Síntese e caracterização estrutural do niobato de potássio e estrôncio com estrutura tipo Tetragonal Tungstênio Bronze TTB

Síntese e caracterização estrutural do niobato de potássio e estrôncio com estrutura tipo Tetragonal Tungstênio Bronze TTB   Synthesis and structural characterization of strontium potassium niobate oxide with tetragonal tungstenium bronze TTB type structure     S. Lanfredi; L. R. Trindade; A. R. Barros; N. R. Feitosa; M. A. L. Nobre Departamento de Física, Química e Biologia - DFQB, Faculdade de Ciências e Tecnologia - FCT, Universidade Estadual Paulista - UNESP, R.Roberto Simonsen, 305, C.P. 467, Presidente Prudente, SP 19060-080     RESUMO A fase nanoestruturada KSr2Nb5O15, foi sintetizada pelo método de mistura mecânica de óxidos por moagem de alta eficiência e por via química, utilizando o método dos precursores poliméricos, em forno tipo tubo sob atmosfera de O2 durante 10 h. A análise por difração de raios X dos pós calcinados a 1150 ºC foi realizada pelo método de Rietveld utilizando-se o software FullProf. A análise dos parâmetros estruturais obtidos via método de Rietveld mostrou um sistema tetragonal com estrutura tipo tetragonal tungstênio bronze. A partir das reflexões observadas, há apenas evidência da regra [(0kl) k = 2n], a qual é compatível com o grupo espacial centrossimétrico P4bm, o qual foi utilizado para o refinamento. O volume da célula unitária obtido na análise dos pós de KSr2Nb5O15 obtidos por síntese química e por moagem de alta eficiência foi 611,90 Å3 e 611,95 Å3, respectivamente. Palavras-chave: síntese química, niobato de estrôncio e potássio, tetragonal tungstênio bronze, ferroelétrico. ABSTRACT The nanostructured KSr2Nb5O15 phase was synthesized by both routes, the high efficiency milling and the polymeric precursor, in a furnace under O2 atmosphere during 10 h. The Rietveld X-ray diffraction analysis of the calcined powders at 1150 ºC was performed using the FullProf software. The XRD pattern analysis showed a tetragonal system with the tetragonal tungsten bronze structure. From the observed reflections, there is only evidence of the rule existence [(0kl) k = 2n], which is compatible with the centrosymmetric space group P4bm, which was used for the refinement. The unit cell volume obtained for the KSr2Nb5O15 powders prepared by chemical synthesis and by high efficiency milling were equal to 611,90 Å3 and 611,95 Å3, respectively. Keywords: chemical synthesis, potassium and strontium niobate, tetragonal tungsten bronze, ferroelectric.     INTRODUÇÃO Materiais com estrutura tipo perovskita contendo chumbo são amplamente utilizadas pela indústria eletroeletrônica em atuadores, transdutores e outros componentes eletromecânicos devido às suas excelentes propriedades ferroelétricas e piezoelétricas. Entretanto, a toxidez do chumbo tem levado ao aumento da demanda por materiais alternativos menos agressivos ao meio ambiente. Materiais cerâmicos com estrutura tipo Tetragonal Tungstênio Bronze (TTB), assim como os materiais com estrutura perovskita, possuem alta constante dielétrica, alta polarização e propriedades piezoelétricas [1]. Estas propriedades tornam estes óxidos ferroelétricos, materiais de grande interesse tecnológico, em particular em áreas de constante expansão, como a comunicação digital de base móvel ou fixa. A estrutura TTB consiste de sítios octaédricos distorcidos de NbO6 arranjados de forma a criar túneis pentagonais e tetraedrais favoráveis à substituição por outros cátions e túneis trigonais vazios [2, 3]. Esta estrutura pode ser descrita pela fórmula geral B2A4C4Nb10 O30, onde A, B e C denotam os diferentes sítios da estrutura TTB, pentagonais, tetragonais e trigonais, respectivamente. O tamanho destes sítios decresce seguindo a ordem A > B > C [3, 8]. A estrutura e os sítios são mostrados na Fig. 1. Nos compostos tipo TTB, os sítios A e B são ocupados por cátions de metais alcalinos ou alcalino-terrosos, como Sr e Ba, e nos sítios C vazios, podem ser inseridos pequenos cátions como o Li [2, 3].     Um óxido de especial interesse pertencente à classe TTB, onde as propriedades acima podem ser encontradas, desenvolvidas ou otimizadas de forma simultânea é o óxido niobato de potássio e estrôncio, de estequiometria KSr2Nb5O15. Há pouca informação, comparado a niobatos tipo perovskitas, sobre as características físico-químicas e elétricas deste composto na literatura. Entretanto, na maioria dos relatos encontrados, este material tem sido preparado por reação no estado sólido utilizando-se carbonatos de metais alcalinos (SrCO3 e K2CO3) e óxido de nióbio (Nb2O5) como precursores. Este método tradicional de síntese de materiais cerâmicos apresenta muitas restrições ao longo do processo, como necessidade de sucessivas etapas de moagem, calcinação, para melhor homogeneização do produto, formação de produtos multifásicos e com baixa área de superfície. Além disso, altas temperaturas de calcinação e sinterização são necessárias para se completar a reação e densificação do produto final. Por outro lado, rotas químicas (...truncated)