Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS (33144010006P9)
SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DO COMPOSTO Ca3Co4O9+8 OBTIDO VIA MÉTODO HIDROTÉRMICO ASSISTIDO POR MICRO-ONDAS
MIDILANE SENA MEDINA
TESE
16/02/2018

Este trabalho descreve o estudo dos efeitos da síntese hidrotermal assistida por micro-ondas na formaçãoo da fase cristalográfica, características microestruturais, propriedades físicas e desempenho termoelétrico dos compostos Ca3��xDyxCo4O9+ e Ca3Co4��yMnyO9+ (x = y = 0, 00; 0,05; 0,10; 0,15 e 0,20). Foram estudadas variações em uma série de parâmetros de síntese, tais como tempo, temperatura, pH do solvente e adição de agente oxidante. Os compostos foram obtidos usando síntese hidrotermal a 230 °C durante 30 min, o pH da solução foi mantido em 13 e foi usada ainda 10% (%vol.) de per´oxido de hidrogênio e tratamento térmico a 900 °C durante 2h. As características estruturais de todas as amostras foram avaliadas por difração de raios X e os dados obtidos foram refinados pelo método de Rietveld. Verificou-se que os compostos se cristalizam na fase Ca3Co4O9 e na superesestrutura modular monoclínica (grupo espacial de simetria Cm, picos poucos intensos da fase adicional Co3O4 foram observados. Os parâmetros de rede calculados revelaram uma contração na cela unitária com o aumento da substituição de Ca por Dy ou Co por Mn na matriz de Ca3Co4O9+. A análise por espectroscopia Raman mostrou três modos vibracionais característicos desta fase em 300, 540 e 630 cm��1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura mostraram que todas as amostras apresentam partículas orientadas aleatoriamente com morfologia de plaquetas. Todas as amostras apresentam uma ampla distribuição de tamanho de partícula, com tamanhos variando de 0,2 a 1,2 mm, para a amostra com x = 0, 15. As propriedades físicas desses compostos foram caracterizadas por medidas de resistividade elétrica, condutividade térmica e coeficiente Seebeck em função da temperatura. Nos resultados de resistividade elétrica foram verificados três regimes diferentes, sendo: (1) uma transição de fase metal-isolante (MI); (2) comportamento de líquido de Fermi fortemente correlacionado; (3) comportamento de metal incoerente. Curvas de r(T) revelaram que a substituição de Dy e Mn na matriz de Ca3Co4O9+ promove um enfraquecimento das correlações eletrônicas e, como resultado, ´e observado um aumento nos valores de r(T) para estas amostras; este aumento pode ser relacionado `a desordem estrutural e a mudanças no conte ´udo de oxigênio. A 300 K, a condutividade térmica (k) das amostras Ca3Co4O9+ apresentou diminuição com o aumento de x, enquanto que nas amostras de Ca3Co4O9+, os valores de k aumentaram com o aumento de y. Também, o coeficiente Seebeck (S) aumentou com o aumento de x e y. A partir dos valores r(T), k(T) e S(T), foi estimada a figura de mérito (ZT) para estas amostras. E foi verificado que o composto Ca3��xDyxCo4O9+ (x = 0, 05) apresentou ZT 30% superior ao compostos Ca3Co4O9+.

Ca3Co4O9+;sínntese hidrotermal assistida por micro-ondas;transporte eletrônico;termoeletricidade.
This work describes the effect of microwave-assisted hydrothermal synthesis in crystalline phase-formation, microstructural characteristics, physical properties, and thermoelectric performance of Ca3��xDyxCo4O9+ e Ca3Co4��yMnyO9+ (x = y = 0.00, 0.05, 0.10, 0.15, and 0.20) compounds. In the hydrothermal process, it was studied the synthesis parameters like time, temperature, solvent pH and oxidant agent addition. The compounds were obtained by a hydrothermal synthesis at 230 °C for 30 min, pH of the solutions was 13, and 10% (% vol.) of hydrogen peroxide and a heat treatment at 900 °C for 2h. Structural characteristics of all samples were analyzed by X-ray diffraction and the data were refined through Rietveld method. X-ray data revealed that samples crystallize in the Ca3Co4O9 phase, in a modular monoclinic superstructure (space group symmetry Cm, and low intense peaks of the additional phase Co3O4 were observed. Calculated lattice parameters revealed a contraction of the unit cell with the increasing of substitution of Ca for Dy or Co for Mn in the Ca3Co4O9+ matrix. Raman spectra analysis showed three main vibrational modes of Ca3Co4O9+ in 300, 540 e 630 cm��1. Scanning electron microscopy images showed that all samples exhibit randomly oriented particles with plate-like morphology. All samples present a large particle size distribution, with sizes ranging from 0.2 to 1.2 mm for x = 0.15 sample. Physical properties of these compounds were characterized by measurements of electrical resistivity r(T), thermal conductivity and Seebeck coefficient as a function of temperature. Electrical resistivity results revealed three different behaviors, where: (1) a metal-insulator (MI) phase transition; (2) a strong correlated Fermi liquid behavior; and (3) an incoherent metal behavior. Curves of r(T) revealed that Ca and Mn substitution in Ca3Co4O9+ matrix promotes a weakening of electronic correlation, which promotes a decreasing of the effective mass. As a result, it is observed an increase in the r(T) values for the doped samples; this increase can also be related to a structural disorder and variation in oxygen content. At 300 K, thermal conductivity (k) of Ca3��xDyxCo4O9+ samples showed a decreasing of k with the increase of x, whereas Ca3Co4��yMnyO9+ samples present an increase of k with the increase of y. Also, the Seebeck coefficient (S) values seem to increase with the increasing of x and y values. Through r(T), k(T) and S(T) values, we have estimated the figure-of-merit (ZT) for these samples and Ca3��xDyxCo4O9+ (x = 0.05) sample presents the highest ZT values, 30% higher than the Ca3Co4O9+ compound.
Ca3Co4O9+;microwave-assisted hydrothermal synthesis;electronic transport;thermoelectricity
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

NANOCIÊNCIAS E MATERIAIS AVANÇADOS
NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA
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Banca Examinadora

MARCIA TSUYAMA ESCOTE
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
RENATO DE FIGUEIREDO JARDIM Participante Externo
FABIO FURLAN FERREIRA Docente - PERMANENTE
ALEXANDRE JOSE DE CASTRO LANFREDI Docente - COLABORADOR
EMERSON RODRIGUES DE CAMARGO Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 29
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 15

Vínculo

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Não