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Título: Síntese e estudo das propriedades estruturais e dielétricas de matrizes cerâmicas compósitas (CMC) baseadas em: (Fe1/4Cu1/8Ti3/8)2O3 / (Fe5/8Cr3/8)2O3 / Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 / CaTiO3 para uso em dispositivos eletrônicos
Título em inglês: Synthesis and study of the structural and dietectil properties of ceramic matrix composites the base of: for use in eletronic devices
Autor(es): Freire, Francisco
Orientador(es): Sombra, Antônio
Palavras-chave: Síntese
propriedades estruturais
compositos
cerâmica
Data do documento: 24-Jan-2008
Citação: FREIRE, F.N.A (2008)
Resumo: Neste trabalho utilizou-se reações do estado sólido com sucesso na produção de matrizes cerâmicos compositas a base de Cr0,75Fe1,25O3(CRFO100), Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3(FCTO100), Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100) e CaTiO3 (CTO), para o estudo de suas propriedades estruturais e elétricas visando o seu possivel uso em circuitaria eletrônica, de rádio-frequencia e microondas. Os procedimentos envolvidos para obtenção das amostras seguiram a rota de produção de cerâmicas, sendo que numa primeira etapa realizou-se a homogeneização dos pós com o objetivo de tornar a reação mais eficaz, pois a promoção do contato por igual dos reagentes facilita a formação da substância desejada. Após o procedimento de homogeneização, a obtenção de cada série de amostras seguiram suas características operacionais, como por exemplo: tempo e temperatura de reação. As duas primeiras séries Cr0,75Fe1,25O3(CRFO100)-- Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3 (FCTO100), e Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100)--Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100), foram estudadas por raios-X, MEV, EDSX, espectroscopia Mössbauer, propriedades elétricas em função da temperatura, caracterizações na faixa de micoondas com a técnica Hakki-Coleman e por último a caracterização das amostras como antenas ressoadoras dielétricas. A última série Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100)-- CaTiO3 (CTO) foi estudada por todas as técnicas mencionadas, com exceção das técnicas MEV, EDSX, espectroscopia Mössbauer. Este trabalho tem como objetivo sintetizar, caracterizar novas materiais ceramicos compositos para uso em dispositivos eletrônicos, microondas e radio-freqüência. Foram sintetizadas e caracterizadas amostras com as seguintes estequiometrias: Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100), Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3 (FCTO100), Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100) e CaTiO3 (CTO). Mediante a síntese das amostras anteriomente relatadas procedeu-se a formação dos compósitos em diferentes concentrações e consequente formação das séries na seguinte ordem: (CRFO)x-(FCTO)100-x, com x= 0, 17, 34, 50, 66, 83 e 100% em massa; (PFN)x -(CRFO)100-x, com x = 0, 10, 50, 90 e 100% em massa e xCRFO- (1- x)CTO com x= 0, 10, 50, 90 e 100% em mol. A identificação e o subsequente refinamento dos dados para a primeira série revelaram uma estrura trigonal para o CRFO100 e uma estutra cúbica para o FCTO100. no caso da segunda série o PFN100 apresentou uma estrutura tetragonal e na terceirasérie o CTO uma estrutura ortorrômbica. Pela espectrosocopia Mössbauer foram confirmados no caso das duas primeiras séries, o estado de oxidação do ferro (Fe3+) presente nas amostras analisadas e sua coordenação no sítio cristalino em função da quantidade de ferro presente nos compósitos. Com exceção do PFN100, a morfologia das amostras em geral foi caracterizada pela diversidade de formas e tamanho para todas as amostras das duas primeira séries. A análise química elementar forneceu resultados quantitativos acerca dos elementos presentes nas amostras investigadas. Pelas respostas observadas na faixa de radio-freqüência, ficou evidenciada uma região de dispersão, caracteristica de processo de polarização dipolar. Experimentos foram realizados com variação de temperatura e as propriedades dielétricas foram medidas (permissividade e perda dielétrica). Foi obtido o TCC (Coeficiente de Temperatura da Capacitância), numa faixa de