Obtenção de materiais cerâmicos de oxicarbeto de silício e boro (SiBCO) e avaliação de suas potencialidades eletroquímicas

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dc.contributor.advisorSegatelli, Mariana Gava [Orientador]pt_BR
dc.contributor.authorSanchez, Patricia Morenapt_BR
dc.contributor.bancaOliveira, Daniela Martins Fernandes dept_BR
dc.contributor.bancaRibeiro, Emerson Schwingelpt_BR
dc.contributor.bancaCarvalho, Gizilene Maria dept_BR
dc.contributor.bancaYabe, Maria Josefa Santospt_BR
dc.coverage.spatialLondrinapt_BR
dc.date.accessioned2024-05-01T12:12:45Z
dc.date.available2024-05-01T12:12:45Z
dc.date.created2021.00pt_BR
dc.date.defesa05.03.2021pt_BR
dc.description.abstractResumo: Cerâmicas de oxicarbeto de silício e boro (SiBCO) são mais estáveis termicamente se comparadas à SiCO Além de antecipar e intensificar a cristalização da fase semicondutora de carbeto de silício (SiC), o boro anibe a formação de SiO2 influenciando no aumento da grafitização da fase de carbono livre A partir destas hipóteses, este trabalho descreve um estudo comparativo entre cerâmicas de oxicarbeto de silício (SiOC) com e sem boro, em 3 diferentes composições, obtidas por pirólise de polímeros precursores e tratamento térmico com o intuito de avaliar seu desempenho como materiais eletródicos Os precursores foram escolhidos por suas estruturas distintas: metiltrietoxissilano MTS, feniltrietoxissilano FTS e viniltrimetoxissilano VMS, puros e com boro em proporções B/Si ,1 e ,5 pelo método sol-gel A pirólise foi realizada em atmosfera inerte em 15°C por 1 e 3h A estrutura molecular e estabilidade térmica dos polímeros precursores foram investigadas por Espectroscopia vibracional na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e análise termogravimétrica (TGA), respectivamente A estrutura das cerâmicas de SiOC e SiBCO foi investigada por (FT-IR), espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS), espectroscopia Raman, difratometria de raios x (XRD) e fisiossorção de gás N2 a 77K O desempenho eletroquímico foi verificado por voltametria cíclica para detecção do antioxidante tercbutilhidroquinona (TBHQ), medidas de ângulo de contato para avaliar o grau de interação na interface eletrodo-solução, área eletroativa (Ae) e parâmetros cinéticos: coeficiente de transferência de carga (a) e constante de velocidade de transferência eletrônica (Ks) Os coeficientes de difusão (D) foram determinados por medidas cronoamperométricas Os precursores apresentaram alto grau de reticulação visto pela degradação térmica referente à redistribuição das ligações Si-O e Si-C para formação de SiCO e SiBCO O boro foi incorporado aos materiais SiBOC por meio de ligações estáveis de borosiloxano de acordo com o sistema cerâmico Quantidades menores de boro incorporadas em algumas cerâmicas foram relacionadas à evaporação dos compostos durante a etapa de gelificação Além disso, a adição de boro induziu o crescimento de cristalitos de SiC, tendo maior influência para cerâmicas que apresentam maior proporção de fração amorfa e menor quantidade de carbono residual O tempo de recozimento influenciou ligeiramente na produção e evolução das fases SiC e C Diferentes perfis cristalinos foram observados de acordo com o sistema cerâmico investigado A cristalização de fase de SiC acentuada para cerâmicas derivadas de FTS, seguida por aquelas contendo VTMS e MTS, também confirmada por medições de XPS a partir de porcentagens de bandas atribuídas às ligações Si-C e Si-O, foi atribuída ao teor de carbono em cada precursor de polímero Fases Csp2 e Csp3 variaram amplamente de acordo com a química do precursor Cerâmicas derivadas de FTS apresentaram desempenho eletroanalítico mais satisfatório que as demais cerâmicas, principalmente obtidas a 15 oC, razão B/Si ,5 com 3h de recozimento que destacou-se entre os demais devido aos seus elevados valores de corrente (Ia e Ic) além de apresentar um efeito catalítico no processo de reação da molécula TBHQ Essas evidências demonstram que a presença de grupos orgânicos (R') com maiores teores de C, maior teor de B e tempo de recozimento mais longo tendem a favorecer a formação das fases condutoras e semicondutoras, fundamentais para as propriedades condutoras das cerâmicas de SiBOCpt_BR
