Estudo de cerâmicas porosas de titânia e zircônia mono e multicamadas para aplicação como sensores de umidade do ar

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: Marina Côrtes Pires
• Orientador(a): Maria do Carmo de Andrade Nono, Rodrigo de Matos Oliveira
• Banca de defesa: Maria Lúcia Caetano Pinto da Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: The increasing demand for monitoring environmental parameters led devices called sensors to participate in an intense research and technological development. Concerning the ceramic porous titania-zirconia sensing elements there is insufficient information in literature and the need for a better understanding on the behavior of these sensors related to their enviromental humidity sensitivity. Therefore, this paper proposes a systematic investigation of porous ceramic sensing elements, micro and/or submicrostructured, made of TiO$_2$ in the anatase and rutile crystalline phases of ZrO$_2$ and their mixtures in monolayer and alternated layers forms of these components (multilayer). The porous ceramics, in this case, made from commercial powders of ZrO$_2$ and TiO$_2$, were compacted by uniaxial pressing and sintered at different temperatures. The crystalline phases identification was performed by using the technique of X-rays diffraction (XRD) and the analysis of morphology and microstructure of the powders and sintered ceramics were performed by scanning electron microscopy (SEM). The values of specific surface area of sintered ceramics were obtained by using the B.E.T. method and the distribution curves of pore sizes in the sintered ceramics were determined by using the technique of mercury porosimetry. The electrical characterization of the sensing elements was made in a climatic chamber, using a RLC bridge in different air relative humidities and pre-established temperatures, according to the procedures developed in the Laboratory of Environmental Sensors (LSA) of LAS / CTE / INPE. The results showed that sensing elements with titania in crystalline phase in its composition presented the best results in terms of sensitivity to enviromental humidity. The sensors made titania in the rutile phase showed the best stability with sensitive in the capacitance curves. Also, the titania in the anatase phase with zirconia presented a better results then only titania in anatase phase. The multilayer ceramics didnt show good results as air humidity sensors. The results of this investigation provided valuable information for the optimization of porous ceramics sensing elements.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2012/01.17.23.09

A demanda crescente no monitoramento de parâmetros ambientais, fez com que os dispositivos chamados sensores participassem de intensos processos de pesquisa e de desenvolvimento tecnológico. A necessidade de uma melhor compreensão do comportamento de sensores cerâmicos porosos em relação à sensitividade à umidade ambiente motivou o desenvolvimento desta pesquisa. Portanto, neste trabalho é proposta uma investigação sistemática de elementos sensores de cerâmicas porosas, micro e/ou submicroestruturados, de TiO$_2$ nas fases cristalinas anatásio e rutílio, de ZrO$_2$ e de suas misturas na forma monocamada e em camadas alternadas destes componentes (multicamadas). As cerâmicas porosas, em estudo, confeccionadas a partir de pós comerciais de ZrO$_2$ e de TiO$_2$, foram compactadas por prensagem uniaxial e sinterizadas em temperaturas diferentes. A identificação das fases cristalinas presentes foi realizada pela técnica de difração de raios X (DRX) e as análises das características morfológicas e das microestruturas dos pós e das cerâmicas sinterizadas foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os valores de área superficial específica das cerâmicas sinterizadas foram obtidos pelo uso do método B.E.T. e as curvas de distribuição de tamanhos de poros nas cerâmicas sinterizadas foram determinadas pelo uso da técnica de porosimetria de mercúrio. A caracterização elétrica dos elementos sensores foi feita em uma câmara climática, através de uma ponte RLC, em umidades relativas do ar diferentes e temperaturas pré-estabelecidas, de acordo com os procedimentos desenvolvidos no Laboratório de Sensores Ambientais (LSA) do LAS/CTE/INPE. Os resultados mostraram que os elementos sensores com titânia em suas configurações apresentaram os melhores resultados quanto à sensitividade à umidade ambiente. Os elementos sensores com titânia na fase rutílio apresentaram maior estabilidade com relação à medição de capacitância, e a cerâmica com TiO$_2$ na fase anatásio apresentou melhor resultado juntamente com a ZrO$_2$ monoclínica. As cerâmicas multicamadas não apresentaram resultados eficientes como elementos sensores de umidade do ar. Os resultados desta investigação forneceram informações valiosas para a otimização de elementos sensores de cerâmicas porosas.