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SNTESE E CARACTERIZAO DE FILMES DE MANGANITA DE LANTNIO DOPADOS COM ESTRNCIO UTILIZADOS COMO

CTODOS EM PILHAS A COMBUSTVEL DO TIPO XIDO SLIDO

Selma Aparecida Venncio

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIRO - UENF

CAMPOS DOS GOYTACAZES RJ Agosto - 2005

SNTESE E CARACTERIZAO DE FILMES DE MANGANITA DE LANTNIO DOPADOS COM ESTRNCIO UTILIZADOS COMO

CTODO EM PILHAS A COMBUSTVEL DO TIPO XIDO SLIDO

Selma Aparecida Venncio

DISSERTAO APRESENTADA AO CENTRO DE CINCIA E TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE, COMO PARTE DAS EXIGNCIAS PARA OBTENO DE TITULO DE MESTRE EM ENGENHARIA E CINCIA DOS MATERIAIS.

Orientador: Prof. Herval Ramos Paes Junior

CAMPOS DOS GOYTACAZES RJ Agosto - 2005

SNTESE E CARACTERIZAO DE FILMES DE MANGANITA DE LANTNIO DOPADOS COM ESTRNCIO UTILIZADOS COMO

CTODO EM PILHAS A COMBUSTVEL DO TIPO XIDO SLIDO

Selma Aparecida Venncio

Tese apresentada ao Corpo docente do Centro de Cincia e Tecnologia, da Universidade Estadual do Norte Fluminense, como parte das exigncias necessrias para a obteno do ttulo de Mestre (MSc) em Engenharia e Cincia dos Materiais.

Aprovada em 30 de Agosto de 2005 Comisso Examinadora: Dr. Gilmar Clemente Silva (D. Sc. Qumica) UFRJ/COPPE/ PEMM Prof. Paulo Roberto Nagipe da Silva (D. Sc. Qumica) UENF/LCQUI Prof. Angelus Giuseppe Pereira da Silva (Ph.D, Cincias Tcnicas (Materiais)) - UENF/LAMAV Prof. Herval Ramos Paes Junior (D. Sc. Engenharia Metalrgica e de Materiais) UENF/LAMAV (Orientador)

CAMPOS DOS GOYTACAZES RJ

AGOSTO DE 2005

Ao meu querido pai, Domiciano Venncio e minha querida me, Leni Carolina da Cruz, a vocs dedicado este trabalho.

Obrigada por tudo.

AGRADECIMENTOS

Esta pgina significa, para mim, mais do que uma prtica habitual na

redao de textos como este, mas especialmente a oportunidade de revelar minha

gratido sincera e profunda queles que foram essenciais para a realizao desta

dissertao.

Agradeo, primeiramente, a Deus, cuja bondade e misericrdia tm se

revelado sempre em minha vida, atravs do amparo constante, da presena

reconfortadora e, principalmente, atravs da renovao das oportunidades.

Ao longo da concepo desta tese, o apoio de diversas pessoas marcou o

rumo e a maneira com a qual me dediquei ao trabalho. inegvel que o amor e

incentivo foi dado pelas pessoas que mais amo; desta maneira, meus mais

profundos agradecimentos a meus pais, irmos e sobrinhos.

Quando comeo a pensar nos difceis estgios pelos quais passei neste

projeto, no posso deixar de agradecer as pessoas que foram importantes na minha

vida nesse perodo:

Ao meu orientador professor Herval Ramos Paes Junior, pela confiana,

depositada desde o incio do trabalho (que espero ter correspondido). Gostaria de

agradecer tambm pelo apoio, pelos ensinamentos, compreenso, pelas discusses,

que foram extremamente teis. Pelo extraordinrio ser humano e competente

professor.

tambm um prazer agradecer o apoio que recebi durante todo este perodo

por todos meus colegas e amigos do laboratrio de filmes finos, os quais

compartilharam comigo cada momento desta etapa, sempre tornando a rotina do

laboratrio mais fcil. Muito obrigada Sarah Rabelo, Josemar Souza, Cludio Andr,

Cezar Manzini, Ctia Viana, Alzimar Gomes e Victor Barbosa. Em especial, a Sarah

Rabelo, sempre solcita, foi muito importante com sua ajuda, amizade, conselhos e

sua companhia, e apoio psicolgico nos momentos mais crticos, principalmente aos

sbados, domingos e feriados que passamos juntos no laboratrio.

