CARACTERIZAÇÃO DO COMPÓSITO DE CaCu 3 Ti 4 O 12 - PVA. SABÓIA, K.D.A. 1,2,3* ; SANTOS, L.P.M. 2 ; AGUIAR, F.A.A. 1 ; SOARES, H.J.M. 1 ; GIRÃO, H.T. 3 ; GRAÇA, M.P.F 4 ; AMARAL,M.A. 4 ; SOMBRA, A.S.B 3 ; VALENTE, M.A. 4. 1. Universidade Estadual do Ceará UECE Faculdade de Educação de Crateús FAEC. Fortaleza CE, Brasil. 2. Universidade Federal do Ceará UFC. Fortaleza CE, Brasil 3. Laboratório Laboratório de Telecomunicações e Ciência e Engenharia de Materiais LOCEM, Departamento de Física, Universidade Federal do Ceará, Brasil. 4. Departamento de Física e I3N, Universidade de Aveiro, Aveiro, Portugal. * e-mail para contato: david.saboia@uece.br RESUMO: O presente trabalho tem como objetivo caracterizar o compósito constituído de um cerâmico CaCu 3 Ti 4 O 12 (CCTO) inserido em uma matriz polimérica de PVA em função da concentração de CCTO para aplicações em dispositivos eletrônicos. Amostras contendo diferentes concentrações desses dois materiais foram submetidas a tratamentos térmicos em busca de otimizar suas propriedades físicas. O material resultante foi caracterizado através de microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-x. O método utilizado no presente trabalho permitiu a inserção de cerâmica na matriz polimérica variando de 30 a 70% em massa. Palavras Chaves: Compósitos, CaCu 3 Ti 4 O 12, Propriedades Estruturais. 1. INTRODUÇÃO Nos últimos anos tem crescido o interesse por materiais compósitos poliméricos em virtude de sua alta constante dielétrica e alta densidade de armazenamento de energia [1,2]. Muitos compósitos têm sidos devolvidos especialmente para aplicações em capacitores. Dentre as principais aplicações destacam-se na microeletrônica, dispositivos microondas e telecomunicações. A família de óxidos ACu 3 M 4 O 12 tem apresentado altíssima constantes dielétricas dentre estes o que mais se desta é o CaCu 3 Ti 4 O 12 (CCTO) [3]. É conhecido que componentes de perovskita apresentam constante dielétrica de aproximadamente 10 4 khz à temperatura ambiente [4-5]. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo a caracterização estrutural e morfológica do compósito CaCu 3 Ti 4 O 12 PVA. 1
2. METODOLOGIA 2.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS O pó do CCTO foi preparado pelo de reação no estado sólido. Quantidades estequiométricas de carbonato de cálcio (CaCO 3 ), óxido de titânio (TiO 3 ) e óxido de cobre (II) (CuO) foram misturados num sistema de moinhos bolas planetário Fritsh 7.0 por 30 min a 370 rpm. A mistura dos pós foi submetida à calcinação a 900ºC por 12h [6]. Antes da mistura do PVA (C 2 H 4 O) n com o pó do CCTO, flocos de PVA foram misturados num moinho planetário para obter pós com tamanho de partícula menor do que 200μm. Em seguida o pó cristalino do CCTO foi misturado com o PVA usando a seguinte equação: (100-x) PVA + (x) CCTO (%massa), com x = 0, 40, 50, 60, 70, 80, 90 e 100 pastilhas desses compostos, com 12 mm de diâmetro e 1 mm de espessura produzidos usando um sistema de pressão uniaxial. Todas as partilhas foram sinterizadas a 200ºC por 2h. 2.2. CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL E MORFOLÓGICA. A estrutura das amostras foi determinada por difração de raios-x, realizada num difratometro X Pert MPD Philips (radiação CuKα, λ=1,54056 Å) a 40kV e 30mA com monocromador de grafite curvado. A identificação das fases cristalinas foi feita usando a base de dados da Join Committee for Power Diffraction Standars International Center for Diffraction Data. A caracterização morfologia das amostras foi realizada por Microscopia eletrônica de varredura MEV. Para esta análise todas as amostras foram recobertas com carbono. 2
