Relacao microestrutura-propriedades do eletrolito solido Cesub(1-x)Smsub(x)Osub2-delta preparado a partir de nanoparticulas

• Autor(a) principal: SOUZA, EDUARDO C.C. de
• Data de Publicação: 2008
• Tipo de documento: Tese
• Título da fonte: Repositório Institucional do IPEN
• Texto Completo: http://repositorio.ipen.br/handle/123456789/9349
• topic: solid electrolytes; electric conductivity; nanostructures; cerium oxides; samarium oxides; sintering; structural chemical analysis; microstructure; synthesis; solid oxide fuel cells; ionic conductivity

Esta Tese de Doutorado teve como objetivo geral estudar alguns aspectos da microestrutura de cer??micas condutoras preparadas a partir de nanopart??culas, e sua rela????o com a condutividade el??trica no material sinterizado. Para isto, foi escolhida a c??ria-sam??ria, cuja principal aplica????o potencial ?? como eletr??lito s??lido em c??lulas a combust??vel de ??xido s??lido (SOFC) de temperaturas intermedi??rias de opera????o. A principal propriedade de interesse para fins de aplica????o destas cer??micas ?? sua condutividade el??trica, que ?? tamb??m dependente da microestrutura do material sinterizado. Assim, os principais objetivos espec??ficos deste trabalho foram: 1) prepara????o e caracteriza????o f??sica de nanopart??culas de c??ria contendo o ??on Sm3+ como aditivo (Ce1-xSmxO2-x/2 com 0 x 0,3), 2) estudo da densifica????o e do crescimento de gr??os na c??ria-sam??ria, e 3) estudo da influ??ncia do tamanho m??dio de gr??os nos componentes i??nico e eletr??nico da condutividade el??trica total. Para a obten????o de nanopart??culas foram utilizadas t??cnicas de s??ntese que empregam solu????es dos c??tions de interesse, al??m da t??cnica convencional de mistura de ??xidos, para fins comparativos. Diversas t??cnicas foram utilizadas para a caracteriza????o, tais como a difra????o de raios X e a espectroscopia Raman, para a caracteriza????o estrutural e determina????o do tamanho de cristalito; a microscopia eletr??nica para observa????o de alguns aspectos da microestrutura, e a espectroscopia de imped??ncia para medida da condutividade el??trica. Os resultados mostraram que o m??todo da precipita????o homog??nea ?? efetivo para a s??ntese de nanopart??culas com tamanho e forma homog??neos e com estreita distribui????o de tamanhos. O uso de solvente misto (??gua/??lcool) favoreceu a obten????o de p??s nanom??tricos com alta sinterabilidade, maior rendimento e maior condutividade el??trica do que aqueles preparados pelo m??todo convencional. A condutividade el??trica e a densifica????o s??o maximizadas na c??ria-sam??ria sintetizada em etanol/??gua. Os compactos preparados com esses p??s atingiram 95% da densidade te??rica quando sinterizados a 1200 ??C por 5 h. A condutividade el??trica da c??ria-sam??ria ?? predominantemente i??nica, e o componente eletr??nico se torna significativo apenas para press??o parcial de oxig??nio igual ou inferior a 10-20 atm a 600 ??C. Para fins de utiliza????o em c??lulas a combust??vel como eletr??lito s??lido, a c??ria-sam??ria sintetizada pode ser empregada em temperaturas de opera????o de at?? 550 ??C. A c??ria-sam??ria comercial com alta ??rea superficial apresenta boa densifica????o para temperaturas de sinteriza????o de apenas 800 ??C. A condutividade intergranular de amostras com tamanho m??dio de gr??os de ~ 30 nm ?? inferior e o potencial de carga espacial ?? superior ao das amostras com maior tamanho m??dio de gr??os. Para a c??ria-sam??ria nanoestruturada, a condutividade eletr??nica praticamente independe do tamanho de gr??os em temperaturas de at?? 550 ??C.