53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Materiais

TÍTULO: Caracterização Elétrica por Espectroscopia de Impedância do Vidro PbInPO4 dopado com Er

AUTORES: Gozzo, C.B. (UFMT) ; Thaines, E.H.N.S. (UFMT) ; Guedes, I. (UFC) ; Costa, M.M. (UFMT)

RESUMO: O presente trabalho tem como intuito a caracterização das propriedades dielétricas do vidro PbInPO4 dopado em diferentes porcentagens molares de Érbio (Er). As medidas foram realizadas utilizando a técnica de Espectroscopia de Impedância, onde as propriedades dielétricas, o modulo elétrico e a condutividade foram medidas em um larga faixa de frequência, variando de 1 Hz à 1 MHz, sobre a perturbação de um campo elétrico, em uma faixa de temperatura de 473 K à 713K. Onde se pode observar o decaimento da resistividade conforme adicionamos porcentagens molar de Er aos vidros de PbInPO4. As energias de ativação encontradas foram no valor de 0,99, 0,97 e 0,98 para as amostras de 1%, 2% e 4%, respectivamente.

PALAVRAS CHAVES: Vidros; Dielétricos; Impedância

INTRODUÇÃO: Os vidros tem por definição clássica sendo um “um liquido sobreaferrecido” ou pela American Society for Testing and Materials (ASTM) “Um produto inorgânico de fusão que tenha arrefecido para uma condição rígida sem cristalização”. Os vidros são em geral sólidos amorfos, ou seja, não possuem simetria ao longo da rede atômica.(C. BARRY CARTER et al. 2013). Com o avanço na pesquisa em novos materiais, tem-se tido um grande interesse em materiais vítreos utilizando-os como condutores em dispositivos de estado sólido. Os materiais vítreos apresentam características importantes que tem sido aplicado em dispositivos ópticos, por ser estável termicamente.(PEREIRA, R. et al. 2011). Com este avanço tecnológico, tem crescido a pesquisa em materiais vítreos dopados com íons de terras raras, um exemplo desses materiais vítreos são os vidros a base de fosfato (PO4) que tem sido aplicado em dispositivo fotônicos, óptico e eletrônico, em baterias do estado sólido, laser de estado sólido, entre outros dispositivos. (HERRER CARRILLO et al. 2012)(TAISA B. BRITO et al. 2007) A Espectroscopia de Impedância tem como o intuito caracterizar as propriedades dielétricas de um do material, em que a técnica constitui na perturbação de uma amostra por um campo elétrico aplicado com uma corrente AC, que está sobe uma tensão senoidal. Partindo-se da equação da impedância, em que a mesma é dada pelo quociente entre a tensão e a corrente, podemos utilizar o plano complexo da impedância e assim separar a parte restiva, que é quando a tensão está em fase com a corrente, e a parte capacitiva, que é quando há uma defasagem, ou seja, a corrente está adiantada em relação tensão.

MATERIAL E MÉTODOS: A preparação do vidro PbInPO4 teve como inicio a precipitação do Chumbo (Pb) com Ácido Fosfórico (H3PO4) em uma solução de Nitrato de Chumbo (Pb(NO3)2). Após a precipitação, o composto se decompõe formando o Pirofostato de Chumbo (Pb2P2O7). O reagente Oxido de Índio (In2O3) é combinado com o Pirofosfato de Chumbo formando o vidro desejado PbInPO4, o mesmo é colocado em um cadinho de platina, juntamente com o íon de terra rara, na forma de Óxido de Érbio (Er2O3). A mistura foi levada a uma temperatura de 1100 ºC e mantidos por um período de 3-4 horas. Foram preparados três vidros com diferentes porcentagens de Er, sendo 1%, 2% e 4% de Er. Os vidros foram vertidos em um molde de nitreto de boro, logo após este procedimento sofreu um recozimento que foi mantido a uma atmosfera de 450 ºC por um período de 4-5 horas. A técnica de Espectroscopia de Impedância foi realizada utilizando um espectrômetro Solartron 1260A conectado a um forno de aquecimento, controlado através de um software denominado SMART. A faixa de frequência utilizada foi de 1 Hz à 1 MHz, sobre a perturbação de um campo elétrico com uma corrente AC de tensão senoidal de 2 V. O intervalo de temperatura utilizado para as medidas foram de 473 K à 713 K. As análises foram realizadas no Laboratório de Caracterização em Novos Materiais (LACANM) da Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT).

