9º Encontro Nacional de Tecnologia Química
Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0

TÍTULO: Rota de síntese do sistema vítreo SNABP dopado com CaF2 e co-dopado com TiO2

AUTORES: L. S. da Silva, D. (IF GOIANO) ; H. S. Carvalho, A. (IF GOIANO) ; L. Fernandes, I (IF GOIANO) ; A. Silva, V. (IF GOIANO)

RESUMO: Este estudo reporta uma rota de síntese bem sucedida para o sistema vítreo SNABP dopado com CaF2 e/ou TiO2. A composição química nominal foi submetida a 1200 °C/30 min em atmosfera ambiente. Em seguida, o melt foi vertido em uma superfície metálica obtendo uma taxa de resfriado de aproximadamente 1000°C/s e consequente congelamento do material em estrutura amorfa. A amostra sintetizada apresentou padrão típico de vidro; resistência mecânica compatível e transparente na região do visível. O sistema foi investigado por absorção óptica (AO), análise térmica diferencial (DTA) e difração de raios-X (DRX). Por essas técnicas experimentais pode-se constatar que a rota utilizada foi bem sucedida.

PALAVRAS CHAVES: Vidro; Amorfo; CaF[sub]2[/sub]

INTRODUÇÃO: Os sólidos apresentam propriedades significantes em suas estruturas, dentre as quais destacam-se a condutividade elétrica, a cinética de cristalização de vidros, as propriedades mecânicas dos metais e ligas, entre outras (REU-1997). Muitas pesquisas, nos últimos anos, foram realizadas com o intuito de conhecer a natureza dos defeitos dos sólidos e logo aplicá-los em que for pertinente. Esse estudo permitiu enorme avanços tecnológicos e na utilização de vários tipos de materiais. Com o conhecimento obtido, proporcionou ampliar o estudo da termoluminescência (TL), conhecida desde a alquimia medieval e as primeiras descobertas dos processos radioativos, no qual surgiu a necessidade de quantificar doses de radiação. No Brasil, Watanabe e Okuro são considerados pioneiros nesse ramo de pesquisa (WAT-1971). Tais pesquisadores aprofundaram nas propriedades termoluminescentes da Fluorita, extraída em Criciúma, Santa Catarina. Comumente cristais iônicos são utilizados como dosímetros de termoluminescência, no entanto não são totalmente eficientes por apresentarem baixa resistência mecânica ao aquecimento, sendo descartado após a mensuração da curva de luminescência e possuem alto custo de produção. Isso os torna quase inviáveis. Já os materiais vítreos, são resistentes a temperatura na faixa de aplicação na dosimetria de radiação, sendo assim, é possível aquece-lós até próximo a temperatura de transição vítrea por várias vezes, além de serem relativamente fáceis de produzir, quando comparado aos cristais. Para chegar em um material eficiente e eficaz é proposto dopar um sistema vítreo com nanopartículas de cristais iônicos e assim unir as características dos cristais iônicos com a estabilidade térmica dos sistemas vítreos.

MATERIAL E MÉTODOS: Para a escolha da composição química da matriz vítrea é necessário um estudo a respeito das características e funções de cada composto, a fim de obter uma matriz vítrea favorável. Além disso, é necessário investigar empiricamente as taxas de resfriamento necessárias para se obter um material vítreo. Uma vez selecionados os compostos de interesse e suas respectivas quantidades, a composição química é levada ao forno à atmosfera ambiente, fundida e em seguida resfriada, obtendo-se uma matriz vítrea. Neste estudo: 40SiO2-30Na2CO3-1Al2O3-2 5B2O3-4PbO (mol%). A utilização de reagentes químicos de alta pureza e precisão nas pesagens desses elementos são fatores determinantes para as características da matriz vítrea. Para tal utiliza-se uma balança de alta precisão (por exemplo, Shimadzu de cinco casas decimais), de forma a garantir as concentrações calculadas. As amostras foram sintetizadas pelo tradicional método de fusão. Os compostos na forma de pó são adequadamente pesados, misturados e homogeneizados por masseração em amolfariz com pistilo. Em seguida, são fundidos em um forno de alta temperatura à 1200°C/30 minutos, utilizando cadinhos de alumina. Logo após a fusão da composição química o melt resultante é vertido entre duas chapas metálicas (latão) previamente resfriadas a 0ºC, obtendo dessa forma placas de vidro com espessura em torno de 2 mm e tamanho variável entre 0,5 a 3 cm de diâmetro. Obtendo assim uma taxa de resfriamento de 1000°C/s, aproximadamente. A dopagem pode ser efetuada adicionando o dopante à composição química precursora da matriz SNABP, neste caso 5% em peso de CaF2 e de TiO2. Obtendo-se, dessa forma, vidro dopado.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A Figura 1 apresenta a absorção óptica - AO para a amostra SNABP+5CaF2+5TiO2 (% em massa). Observe que existe uma banda de absorção larga em torno de 1200nm, caracterizada pela "banda da água", estruturas O-H. Para comprimentos de onda menores que este observa-se um decréscimo na absorção característica de amostras vítreas. Próximo do ultravioleta a amostra volta a apresenta forte absorção novamente. Os nanocristais de CaF2 apresenta "gap iônico" e portanto fora da região de medida. Além disso tais estrutura devem crescer na amostras após tratamentos térmicos e portanto não deveria ser observados. A Figura 2 apresenta a curva análise térmica diferencial - DTA também para a amostra SNABP+5CaF2+5TiO2 (% em massa). Segundo Zarzicki (ZAR-1997), um vidro é um material amorfo que apresenta o fenômeno de transição vítrea. Assim a curva DTA é um dado indispensável para verificar o sucesso de uma rota de síntese de amostras vítreas. Na curva apresentada, observa-se a transição vítrea em torno de 450 C caracterização por um processo endotérmico de segunda ordem.

Figura 1.

Espectro de Absorção Óptica.

Figura 2.

Curva de Análise Térmica Diferencial.

CONCLUSÕES: Obedecendo os critérios estipulados pela teoria dos vidros é seguro afirmar que matriz vítrea SNABP dopada com CaF2 e TiO2 foi sintetizada com sucesso. O material sintetizado é transparente, apresenta o fenômeno da transição vítrea e não apresenta pico no difractograma. Assim, esperamos que outros pesquisadores se sintam motivados em fazer estudos de aplicabilidade desse material.

AGRADECIMENTOS: Os autores gostariam de agradecer ao CNPq e ao IF Goaino pelo suporte financeiro, em especial aos Processos 158131/2013-4.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: (REU-1997) Reuven C., McKeever, W. S., Theory of Thermoluminescence and Related Pheonomena, World Science, (1997).

(WAT-1971) Watanabe, S., Okuro, E., Thermoluminescent Responses of Natural Brazilian Flourite to (137Cs) Gamma-Rays, Proc. 3rd Int. Conf. Lum. Dos.,(1971) 380.

(ZAR-1991) Zarzycki, J., Glasses and the vitreous state. Cambridge: University Press, 1991.