Otimização de elementos sensores capacitivos de compósitos de cerâmicas porosas de zircônia-titânia para aplicação no monitoramento da umidade relativa do ar - Janaína Pereira Mendes (2019)
O Brasil é um país com uma grande extensão territorial e possui várias regiões climáticas com combinações diferentes de umidade e de temperatura ambiente. As cerâmicas são materiais que apresentam propriedades capazes de suportar estas condições de uso, além de resistência alta à degradação por radiação solar. Portanto, o Grupo de Pesquisa em Micro e Nanotecnologias em Cerâmicas e Compóstios (TECAMB) do Laboratório Associado de Sensores e Materiais (LABAS) do INPE, desde 1999 tem investigado elementos sensores cerâmicos porosos de ZrO2-TiO2 com excelentes resultados. Nesse trabalho tem os seguintes objetivos: i) aumentar a reprodutibilidade dos valores de capacitância destes sensores em umidades relativas de ar inferiores a 95%, adotando a mistura de pós defloculados e ii) aumentar os valores de capacitância na faixa de 35 a 55% de umidade relativa pela adição de Li+. Os materiais cerâmicos comerciais utilizados para confeccionar os elementos sensores foram ZrO2 na fase monoclínica e TiO2 na fase cristalina rutílio. Os pós comerciais de ZrO2 e de TiO2 foram misturados e defloculados na proporção de 1:1 (em mol) em moinho de bolas rotatório em suspensão aquosa com defloculante Dolapix CE 64 fabricado por Zschimmer and Zchwarz. Foram preparados 2 tipos de mistura defloculada: i) ZrO2 e de TiO2 (1:1 em mol) e ii) ZrO2 e de TiO2 (1:1 em mol) com adição de 5 mol % de Li+ (na forma do sal perclorato de lítio anidro LiClO4). As misturas dos pós foram caracterizadas quanto a morfologia e homogeneidade por MEV (microscopia eletrônica de varredura), as fases cristalinas por difratometria de raios X (DRX) e a área superficial específica por B.E.T. Os pós foram conformados por prensagem uniaxial e unidirecional a 60 MPa no formato de pastilhas cilíndricas com 10 mm de diâmetro e 3 mm de altura e sinterizadas em 900, 1000 e 1100°C. As pastilhas sinterizadas foram caracterizadas quanto a morfologia e homogeneidade química por MEV (Microscópio eletrônico de varredura), as fases cristalinas por difratometria de raios X (DRX), a área superficial específica por B.E.T e distribuição de tamanhos de poros por porosimetria de mercúrio. As pastilhas foram montadas com fita de carbono simulando as placas paralelas e eletrodos formando um sensor do tipo capacitivo e posteriormente foram feitas as caracterizações elétricas através de medições de capacitância pela ponte RLC (Resistor, Indutor e Capacitor) em função de valores crescentes da umidade relativa, sob variação de temperatura dada pela câmara climática. Os resultados indicaram que os elementos sensores cerâmicos com lítio (ZrO2+TiO2+Li+) sinterizados em 900°C apresentaram maior variação dos valores de capacitância em função da umidade relativa do ar entre 35% a 95% nas temperaturas de 25°C a 55°C. Este resultado viabiliza a confecção de sistemas completos de coleta de dados para uso em ambiente externo.