Análise do sistema Fe2O3 - SnO2 sinterizado: propriedade de transporte eletrônico
Ano de defesa: | 2019 |
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Resumo: | Hematite (α-Fe2O3) is a very abundant chemical compound in nature, has interesting electrical and magnetic properties, which consequently makes this oxide an advanced functional material. The literature reports that Sn ions segregate in the grains boundaries of hematite, which reduces the potential barrier in this region, facilitating the electronic transport and, consequently, the increased conductivity of this material. This paper proposed a challenge with regard the preparation, the conventional sintering, and the structural, microstructural and electrical properties of this material without and with different nominal additions (1, 2, 5, 6 and 8 % wt.) of SnO2, in order to obtain smaller grain size and larger number of grains boundaries to study the behavior of Sn ions this solid-solid interface. The results obtained in the preparation of the starting materials, Fe2O3 and SnO2, allowed to control the obtaining of nanoparticles with morphology and medium size distribution appropriate to the use of the sintering process that contributed to the segregation of Sn ions in hematite ceramic matrix. The sintered samples showed a gradual decrease in resistance with increasing SnO2 addition. The sintered hematite sample without SnO2 addition did not show significant differences in capacitance results at both low and high frequencies, corresponding to the behavior of grains boundaries and hematite grain, respectively. Compared to the sintered samples, the nominal increase of 2%, 6% and 8% wt. of SnO2 showed an increase of capacitance by 1, 3 and 4 orders of magnitude, respectively, while the gradual increase of SnO2 in the samples of hematite favored the decrease of resistance. These results showed that the current flows through the hematite grain boundary region, the region with the highest conductivity, resulting from the segregation of Sn ions. In combination with the condutive atomic force microscope analysis, it has been shown that it is possible to identify the types of grains boundaries that most influence the electronic transport. The results allowed us to conclude a better understanding of the segregation of Sn ions grains boundaries in the ceramic matrix of hematite. |
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Souza, Josiane CarneiroLeite, Edson Robertohttp://lattes.cnpq.br/1025598529469393http://lattes.cnpq.br/6726380965748739cbed9df6-50bb-4dd8-aafb-d0fec32582712019-10-30T18:48:42Z2019-10-30T18:48:42Z2019-09-30SOUZA, Josiane Carneiro. Análise do sistema Fe2O3 - SnO2 sinterizado: propriedade de transporte eletrônico. 2019. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11996.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11996Hematite (α-Fe2O3) is a very abundant chemical compound in nature, has interesting electrical and magnetic properties, which consequently makes this oxide an advanced functional material. The literature reports that Sn ions segregate in the grains boundaries of hematite, which reduces the potential barrier in this region, facilitating the electronic transport and, consequently, the increased conductivity of this material. This paper proposed a challenge with regard the preparation, the conventional sintering, and the structural, microstructural and electrical properties of this material without and with different nominal additions (1, 2, 5, 6 and 8 % wt.) of SnO2, in order to obtain smaller grain size and larger number of grains boundaries to study the behavior of Sn ions this solid-solid interface. The results obtained in the preparation of the starting materials, Fe2O3 and SnO2, allowed to control the obtaining of nanoparticles with morphology and medium size distribution appropriate to the use of the sintering process that contributed to the segregation of Sn ions in hematite ceramic matrix. The sintered samples showed a gradual decrease in resistance with increasing SnO2 addition. The sintered hematite sample without SnO2 addition did not show significant differences in capacitance results at both low and high frequencies, corresponding to the behavior of grains boundaries and hematite grain, respectively. Compared to the sintered samples, the nominal increase of 2%, 6% and 8% wt. of SnO2 showed an increase of capacitance by 1, 3 and 4 orders of magnitude, respectively, while the gradual increase of SnO2 in the samples of hematite favored the decrease of resistance. These results showed that the current flows through the hematite grain boundary region, the region with the highest conductivity, resulting from the segregation of Sn ions. In combination with the condutive atomic force microscope analysis, it has been shown that it is possible to identify the types of grains boundaries that most influence the electronic transport. The results allowed us to conclude a better understanding of the segregation of Sn ions grains boundaries in the ceramic matrix of hematite.A hematita (α-Fe2O3) é um composto químico muito abundante na natureza, possui interessantes propriedades elétricas e magnéticas, o que consequentemente faz deste óxido um material funcional avançado. A literatura reporta que os íons Sn segregam nos contornos de grãos de hematita, o que propicia a diminuição da barreira de potencial nesta região, facilitando o transporte eletrônico e, consequentemente, o aumento da condutividade deste material. Este trabalho propôs um desafio quanto à preparação, a sinterização convencional, e as propriedades estruturais, microestruturais e elétricas deste material sem e com diferentes adições (1, 2, 5, 6 e 8%) nominais em massa de SnO2, na intenção de obter menor tamanho de grão e maior número de contornos de grãos para estudar o comportamento dos íons Sn nos contornos de grãos de hematita. Os resultados obtidos na preparação dos materiais de partida, Fe2O3 e de SnO2, propiciaram controlar a obtenção de partículas com formas e distribuição de tamanho