Caracterização microestrutural e elétrica do TiO2 dopado com óxido de estrôncio visando sua aplicação como varistores

Abstract

Neste trabalho estudou-se a influência da adição do SrO no comportamento varistor do TiO2. As concentrações utilizadas de SrO foram: 0,50, 1,00, 1,50 e 2,00 mol %. O processamento empregado foi o método convencional de mistura de óxidos, onde os reagentes foram submetidos ao moinho de bolas para homogeneização, utilizando PVA como agente plastificante. A sinterização, em forno convencional ocorreu nas temperaturas de 1200, 1300 e 1400oC durante 1 h com taxa de aquecimento e resfriamento de 5oC=min. Pelas imagens de MEV foi possível observar a evolução microestrutural das amostras com o aumento da temperatura de sinterização. Relacionando análises de MEV, densidade e dilatometria, foi possível se chegar a uma temperatura de sinterização considerada ideal para aplicação em sistemas varistores de 1400oC. Nas micrografias das amostras sinterizadas a 1400oC foi possível observar uma microestrutura com características morfológicas adequadas para varistores. Juntamente com a análise de EDS, acoplada ao MEV e mapeamento de raios X, identificou-se a presença de Sr na região do contorno de grão das amostras contendo 0,50 e 1,00 mol %, sendo que com a concentração de 1,00 mol % o Sr mostrou-se distribuído de maneira mais uniforme na região do contorno de grão. Para concentrações superiores a 1,00 mol %, ocorre a precipitação do Sr além do contorno de grão, a análise de EDS e mapeamento de raios X aponta além do Sr o O, indicando a formação de SrTiO3. As medidas elétricas em corrente contínua realizadas em temperatura ambiente apontam um melhor coeficiente não linear de 5,50 para composição contendo 1,00 mol % de SrO. Para o modelamento da barreira de potencial tipo Schottky foram realizadas medidas em CC (25 - 200oC), onde encontrou-se uma melhor relação altura/largura de barreira para a composição contendo 1,00 mol % de SrO, sendo proposto um modelo de barreira de potencial. Com as medidas em corrente alternada, foi possível identificar e mensurar a contribuição do grão e do contorno de grão. Também foi realizado tratamento em atmosfera oxidante, onde foi possível obter uma considerável melhora nas propriedades varistoras, a = 8,54, com a adsorção de O2 no contorno de grão.

In this work the influence of SrO in Varistor behavior of TiO2 is assessed. The used concentrations were SrO: 0.50, 1.00, 1.50 and 2.00 mol %. The applied process used conventional method of mixing oxides, where the reactants were subjected to a ball mill for homogenization using PVA as a plasticizer. The sintering was performed in conventional oven temperatures at the temperatures of 1200, 1300 and 1400oC for 1 h with heating and cooling rate of 5oC=min. From the SEM images, it is possible to identify the microstructural evolution of samples while the sintering temperature increases. Using SEM analysis, density and dilatometry, it is possible to obtain the optimal sintering temperature applied for varistors of 1400oC. In micrographs of the sintered samples at 1400oC it is identified a microstructure with suitable morphological characteristics for varistors. By the EDS analysis coupled to SEM X-ray mapping, is identified the presence of Sr in the grain boundary region samples containing 0.50 and 1.00 mol %, and the concentration of 1.00 mol % Sr appears to be more evenly distributed in the grain boundary region For concentrations higher than 1.00 mol %, the precipitation of Sr occurs beyond the grain boundaries, and the analysis of EDS X-ray mapping show points beyond Sr and O, indicating the formation of SrTiO3. The electrical measurements in DC held at room temperature showed an optical non linear coefficient of 5.50 for the composition containing 1.00 mol % of SrO. For the potential barrier modeling type Schottky, measures were carried out in DC (25 - 200oC) where a better height/width barrier was found with the composition containing 1.00 mol % of SrO, being proposed a potential barrier model. In alternating current measurements, it was possible to identify and evaluate the grain and grain boundary contribution. It was also performed treatment in an oxidizing atmosphere, where it was possible to obtain a considerable improvement in the varistor properties, a = 8.54, with adsorption of O2 in the grain boundary.