Caracterização elétrica e microestrutural do TiO2 dopado com Ta2O5 para aplicação como varistor de baixa tensão - Schmidt, Igor (2017)
O estudo da adição de dopantes pentavalentes é uma das principais linhas de pesquisas em eletrocerâmicas para varistores de TiO2. Diversos autores têm buscado entender os efeitos destes dopantes nas propriedades elétricas e microestruturais destas cerâmicas eletrônicas. Este trabalho apresenta um estudo do comportamento eletrônico do TiO2 frente a adição de Ta2O5 em concentrações maiores das já estudas, buscando obter varistores binários para aplicação em baixa tensão. Sistemas a base de TiO2 dopados com Ta2O5 foram preparados por mistura convencional de óxidos e conformados na forma de disco. A microestrutura dos compactos contendo 0,5, 1,0, 1,5 e 2,0% em mol de Ta2O5, sinterizados a uma taxa de aquecimento de 5°C/min. em 1300°, 1350° e 1400°C por 1 hora, foram analisadas, apresentando a evolução da microestrutura frente a temperatura de sinterização. Os valores da densidade das amostras foram obtidos através do método de Arquimedes, demonstrando a contribuição do Ta2O5 na densificação dos sistemas, e através de difração de raios X, foi possível determinar a fase presente nestas cerâmicas. Para avaliar as propriedades elétricas, realizou-se medidas de tensão-corrente (CC) em temperatura ambiente e em função da temperatura, obtendo coeficiente não-linear, altura e largura da barreira de potencial. Utilizando a espectroscopia de impedância avaliou-se o comportamento dos sistemas, medindo a contribuição do grão e do contorno de grão, calculando a energia de ativação. As medidas Mott-Schottky foram obtidas, possibilitando estimar a concentração de doadores e densidade de estados eletrônico. Na temperatura mais elevada de sinterização, 1400°C, melhorou-se as características varistoras, ocorrendo aumento da densificação e redução do campo elétrico de ruptura, apresentando com um nível ideal do dopante, 1% em mol de Ta2O5, varistores com coeficiente não-linear de 5,3 e baixo campo elétrico de ruptura de 38,4 V/cm.