Análise experimental comparativa dos parâmetros de fabricação de filmes finos a base de Cr e Mo com uma composição gradual de Si para aplicações em absorvedores solares seletivos

• Autor(a) principal: Venâncio, Raissa
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFPB
• Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/25523
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Superfície solar seletiva; Magnetron sputtering; Cromo; Silício e molibdênio; Selective solar surface; Magnetron sputtering; Chromium; Silicon and molybdenum

O aproveitamento da energia solar para aplicação em sistemas de aquecimento termosolar cresceu exponencialmente dado a inclusão das fontes renováveis na matriz energética tradicional. Mediante essa perspectiva, uma das vertentes de pesquisa visa a melhoria da eficiência desses sistemas através da otimização dos coletores solares. Neste trabalho, objetiva-se a otimização do processo de obtenção de superfícies seletivas para os coletores solares, comparando-se os parâmetros ópticos de revestimentos a base de Cr e Mo com uma camada gradual de Si fabricados pela técnica de pulverização catódica (Magnetron Sputtering) com diferentes parâmetros de deposição. Os revestimentos foram depositados em substratos de aço inoxidável AISI 304 com dois tipos de tratamento (limpeza com hexano e eletropolimento) e quatro composições distintas: Mo, Cr, Mo + Si e Cr + Si formados a partir de três tempos diferentes (10, 20 e 30 min) de pulverização, totalizando 24 amostras produzidas em triplicata. Os revestimentos foram submetidos a análises de Perfilometria Óptica, Espectrofotometria UV-Vis-NIR, Espectrofotometria de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia de fotoelétrons excitados por Raios-X (XPS), análise de variância estatística unidirecional (ANOVA) e ensaio de corrosão eletroquímica. Os resultados indicaram que a técnica de deposição por Magnetron Sputering é eficaz na produção de filmes finos com extrema uniformidade e reprodutibilidade, o tempo de deposição, o tipo de material e o tratamento afetam a performance de absorção do filme. Todos os filmes produzidos apresentaram altos valores de absortância média solar (acima de 87%) para serem considerados Superfícies Solar Seletivas (85%). O tratamento de eletropolimento apresentou o menor desvio padrão na produção dos filmes (entre 0,7 – 2,0) com resultados de absorção acima de 95%. Os filmes de Cr + Si e Mo + Si, sobre substratos eletropolidos, obtidos com 20 minutos de pulverização obtiveram a melhor performance de absorção com 98,7% e 98,4%, respectivamente. Pela análise da Perfilometria, pode-se observar que as superfícies menos rugosas favoreceram a propriedade absorvedora dos filmes e os perfis morfológicos mostraram superfícies bastante uniformes com espessura na ordem de micrometros. Através da análise de FTIR e XPS foi possível identificar a oxidação dos compostos formadores dos filmes. A análise de variância destacou que o tratamento do substrato é o fator com maior relevância estatística para absortância e rugosidade, enquanto o tempo de deposição afeta a espessura dos filmes. O ensaio corrosivo demonstrou que os filmes de Cr e Cr/Si apresentaram maiores resistências a polarização. O filme de Cr/Si com 20 minutos de deposição, sobre substrato eletropolido apresenta a melhor configuração para superfícies solares seletivas.