60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

O CaTiO₃ pode ser aplicado em biomateriais (implante ósseo), em ressonadores dielétricos (comunicação sem fio) e no desenvolvimento de novos materiais luminescentes (dispositivos de laser compactos). São utilizados diferentes métodos de síntese para titanatos, como mistura de óxidos em temperaturas elevadas (1300^o C), método sol-gel que visa à obtenção de um sol a partir de precursores orgânicos, e o processo hidrotermal assistido por microondas, que apresenta algumas vantagens, como cinética de reação que é fortemente afetada por uma pequena variação na temperatura; direta interação da radiação eletromagnética com a matéria otimizando o processamento; monocristais são geralmente obtidos; produtos de alta pureza podem ser obtidos a partir de precursores impuros. O objetivo deste trabalho é sintetizar o pó de CaTiO₃ através do método hidrotermal assistido por microondas, visando estudar seu grau de ordem-desordem estrutural e suas possíveis propriedades ópticas. Foram realizados estudos para otimizar as condições de síntese e verificar suas influências nas propriedades do CaTiO₃, que são temperatura, taxa de aquecimento, tempos de síntese e precursores. Para as caracterizações foram utilizados difração de raio-X, espectroscopia Raman, fotoluminescência e microscopia de varredura.

METODOLOGIA:

Os pós de CaTiO₃ foram sintetizados usando TiCl₄ (99.995+%, Aldrich), CaCl₂.2H₂O (99.9% Merck) e KOH (P.A., Merck). Três soluções foram preparadas, na primeira 0,05 mol de TiCl₄ foi adicionado lentamente em 125 mL de água deionizada a 0^oC sob constante agitação até a solução se tornar transparente, de modo semelhante, 0,05 mol de CaCl₂.2H₂O foram dissolvidos em 125 mL de água deionizada. Essas duas soluções foram misturadas e separadas em cinco porções de 50 mL, nas quais 50 mL de solução de KOH (3M) foram adicionados sob constante agitação agindo como mineralizador, co-precipitando os hidróxidos de Ti e Ca para formar a mistura reacional. Dessa mistura reacional, 100 mL foram transferidas para um autoclave de Teflon ocupando 90% do volume dando eficiência máxima na pressão, o qual foi selado e colocado em um sistema HTMW usando 2,45 GHz da radiação do microondas com potência máxima de 800W. A mistura reacional foi aquecida a uma temperatura de 140^oC em menos de 1 minuto, e essa temperatura foi mantida para 10, 20, 40, 80 e 160 minutos a uma pressão constante de 2,5 bar. A autoclave foi naturalmente resfriada até a temperatura ambiente. O produto sólido foi lavado com água deionizada até o pH se tornar neutro, em seguida, foi queimado durante 12h a 100^oC.

RESULTADOS:

Os pós de CaTiO₃ foram identificados por difração de raio-X como uma fase ortorrômbica com grupo espacial Pbnm. Na espectroscopia Raman nove modos são observados, 128 cm^-1 para modo do retículo CaTiO₃, 181 cm^-1, 224 cm^-1, 288 cm^-1, e 337 cm^-1 (ângulo O-Ti-O), 470 cm^-1 e 495 cm^-1 são (torsão Ti-O₃) e 647 cm^-1 (estiramento simétrico Ti-O). O espectro Raman indicou picos bem definidos numa grande ordem de pequenas distâncias. Foi observado um modo brando em 135 cm^-1 que pode ser tratado como uma perturbação da simetria de um cristal perfeito, o modo torsional em 495 cm^-1 desaparece para todas as amostras e uma nova banda larga aparece em torno de 537 cm^-1 e é interpretada como um sinal para a desordem estrutural pelo aumento da distorção no octaedro do titânio. O perfil da banda de emissão fotoluminescente é típico de um processo multifótonico, um sistema de decaimento radiativo que ocorre por vários caminhos. Devido à ausência de material orgânico na síntese estes processos de recombinação os quais originam a fotoluminescência se devem a defeitos do material. As imagens de MEV apresentaram pequenos cubos de 2 a 4 micrometros, semelhantes a morfologia dos cristais de calcita observados na natureza.

CONCLUSÕES:

Pelos resultados e discussão, ficou claro que a estequiometria dos pós-cristalinos de titanato de cálcio obtidos diretamente pelo método HTMW, apresentam simetria ortorrômbica, usando cloretos como material de partida juntamente com KOH como um mineralizador. A espectroscopia Raman também confirma que as amostras apresentam simetria ortorrômbica. A região azul presente na emissão PL do CaTiO₃ esta relacionada a defeitos de maior energia, enquanto o pico na região amarela esta relacionada a defeitos de menor energia. O método HTMW é realmente uma técnica muito boa para baixas temperaturas e curtos tempos.

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: Titanato de cálcio, hidrotermal microondas, ordem-desordem

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