RESULTADOS E DISCUSSÃO: As propriedades elétricas do vidro PbInPO4 dopado com diferentes porcentagens molares de Er foi determinado utilizando da técnica de espectroscopia de impedância complexa. Ao analisarmos as propriedades elétricas em função da frequência em diferentes temperaturas, podemos determinar duas características importantes, como a dissipação e o armazenamento de energia.(PEREIRA, R. et al. 2011) A Figura 1 e a Figura 2 apresentam o comportamento da impedância real (Z’) em função da frequência para diferentes temperaturas do vidro PbInPO4 dopado com 1% e 4% de Er, respectivamente. Observa-se em ambos os espectros o decaimento da resistividade conforme aumentamos a temperatura e a frequência. Em frequências mais altas, observa-se um colapso em ambos os espectros para um mesmo valor de resistividade, indicando que as cargas especiais estão livres devido a diminuição da barreira de energia no material às frequências mais altas. Nota-se um decaimento da resistividade conforme aumentamos a porcentagem molar de Er que é dopado no vidro PbInPO4. As energias de ativação encontradas para as diferentes amostras vítreas, foram calculadas utilizando a equação de Arrhenius, usando os valores da frequência máxima da parte imaginaria do modulo elétrico. Encontrando os seguintes valores: 0,99, 0,97 e 0,98 para os vidros de PbInPO4 dopados com 1%, 2% e 4% respectivamente. Observando que os valores das energias ativação são próximos, indicando que eles possuem um mecanismo de condução parecido, necessitando de pouca energia para romper a barreira de condução entre os sítios ativos. (PEREIRA, R. et al 2011)

Figura 1

Impedância Real em função da Frequência em diferentes temperaturas para o vidro PbInPO4 com 1% de Er.

Figura 2

Impedância Real em função da Frequência em diferentes temperaturas para o vidro PbInPO4 com 4% de Er.

CONCLUSÕES: Através da técnica de Espectroscopia de Impedância pode-se caracterizar as amostras vítreas de PbInPO4 dopados com diferentes porcentagens molares de Er. Pode-se determinar que o mecanismo de condução de ambas as amostras vítreas são ativados termicamente. Observando a parte real da Impedância observa um decaimento da impedância quando aumentamos a temperatura e frequência. A equação de Arrhenius nos permitiu o calculo da energia de ativação das amostras vítreas, onde se observa que o valor da energia necessária para suprir a barreira de condução para ambas às amostra, são próximos.

AGRADECIMENTOS:

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: • C. Barry Carter, M. Grant Norton. Ceramic Materials: Science and Engineering. 2. ed. New York. Springer Scienc. 2013
• Herrera Carrillo, Alvaro - Optical characterization and study of the Judd-Ofelt parameters of Nd³+ and Sm³+ ions in differents glasses and crystals for photonics applications. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de Alagoas. Instituto de Física. Maceió.
• Pereira, Rodrigo – Caracterização Estrutural e Elétrica de Vidros Silicatos de Litio dopados com Nd2O3. Dissertação (Mestrado em Física) – Universidade Federal de Mato Grosso. Instituto de Física. Cuiabá.
• Taísa B. Brito, M. V. D. Vermelho, E. A. Gouveia, and M. T. de Araujo, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 102, 043113 2007 – DOI: 10.1063/1.2756705