Resumo de tese de doutorado

Abstract

RESUMOA espectroscopia de impedância foi empregada na caracterização das propriedades elétricas de cerâmicas à base de zircônia possuindo diferentes microestruturas. A contribuição intergranular, responsável pela diminuição de condutividade iônica em eletrólitos cerâmicos policristalinos, foi descrita pelo modelo de íons sendo bloqueados em interfaces menos condutoras (modelo em paralelo), do qual foram extraídos parâmetros elétricos que em trabalhos anteriores têm se mostrado sensíveis à evolução microestrutural. Três estudos foram conduzidos: i) efeito de bloqueio de contornos de grãos na zircônia tetragonal estabilizada por ítria de elevada pureza; ii) estudo da condutividade iônica e da evolução do efeito de bloqueio em função da composição em soluções sólidas de zircônia-ítria e zircônias estabilizadas por uma mistura de terras-raras de origem brasileira; iii) caracterização elétrica do fenômeno de degradação à baixa temperatura da zircônia tetragonal. No que se refere a resultados de interesse tecnológico, foi demonstrado: 1) a zircônia tetragonal (2,8 mol% Y 2 O 3 ) apresenta maior condutividade intrínsica (intragranular) do que a zircônia cúbica (8mol% Y 2 O 3 ) apenas a temperaturas abaixo de 390 0 C, contradizendo afirmações freqüentes na literatura que reportam melhor condutividade da zircônia tetragonal abaixo de 700 0 C; 2) os sistemas zircônia-ítria e zircônia-terras-raras apresentam um comportamento muito próximo em função da composição na faixa de concentração estudada (entre 5,4 e 9 mol%), tanto em termos microestruturais quanto elétricos. A substituição do óxido de ítrio puro pela mistura natural de terras-raras leva, entretanto, a perdas nas condutividades iônicas intragranular e total, as quais variaram entre 13 e 28% na gama de teores explorados; 3) transformações superficiais decorrentes de fenômeno de degradação da zircônia tetragonal provocam o aparecimento de uma relaxação extra nos espectros de impedância, indicando a potencialidade da técnica para caracterizar o fenômeno. Do ponto de vista fundamental: 1) novas correlações foram verificadas entre parâmetros elétricos que descrevem o fenômeno de bloqueio e a microestrutura; 2) a representação dos resultados em termos do parâmetro α r ( de caráter resistivo) e α c (de caráter capacitivo) permitiu identificar o tipo de interface responsável pelo efeito de bloqueio e inferir sobre o estado de densificação dos materiais; 3) foi constatado que, para materiais de elevada pureza, a variação do fator de bloqueio com a temperatura é mais importante em sistemas constituídos de pequenos grãos, resultado que traz novo argumento a favor do modelo de bloqueio, cujo fundamento básico é a alteração das linhas de corrente em torno das regiões bloqueadoras. ABSTRACT Impedance spectroscopy was used to characterize electrical properties of zirconia-based ceramics with different microstructures. One intergranular contribution, responsible for the decrease of ionic conductivity on ceramic polycrystalline solid electrolytes, was described using an ion-blocke...