60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

O titanato de chumbo (PbTiO₃) é um óxido cerâmico com propriedades ferroelétricas, o qual tem sido sintetizado por diversos métodos físicos, por exemplo, mistura de óxidos, e químicos, como Método dos Precursores Poliméricos, Sol-Gel. No entanto, um novo método de síntese de nanopartículas por via úmida chamado the Oxidant Peroxide Method (OPM) vem sendo empregado na síntese desse óxido. Entre as principais vantagens do método OPM destacam-se a ausência de compostos orgânicos e de qualquer forma de íons cloreto.A ausência de compostos orgânicos evita o uso de tratamento térmico adicional, para que esses compostos sejam eliminados como dióxido de carbono. É reconhecido que a presença de elementos dopantes tais como Zr e Ca, causam mudanças na estrutura cristalina do PbTiO₃, entretanto há poucos trabalhos versando sobre a influência de elementos terras raras na estrutura do PbTiO₃, por isso, o presente trabalho teve como objetivo mostrar como os elementos Neodímio e Praseodímio, quando adicionados ao PbTiO₃ modificam a estrutura cristalina do mesmo. Além disso, este é primeiro trabalho em que o método OPM é utilizado na síntese de um óxido dopado simultaneamente por dois elementos terras raras

METODOLOGIA:

O método OPM é baseado na reação de complexação entre o Titânio metálico e o peróxido de hidrogênio, em pH próximo de 11, tal reação resulta no íon peroxititânio [Ti(OH)₃O₂]^-. Á solução de [Ti(OH)₃O₂]^- é adicionada uma solução contendo quantidades estequiométricas dos íons Pb⁺², Nd⁺³ e Pr⁺³, essa solução ao reagir com o [Ti(OH)₃O₂]^- gera em solução um precipitado amorfo. O precipitado amorfo foi separado da fase líquida por filtração, moído em almofariz, peneirado e, por fim, calcinado em forno mufla à temperatura de 900°C por 1 hora, gerando assim, o titanato de chumbo cristalino dopado simultaneamente com Nd e Pr. Foram sintetizados óxidos cristalinos com as seguintes composições finais: (Pb_(1-2x)Nd_xPr_x)TiO₃, com x= 0,05; 0,10 e 0,15 mol. Os pós de (Pb_(1-2x)Nd_xPr_x)TiO₃ foram caracterizados por difração de raios-x com objetivo de serem determinados os parâmetros de retículo e sistema cristalino das amostras, além disso, as amostras foram caracterizadas por Espectroscopia Raman com Transformada de Fourier à temperatura ambiente, com o objetivo de se analisarem as alterações ocorridas em relação aos modos vibracionais do PbTiO₃.

RESULTADOS:

Os difratogramas de raios-x indicaram a presença de fase única cristalina para as composições de (Pb_(0,90)Nd_0,05Pr_0,05)TiO₃ e (Pb_(0,80)Nd_0,10Pr_0,10)TiO₃, entretanto, o pó de composição (Pb_(0,70)Nd_0,15Pr_0,15)TiO₃ apresentou vestígios de fase secundária de óxido de chumbo (PbO). Todas as composições apresentaram estrutura tetragonal, com um fator de tetragonalidade da ordem de 1,04. Cálculos realizados utilizando a equação de Scherrer indicaram um tamanho médio de domínio cristalográfico da ordem de 30 nm para todas as composições de (Pb_(1-2x)Nd_xPr_x)TiO₃. Os espectros de FT-Raman a temperatura ambiente mostraram a presença de modos vibracionais relacionados ao PbTiO₃ para o (Pb_(0,90)Nd_0,05Pr_0,05)TiO₃, enquanto que para os pós de (Pb_(0,80)Nd_0,10Pr_0,10)TiO₃ e (Pb_(0,70)Nd_0,15Pr_0,15)TiO₃ocorreu a união dos modos vibracionais A1(3TO) e E(3TO) e a união do modo vibracional A1(2TO) com o modo vibracional B1+E. A união dos modos vibracionais A1(3TO) e E(3TO) pode ser um indício da proximidade da transição de fase de tetragonal para cúbica, já que na fase cúbica esses modos dão origem ao modo T1u(3TO).

CONCLUSÕES:

Conclui-se que o método OPM, além de apresentar um procedimento experimental simples e evitar a geração de subprodutos da síntese como dióxido de carbono, é um método apropriado para a síntese de óxidos baseados no titanato de chumbo dopados simultaneamente por dois elementos terras raras. Para todas as composições de (Pb_(1-2x)Nd_xPr_x)TiO₃, com x= 0,05; 0,10 e 0,15 mol, os difratogramas de raios-x indicaram a formação de uma estrutura tetragonal. Os espectros de FT-Raman apresentaram modos vibracionais relacionados com PbTiO3 para o (Pb_(0,90)Nd_0,05Pr_0,05)TiO₃, no entanto, a união dos modos vibracionais A1(3TO) e E(3TO) apresentada pelos pós de (Pb_(0,80)Nd_0,10Pr_0,10)TiO₃ e (Pb_(0,70)Nd_0,15Pr_0,15)TiO₃ pode ser um indício da proximidade da transição de fase de tetragonal para cúbica, no ordenamento à curta distância desses óxidos.

Instituição de fomento: Fapesp 07/50904-2, CNPq 555644/2006-5, CEPID/CMDMC (Fapesp) 98/14324-0

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: titanato de chumbo, espectroscopia Raman, elementos terras raras

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