temperatura de 250C a 1000C, observando que as duas primeiras séries apresentaram relaxação ativada pela temperatura. Medidas na região de microondas (300 MHz < f < 30 GHz) foram realizadas, no caso da primeira série para as amostras CRFO100, CRFO50 e FCTO100. Os resultados apresentados são promissores para aplicações como dispositivos em microondas. No caso da segunda série apenas em duas amostras (CRFO100 e PFN10) foi possível determinar a freqüência ressonante, permissividade dielétrica e a perda dielétrica pelo o método utilizado neste estudo (método Hakki-Coleman), provalvelmente devido a elevada perda dielétrica apresentada pelas amostras. Para a terceira série, em todas as amostras foi possível a localização da frequencia ressonante, permissividade dielétrica e a perda dielétrica. Para a serie CRFO-CTO foi observada a possibilidade de obtenção de um composito com TCC=0. Amostras nas tres series estudadas apresentam permissividades dieletricas altas (10) e algumas com baixas perdas podendo ser usadas na miniaturização em dispositivos de microndas e aplicações em telecomunicações
Abstract: In this work the solid state procedure was used, with success, in the production of ceramic matrix composites based in Cr0,75Fe1,25O3(CRFO100), Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3 (FCTO100), Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100) e CaTiO3 (CTO), for the study of the structural and electrical properties of these composites for the possible use in electronic, radio-frequency and microwave circuitry. The first two series Cr0,75Fe1,25O3(CRFO100)--Fe0,5Cu0,75Ti0,75O3 (FCTO100), and Pb(Fe0,5Nb0,5O3) (PFN100)--Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100), were studied by the X-ray, MEV, EDSX, Mössbauer spectroscopy and electrical properties as a function of temperature . The study of the electrical properties at the microwave region was done using the Hakki-Coleman technique and operating the samples as a dielectric resonator antenna. The series Cr0,75Fe1,25O3 (CRFO100)--CaTiO3 (CTO) was studied by all the mentioned techniques, except for the techniques MEV, EDSX and Mössbauer spectroscopy. This work has the objective to synthesize and to characterize new composite materials for use in electronic, microwave and radio-frequency devices. After the synthesis of the samples the formation of the composites in the following series: (CRFO)x-(FCTO)100-x, with x = 0, 17, 34, 50, 66, 83 and 100% in mass; (PFN)x - (CRFO)100-x, with x = 0, 10, 50, 90 and 100 in mass % and xCRFO - (1-x)CTO with x = 0, 10, 50, 90 and 100 in mol %. The identification and the subsequent refinement of the data for the first series revealed a trigonal structure for the CRFO100 and a cubic structure for the FCTO100. In the case of the second series, the PFN100 present a tetragonal structure and in the third series, the CTO present an ortorhombic structure. The Mössbauer spectroscopy confirmed in the case of the first two series, the state of oxidation of the iron (Fe3+) and it´s coordination in all composites. Except for the PFN100, the morphology of the grains in the samples was characterized by the diversity in the form and size for all the samples of the first two series. The elementary chemical analysis supplied quantitative results concerning of the present elements in the investigated samples. It was observed by the RF measurements a dispersion which is characteristic of the process of dipolar polarization. The dielectric properties with temperature was also studied. The TCC (Temperature Coefficient of Capacitance) and activation energy associated to the modulus formalism was obtained in a temperature interval of 25oC to 100oC. Measurements in the microwave region (300 MHz
Descrição: FREIRE,F.N.A. Síntese e estudo das propriedades estruturais e dielétricas de matrizes cerâmicas compósitas (CMC) baseadas em: (Fe1/4Cu1/8Ti3/8)2O3 / (Fe5/8Cr3/8)2O3 / Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 / CaTiO3 para uso em dispositivos eletrônicos . 2008. 168 f. Tese (Doutorado em Química Inorgânica) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2008
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/1248
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