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Tipo: Tese
Título: Efeito dos modificadores mistos nas propriedades elétricas de vidros CaNaBO avaliado por espectroscopia de impedância
Autor(es): Prado, Esmael Dias
Primeiro Orientador: Souza, Seila Rojas De
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Souza , José Ezequiel de
metadata.dc.contributor.referee1: M'peko , Jean Claude
metadata.dc.contributor.referee2: Suegama , Patricia Hatsue
metadata.dc.contributor.referee3: Botero, Eriton Rodrigo
metadata.dc.contributor.referee4: Sequinel , Thiago
Resumo: Matrizes vítreas à base de óxido de boro possuem pontos de fusão relativamente menores do que vidros silicatos, facilitando a sua preparação e reduzindo custos de produção. O óxido de boro forma várias unidades estruturais, permitindo a adição de dopantes, como terras-raras e metais de transição, e possibilitando a criação de materiais livres de metais pesados. A incorporação de íons, como o Na+, em matrizes vítreas, atende às demandas por alternativas mais ecológicas e biocompatíveis em tecnologias de armazenamento de energia, alinhadas a um futuro mais sustentável. Além disso, a estrutura amorfa dos vidros oferece vantagens em relação a outros eletrólitos, incluindo uma condutividade iônica isotrópica e a eliminação de problemas associados aos efeitos de contorno de grão presentes em cerâmicas. Nesse contexto, para avaliar as propriedades elétricas de amostras vítreas formadas pelo óxido de boro (B2O3) como formador de rede, e modificadas com óxido de cálcio (CaO) e óxido de sódio (Na2O), foram estudadas as composições (33,33-x)CaO − xNa2O − 6,67B2O3, com x = 5, 10, 15, 20, 30 e 33 % em mol, nomeadas como CaNaBO-x, empregando-se as técnicas de difratometria de raios X (DRX), análise térmica diferencial (DTA), espectroscopia no ultravioleta-visível (UV-Vis) e espectroscopia de impedância (EI). As técnicas de DRX e DTA foram utilizadas para investigar a natureza amorfa das amostras, enquanto a espectroscopia UV-Vis revelou uma transmitância acima de 80 % entre 342 e 1000 nm, destacando boas propriedades ópticas das diferentes composições. Na espectroscopia de impedância, conduzida entre 50 e 425 °C, observou-se que, a 300 °C, a condutividade elétrica variou de 10−13 S/cm para a composição CaNaBO-05 até 10−6 S/cm para CaNaBO-33, evidenciando uma variação de aproximadamente sete ordens de grandeza no sistema, além de efeitos de relaxação característicos avaliados pelo módulo elétrico imaginário. A condutividade no limite DC foi ajustada conforme a Lei de Potência de Jonscher, enquanto a energia de ativação aparente ( ), obtida pelo modelo de Arrhenius, variou de 154 para 87,5 kJ/mol, sugerindo que a substituição de íons Ca2+ por Na+ pode otimizar a mobilidade iônica, ainda que com tendência a comportamento não estritamente linear. Esses achados indicam o potencial do sistema de vidro borato para estudos aprofundados de condutividade iônica e propriedades de relaxação dielétrica.
Abstract: Borate glass matrices based on boron oxide have lower melting points than silicate glasses, facilitating their preparation and reducing production costs. Boron oxide forms various structural units, allowing the incorporation of dopants such as rare-earth elements and transition metals, enabling the development of heavy-metal-free materials. The incorporation of ions such as Na+ into glass matrices meets the demand for environmentally friendly and biocompatible alternatives in energy storage technologies. Additionally, the amorphous structure of glasses offers advantages over other electrolytes, including isotropic ionic conductivity and the absence of grain boundary effects typical of ceramics. To evaluate the electrical properties of glass samples formed by boron oxide (B₂O₃) as a network former and modified with calcium oxide (CaO) and sodium oxide (Na2O), compositions of (33.33-x)CaO − xNa2O − 66.67B2O3 with x = 5, 10, 15, 20, 30, and 33 mol% were investigated and designated as CaNaBO-x. X-ray diffraction (XRD), Differential thermal analysis (DTA), UV-Vis spectroscopy, and impedance spectroscopy (IS) were employed. XRD and DTA confirmed the amorphous nature of the samples, while UV-Vis measurements revealed transmittance above 80% between 342 and 1000 nm. Impedance spectroscopy measurements, conducted between 50 and 425 °C, showed that at 300 °C the electrical conductivity varied from approximately 10−13 S/cm for CaNaBO-05 to 10−6 S/cm for CaNaBO-33, corresponding to a variation of about seven orders of magnitude. The DC conductivity was fitted according to Jonscher’s Power Law, and the apparent activation energy ( ), obtained from the Arrhenius model, decreased from 154 to 87.5 kJ/mol, suggesting that the substitution of Ca2+ by Na+ enhances ionic mobility, although showing a tendency toward non-linear compositional behavior at higher Na₂O contents. These results highlight the potential of the borate glass system for advanced studies of ionic conductivity and complex dielectric relaxation mechanisms.
Palavras-chave: Vidros Boratos
Borate Glasses
Propriedades elétricas
Electrical Properties
Espectroscopia de Impedância
Impedance Spectroscopy
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Grande Dourados
Sigla da Instituição: UFGD
metadata.dc.publisher.department: Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia
metadata.dc.publisher.program: Programa de pós-graduação em Ciências e Tecnologia Ambiental
Citação: PRADO, E. D. Efeito dos modificadores mistos nas propriedades elétricas de vidros CaNaBO avaliado por espectroscopia de impedância. 2024. 136 f. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia Ambiental) – Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia, Universidade Federal da Grande Dourados, Dourados, MS, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://repositorio.ufgd.edu.br/jspui/handle/prefix/6814
Data do documento: 4-Nov-2024
Aparece nas coleções:Doutorado em Ciência e Tecnologia Ambiental

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