Propriedades termoelétricas de cerâmicas à base de CaMnO3 dopadas produzidas por rota química

• Autor(a) principal: TORRES, Samanta de Oliveira Alves
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)
• Texto Completo: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3431
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA; Manganita de cálcio; Dopagem; Seebeck; Termoelétrico

Materiais termoelétricos têm sido muito investigados por causa da sua capacidade de conversão direta de energia térmica em energia elétrica, com foco na busca por materiais que possuam altos valores de Figura de Mérito (ZT), utilizado nos cálculos da eficiência da conversão de energia. Dentre os óxidos estudados, o CaMnO3 (CMO) constitui uma cerâmica semicondutora do tipo-n, altamente promissora pois, além da estabilidade mencionada, estas cerâmicas podem adquirir propriedades condutoras em condições adequadas de síntese e processamento, bem como pela adição de dopantes, o que consequentemente lhes confere propriedades termoelétricas superiores. Desta forma, neste trabalho, foi estudada a influência da adição de dopante e do tempo de sinterização nas propriedades termoelétricas de cerâmicas de CMO, obtidas por uma rota química simplificada, desenvolvida neste trabalho. Assim, pós das composições pura (CMO) e dopada com 10%mol de La3+ (CMO-La) e 4%mol de V5+(CMO-V) foram produzidos pelo método químico de Pechini modificado. As quantidades dos dopantes adotadas foram baseadas na literatura para o V5+ e em trabalho desenvolvido no mestrado para a dopagem com La3+. A partir destes pós, pastilhas foram prensadas uniaxialmente e, posteriormente, sinterizadas em forno elétrico resistivo, ao ar, durante 1, 3, 6, 12 e 24 h. Estas sinterizações foram realizadas a temperatura de 1270 oC para as cerâmicas de CMO puras, a 1100 °C para CMO-La e 1400 °C para o CMO-V, sendo estas temperaturas definidas a partir da análise dilatométrica. As densidades aparentes, determinadas pelo Princípio de Arquimedes, atingiram valores superiores a 80% para as composições CMO, CMO-La e CMO-V. Análises de difratometria de raios-X e microscopia eletrônica de varredura, auxiliada por espectroscopia de energia dispersiva, foram conduzidas para a realização obtenção das caracterizações estruturais, microestruturais e de análise química semiquantitativa, respectivamente. A presença da fase CMO foi confirmada para todas as composições sinterizadas e uma pequena quantidade da fase marokita (CaMn2O4) foi encontrada na composição CMO e CMO-V. Os resultados de coeficiente Seebeck, de condutividade térmica e elétrica DC em 4 pontos registrados para as amostras entre 25 ºC e 600 °C, foram utilizados no cálculo de Figura de mérito (ZT) e Fator de Potência, caracterizando as propriedades termoelétricas das amostras. A cerâmica CMO, sinterizada durante 12h (CMO (12h)) apresentou o maior valor de coeficiente Seebeck, ou seja, -350 μV/K. A amostra CMO-La(3h) apresentou a maior condutividade elétrica, atingindo valores de 14.000 S/m, a 400 ºC, enquanto as amostras CMO-La (1, 3, 6h) atingiram os menores resultados de condutividade térmica, registrando um valor máximo de 4,7 W/mK. Os melhores resultados de caracterização das propriedades termoelétricas foram obtidos para as amostras de CMO-La (3h), apresentando resultado de fator de potência de 4,1x10-4 W/mK² e CMO-V (1h) 3,25x10-4 W/mK². A partir destes resultados, a composição em destaque para aplicação termoelétrica, a CMO-La (3h) foi submetida a sinterização em atmosferas oxidante e redutora. A amostra sinterizada em atmosfera redutora revelou resultados promissores, apresentando o maior valor de Figura de Mérito. Assim, a amostra CMO-La sinterizada por 3h em atmosfera de H2, à 600 °C atingiu valores de ZT de 0,12.