Obtenção de cerâmicas binárias não óxidas de carbeto de silício enriquecidas com carbono (C-SiC) e avaliação como sensores eletroquímicos para determinação voltamétrica de guaiacol

Página do item simplificado
dc.contributor.advisorSegatelli, Mariana Gava
dc.contributor.authorSantos, Karen Laíssa Balbino dos
dc.contributor.bancaRibeiro, Emerson Schwingel
dc.contributor.bancaMedeiros, Roberta Antigo
dc.coverage.extent130 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2026-08-24T19:35:50Z
dc.date.available2026-08-24T19:35:50Z
dc.date.issued2026-05-28
dc.description.abstractO carbeto de silício (SiC) é um material de elevado desempenho, caracterizado por alta dureza, baixa densidade, resistência à corrosão e à oxidação e boa condutividade térmica e elétrica. Quando obtido pela rota de cerâmicas derivadas de polímeros (PDCs), sua microestrutura pode conter uma fase de carbono livre (Clivre) dispersa na matriz cerâmica, cujas proporções e grau de organização estrutural dependem da composição do precursor polimérico e das condições de pirólise. Este trabalho teve como objetivo obter cerâmicas binárias não óxidas de C–SiC a partir da pirólise de um polímero precursor rico em carbono, sintetizado por hidrossililação entre difenilsilano (DFS) e divinilbenzeno (DVB) na proporção de 50% em massa, e avaliar seu desempenho como sensor eletroquímico para a determinação voltamétrica de guaiacol (GUA). O precursor foi pirolisado sob argônio a 1000, 1300 e 1500 °C, este com tempos de isoterma de 1, 3 e 5 h, originando cinco materiais (1000, 1300, 1500_1, 1500_3 e 1500_5). A caracterização por FT-IR confirmou a hidrossililação; o TGA revelou degradação em múltiplos estágios; os ensaios de intumescimento indicaram caráter predominantemente apolar da rede polimérica. O DRX evidenciou carbono turbostático a 1000 °C, início da cristalização do ß-SiC a 1300 °C e consolidação desta fase a 1500 °C. A espectroscopia Raman indicou reorganização progressiva da fase Clivre com o aumento da temperatura e do tempo de isoterma. As análises BET/BJH e SEM revelaram variações significativas de área superficial e microestrutura em função das condições térmicas. CHNS e XPS confirmaram a presença e a evolução do carbono livre na matriz cerâmica. A avaliação eletroquímica por voltametria cíclica com uma solução de K4[Fe(CN)6, demonstrou maior área eletroativa e intensidade de corrente dos eletrodos cerâmicos em comparação ao eletrodo de carbono vítreo (ECV), com exceção da amostra 1000. Na determinação de GUA, o eletrodo 1500_5 apresentou o melhor desempenho e foi selecionado para otimização. O estudo do pH indicou valor 5,0 como ideal, com tampão Britton–Robinson (BR) 0,1 mol L?¹ como eletrólito suporte. Os parâmetros da voltametria de onda quadrada (SWV) foram otimizados univariadamente, e selecionados frequência de 25 Hz, amplitude de 70 mV e step de 10 mV. O método desenvolvido apresentou faixa linear de 10 a 100 µmol L?¹, limite de detecção de 2,62 µmol L?¹ e limite de quantificação de 8,75 µmol L?¹, com boa estabilidade, reprodutibilidade e precisão intra e interdia. Os resultados demonstram que cerâmicas C–SiC derivadas de polímeros possuem propriedades estruturais e eletroquímicas ajustáveis pelas condições de pirólise, configurando-se como materiais eletródicos robustos e promissores para sensores eletroquímicos voltados à determinação de compostos fenólicos
