CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS MULTIFERRÓICOS DE COMPOSIÇÃO PFN E PFW POR ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS X.

CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS MULTIFERRÓICOS DE COMPOSIÇÃO PFN E PFW POR ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO DE RAIOS X.

ANDRADE, N. M. JR.; MESQUITA. A.

Departamento de Física, Universidade Estadual Julio de Mesquita Filho (UNESP), Rio Claro.

1. Introdução

Com o grande avanço científico nos últimos anos, a busca por materiais com aplicações tecnológicas vem aumentando, os materiais ferroelétricos e suas interessantes propriedades vem sendo estudadas, como as propriedades ferroelétricas, dielétricas, piroelétricas, piezelétricas e ópticas, devido ao seu potencial tecnológico. Os materiais ferroelétricos apresentam uma transição de fase ferroelétrica-paraelétrica bem definida a uma temperatura denominada TC (temperatura de Curie). Com uma temperatura superior a TC ocorre uma transição de fase de uma estrutura de baixa simetria para uma de alta simetria.

A busca por materiais eletro-eletrônicos de alto desempenho, maior versatilidade e compactos vem acentuando esse interesse, com estudos baseados em materiais (monofásicos ou compósitos), que possam integrar duas ou mais propriedades físicas de forte interesse tecnológico. Esses materiais são denominados matérias multifuncionais ou matérias ativos/inteligentes. Dentro desses novos objetivos incluem-se os materiais multiferróicos (ferroelétricos-ferroelásticos, magnetoelastoelétricos e magnetoelétricos), que têm sido estudados em estruturas mesoscópicas em escala nanométrica.

Os materiais que apresentam simultaneamente a coexistência de duas propriedades ferroicas são denominados multiferróicos. Porém as linhas de pesquisas estão atuando na área de processos de produção e aplicação como: compósitos, filmes finos e nanoestruturas, materiais para microeletrônica, materiais para fotônica, transdutores, sensores e atuadores.

Portanto, este trabalho tem por objetivo estudar as propriedades dos compostos PbFe1/2Nb1/2O3 (PFN), Pb(Fe2/3W1/3)O3-PbTiO3 (PFW) . Com finalidade de entender melhor todos os processos de transição de fase e correlacionar com o seu comportamento elétrico, utilizou-se a técnica de espectroscopia de absorção de raios x (XAS).

2. Procedimento Experimental

2.1 A técnica de espectroscopia de absorção de raios X

A técnica de absorção de raios X tem sido largamente empregada no estudo estrutural de diversos materiais, podendo fornecer informações a respeito do estado de oxidação, coordenação, número de vizinhos, distâncias interatômicas a partir de um dado átomo absorvedor [1]. Uma completa descrição desta técnica pode ser encontrada na referência [1].

2.2 Preparações das amostras

As amostras foram preparadas por Fraygola et al. e seguem a metodologia apresentada na referência [2]

Como descrito na introdução, trabalharemos com duas amostras o PFN e PFW-PT. Aqui descreveremos os métodos de preparação.

Para a preparação da amostra do sistema PFN, foram utilizados métodos convencionais de misturas de óxidos. Óxido de ferro (Fe2O3) e óxido de nióbio (Nb2O5), foram misturados em um moinho de bolas de zircônia por quatro horas e então calcinados a 1200 º C. Em seguida, foi adicionado o PbO e misturados usando água destilada como solvente e o pó resultante foi calcinado a 800 ºC. A sinterização foi realizada por prensagem a quente á 1000 ºC por três horas em atmosfera de oxigênio controlada a uma pressão uniaxial de 5 MPa, desta amostra analisaremos nas seguintes temperaturas 300 K, 400 K,500 K,550 K e 600 K.

Para amostra do sistema PFW foram preparadas pelo método da columbita e foram sinterizadas em forno convencional. A descrição desta metodologia pode ser conferida na referencia [4]. As amostras serão analisadas nas seguintes temperaturas 400 K, 450 K, 500 K, 550 K e 600 K.

3. Resultados e Discussão

3.1 Espectros EXAFS na borda K do Fe para amostras PFW

Utilizando os espectros EXAFS medidos na borda K do Fe, em diferentes temperaturas conseguimos uma caracterização de sua estrutura local comparando com espetros teóricos os quais foram calculados a partir de modelos estruturais com simetrias cúbica (grupo espacial Pm-3m), e romboédrica (grupo espacial R3m) para a composição PFW, como reportado nas referências [5, 6]. Os espectros teóricos e suas respectivas transformadas de Fourier foram gerados utilizando os programas CRYSTALFFREV e Roundmidnight da plataforma de programas MAX [7] e o programa FEFF8.2 [8]. Os dados cristalográficos foram obtidos a partir das referências [5, 6].

Utilizando os espectros EXAFS calculados com os modelos de diferentes simetrias e os módulos das respectivas transformadas de Fourier, foi possível observar que a amostra PFW apresenta um melhor acordo com o espectro EXAFS da estrutura cúbica nas temperaturas 450 K e 600 K. Nas temperaturas de 500 K e 550 K, a amostra apresenta uma estrutura mais factível com simetria romboédrica. A Figura 1 exibe os espectros experimentais obtidos das transformadas de Fourier juntamente com os espectros calculados para cada temperatura.

O módulo da transformada de Fourier referente a espectro EXAFS para a amostra PFW medidos em diferentes temperaturas é mostrado na Figura 2. Podemos observar que a transformada não apresenta variações consideráveis com a variação da temperatura, apenas um decréscimo no pico situado entre 1 e 2 Å o qual é decorrente das interações Fe-O dos primeiros seis oxigênios ao redor do átomo absorvedor.

A Tabela 1 contém os resultados obtidos com os ajustes dos espectros medidos em 450 K, 500 K, 550 K e 600 K para a amostra PFW, onde os melhores resultados para cada temperatura foi apresentado; os resultados seguiram os fatores de qualidade aplicados na referencia [2].

Figura 1- Espectro experimental e simulado para amostra PFW nas temperaturas 450 K, 500 K, 550 K e 600 K, com as suas respectivas simetrias.

Figura 2- Módulo da transformada de Fourier referente a espectros EXAFS de amostra PFW em diferentes temperaturas.

Tabela 1 – Resultados obtidos com a simulação de espectros referentes à amostra PFW nas temperaturas de 450 K, 500 K,550 K e 600 K.

PFW

Temperatura Estrutura