Síntese e estudo de prospecção de sinterização de óxidos nanoestruturados de alta entropia

Um grande desafio encontrado na ciência dos materiais é a busca contínua por materiais avançados com propriedades que satisfaçam uma demanda de rápido desenvolvimento tecnológico. Tem-se o conhecimento que muitos dos processos de síntese para obtenção de materiais nanoestruturados ainda não foram totalmente esclarecidos, e pesquisas ainda são necessárias para identificar e quantificar os diversos fatores que influenciam a obtenção de tais materiais. Pensando sobre isso, neste trabalho realizou-se a síntese de óxidos de alta entropia pelo método baseado em precursores poliméricos modificado, para obtenção de materiais nanoestruturados. Esse método de síntese para esse material é inovador, pois materiais nanoestruturados sintetizados assim ainda não foram relatados na literatura. O material tem como base a célula unitária do MgO (cúbica de face centrada, tipo sal de rocha, de grupo espacial (), onde cátions Mg2+ são substituídos equimolarmente por cátions Co2+, Cu2+, Ni2+ e Zn2+. Esta síntese é iniciada pela mistura estequiométrica de sais inorgânicos (normalmente nitratos e/ou acetatos) daqueles cátions com poliacrilato de amônio (PAA), em solução aquosa, e após a secagem em micro-ondas da resina formada, prossegue-se a calcinação em forno tipo mufla em temperaturas de 500 a 900 °C, com taxa de aquecimento de 5 °C/min e tempo de patamar de 120 min. Ainda, para avaliar o efeito de átomos intersticiais e substitucionais na célula unitária, foram adicionados lítio e gadolínio ao sistema, aumentando ainda mais a entropia configuracional. Inicialmente, o precursor formado da síntese foi caracterizado quanto ao seu comportamento térmico por análise termogravimétrica (ATG) e calorimetria diferencial exploratória (DSC) e, nas temperaturas de interesse a decomposição foi acompanhada por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X (DRX) microscopias eletrônicas de varredura e de transmissão (MEV e MET). Quanto a sinterabilidade, os óxidos submetidos a análise dilatométrica, seguido de sinterização convencional (1200 °C) e por micro-ondas (1150 a 1250 °C). As pastilhas sinterizadas foram caracterizadas quanto ao seu comportamento elétrico e, as microestruturas das sinterizadas por micro-ondas foram avaliadas por MEV. O aumento da temperatura de calcinação (800 e 900 °C) favoreceu a obtenção de óxidos puros, sem a presença de fases secundárias, cujos tamanhos de cristalitos, inferidos a partir dos difratogramas, foram de 35 a 52 nm. A adição de outros cátions, em especial o gadolínio, favoreceu a formação do material monofásico. Microestruturalmente, os pós se mostraram homogêneos, com presença de aglomerados porosos (MEV) de aproximadamente 0,15 a 0,5 µm e as microscopias das pastilhas sinterizadas aprensentaram estruturas porosas e com segregação de átomos de gadolínio nas composições com dopagem deste. As microscopias eletrônicas de transmissão (MET) apresentaram halos nos padrões de difração de elétrons acompanhados de planos difratados, o que sugere a presença de nanopartículas no material. As pastilhas sinterizadas no geral apresentaram comportamento elétrico não-ôhmicos muito resistivas, com resistividades na faixa de 3,51.106 a 3,2.108 Ω.cm.