Efeito da adição de óxidos de terras raras na condutividade iônica de cerâmicas a base de ZrO2:3mol%Y203para aplicações em sensores de oxigênio

Abstract

Eletrólitos sólidos contendo Zr02:3mol%Y203:nwt% OTR (n = 5.39, 10.54, 15.45), foram preparados pelo método de mistura de óxidos. O oxido de terras raras (077?) foi fornecido pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares OPEN), os pós Zr02. 3mol%Y203 foram obtidos comercialmente (Tosoh-Corporation) e pelo método do precursor polimérico (Pechini). Esses materiais de partida foram analisados por duração de raios X (DRX), análise térmica diferencial (ATD) e termogravimétrica (TG), espectroscopia infravermelha com transformada de Fourier (FTIR). análise granulométrica a laser e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Amostras compactadas e sinterizadas foram analisadas por difração de raios X para análise e qualitativa e quantificação de fases, densidade aparente pelo método de Arquimedes, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e medições de condutividade iônica por espectroscopia de inipedância. Os resultados da caracterização evidenciam que o oxido de terras raras (OTR) comporta-se como um único oxido e que por tal motivo pode substituir ao oxido de ítrio fr203) como aditivo de estabilização, produzindo cerâmicas condutoras de íons de oxigênio com um custo menor, além disso, os valores de condutividade iônica nas cerâmicas Zr02\ 3 mol % Y203 podem ser melhorados devido à adição do OTR. que promove a estabilização da fase cúbica da zircônia. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This document presents the preparation of solid electrolytes containing Zr02:3rnol% Y,03:nwt%RE0 (n = 5.39. 10.54. 15.45). Rare earth oxides (REO) were provided by the Institute of Energy and Nuclear Research (IPEN). Zr02. 3 mol % Y203 powders were obtained commercially (Tosoh-Corporation) and also by the polymeric precursor method (Pechini). These starting materials were characterized by X-ray diffraction (XRD), differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetric (TG), infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR), laser particle size analysis and electronic transmission microscopy (TEM). Some tests were carried out in the compacted and sintered samples in order to characterize them. These are: X-ray diffraction for qualitative and quantitative analysis of crystalline phases, Archimedes method for the density calculation, impedance spectroscopy for ionic-conductivity and scanning electron microscopy (SEM). The characterization results show that the rare earth oxide (REO) behaves as an unique oxide and can replace, the yttrium oxide (Y203) as an additive stabilization, producing ceramic conductors of oxygen ions with a lower cost. The values of ionic conductivity in Zr02. 3 mol % Y2Os ceramics can be improved by the addition of rare earth oxides (REO) which promotes the stabilization of the cubic phase of zirconia.