Dissertação
Propriedades elétricas da alfa hematita ( α-Fe2O3) dopada com óxido de bismuto (Bi2O3)
Registro en:
LUZ, Flavia Rafaela Bueno da. Propriedades elétricas da alfa hematita ( α-Fe2O3.) dopada com óxido de bismuto (Bi2O3). 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2020.
Autor
Luz, Flavia Rafaela Bueno da
Institución
Resumen
In this work, the influence of the Bi2O3 dopant on the varistor electrical properties of
the α-Fe2O3-Bi2O3 binary system was investigated. The used concentrations of doping
had varied in 0.5%, 1.0%, 1.5%, 1.8%, 2.0%, 2.5% and 3.0% by mol. The processing
used was the conventional method of misture of oxides. Five samples were formed for
each composition at a pressure of 4.5 Mpa and sintered at 1280°C for 1 hour in ambient
atmosphere with an intermediate level at 350 °C for 1 hour. After sintering, the
densification of the ceramic samples was verified, with a value of 5.07 g/cm for the
pure α-Fe2O3 system and 4.78 g/cm for the system with the addition of 3.0% in mol of
Bi2O3. The study of varistor behavior properties for systems α-Fe2O3-Bi2O3 was carried
out in direct current, in the ambient temperature and, depending on the temperature
(up to 300 ° C). It was observed that the dopant content alters the electrical behavior
of ceramic samples based on α-Fe2O3. The electrical parameters found are α = 1.45,
Er = 1102 V/cm and 4,7 Vb V/cm for the binary system with 2.0% in mol of Bi2O3, α =
1.48, Er = 1156 V/cm and 5,0 Vb V/cm for the binary system with 2.5% in mol of Bi2O3
and, α = 1.62, Er = 1143 V/cm and 4,4 Vb V/cm with the addition of 3.0% in mol of the
dopant, since all binary systems had a relatively high leakage current (If). Only for
concentrations above 2.0% in mol of Bi2O3, the increase in the dopant concentration
becomes favorable for the non-linear varistor behavior. This effect was due to the
increase in the concentration of the bismuth ferrite crystalline phase (FeBiO3), of low
electrical resistivity, characterized by DRX, together with the analysis EDS coupled to
the FEG. With the results obtained from the characterizations, it was possible to identify
that the FeBiO3 phase is formed in the grain boundary region of the microstructure.
This crystalline phase was considered as the electrical conduction mechanism
responsible for the nonlinear behavior of the α-Fe2O3-Bi2O3 binary varistor systems,
with resistive grain and conductive grain boundary. Neste trabalho investigou-se a influência do dopante Bi2O3 nas propriedades elétricas
varistoras do sistema binário α-Fe2O3-Bi2O3. As concentrações utilizadas do dopante
variaram em 0,5%, 1,0%, 1,5%, 1,8%, 2,0%, 2,5% e 3,0% em mol. O processamento
empregado foi o método convencional de mistura de óxidos. Foram conformadas 5
amostras para cada composição a pressão de 4,5 MPa e, sinterizadas a 1280°C por
1 hora em atmosfera ambiente com patamar intermediário em 350°C por 1 hora. Após
a sinterização verificou-se a densidade das amostras cerâmicas, com valor de
5,07 g/cm para o sistema de α-Fe2O3 pura e 4,73 g/cm para o sistema com adição de
3,0% em mol de Bi2O3. O estudo do comportamento varistor para os sistemas αFe2O3-Bi2O3 foi realizado em corrente contínua, em temperatura ambiente e, em
função da temperatura (até 300°C). Observou-se que o teor do dopante altera o
comportamento elétrico das amostras cerâmicas a base de α-Fe2O3. Os parâmetros
elétricos encontrados são de α =1,45, Er= 1102 V/cm e 4,7 Vb V/cm para o sistema
binário com 2,0% em mol, de α =1,48, Er= 1156 V/cm e 5,0 Vb V/cm para o sistema
binário com 2,5% em mol de Bi2O3 e, α= 1,62, Er= 1143 V/cm e 4,4 Vb V/cm com
adição de 3,0 % em mol do dopante, visto que todos os sistemas binários
apresentaram corrente de fuga (If) relativamente alta. Apenas para as concentrações
acima de 2,0% em mol de Bi2O3, a quantidade de dopante utilizada, passa a ser
favorável para o comportamento não linear varistor. Esse efeito foi devido ao aumento
na concentração da fase cristalina ferrita de bismuto (FeBiO3), de baixa resistividade
elétrica, caracterizada por DRX, juntamente com a análise de EDS acoplada ao FEG.
Com os resultados obtidos das caracterizações, foi possível identificar que a fase
FeBiO3, formada nas regiões de contornos de grão da microestrutura. Essa fase
cristalina, foi considerada como o mecanismo de condução elétrica responsável pelo
comportamento não linear, dos sistemas varistores binários α-Fe2O3-Bi2O3, com grãos
de caráter resistivo e contornos de grãos de caráter condutor