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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5441| Título: | Síntese e caracterização estrutural da cerâmica termoelétrica ca(1-x)bixmno3 |
| Título(s) alternativo(s): | Synthesis and structural characterization of Ca(1-x)BixMnO3 thermoelectric ceramics |
| Autor(es): | Padilha, Bruna |
| Orientador(es): | Gotardo, Ricardo Augusto Mascarello |
| Palavras-chave: | Termoeletricidade Material cerâmico Condutividade elétrica Thermoelectricity Ceramic materials Electric conductivity |
| Data do documento: | 7-Ago-2020 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Cornelio Procopio |
| Citação: | PADILHA, Bruna. Síntese e caracterização estrutural da cerâmica termoelétrica ca(1-x)bixmno3. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2020. |
| Resumo: | O presente trabalho propõe analisar como a substituição do Bismuto (Bi) pode influenciar na estrutura e nas propriedades térmica e elétrica da Manganita de Cálcio (CaMnO3), que está entre os principais materiais termoelétricos estudados. Esse material é considerado um dos mais promissores dentre os óxidos termoelétricos devido ao seu alto valor de coeficiente Seebeck, baixa condutividade térmica e considerável condutividade elétrica, características fundamentais para um material termoelétrico eficiente. A escolha do Bi deve-se ao raio iônico maior que o do Ca e devido a valência do Bi ser 3+, isso provoca uma redução parcial do Mn4+ para Mn3+ aumentando a concentração dos portadores de carga. As amostras do sistema Ca(1-x)BixMnO3, foram sintetizados através do método de reação de estado sólido, com x=0, 2, 3 e 5%. Foram calcinadas a 1000 °C por 20 horas em um forno mufla e, sinterizadas a 1150 °C por 10h, e posteriormente foram aplicadas as técnicas de caracterização: difração de raios-X (DRX), que possibilitou identificar a sua estrutura cristalina e determinar os parâmetros de rede; Método de Duas Pontas, que permitiu verificar a resistividade elétrica, e por fim, os métodos de análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) que possibilitaram investigar as propriedades térmicas. Além disso, foram calculados os valores de volume da célula unitária e densidade, onde os valores foram comparados com o banco de dados do JCPDS (Joint Committee for Powder Diffraction Studies).Os resultados de DRX revelaram que os materiais cristalizaram em uma estrutura ortorrômbica do grupo espacial Pnma. Os parâmetros de rede, volume e densidade teórica apresentaram coerência com a literatura, e observou-se um aumento nesses parâmetros com a substituição do bismuto. Uma redução significativa da condutividade térmica foi observada na amostra com 3% Bi em relação às demais concentrações. O comportamento da resistividade elétrica não foi o esperado, visto que, na literatura houve uma redução na resistividade elétrica, enquanto no presente trabalho, notou-se um aumento. Apesar do comportamento da resistividade elétrica não ter sido o esperado em relação à amostra pura, autores que sinterizaram o sistema Ca(1-x)BixMnO3 obtiveram valores semelhantes para a amostra com 3%. |
| Abstract: | The present work proposes to analyze how the substitution of Bismuth (Bi) can influence the structure and thermal and electrical properties of Calcium Manganite (CaMnO3), which is among the main thermoelectric materials studied. This material is considered one of the most promising among the thermoelectric oxides due to its high Seebeck coefficient value, low thermal conductivity and considerable electrical conductivity, fundamental characteristics for an efficient thermoelectric material. The choice of Bi is due to the ionic radius greater than Ca and due to the valence of Bi being 3+, this causes a partial reduction from Mn4+ to Mn3+ increasing the concentration of the charge carriers. The Ca(1-x) BixMnO3 system samples were synthesized using the solid state reaction method considering x = 0, 2, 3 and 5%. They were calcined at 1000 °C for 20 hours in a muffle furnace and sintered at 1150 °C for 10 hours. Later the characterization techniques were applied: X-ray diffraction (XRD), which made it possible to identify its crystalline structure and determine the network parameters; Two-Point Method, which allowed verifying the electrical resistivity, and finally, the methods of thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) that made it possible to investigate the thermal properties. In addition, unit cell volume and density values were calculated; where the values were compared with the JCPDS database (Joint Committee for Powder Diffraction Studies). The XRD results revealed that the materials crystallized in an orthorhombic structure of the spatial group Pnma. The network parameters, volume and theoretical density were consistent with the literature, and there was an increase in these parameters with the replacement of bismuth. A significant reduction in thermal conductivity was observed in the sample with 3% Bi compared to the other concentrations. The behavior of Electrical resistivity was not as expected, since in the literature there was a reduction in electrical resistivity while in the present work an increase was noted. Although the electrical resistivity behavior was not as expected in relation to the pure sample, authors who sintered the Ca (1-x) BixMnO3 system obtained similar values for a 3% sample. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5441 |
| Aparece nas coleções: | CP - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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