dc.description.abstractother1Silicon carbide (SiC) is a high-performance material characterized by high hardness, low density, corrosion and oxidation resistance, and good thermal and electrical conductivity. When produced via the polymer-derived ceramics (PDCs) route, its microstructure may contain a free carbon phase (Cfree) dispersed within the ceramic matrix, whose proportion and degree of structural organization depend on the precursor composition and pyrolysis conditions. This study aimed to obtain binary non-oxide C–SiC ceramics from the pyrolysis of a carbon-rich polymeric precursor synthesized by hydrosilylation between diphenylsilane (DFS) and divinylbenzene (DVB) at a 50 wt% ratio, and to evaluate their performance as electrode materials for the voltammetric determination of guaiacol (GUA). The precursor was pyrolyzed under argon at 1000, 1300, and 1500 °C, thislast temperature with isothermal holding times of 1, 3, and 5 h, yielding five materials designated 1000, 1300, 1500_1, 1500_3, and 1500_5. FT-IR confirmed the hydrosilylation reaction; TGA revealed multistep thermal degradation, swelling tests indicated a predominantly apolar polymeric network. XRD showed turbostratic carbon at 1000 °C, onset of ß-SiC crystallization at 1300 °C, and consolidation of this phase at 1500 °C. Raman spectroscopy indicated progressive structural reorganization of the Cfree phase toward more ordered sp² domains with increasing temperature and isothermal time. BET/BJH and SEM analyses revealed significant changes in specific surface area and microstructure as a function of thermal conditions. CHNS and XPS confirmed the presence and evolution of free carbon within the ceramic matrix. Electrochemical evaluation by cyclic voltammetry using a K4[Fe(CN)6 solution, demonstrated good performance of the ceramic electrodes compared to the glassy carbon electrode (GCE), except for the 1000 sample. In GUA determination, the 1500_5 electrode showed the best electroanalytical performance and was selected for optimization. The pH study indicated pH 5.0 as optimal, with 0.1 mol L?¹ Britton–Robinson (BR) buffer as the supporting electrolyte. Square wave voltammetry (SWV) parameters were optimized univariately, using frequency of 25 Hz, amplitude of 70 mV, and potential increment of 10 mV. The developed method showed a linear range from 10 to 100 µmol L?¹, a limit of detection (LOD) of 2.62 µmol L?¹, and a limit of quantification (LOQ) of 8.75 µmol L?¹, with good stability, reproducibility, and intra and interday precision. The results demonstrate that polymer-derived C–SiC ceramics exhibit structural and electrochemical properties tunable through pyrolysis conditions, establishing them as robust and promising electrode materials for electrochemical sensors applied to the determination of phenolic compounds
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/19548
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Química
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Química
dc.subjectSensor eletroquímico
dc.subjectPolicarbosilano
dc.subjectCarbono livre
dc.subjectQuímica
dc.subjectCarbono
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Química
dc.subject.cnpqCiências Exatas e da Terra - Química
dc.subject.keywordsElectrochemical sensor
dc.subject.keywordsPolycarbosilane
dc.subject.keywordsFree carbon
dc.subject.keywordsChemistry
dc.subject.keywordsCarbon
dc.titleObtenção de cerâmicas binárias não óxidas de carbeto de silício enriquecidas com carbono (C-SiC) e avaliação como sensores eletroquímicos para determinação voltamétrica de guaiacol
dc.title.alternativeSynthesis of carbon-enriched non-oxide binary silicon carbide (C-SiC) ceramics and their evaluation as electrochemical sensors for the voltammetric determination of guaiacol
dc.typeDissertação
dcterms.educationLevelMestrado Acadêmico
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

Arquivos

Pacote Original
Agora exibindo 1 - 2 de 2
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
CE_QUI_Me_2026_Santos_Karen_LB.pdf
Tamanho:
2.72 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descrição:
Texto completo ID. 195870
Baixar
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
CE_QUI_Me_2026_Santos_Karen_LB_TERMO.pdf
Tamanho:
224.57 KB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descrição:
Termo de autorização
Baixar
Licença do Pacote
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
Nome:
license.txt
Tamanho:
555 B
Formato:
Item-specific license agreed to upon submission
Descrição:
Baixar

Coleções

02 - Mestrado - Química