dc.description.abstractother1Abstract: Silicon and boron oxycarbide (SiBCO) ceramics are more thermally stable compared to SiCO In addition to anticipating and intensifying the crystallization of the silicon carbide (SiC) semiconductor phase, boron inhibits the formation of SiO2, influencing the increase in the graphitization of the free carbon phase From these hypotheses, this work describes a comparative study of silicon oxycarbide ceramics (SiOC) with and without boron in different compositions obtained by pyrolysis of precursor polymers at heat treatment in order to evaluate their performance as electrode materials The precursors, chosen for their distinct structures, were triethoxymethylsilane MTS, triethoxyphenylsilane PTS and trimethoxyvinylsilane VMS, pure and with boron in proportions B / Si 1 and 5 by the sol-gel method The pyrolysis was carried out in an inert atmosphere at 15 °C for 1 and 3h The molecular structure and thermal stability of the precursor polymers were investigated by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and thermogravimetric analysis (TGA), respectively The structure of the SiOC and SiBCO ceramics was investigated by FT-IR, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy, X-ray diffraction (XRD) and 77K N2 gas physiosorption Electrochemical performance was verified by cyclic voltammetry to detect the tert-butylhydroquinone antioxidant (TBHQ), electroactive area (Ae) and contact angle measurements to assess the degree of interaction at the electrode-solution interface, kinetic parameters: anodic load transfer coefficients (a) and electronic transfer speed constant (Ks) The diffusion coefficients (D) were determined by chronoamperometric measurements The precursors showed a high degree of cross-linking as seen by the thermal degradation related to the redistribution of Si-O and Si-C bonds to form SiCO and SiBCO Boron was incorporated into the SiBOC materials by means of stable borosiloxane bonds according to the ceramic system Smaller amounts of boron incorporated in some ceramics were related to the evaporation of boron compounds during a gelation step Furthermore, the addition of boron induced the growth of SiC crystallites, having greater influence for ceramics that have a higher proportion of amorphous fraction and less residual carbon The annealing time slightly influenced the production and evolution of the SiC and C phases Different crystalline profiles were observed according to the investigated ceramic system The sharp crystallization of SiC phase for PTS-derived ceramics, followed by those containing VTMS and MTS, also confirmed as designated XPS from percentages of bands attributed to Si-C and Si-O bonds, was attributed to the carbon content in each polymer precursor Phases Csp2 and Csp3 varied widely according to the chemistry of the precursor Ceramics derived from dissipated PTS showed more satisfactory electroanalytical performance than the other ceramics, mainly induced at 15 oC, B / Si 5 radio with 3h of annealing that stood out among the others due to its high current values (Ia and Ic) in addition to having a catalytic effect on the reaction process of the TBHQ molecule This evidence demonstrates that the presence of organic groups (R ') with higher content of C, higher content of B and longer annealing time tend to favor the formation of conductive and semiconductor phases, which are fundamental for the conductive properties of SiBOC ceramicspt_BR
dc.description.notesTese (Doutorado em Química) - Universidade Estadual de Londrina, Centro de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Químicapt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/9936
dc.languagepor
dc.relation.coursedegreeDoutoradopt_BR
dc.relation.coursenameQuímicapt_BR
dc.relation.departamentCentro de Ciências Exataspt_BR
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual do Centro-Oestept_BR
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Químicapt_BR
dc.subjectOxicarbeto de silíciopt_BR
dc.subjectmaterial cerâmicopt_BR
dc.subjectVoltametriapt_BR
dc.subjectOxicarbeto de silício e boropt_BR
dc.subjectQuímicapt_BR
dc.subjectChemistrypt_BR
dc.subjectSilicon oxicarbidept_BR
dc.subjectCeramic materialspt_BR
dc.subjectVoltammetrypt_BR
dc.subjectSilicon and boron oxycarbidept_BR
dc.titleObtenção de materiais cerâmicos de oxicarbeto de silício e boro (SiBCO) e avaliação de suas potencialidades eletroquímicaspt_BR
dc.typeTesept_BR

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