Estudo das propriedades dieléctricas do CCTO dopado com manganês

Abstract

O presente trabalho teve como objectivo estudar as propriedades eléctricas e dieléctricas de cerâmicos e fibras de CaCu3Ti4O12 (CCTO) e CaCu3Ti3,76Mn0,24O12 (CCTMnO). Sintetizaram-se pastilhas a partir de pós preparados pelo método de reacção de estado sólido e Pechini modificado, e cresceram-se fibras pela técnica de fusão de zona com laser a partir de pó preparado pelo método de reacção de estado sólido. Os materiais desenvolvidos foram objecto de caracterização microestrutural e fásica recorrendo às técnicas de difracção de raios-X (DRX) e microscopia electrónica de varrimento (SEM). Os resultados evidenciam uma diminuição do número de fases com a diminuição da velocidade de crescimento para ambos os compostos estudados. No caso do CCTMnO as medidas de EDS permitiram concluir que o Mn se encontra presente na matriz das fibras. As medidas de condutividade dc, ac, e espectroscopia de impedâncias foram efectuadas numa gama de temperaturas de 100 a 360 K. Os resultados obtidos evidenciam um aumento significativo do valor da constante dieléctrica com a diminuição da velocidade de crescimento nas fibras de CCTO, observando-se o inverso nas fibras de CCTMnO. As fibras de CCTO apresentam valores da constante dieléctrica duas ordens de grandeza superiores aos das pastilhas preparadas pelo mesmo método, no entanto as perdas dieléctricas também aumentam. A fibra de CCTO crescida a menor velocidade apresenta valores de constante dieléctrica de aproximadamente 3,3x104 e perdas dieléctricas de 0,58 à frequência de 105 Hz, à temperatura ambiente. A substituição parcial de Ti por Mn fez diminuir substancialmente a constante dieléctrica e as perdas associadas. A fibra de CCTMnO crescida a menor velocidade apresenta valores de constante dieléctrica aproximadamente de 100 e perdas dieléctricas de 0,01 na região dos MHz, à temperatura ambiente, evidenciando também, um comportamento óhmico.

This work aimed to study the electrical and dielectric properties of CaCu3Ti4O12 (CCTO) and CaCu3Ti3,76Mn0,24O12 (CCTMnO) ceramics and fibres. The ceramics were synthesized from powders prepared by solid-state reaction and Pechini modified methods. The fibres were grown by laser floating zone technique from powder prepared by the solid-state reaction method. The microstructural and phasic characterization was performed by scanning electron microscopy (SEM) technique and X-ray diffraction (XRD) analysis. For both compounds the results show that the number of phases decreases reducing the pulling rate. In the case of CCTMnO fibres, EDS analysis confirm the presence of Mn inside the matrix. The dc and ac conductivity and impedance spectroscopy were evaluated in the temperature range of 100 to 360 K. It should be mentioned that for CCTO fibres, the dielectric constant value enhance with the decreasing of growth rate, occurring the reverse for CCTMnO fibres. CCTO fibres dielectric constant values are two orders higher than those obtained for ceramics prepared by the same method, albeit having increased the dielectric losses. The fibre grown at the lowest rate has a dielectric constant value of 3,3x104 and dielectric losses of 0,58 at a frequency of 105 Hz, and at room temperature. The partial replacement of Ti by Mn substantially reduce the dielectric constant and the dielectric losses. Relevance should be given to the CCTMnO fibre grown at a lower pulling rate presenting a dielectric constant valour of about 100 and dielectric loss of 0.01 at MHz and at room temperature, exhibiting also an ohmic behaviour.