Structural ordering and dielectric properties of Ba3CaNb2O9-based mi-crowave ceramics

Um novo artigo científico foi publicado recentemente pelos pesquisadores J.E.F.S. Rodrigues, P.J. Castro, P.S. Pizani, W.R. Correr, A.C. Hernandes do CDMF no periódico “Ceramics International” (Ceramics International Volume 42, Issue 16, December 2016, Pages 18087–18093). O trabalho é intitulado Structural ordering and dielectric properties of Ba₃CaNb₂O₉-based microwave ceramics e o estudo coordenado pelo Diretor de Difusão do CDMF, Prof. Antonio Carlos Hernandes do Grupo de Pesquisa Crescimento de Cristais e Materiais Cerâmicos, Instituto de Física de São Carlos, USP e demais pesquisadores do CCMC/IFSC/USP.

Contexto da pesquisa e motivação

Segundo o doutorando e autor do artigo João Elias Rodrigues, perovskitas complexas de fórmula A₃B′B′′₂O₉ (A = Ba, Sr, Ca; B′ = Mg, Zn, Co; B′′ = Nb, Ta) constituem sistemas largamente aplicados como ressoadores ou filtros para transmissão/recepção de sinais em microondas. Esses óxidos complexos podem ser classificados em ordenados ou desordenados quanto ao sítio B (B’ e B’’), tal que o grau de desordem desempenha papel relevante nos valores da perda dielétrica (tan δ = 1/Q_u).

Na literatura atual, não há dados conclusivos reportados acerca do papel da (des)ordem nas propriedades dielétricas em microondas do sistema Ba₃CaNb₂O₉, podendo este material variar sua funcionalidade a depender da desordem: (a) eletrólito para células a combustível (desordenado) e (b) ressoador dielétrico (ordenado). Esta foi a motivação dos pesquisadores para o desenvolvimento do trabalho, como nos relatou Rodrigues.

Diferencial da pesquisa

O artigo reporta como diferencial na pesquisa desenvolvida o uso da técnica de espalhamento Raman, a qual se mostrou fundamental para identificar e monitorar o processo de ordem/desordem no sítio B (Ca²⁺ e Nb⁵⁺), sendo tal técnica sensível a mudanças da simetria local no sistema cristalino.

Potencial do estudo e principais resultados

Dadas as ferramentas para identificar os processos de ordem/desordem nos sistemas Ba₃CaNb₂O_9,é possível, segundo os pesquisadores, sintonizar uma determinada propriedade física (perda ou condutividade iônica) apenas observando o espectro Raman do material à temperatura ambiente.

Rodrigues conclui: “As propriedades dielétricas em microondas da cerâmica Ba₃CaNb₂O₉ sinterizada a 1500 °C por 32 h foram determinadas, sendo ε’ = 48 (permissividade), Q_u×f_R = 15.750 GHz (fator de qualidade na frequência f_R = 7,76 GHz) e τ_f = 278 ppm/°C (coeficiente de variação da frequência de ressonância). Uma transição de uma cela cúbica O_h⁵ para a cela trigonal D_3d³ foi detectada empregando-se a difração de raios X e espalhamento Raman à temperatura ambiente. Tal transição representou a formação de uma superestrutura ordenada com simetria D_3d com ordenamento 1:2 dos cátions Ca²⁺ e Nb⁵⁺. Notou-se ainda uma coexistência de domínios ordenados 1:1 (cúbico) e 1:2 (trigonal), sendo a redução do domínio 1:1 dependente do tempo de sinterização. O aperfeiçoamento das propriedades da cerâmica de BCN prossegue com um estudo minucioso da influência de cátions substituintes no sítio do Ba²⁺ para sintonização do valor de τ_f para próximo de 0.”