Caracterização das propriedades dielétricas de grafeno e materiais derivados de biomassa pelo método da cavidade ressonante - Pereira, Vinícius Macedo (2021)
As propriedades dielétricas dos materiais são de particular interesse no ramo de telecomunicações, particularmente nas áreas de teoria de linhas de transmissão, ondas e propagação e teoria de antenas. Dentre estas, a permissividade elétrica relativa (εr) e a tangente de perdas dielétricas (tanδ) são destacadas como as propriedades mais relevantes.Aliando a investigação de novos materiais dielétricos alternativos com as problemáticas regionais relacionadas à geração de resíduos agrícolas pela cultura orizícola (casca de arroz) e ao avanço da espécie gramínea capim Annoni como invasora dos campos nativos, e, também, com o estudo de materiais carbonosos, o objetivo do presente trabalho é a caracterização das propriedades dielétricas de amostras produzidas a partir de grafeno e grafite; cinzas da casca de arroz (CCA) e do capim Annoni (CCpAn); e vidros produzidos a partir da CCA usando o método da cavidade ressonante. Estas cinzas foram obtidas por meio de dois processos de queimas: 400 °C - 30 min e 800 °C - 5 h. O grafeno e grafite analisados foram beneficiados por processos industriais. E, os vidros analisados foram produzidos a partir da CCA obtida na queima de 800 °C - 5 h como fonte de sílica. A cavidade ressonante foi projetada com geometria cilíndrica e frequência de ressonância (f0) de 3;5 GHz. A constante εr de cada amostra foi calculada a partir dos dados experimentais medidos com este dispositivo (frequência de ressonância para cada amostra, fa) usando equações empíricas específicas para cada geometria de amostra e, as respectivas tanδ foram estimadas por meio de simulações paramétricas no software ANSYS HFSS®. Nesta análise, foi verificado que os materiais carbonosos (grafeno e grafite) e as cinzas obtidas a partir das biomassas possuem característica de elevadas tangentes de perdas dielétricas, especialmente o grafeno e a CCpAn obtida na queima de 800 °C - 5 h, em que tanδ = 0;7000 e tanδ = 1;4900, respectivamente. E, também apresentam elevadas constantes dielétricas, sendo εr = 9;3203 (grafeno), εr = 17;1508 (grafite) e εr = 15;1443 (CCpAn8005h). Estes resultados, em termos de altas constantes tanδ, classificam-os como ótimos materiais absorvedores de energia eletromagnética. Em contrapartida, os vidros analisados foram caracterizados como materiais com constantes de perdas dielétricas razoavelmente baixas, tanδ = 0;0080, e constantes εr variando entre 6;5673 e 6;9945, e com comportamento isotrópico em termos destas propriedades dielétricas. Assim, estes materiais podem ser utilizados como dielétricos alternativos no projeto de antenas ressonadoras dielétricas.