60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

Materiais óxidos com estrutura tipo tetragonal tungstênio bronze (TTB), similar aos óxidos K_xWO₃ e Na_xWO₃ (x<1), têm encontrado aplicações em tecnologia de ponta, seja como materiais monocristalinos ou policristalinos. Estes compostos têm atraído interesse nos setores científicos e técnico-industriais, atuando como materiais para modulação de laser e multiplicidade de freqüência, geração de segundo harmônico, aplicações em detectores piroelétricos e transdutores piezelétricos. Alguns óxidos policátions da família TTB têm encontrado crescentes aplicações em telecomunicações em microondas, satélites e outros dispositivos relacionados, em particular na área de “wireless telecommunication”. Embora vários materiais da família TTB têm sido investigados, somente nos últimos anos a demanda por materiais isentos de chumbo tem aumentado, devido à grande expectativa internacional do avanço às restrições a componentes contendo metais pesados na sua formulação. Neste trabalho foi investigado o comportamento elétrico de uma nova cerâmica de estrutura TTB com estequiometria KSr₂FeNb₄O_15-δ, “lead free”, preparada por moagem de alta eficiência. As propriedades elétricas do KSr₂FeNb₄O_15-δ foram investigadas utilizando-se a técnica de espectroscopia de impedância.

METODOLOGIA:

Pós monofásicos e nanométricos de KSr₂FeNb₄O_15-δ foram preparados por mistura de óxidos e carbonatos em um moinho mecânico de alta energia do tipo atritor. Os reagentes de partida foram: Nb₂O₅.4H₂O, K₂CO₃, SrCO₃ e Fe₂O₃. Obteve-se a fase KSr₂FeNb₄O_15-δ após calcinação do pó precursor a 1100 °C por 10 h em fluxo de O₂. Em seguida, realizou-se a sinterização do pó a 1250 °C por 2 h, obtendo-se uma densidade relativa em torno de 95 % da densidade teórica. A caracterização elétrica foi realizada por espectroscopia de impedância no intervalo de freqüência de 5 Hz a 13 MHz. A deposição dos eletrodos em faces opostas das pastilhas foi realizada com a aplicação de tinta de platina. As medidas foram realizadas a partir da temperatura ambiente até 690 ºC, utilizando-se um analisador de impedância Alpha N da Novocontrol. As resistências do grão e contorno de grão foram obtidas a partir do ajuste dos diagramas de impedância, utilizando-se o programa Equivcrt. A espectroscopia de impedância consiste em submeter a amostra a ser analisada a uma tensão senoidal de baixa amplitude e medir a corrente resultante desta perturbação. Essa técnica permite a separação dos elementos resistivos e capacitivos de materiais policristalinos: grão, contorno de grão e eletrodos.

RESULTADOS:

Os diagramas de impedância (oposto da parte imaginária (-Z) em função da parte real (Z)) mostraram a presença de um único semicírculo na região de alta freqüência em temperaturas abaixo de 395 °C. A partir de 395 °C observa-se a definição de um segundo semicírculo. O primeiro semicírculo, posicionado na região de alta freqüência (> 1 kHz), representa a contribuição do grão e o segundo semicírculo, obtido a baixa freqüência (< 1 kHz), representa a contribuição do contorno de grão. Todos semicírculos apresentaram um certo grau de descentralização com ângulo de depressão, ao invés de um semicírculo centrado sobre o eixo das abscissas. Esta resposta elétrica obedece ao formalismo de Cole-Cole. Neste formalismo, um semicírculo descentralizado representa tipicamente um fenômeno com uma distribuição de tempos de relaxação. Uma diminuição acentuada da resistividade do grão, em torno de 6 ordens de magnitude, foi observada com o aumento da temperatura, no intervalo investigado entre 25 °C e 690 °C. Este comportamento é típico de termistor com coeficiente de temperatura negativo da resistência (NTCR). Os coeficientes de temperatura da resistência (a) calculados a 25 °C e 690 °C são iguais a -0,515 °C^-1 e -0,000677 °C^-1, respectivamente.

CONCLUSÕES:

A partir da espectroscopia de impedância foi possível investigar as propriedades elétricas do grão e contorno de grão do KSr₂FeNb₄O_15-δ. Este material apresenta um comportamento típico de semicondutor. A contribuição do contorno de grão para a resposta elétrica é observada a partir de 395 °C. A análise da resistência em função da temperatura mostrou que o grão de KSr₂FeNb₄O_15-δ apresenta propriedades termistoras, com coeficiente de temperatura negativo da resistência (NTCR).

Instituição de fomento: FAPESP nº 07/07421-0

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: KSr2FeNb4O15-δ, tetragonal tungstênio bronze, termistor NTCR

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