Propriedades termoelétricas de cerâmicas de CaMnO3 produzidas por diferentes rotas de síntese em atmosferas oxidante e redutora

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: FREIRE, Leonardo Almeida
• Orientador(a): GELFUSO, Maria Virgínia
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Ciência e Engenharia de Materiais
• Departamento: IFQ - Instituto de Física e Química
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: CaMnO3; Fases secundárias; Pechini modificado; Reação de estado sólido; Atmosfera de calcinação; Termoelétrico
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4119

Na busca por energia limpa e sustentável, materiais termoelétricos vêm sendo estudados e aprimorados, sendo a manganita de cálcio, CaMnO3 (CMO), um dos materiais mais proeminentes. Neste contexto, foi realizado o estudo sobre a produção de cerâmicas de CaMnO3 em diferentes atmosferas com o intuito de otimizar suas propriedades termoelétricas. Pós de CMO foram sintetizados por meio da reação em estado sólido (RES) e da rota química, método de Pechini modificado (QUI). Atmosferas redutoras e oxidantes (ar, O2 ou 10 % H2/N2) foram usadas durante as etapas de preparação das amostras, calcinação e sinterização. Investigou-se a influência da rota de síntese, modificando os tempos de calcinação e sinterização (3, 6, 12 e 24 h), avaliando suas influências nas fases formadas, bem como nas propriedades das cerâmicas produzidas. A partir da análise térmica diferencial, realizada em diferentes atmosferas, a temperatura de 800 ºC foi identificada como a de cristalização da fase CMO, porém resultou em excessivas fases secundárias indesejáveis. Por isso, lotes de pós foram calcinados a 1000 ºC durante 3 ou 24 h, nas diferentes atmosferas. Microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS) foi utilizada para a avaliação da morfologia, da microanálise química e da granulometria das partículas obtidas nas sínteses RES e QUI. Análises de Difração de Raios X (DRX), associadas ao refinamento de Rietveld, foram empregadas para quantificar as fases formadas. Medições de coeficiente Seebeck e condutividades térmica e elétrica, em função da temperatura, foram realizadas para se caracterizar as propriedades termoelétricas e calcular os valores de Figura de Mérito (zT), obtidos para cada condição estudada. Observou-se pouca variação entre as fases e respectivas quantidades geradas, sob as atmosferas de O2 e ar, porém, o uso da atmosfera de H2/N2, na sinterização, resultou em completa redução do CMO, não formando, portanto, a fase de interesse. A calcinação a 1000 ºC (ao ar ou O2) favoreceu a formação da fase CMO, especialmente para os pós RES, que apresentaram frações mássicas da fase de interesse entre 78 % e 100 %, enquanto para os pós QUI, a fração de CMO formada variou entre 60 % e 70 %. Os pós calcinados a 1000 °C foram relevantes na formação da microestrutura das cerâmicas sinterizadas, pois as quantidades da fase CMO nos pós interferiram no processo de densificação e de crescimento de grãos, enquanto o uso dos pós calcinados a 800 ºC gerou cerâmicas com as menores densidades relativas (64,1%). As cerâmicas sinterizadas em H2/N2 se mostraram eletricamente muito resistivas, já as cerâmicas sinterizadas em oxigênio apresentaram os maiores valores de condutividade elétrica (4117 S/m), e maiores zT’s (0,08) dentre as amostras produzidas. As cerâmicas de CMO, obtidas pela rota QUI, apresentaram baixíssima condutividade elétrica em relação às produzidas por RES, e, portanto, obtiveram os menores zT’s, ainda que tenham apresentado os desejáveis e baixos valores de condutividade térmica (1,42 W/mK) comparativamente aos valores de obtidos para as cerâmicas de CMO RES (4,02 W/mK).