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Ref.: MceMeim05-008

Propriedades dielétricas da titânia co-dopada com cátions trivalentes e tântalo

Apresentador: Lucas Aparecido dos Santos Ferreira

Autores (Instituição): Ferreira, L.A.(Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares); Muccillo, E.N.(Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares);

Resumo:
A pesquisa por materiais avançados de alto desempenho com permissividade colossal (?’ > 10^3) é um dos imperativos para atender continuamente às necessidades crescentes da indústria pela miniaturização de dispositivos eletrônicos e armazenamento de alta energia por volume de material. Um dos empecilhos para o avanço nesta área é que materiais com permissividade muito alta, geralmente, possuem também alto fator de dissipação (tan ?). Os materiais da família da titânia (TiO2) co-dopada com cátions tri- e pentavalentes, além de apresentarem permissividade elétrica colossal e baixos valores de perdas dielétricas, demonstram estas propriedades em amplos espectros de frequência e variadas temperaturas, o que é primordial para sua utilização comercial. O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades dielétricas de cerâmicas policristalinas de titânia contendo Er3+, Pr3+ ou Sc3+ (cátions doadores) e Ta5+ (cátion receptor) visando determinar a viabilidade de sua utilização prática nas áreas supracitadas. As composições preparadas foram: (A0,5Ta0,5)0,01Ti0,99O2, com A = Er3+ (ET1), Pr3+ (PT1) ou Sc3+ (ST1); (Er0,5Ta0,5)xTi(1-x), com x = 0,5% (ET0,5) e 5% (ET5), além das composições (Er0,25Ta0,75)0,01Ti0,99O2 (ET0,25) e (Er0,5Ta0,5)0,01Ti1,09O2 (ET1,09). As composições foram preparadas por reação em estado sólido com sinterização a 1500 ºC por 2 h. Foram obtidas cerâmicas densas (densidade relativa de ~95%) para todas as composições. A fase tetragonal característica do rutilo foi detectada por difração de raios X em todas as amostras sinterizadas, indicando dopagem substitucional dos cátions na matriz da titânia. A composição ET5 apresentou também picos de Er2Ti2O7 devido a introdução de Er além do limite de solubilidade em solução sólida. A caracterização microestrutural foi feita por microscopia eletrônica de varredura. As propriedades dielétricas foram investigadas por medidas de espectroscopia de impedância entre 5 Hz e 13 MHz e até 200 °C. Todas as composições preparadas apresentaram permissividade elétrica colossal (> 10^4) nesta faixa de temperaturas e frequências, com destaque para PT1, ET0,25, ET1,09 e ET5 que apresentaram permissividade da ordem de 10^5 em todo intervalo. Os menores valores de perdas dielétricas (tan ?) alcançados com f = 1kHz foram inferiores a 0,1 entre 60 e 90°C para as composições PT1, ET0,25 e ET1,09. Os resultados alcançados mostraram que variar não somente o tipo de cátion doador, mas também a proporção dos co-dopantes entre si e entre os cátions da matriz (Ti) é de grande relevância para alcançar materiais com permissividades colossais e baixas perdas dielétricas.