Obtenção de materiais cerâmicos de oxicarbeto de silício e boro (SiBCO) e avaliação de suas potencialidades eletroquímicas - Sanchez, Patricia Morena (2024)
Resumo: Cerâmicas de oxicarbeto de silício e boro (SiBCO) são mais estáveis termicamente se comparadas à SiCO Além de antecipar e intensificar a cristalização da fase semicondutora de carbeto de silício (SiC), o boro anibe a formação de SiO2 influenciando no aumento da grafitização da fase de carbono livre A partir destas hipóteses, este trabalho descreve um estudo comparativo entre cerâmicas de oxicarbeto de silício (SiOC) com e sem boro, em 3 diferentes composições, obtidas por pirólise de polímeros precursores e tratamento térmico com o intuito de avaliar seu desempenho como materiais eletródicos Os precursores foram escolhidos por suas estruturas distintas: metiltrietoxissilano MTS, feniltrietoxissilano FTS e viniltrimetoxissilano VMS, puros e com boro em proporções B/Si ,1 e ,5 pelo método sol-gel A pirólise foi realizada em atmosfera inerte em 15°C por 1 e 3h A estrutura molecular e estabilidade térmica dos polímeros precursores foram investigadas por Espectroscopia vibracional na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e análise termogravimétrica (TGA), respectivamente A estrutura das cerâmicas de SiOC e SiBCO foi investigada por (FT-IR), espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS), espectroscopia Raman, difratometria de raios x (XRD) e fisiossorção de gás N2 a 77K O desempenho eletroquímico foi verificado por voltametria cíclica para detecção do antioxidante tercbutilhidroquinona (TBHQ), medidas de ângulo de contato para avaliar o grau de interação na interface eletrodo-solução, área eletroativa (Ae) e parâmetros cinéticos: coeficiente de transferência de carga (a) e constante de velocidade de transferência eletrônica (Ks) Os coeficientes de difusão (D) foram determinados por medidas cronoamperométricas Os precursores apresentaram alto grau de reticulação visto pela degradação térmica referente à redistribuição das ligações Si-O e Si-C para formação de SiCO e SiBCO O boro foi incorporado aos materiais SiBOC por meio de ligações estáveis de borosiloxano de acordo com o sistema cerâmico Quantidades menores de boro incorporadas em algumas cerâmicas foram relacionadas à evaporação dos compostos durante a etapa de gelificação Além disso, a adição de boro induziu o crescimento de cristalitos de SiC, tendo maior influência para cerâmicas que apresentam maior proporção de fração amorfa e menor quantidade de carbono residual O tempo de recozimento influenciou ligeiramente na produção e evolução das fases SiC e C Diferentes perfis cristalinos foram observados de acordo com o sistema cerâmico investigado A cristalização de fase de SiC acentuada para cerâmicas derivadas de FTS, seguida por aquelas contendo VTMS e MTS, também confirmada por medições de XPS a partir de porcentagens de bandas atribuídas às ligações Si-C e Si-O, foi atribuída ao teor de carbono em cada precursor de polímero Fases Csp2 e Csp3 variaram amplamente de acordo com a química do precursor Cerâmicas derivadas de FTS apresentaram desempenho eletroanalítico mais satisfatório que as demais cerâmicas, principalmente obtidas a 15 oC, razão B/Si ,5 com 3h de recozimento que destacou-se entre os demais devido aos seus elevados valores de corrente (Ia e Ic) além de apresentar um efeito catalítico no processo de reação da molécula TBHQ Essas evidências demonstram que a presença de grupos orgânicos (R') com maiores teores de C, maior teor de B e tempo de recozimento mais longo tendem a favorecer a formação das fases condutoras e semicondutoras, fundamentais para as propriedades condutoras das cerâmicas de SiBOC