Obtenção e caracterização de cerâmicas semicondutoras à base de titanato de bário com inserção de grafeno

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dc.contributor.advisorPaiva, Paulo Renato Perdigão de
dc.contributor.advisor-coSilva, Bruno Cordeiro
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/1868816663610134
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1370339504435258
dc.contributor.authorXavier, Rômulo Pereira
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5568748335626475
dc.contributor.refereePaiva, Paulo Renato Perdigão de
dc.contributor.refereeSilva, Bruno Cordeiro
dc.contributor.refereeFerreira, André Guimarães
dc.contributor.refereeSilva, Sidney Nicodemos da
dc.contributor.refereeNunes, Eduardo Henrique Martins
dc.date.accessioned2025-06-11T18:12:19Z
dc.date.available2025-06-11T18:12:19Z
dc.date.issued2025-04-28
dc.description.abstractAtualmente, os materiais cerâmicos semicondutores são amplamente utilizados em componentes microeletrônicos e termoelétricos, devido às suas propriedades elétricas, térmicas e mecânicas. Exemplos incluem células a combustível, termistores, capacitores, varistores, transdutores, sensores piezoelétricos e dispositivos ópticoeletrônicos. Pesquisas para melhorar compósitos nanoestruturados de matrizes cerâmicas com alta permissividade dielétrica tem ganhado destaque, especialmente com a adição de grafeno, devido às suas características inovadoras, como alta condutividade elétrica, térmica e resistência mecânica. Portanto, esta pesquisa teve como meta produzir e caracterizar cerâmicas semicondutoras à base titanato de bário com variação da concentração de grafeno (0,50, 0,75 e 1,00 mol %) com e sem adição de dióxido de silício (0,50 mol %). Para isso foi desenvolvido um sistema de medição das propriedades elétricas e dielétricas em função da temperatura (resistividade, capacitância e constante dielétrica), com medições em 100 Hz, 1 kHz e 10 kHz, além disso, foram determinadas a condutividade térmica, Band Gap e resistência à flexão. Os resultados obtidos foram comparados com uma amostra de referência, produzidas com titanato de bário (BaTiO3), pentóxido de nióbio (Nb2O5) e dióxido de silício (SiO2). A análise indicou que a cerâmica mais promissora foi a obtida com 98,75 mol % de BaTiO3, 0,5 mol % de SiO2 e 0,75 mol % de grafeno, por apresentar uma ampla gama de vantagens comparativas com a cerâmica de referência. Essa composição mostrouse adequada para aplicação como cerâmica dielétrica e sensores térmicos em componentes microeletrônicos ou para armazenamento de energia, já que apresentou resistividade elétrica com valores de 100 a 300 % menores em relação à amostra de referência em todas as temperaturas medidas (25° C até 425° C) e elevados valores de constante dielétrica na ordem de 107 a 109 .
dc.description.abstractotherCurrently, semiconductors ceramics materials are widely used in microelectronic and thermoelectric components due to their electrical, thermal, and mechanical properties. Examples include fuel cells, thermistors, capacitors, varistors, transducers, piezoelectric sensors, and optoelectronic devices. Research aimed at improving nanostructured ceramic matrix composites with high dielectric permittivity has gained prominence, especially with the addition of graphene, due to its innovative characteristics such as high electrical and thermal conductivity and mechanical strength. Therefore, this study aimed to produce and characterize semiconductor ceramics based on barium titanate by varying the graphene concentration (0.50, 0.75, and 1.00 mol %) with and without the addition of silicon dioxide (0.50 mol %). A measurement system was developed to analyze dielectric properties as a function of temperature (resistivity, capacitance, and dielectric constant), with measurements at 100 Hz, 1 kHz and 10 kHz, furthermore, it was determined thermal conductivity, Band Gap, and flexural strength. The results were compared with a reference sample produced with barium titanate (BaTiO?), niobium pentoxide (Nb?O?), and silicon dioxide (SiO?). The analysis indicated that the most promising ceramic composition was obtained with 98.75 mol % BaTiO?, 0.5 mol % SiO?, and 0.75 mol % graphene, as it presented a wide range of comparative advantages over the reference ceramic. This composition proved to be suitable for application as dielectric ceramics and thermal sensors in microelectronic components or for energy storage, since it showed resistivity values 100 to 300 % lower than the reference sample at all measured temperatures (25° C to 425° C) and high dielectric constant values in the order of 107 to 109 .
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1617
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais
dc.subjectSemicondutores
dc.subjectTitanato de bário
dc.subjectGrafeno
dc.titleObtenção e caracterização de cerâmicas semicondutoras à base de titanato de bário com inserção de grafeno
dc.typeDissertação

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