Propriedades dielétricas da titânia co-dopada

Abstract

Neste trabalho foram investigadas a microestrutura, as propriedades elétricas e dielétricas da titânia contendo dopantes à base de terras raras. O principal objetivo foi avaliar o efeito da temperatura de sinterização e da concentração de dopantes tri- e pentavalentes na microestrutura e nas propriedades elétricas e dielétricas dos materiais sinterizados. Cerâmicas de TiO2 contendo Y2O3 e Nb2O5 foram preparadas pelo método convencional de mistura dos reagentes na proporção estequiométrica seguida de reação em altas temperaturas. Os teores de dopantes foram de 2,5; 5 e 10% mol e as temperaturas de sinterização foram 1480 e 1500 ºC. A caracterização das amostras foi realizada por meio de técnicas de difração de raios X, para identificação das fases cristalinas, e observação da microestrutura em microscópio eletrônico de varredura com espectroscopia de energia dispersiva associada e microscopia de varredura por sonda. As propriedades elétricas e dielétricas foram estudadas por meio de medidas de espectroscopia de impedância. A microestrutura resultante evidenciou a formação de fases de impureza, especialmente YNbTiO6, para 5% e 10% mol de dopantes, e densidades aparentes acima de 80% da densidade teórica. Além da fase de impureza, excesso de dopantes deram origem a outras fases nos contornos de grão, como evidenciado por microscopia eletrônica. Os tamanhos médios de grão variaram entre 20 e 30 µm. A sinterização em 1500 ºC produziu uma fase amorfa nos contornos de grão e crescimento acentuado dos mesmos, sugerindo a formação de fase líquida durante a sinterização. Para todas as composições foi obtida permissividade elétrica colossal (acima de 1.000). Valores de energia de ativação para a condução através dos contornos de grão variaram entre aproximadamente 0,2 e 0,33 eV evidenciando um comportamento semicondutor. A tangente de perdas a 60 ºC foi de ≈ 0,2. A maior permissividade elétrica foi obtida para a composição contendo 5% mol de dopantes.