médio apropriadas para o emprego do processo de sinterização que contribuiu para a segregação dos íons Sn nos contornos de grãos da matriz cerâmica de hematita. As amostras sinterizadas apresentaram uma diminuição gradativa da resistência com o aumento da adição de SnO2. A amostra sinterizada de hematita sem adição de SnO2 não apresentou diferenças significativas nos resultados de capacitância tanto em baixas frequências, quanto em altas frequências, correspondendo ao comportamento dos contornos de grãos e dos grãos de hematita, respectivamente. Em comparação com as amostras sinterizadas, o aumento nominal de 2%, 6% e 8% de SnO2, observou-se o aumento da capacitância em 1, 3 e 4 ordens de grandeza, respectivamente, enquanto que o aumento gradativo de SnO2 nas amostras de hematita favoreceu a diminuição da resistência. Estes resultados apontaram que a corrente fluiu pela região de contorno de grão da hematita, região com maior condutividade, decorrente da segregação dos íons Sn. Em combinação com a análise de microscopia de força atômica condutiva, foi demonstrado que é possível identificar os tipos de contorno de grão que mais influenciaram o transporte eletrônico. Os resultados permitiram concluir uma melhor compreensão da segregação dos íons Sn nos contornos de grãos da matriz cerâmica de hematita.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 141769/2015-7porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSínteseFe2O3SnO2SegregaçãoContorno de grãoCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICAAnálise do sistema Fe2O3 - SnO2 sinterizado: propriedade de transporte eletrônicoSintered Fe2O3 - SnO2 system analisys: electronic transport propertyinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis6006009c25e6a7-a2cd-4058-97ed-441bc2793123reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_versão final.pdfTese_versão final.pdfTeseapplication/pdf9149045https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11996/1/Tese_vers%c3%a3o%20final.pdf0ea3c6c91fbff38540ca590a8ab0a7d3MD51Carta comprovante da versão final de Tese.pdfCarta comprovante da versão final de Tese.pdfCarta comprovante da versão final de Teseapplication/pdf443422https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11996/2/Carta%20comprovante%20da%20vers%c3%a3o%20final%20de%20Tese.pdf676f162f08ab5220e5223a0eadd3c67cMD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11996/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTTese_versão final.pdf.txtTese_versão final.pdf.txtExtracted texttext/plain215072https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11996/4/Tese_vers%c3%a3o%20final.pdf.txt21bed01899f047e60230da1f06dc32caMD54Carta comprovante da versão final de Tese.pdf.txtCarta comprovante da versão final de Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain1https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11996/6/Carta%20comprovante%20da%20vers%c3%a3o%20final%20de%20Tese.pdf.txt68b329da9893e34099c7d8ad5cb9c940MD56THUMBNAILTese_versão final.pdf.jpgTese_versão final.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8768https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11996/5/Tese_vers%c3%a3o%20final.pdf.jpg3d0191a1b680a2a2205b42efad4883d2MD55Carta comprovante da versão final de Tese.pdf.jpgCarta comprovante da versão final de Tese.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg12098https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/11996/7/Carta%20comprovante%20da%20vers%c3%a3o%20final%20de%20Tese.pdf.jpgdce765389e752676a186e8260382b9c8MD57ufscar/119962023-09-18 18:31:45.51oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/11996Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:31:45Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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Hematite (α-Fe2O3) is a very abundant chemical compound in nature, has interesting electrical and magnetic properties, which consequently makes this oxide an advanced functional material. The literature reports that Sn ions segregate in the grains boundaries of hematite, which reduces the potential barrier in this region, facilitating the electronic transport and, consequently, the increased conductivity of this material. This paper proposed a challenge with regard the preparation, the conventional sintering, and the structural, microstructural and electrical properties of this material without and with different nominal additions (1, 2, 5, 6 and 8 % wt.) of SnO2, in order to obtain smaller grain size and larger number of grains boundaries to study the behavior of Sn ions this solid-solid interface. The results obtained in the preparation of the starting materials, Fe2O3 and SnO2, allowed to control the obtaining of nanoparticles with morphology and medium size distribution appropriate to the use of the sintering process that contributed to the segregation of Sn ions in hematite ceramic matrix. The sintered samples showed a gradual decrease in resistance with increasing SnO2 addition. The sintered hematite sample without SnO2 addition did not show significant differences in capacitance results at both low and high frequencies, corresponding to the behavior of grains boundaries and hematite grain, respectively. Compared to the sintered samples, the nominal increase of 2%, 6% and 8% wt. of SnO2 showed an increase of capacitance by 1, 3 and 4 orders of magnitude, respectively, while the gradual increase of SnO2 in the samples of hematite favored the decrease of resistance. These results showed that the current flows through the hematite grain boundary region, the region with the highest conductivity, resulting from the segregation of Sn ions. In combination with the condutive atomic force microscope analysis, it has been shown that it is possible to identify the types of grains boundaries that most influence the electronic transport. The results allowed us to conclude a better understanding of the segregation of Sn ions grains boundaries in the ceramic matrix of hematite. |
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