Cerâmicas termoelétricas de CaMnO3 dopadas com La3+ e V5+ produzidas por método químico e sinterizadas por micro-ondas - ROSA, João Paulo Martins Mansano (2023)
Atualmente, a utilização de materiais termoelétricos apresenta-se como uma solução promissora para a crise energética mundial, devido a sua capacidade de converter energia térmica em elétrica, baseando-se no efeito Seebeck. Devido a suas propriedades intrínsecas, a manganita de cálcio (CaMnO3 ou CMO) é um óxido semicondutor do tipo-n auspicioso para aplicações termoelétricas. Outrossim, a adoção da sinterização auxiliada por irradiação de micro-ondas favorece tempos de processamento mais curtos, microestruturas com tamanho de grão reduzido e, em alguns casos, propriedades iguais ou até superiores às das cerâmicas sinterizadas convencionalmente. Assim, neste estudo, as influências de um método de síntese química, das dopagens com La3+ e V5+, e do tempo de sinterização nas propriedades termoelétricas de cerâmicas de CaMnO3 são reportadas. Os pós cerâmicos das composições estequiométricas CaMnO3, Ca0,90La0,10MnO3 e CaMn0,96V0,04O3 foram produzidos pelo método de Pechini modificado. De acordo com a análise por difratometria de raios X, confirmou-se que a fase CMO, quer pura ou dopada, foi predominante (>98 %) para os pós calcinados de todas as composições. A partir destes pós, amostras em forma de pastilhas foram prensadas uniaxialmente, sob pressão de 175 MPa, e, em seguida, sinterizadas com o auxílio da irradiação de micro-ondas, ao ar, sem tempo de patamar de permanência, nas temperaturas de 500 °C, 700 °C, 900 °C e 1100 °C. Ainda, cerâmicas foram sinterizadas por micro-ondas, ao ar, sem tempo de patamar (0 min), por 15 min e por 30 min, à temperatura de 1300 °C, 1200 °C e 1300 °C, para cerâmicas das composições CMO, CMO-La e CMO-V, respectivamente, sendo essas temperaturas determinadas a partir da análise por dilatometria. As densidades aparentes atingiram valores superiores a 65 % das densidades teóricas para cerâmicas de todas as composições estudadas. A caracterização por difratometria de raios X confirmou a formação da fase cristalina CMO como única fase para cerâmicas de todas as composições estequiométricas produzidas. Por meio da caracterização por microscopia eletrônica de varredura, verificou-se grãos maiores para as cerâmicas de CMO, intermediários para as de CMO-V e menores para as de CMO-La. Além disso, o tamanho médio de grão aumentou com acréscimos do tempo de patamar de sinterização. Os valores de coeficiente Seebeck, condutividades térmica e elétrica foram medidos entre 25 °C e 600 °C. Os resultados mais promissores de propriedades termoelétricas são reportados a seguir. A amostra de CMO sinterizada sem tempo de patamar apresentou os maiores valores, em módulo, de coeficiente Seebeck. A amostra de CMO-La sinterizada por 15 min apresentou a maior condutividade elétrica (~14600 S/m, à 600 °C), em detrimento das amostras de CMO sinterizadas sem tempo de patamar e por 30 min (~250 S/m, à 600 °C). A amostra de CMO-La sinterizada sem tempo de patamar apresentou os menores valores de condutividade térmica, em contrapartida, a de CMO sinterizada por 15 min, atingiu os maiores. O maior valor de , de ~0,098, para a amostra CMO-La-15min, à 600 °C. Essa amostra também apresentou o maior (~0,94 %). Logo, a cerâmica de CMO-La sinterizada por micro-ondas por 15 min apresenta-se como a de maior destaque para aplicações termoelétricas.