Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Rota de síntese do sistema vítreo SNABP dopado com CaF2 e co-dopado com TiO2
AUTORES: L. S. da Silva, D. (IF GOIANO) ; H. S. Carvalho, A. (IF GOIANO) ; L. Fernandes, I (IF GOIANO) ; A. Silva, V. (IF GOIANO)
RESUMO: Este estudo reporta uma rota de síntese bem sucedida para o sistema vítreo SNABP
dopado com CaF2 e/ou TiO2. A composição química nominal foi
submetida a 1200 °C/30 min em atmosfera ambiente. Em seguida, o melt foi vertido
em uma superfície metálica obtendo uma taxa de resfriado de aproximadamente
1000°C/s e consequente congelamento do material em estrutura amorfa. A amostra
sintetizada apresentou padrão típico de vidro; resistência mecânica compatível e
transparente na região do visível. O sistema foi investigado por absorção óptica
(AO), análise térmica diferencial (DTA) e difração de raios-X (DRX). Por essas
técnicas experimentais pode-se constatar que a rota utilizada foi bem sucedida.
PALAVRAS CHAVES: Vidro; Amorfo; CaF[sub]2[/sub]
INTRODUÇÃO: Os sólidos apresentam propriedades significantes em suas estruturas, dentre as
quais destacam-se a condutividade elétrica, a cinética de cristalização de
vidros, as propriedades mecânicas dos metais e ligas, entre outras (REU-1997).
Muitas pesquisas, nos últimos anos, foram realizadas com o intuito de conhecer
a natureza dos defeitos dos sólidos e logo aplicá-los em que for pertinente.
Esse estudo permitiu enorme avanços tecnológicos e na utilização de vários
tipos de materiais. Com o conhecimento obtido, proporcionou ampliar o estudo da
termoluminescência (TL), conhecida desde a alquimia medieval e as primeiras
descobertas dos processos radioativos, no qual surgiu a necessidade de
quantificar doses de radiação. No Brasil, Watanabe e Okuro são considerados
pioneiros nesse ramo de pesquisa (WAT-1971). Tais pesquisadores aprofundaram
nas propriedades termoluminescentes da Fluorita, extraída em Criciúma, Santa
Catarina. Comumente cristais iônicos são utilizados como dosímetros de
termoluminescência, no entanto não são totalmente eficientes por apresentarem
baixa resistência mecânica ao aquecimento, sendo descartado após a mensuração
da curva de luminescência e possuem alto custo de produção. Isso os torna quase
inviáveis. Já os materiais vítreos, são resistentes a temperatura na faixa de
aplicação na dosimetria de radiação, sendo assim, é possível aquece-lós até
próximo a temperatura de transição vítrea por várias vezes, além de serem
relativamente fáceis de produzir, quando comparado aos cristais. Para chegar em
um material eficiente e eficaz é proposto dopar um sistema vítreo com
nanopartículas de cristais iônicos e assim unir as características dos cristais
iônicos com a estabilidade térmica dos sistemas vítreos.
MATERIAL E MÉTODOS: Para a escolha da composição química da matriz vítrea é necessário um estudo a
respeito das características e funções de cada composto, a fim de obter uma
matriz vítrea favorável. Além disso, é necessário investigar empiricamente as
taxas de resfriamento necessárias para se obter um material vítreo. Uma vez
selecionados os compostos de interesse e suas respectivas quantidades, a
composição química é levada ao forno à atmosfera ambiente, fundida e em seguida
resfriada, obtendo-se uma matriz vítrea. Neste estudo:
40SiO2-30Na2CO3-1Al2O3-2
5B2O3-4PbO (mol%). A utilização de reagentes químicos de
alta pureza e precisão nas pesagens desses elementos são fatores determinantes
para as características da matriz vítrea. Para tal utiliza-se uma balança de
alta precisão (por exemplo, Shimadzu de cinco casas decimais), de forma a
garantir as concentrações calculadas. As amostras foram sintetizadas pelo
tradicional método de fusão. Os compostos na forma de pó são adequadamente
pesados, misturados e homogeneizados por masseração em amolfariz com pistilo.
Em seguida, são fundidos em um forno de alta temperatura à 1200°C/30 minutos,
utilizando cadinhos de alumina. Logo após a fusão da composição química o melt
resultante é vertido entre duas chapas metálicas (latão) previamente
resfriadas a 0ºC, obtendo dessa forma placas de vidro com espessura em torno de
2 mm e tamanho variável entre 0,5 a 3 cm de diâmetro. Obtendo assim uma taxa de
resfriamento de 1000°C/s, aproximadamente. A dopagem pode ser efetuada
adicionando o dopante à composição química precursora da matriz SNABP, neste
caso 5% em peso de CaF2 e de TiO2. Obtendo-se, dessa
forma, vidro dopado.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 apresenta a absorção óptica - AO para a amostra
SNABP+5CaF2+5TiO2 (% em massa). Observe que existe uma
banda de absorção larga em torno de 1200nm, caracterizada pela "banda da água",
estruturas O-H. Para comprimentos de onda menores que este observa-se um
decréscimo na absorção característica de amostras vítreas. Próximo do
ultravioleta a amostra volta a apresenta forte absorção novamente. Os
nanocristais de CaF2 apresenta "gap iônico" e portanto fora da
região de medida. Além disso tais estrutura devem crescer na amostras após
tratamentos térmicos e portanto não deveria ser observados.
A Figura 2 apresenta a curva análise térmica diferencial - DTA também para a
amostra SNABP+5CaF2+5TiO2 (% em massa). Segundo Zarzicki
(ZAR-1997), um vidro é um material amorfo que apresenta o fenômeno de transição
vítrea. Assim a curva DTA é um dado indispensável para verificar o sucesso de
uma rota de síntese de amostras vítreas. Na curva apresentada, observa-se a
transição vítrea em torno de 450 C caracterização por um processo endotérmico
de segunda ordem.
Figura 1.
Espectro de Absorção Óptica.
Figura 2.
Curva de Análise Térmica Diferencial.
CONCLUSÕES: Obedecendo os critérios estipulados pela teoria dos vidros é seguro afirmar que
matriz vítrea SNABP dopada com CaF2 e TiO2 foi sintetizada com sucesso. O
material sintetizado é transparente, apresenta o fenômeno da transição vítrea e
não apresenta pico no difractograma. Assim, esperamos que outros pesquisadores se
sintam motivados em fazer estudos de aplicabilidade desse material.
AGRADECIMENTOS: Os autores gostariam de agradecer ao CNPq e ao IF Goaino pelo suporte
financeiro, em especial aos Processos 158131/2013-4.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: (REU-1997) Reuven C., McKeever, W. S., Theory of Thermoluminescence and Related Pheonomena, World Science, (1997).
(WAT-1971) Watanabe, S., Okuro, E., Thermoluminescent Responses of Natural Brazilian Flourite to (137Cs) Gamma-Rays, Proc. 3rd Int. Conf. Lum. Dos.,(1971) 380.
(ZAR-1991) Zarzycki, J., Glasses and the vitreous state. Cambridge: University Press, 1991.