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A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 4. Física da Matéria Condensada

ESTUDO DA DEPENDÊNCIA COM A TEMPERATURA DAS PROPRIEDADES TERMO-ÓPTICAS DE VIDROS TELURETOS FRÁGEIS EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA

William Ferreira Falco 1
Luis Humberto da Cunha Andrade 1
Sandro Marcio Lima 1
(1. Grupo de Espectroscopia Óptica e Fototérmica / UEMS)
INTRODUÇÃO:

Vidros teluretos é a denominação dada aos materiais que apresentam em sua composição TeO2. Tais vidros têm despertado grande interesse científico e tecnológico porque possuem alto valor de índice de refração (~ 2,1 a 2,3), altas constantes dielétricas, baixa dispersão, larga transmissão no infravermelho (acima de 7 mm) e alto coeficiente de expansão térmica. Com eles há possibilidades de preparar matrizes geradoras de segundo harmônico ou mesmo sintetizar matrizes com nanocristais de niobato de lítio (LiNbO3), que é um eficiente cristal óptico não-linear para geração de segundo harmônico e amplamente utilizado em guias de onda. Nos últimos anos a técnica de lente térmica (LT) tem sido amplamente utilizada na determinação de propriedades termo-ópticas de materiais transparentes, inclusive suas dependências com a temperatura. O objetivo deste trabalho é utilizar-se desta técnica para determinar as propriedades termo-ópticas de três vidros teluretos com diferentes porcentagens de titânio, desde a temperatura ambiente até aproximadamente 300ºC, região na qual o vidro sofre transição de fase. Estas medidas serão complementadas com as de relaxação térmica para determinar o desvio do caminho óptico com a temperatura (ds/dT), a difusividade térmica (D), o calor específico (Cp) e a condutividade térmica (K), todas em função da temperatura. Este estudo ajudará no entendimento das mudanças estruturais que o vidro sofre quando sua temperatura se aproxima da transição vítrea.

METODOLOGIA:

As três matrizes vítreas teluretos utilizadas para a realização deste trabalho foram preparadas pelos pesquisadores do Grupo de Vidros e Cerâmicas (GVC) da UNESP de Ilha Solteira, SP. As amostras são constituídas das seguintes composições (% molar): 80% TeO2 - 20% Li2O; 80% TeO2 - 15% Li2O - 5% TiO2 e 80% TeO2 - 10% Li2O - 10% TiO2, as quais foram denominadas: TeLi, TeLiTi-5 e TeLiTi-10, respectivamente. As medidas de LT foram realizadas em Maringá, no Grupo de Estudos dos Fenômenos Fototérmicos (GEFF) da Universidade Estadual de Maringá (UEM), PR. Primeiramente foram realizados os processos de alinhamento do experimento de LT, adicionando-se um forno onde seria colocada a amostra para variar sua temperatura. As amostras foram polidas para que suas faces estivessem realmente paralelas. Após esses procedimentos iniciou-se o processo de aquisição de dados. A temperatura foi variada desde a temperatura ambiente até aproximadamente 370ºC, em passos de 0.5ºC/minuto. Foi medida a resposta do efeito de LT em função da temperatura para cada uma das amostras. De posse dos dados experimentais foram realizados os processos de análise e interpretação dos resultados e para isso foi utilizado o programa computacional Microcal Origin.

RESULTADOS:

A curva característica de LT para o vidro TeLi na temperatura ambiente apresenta um comportamento típico de vidros óxidos, isto é, com ds/dT>0. Aumentando a temperatura do vidro o sinal de LT começa a aumentar, até atingir um valor máximo próximo da sua temperatura de transição vítrea Tg em torno de 264oC. Elevando ainda mais a temperatura, a magnitude de ds/dT começa a diminuir, passando por zero, até atingir valores negativos para maiores temperaturas. Ou seja, o sinal positivo de ds/dT em ambiente passa a ser negativo após a transição vítrea. Isso também foi observado para os vidros TeLiTi-5 e TeLiTi-10 com a diferença de que o ponto máximo positivo de ds/dT foi 288 e 320oC, respectivamente. Isto mostra mais uma vez que a técnica de LT pode ser empregada com bastante confiança para determinar a temperatura de transição vítrea de vidros transparentes. Essa inversão observada no sinal de ds/dT após a temperatura de transição vítrea pode ser atribuída a uma mudança estrutural, quando o vidro passa de trigonal bi-piramidal (TeO4) para uma estrutura trigonal piramidal (TeO3). Isso é uma característica muito importante dos vidros teluretos, a qual os rotula de frágeis termodinâmica e cineticamente, conforme definido na literatura. O deslocamento para maiores temperaturas nos vidros com maior concentração de TiO2 indica que há uma melhora nas propriedades cinéticas resistentes do vidro.

CONCLUSÕES:

Neste trabalho a técnica de lente térmica foi utilizada para estudar as propriedades termo-ópticas dos vidros teluretos em função da temperatura. Baseando-se nos estudos e análises dos resultados obtidos experimentalmente, pode-se concluir que os vidros teluretos possuem características muito importantes que são únicas quando comparadas aos demais materiais. Principalmente no que diz respeito à inversão do seu sinal de ds/dT. Após a temperatura de transição vítrea, o sinal positivo de ds/dT passa a ser negativo, demonstrando uma inversão que ainda não fora observado em outro material vítreo. O ponto de máximo sinal de ds/dT, pouco antes da inversão, coincide exatamente com a temperatura de transição vítrea do material, indicando que a técnica de LT pode ser uma boa ferramenta para determinar este parâmetro.

Instituição de fomento: CNPq/PROPP-UEMS
Trabalho de Iniciação Científica  
Palavras-chave: Técnicas Fototérmicas; Propriedades Termo-ópticas; Vidros Teluretos.
Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006