Intensity (u.a.) 5º Congresso Norte-Nordeste de Química 08 a 12 de Abril de 2013 3. RESULTADO A figura 1 mostra o padrão de difração de raios-x para a amostra de PVA com 0% de CCTO (CCTO 0), 50% de CCTO (CCTO 50%) e 100% de CCTO (CCTO 100). O padrão de obtido confirma a presença da fase cristalina CaCu 3 Ti 4 O 12, com estrutura cúbica, grupo espacial Im-3m e número 229. Os parametros de rede são a=7.3930 Å and α=β=γ=90.0000 Å. O volume da célula unitária é aproximadamente 404,08 Å. Veja que os padrões das amostras são formados pela soma dos picos atribuidos ao PVA e ao CCTO. Figure 1 Padrões DRX do CCTO, PVA e do CCTO 50. CCTO 100 CCTO 50 CCTO 0 20 30 40 50 60 Fonte - [Própria]. Degree (2 ) As micrografias de todos os compósitos mostram uma mistura entre os grãos, associados com a fase cristalina CCTO incorporada na matriz polimérica PVP. A figura 2 mostra micrografias de uma amostra CCTO 50, a qual é similar para os outros compósitos. Na figura 2(a) é possível observar que os cristais de CCTO estão dispersos homogeneamente na matriz polimérica. Na figura 2(b) é possível ver que o polímero estar agregado ao redor dos grãos de CCTO. Portanto, o polímero é também responsável pela agregação de alguns grãos de CCTO e por isso as partilhas são mecanicamente rígidas, fazendo com que as partilhas sejam resistentes para aplicações tecnológicas. 3
Figure 2 - (a) Micrografia do CCTO 50 puro com ampliação de 100x, e (b): com ampliação de 2000x. Fonte [Própria] 4. CONCLUSÃO A difração de raios-x permitiu caracterizar a estrutura cristalina do compósito CaCu 3 Ti 4 O 12 PVA, como observado na formação dos padrões de difração na figura 1. O CCTO foi incorporado na matriz polimérica homogeneamente como pode ser visto na figura 2. O compósito CaCu 3 Ti 4 O 12 PVA apresentou rigidez adequada para aplicações tecnológicas. 5. AGRADECIMENTOS Agradecemos a CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) e CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico) pelo suporte financeiro. 4
6. REFERÊNCIAS [1] BAI, Y., CHENG, Z-Y., BHARTI, V., XU H.S, ZHANG QM. High-Dielectric- Constant Ceramic-Powder Polymer Composites. Applied Physics. Letters. vol.76, 3804-3806 (2000). [2] KUO D-H., CHANG C-C., S.U T-Y, WANG W-K., LIN B-Y. Dielectric Behaviour of Multi-Doped Batio 3 /Epoxy Composites. Journal European of Ceramic Society vol.21,9, 1171-1177 (2001). [3] SUBRAMANIAN M.A., MARSHALLA, W.J., CALVARESE, T.G., SLEIGHT, A.W., Valence Degeneracy in CaCu 3 Cr 4 O 12. Journal of Physics and Chemistry of Solids. vol.64, 9-10, 1569 1571(2003). [4] SUBRAMANIAN, M.A., LI, D., DURAN, N., REINER, B.A., SLEIGHT, A.W. High Dielectric Constant in ACu 3 Ti 4 O 12 and ACu 3 Ti 3 FeO 12 Phases. Journal of Solid State Chemistry vol.151, 2, 323 325 (2000). [5] MITSUGI, M., ASANUMA, S., UESU, Y., FUKUNAGA, M., KOBAYASHI, W., TERASAKI, I.. Origin of Colossal Dielectric Response of CaCu 3 Ti 4 O 12 Studied by Using CaTiO 3 /CaCu 3 Ti 4 O 12 /CaTiO 3 multilayer thin films. Applied Physics Letters vol.90, 24, 242904 (2007). [6] PINHEIRO A.G, PEREIRA F.M.M, SANTOS M.R.P, ROCHA H.H.B, SOMBRA A.S.B. CaCu3Ti4O12 (CCTO) Composite Substrates For High Dielectric Constant Devices. Journal of Material Science. vol. 42, 6, 2112-2120 (2007). 5