Análise da resposta óptica e elétrica de cerâmicas a base de CaCu3Ti4O12 na forma de pós e pastilhas com incorporação de tungstênio - Moreno, Henrique Piccoli (2023)
Neste trabalho, as propriedades ópticas e elétricas de cerâmicas à base de CaCu3Ti4O12 (CCTO) com adição de W6+ na forma de pós e pastilhas foram avaliadas. Pós do sistema CaCu3Ti4O12: x% W (x=0,00-5,00) foram preparados pelo método de reação em estado sólido. O efeito das adições de W na (micro)estrutura e nas propriedades ópticas foi analisada combinando técnicas experimentais e simulação computacional. Os íons W adicionados à estrutura do CCTO são incorporados nos sítios de Ti, gerando expansão da rede cristalina, de forma consistente com os dados de simulação atomística. Os resultados de XPS confirmam a presença dos íons W5+, Ti3+ e Cu+ em todas as amostras. A variação da resposta fotoluminescente das amostras evidencia a geração de defeitos rasos e/ou profundos na estrutura eletrônica do material, reforçando a hipótese de formação de defeitos pontuais (V_Ca^'', V_Cu^'', V_O^(⦁⦁), V_O^⦁ e/ou V_O^x). Nas amostras com x=0,00; 0,10 e 5,00%W predominam emissões na região do laranja-vermelho, associadas a presença de defeitos profundo (vacâncias) na região do bandgap óptico. Nas amostras com x=0,02; 0,05 e 2,50 é possível notar um deslocamento das emissões para a região do azul devido à formação de defeitos rasos. Esse comportamento evidencia o ajuste das emissões do CCTO na região do visível pela indução de defeitos estruturais. As cerâmicas do sistema CaCu3Ti4O12: x% W (x=0,00-5,00) na forma de pastilhas foram sinterizados a 1100°C por 2 horas em forno tubular com as extremidades abertas. As amostras com x=0,05 (α=114; IF=43,9 μA) e 2,50 (α=330; IF=14,4 μA), com resposta não-ôhmica bastante superior em relação à amostra pura (α=55; IF=145,7 μA), à baixas tensões (~150-200V). Na amostra com x=0,02 (ε’=1,2x104; tanδ=0,02) a propriedade dielétrica foi melhorada em relação à amostra CCTO (ε’=5,9x103; tanδ=0,04). A otimização das propriedades elétricas no sistema CaCu3Ti4O12: W foram associadas a alterações microestruturais das amostras em função das adições de W. Além disso, as alterações também podem ser relacionadas à formação de vacâncias de oxigênio (V_O^(⦁⦁), V_O^⦁ e V_O^x) associada à incorporação dos íons W, além de aumento da mobilidade de espécies de oxigênio na microestrutura. O estudo hierárquico realizado para o sistema CaCu3Ti4O12: W na forma de pós e pastilhas permite estabelecer uma correlação clara entre as diferentes propriedades associadas às cerâmicas à base de CCTO (fotoluminescência, resposta dielétrica e não-ôhmica) a presença de defeitos na estrutura eletrônica da matriz CaCu3Ti4O12 e sua microestrutura. Os resultados deste trabalho demonstram a possibilidade de obtenção de um supervaristor com comportamento dual, capacitor-varistor, à base de CaCu3Ti4O12: W, o qual pode ser utilizado para a fabricação de componentes híbridos residenciais.