro que as propriedades físicas são afetadas por processo de síntese química e tratamentos térmicos de sinterização. A reação de combustão, evidenciada por este trabalho, em conjunto com algumas caracterizações estruturais inerentes a sínteses, aporta dados da microestrutura, a partir da estequiometricamente planejada, pós cerâmicos monofásicos que corroborando parâmetros dielétricos. A essas características da cerâmica BiFeO3 podem ser obtidas difratograma de raio-x (DRX), com relação a síntese o espectro na região do infravermelho (FTIR), parâmetros dielétricos (εr) e tangente de perdas elétricas(tang δ).

Material e métodos

Na formação do BiFeO3, pelo método precursores poliméricos, houve a mistura do nitrato de bismuto III pentahidratado e nitrato de ferro III nonohidratado a estequiometria foi previamente calculada em um copo de becker de 300 mL com ácido cítrico na proporção de 6: 1. Com o auxílio de um agitador magnético em uma rotação de 40 rpm por 12 horas a 30°C. O materiail foi sintetizado a 300°C em forno mufla, com a finalidade de se obter o poliéster metálico, em seguida foi realizado a desaglomeração da resina em um amofarix, depois desse processo foram separadas duas amostras, com o código BiFeO3 P(1) para as análises de DRX e FTIR. Para a síntese por reação de combustão, usou-se 10ml de água destilada misturada em um copo de becker de 300mL assim misturados os nitratos de ferro III nonohidratado e bismuto III pentahidratado em contato com um agitador magnético em 40 rpm, o processo foi realizado por 5 minutos no qual a mistura foi levada a uma dispositivo aquecedor, ocorreu a reação de combustão e as duas amostras foram retiradas, com o código BiFeO3 C(1), para análises de DRX e FTIR. Por fim as cerâmicas provindas respectivamente da reação polimérica e reação de combustão foram levadas a um forno mulfla, onde sintetizaram na mesma atmosfera de ar a uma rampa de aquecimento de 5°C por minute até chegar a temperatura de 700°C quando permaneceram por 2 horas. Posteriormente para cada uma amostra com o código BiFeO3 P(2) polimérico e BiFeO3 C(2) foram feitas análises de DRX, FTIR, parâmetros dielétricos (εr) e tangente de perdas elétricas (tang δ).

Resultado e discussão

Nas figura 1 (a) e (b) e figura 2 (a) e (b), os dados de difração de raios x(DRX) ângulo 2 theta por intensidade I rel e os parâmetros dielétricos (εr) e tangente de perdas elétricas (tang δ). A cerâmica caracterizada por BiFeO3 P(1) obtida a 300°C obtida por método polimérico os dados de DRX figura 1 (a) apresenta grande mudança de fase com relação a cerâmica BiFeO3 P(2) obtida pelo mesmo método mas sinterizada à 700 °C. As cartas obtidas pelo JCPDS - International centre for Diffraction Data, plotadas no programa “Match“ apresentam uma dualidade de fases da estrutura BiFeO3 P(1), apresentam a perovskita BiFeO3 (96-433-6776) e fases espúrias Bi2Fe4O9 (JCPDS 96-900-8149). Os parâmetros dielétricos na figura 1 (b) da cerâmica do sistema BiFeO3 P(2) para εr (19 - 20) e tang δ (8,2 GHz perda -15 e 10,3 GHz perda -22). Para as cerâmica caracterizada por BiFeO3 C(1) obtida imediatamente após a reação de combustão os dados de DRX figura 2 (a) pequeníssima mudança para a cerâmica BiFeO3 C(2) obtida pelo mesmo método mas sinterizada à 700 °C. As cartas colhidas do banco de dados JCPDS - International centre for Diffraction Data, plotadas no programa “Match Diffraction “ apresentam uma dualidade de fases da estrutura BiFeO3 C(1), apontando uma identificação da perovskita BiFeO3 (96- 433-6776) esta informação no afirma a robustez do método de combustão desde sua logística para reprodutibilidade pois aprimora desde seu percurso até a temperaturas mais alta monofasicidade. Os parâmetros dielétricos, apresentados na figura 2 (b) da cerâmica do sistema BiFeO3 C(2) para εr (10 - 25) e uma unica perda tang δ (10,0 GHz perda -17).Os espectros de FTIR apontam mais matéria orgânica para BiFeO3 C(1) do que BiFeO3 P(1) e para BiFeO3 P(2) do que BiFeO3 C(2).

(a) DRX BiFeO3 P (1) BiFeO3 P (2) e (b) parâmetros elétricos BiFeO3 P (2).


(a) DRX BiFeO3 C (1) BiFeO3 C (2) e (b) parâmetros elétricos BiFeO3 C (2).

Conclusões

O método da reação de combustão e método polimérico mostram-se promissores para obtenção de materiais cerâmicos BiFeO3 com elevado valor tecnológico. BiFeO3 C (2), obtido por combustão sintetizado e 700 ° C, apresentam permissividade eléctrica entre 10 e 30, mais a este respeito, que a tangente de perda eléctrico inferior a 10 dB, entre 9 e 10,8 GHz, como as do tipo BiFeO3 P (2) obtido por notas método 700 ° C poliméricos de e para 17 e 19,5 permissividade elétrica de duas bandas de frequências de 8 a 8,5 menor do que 15 dB e 9,8 um 10,5 menores de 20 dB.

Agradecimentos

Capes, CNPq, INCT-CSF, PPGQ-UFRN, LABPEMOL, GEMCA

Referências

[1] H. Y. HWANG, Y. IWASA, M. KAWASAKI, B. KEIMER, N. NAGAOSA & Y. TOKURA. Emergent phenomena at oxide interfaces. Nature Materials 11, 103–113 (2012) doi:10.1038/nmat3223

[2] ALBARICI, V.C.; ESCOTE, M. T.; ORHAN, E.; LIMA, R. C.; VARELA, J. A.; LONGO, E.; LEITE, E. R.; Influência do método de síntese na obtenção de pós de Na2TiSiO5; Cerâmica, v. 51; p. 289-295; 2005.

[3] OLIVEIRA, ELDER E. C. ; D'ASSUNÇÃO, ADAILDO GOMES ; OLIVEIRA, JOAO B. L.; CABRAL, ALCINEY M. ; ASSIS, PEDRO C. ; VIEIRA, MARCELO S. . Aperture coupled BaTiO 3 based dielectric resonator antenna with dual-band. Microwave and Optical Technology Letters (Print), v. 55, p. 2759-2763, 2013.