Gostaria de agradecer tambm a imensa pacincia dos tcnicos Carlan

Ribeiro, Igo Charli e Ronaldo Quintanilha por todos os "pormenores" resolvidos,

agilizando o desenvolvimento deste trabalho.

Sou muito grata ao Prof. Dr. Angelus Giuseppe por todo apoio dado nas

anlises de microscopia eletrnica de varredura e pelo extraordinrio professor, pela

amizade, que me faz admir-lo e respeit-lo a cada dia mais.

Ao Prof. Jonas Alexandre e o tcnico Andr pelas anlises de XPFS, e por

toda a ateno dada nas inmeras visitas ao LECIV.

A Dr. Rosane Magalhes do LCFIS/CCT/UENF, a quem devo algumas

anlises por difrao de raios-X.

Ao CBPF, por toda a ateno dedicada na realizao das anlises de difrao

de raios-X, principalmente durante a parte final do desenvolvimento desta

dissertao.

Agradeo do fundo do meu corao, as minhas amigas, Amanda Camerini e

Karine Godinho. Eu sei que me agentar por todo esse tempo no deve ter sido

fcil, a vocs devo realmente dizer Muito Obrigada, por tudo. Foi nesta etapa da

vida uma prova difcil, e vocs me ensinaram, a cada dia, que no se pode ser feliz

sozinho.

No posso deixar de agradecer aos grandes amigos que, de uma forma ou de

outra, contriburam para o meu crescimento pessoal e profissional. Aos colegas

Bruno Carlos, Luciano Jos, Sidnei Souza, Marclio Nunes, Rosenberg, Rodolfo

pelas brincadeiras e amizade. Ao Flvio ries, Djalma Sousa, Elaine Pereira e rica

Marques, com quem compartilhei alegrias, problemas e dvidas.

Por fim, gostaria de agradecer ao CNPq (CT-Energ), FAPERJ e UENF, pelo

apoio financeiro.

A todos, meus sinceros agradecimentos.

Resumo da dissertao apresentada ao CCT-UENF como parte dos requisitos para

obteno do grau de Mestre em Engenharia e Cincia dos Materiais

SNTESE E CARACTERIZAO DE FILMES DE MANGANITA DE LANTNIO DOPADOS COM ESTRNCIO UTILIZADOS COMO

CTODOS EM PILHAS A COMBUSTVEL DO TIPO XIDO SLIDO

Selma Aparecida Venncio

30 de Agosto de 2005

Orientador: Prof. Herval Ramos Paes Junior

Neste trabalho so investigados os efeitos das condies de deposio,

dopagem e processamento trmico de filmes de manganita de lantnio intrnsecos

(LaMnO3) e dopados com estrncio (La1-xSrxMnO3 para 0 x 0,4) depositados por

spray-pirlise sobre suas propriedades eltricas, estruturais e morfolgicas visando

sua aplicao como ctodo em pilhas a combustvel de xido slido para operao

em temperaturas intermedirias (IT-SOFC). Estes filmes foram depositados por

spray-pirlise sobre substrato de silcio monocristalino (100) tipo p a partir de uma

soluo precursora contendo nitrato de lantnio, sulfato de mangans e cloreto de

estrncio. Alguns parmetros de deposio foram fixados e a temperatura do

substrato variou entre 350 e 400C. Os processamentos trmicos dos filmes foram

realizados em atmosfera ambiente com temperatura de tratamento de 800, 900 e

1000oC durante 2 horas. A caracterizao por difrao de raios-X revelou que os

tratamentos propiciaram a formao das fases esperadas com a estrutura da

perovskita. Na caracterizao eltrica observou-se o aumento da condutividade

eltrica em relao do filme intrnseco na medida em que se eleva a concentrao

de dopante para os filmes tratados a 900 e 1000oC. A anlise da microestrutura dos

filmes revelou que com o aumento do nvel da dopagem com Sr, obtm-se reduo

no tamanho de gro e aumento na porosidade, apresentando uma espessura

adequada para aplicao como ctodo em SOFC.

Abstract of the dissertation presented to CCT-UENF as part of the requirements

for obtaining of Master Degree in Engineering and Materials Science

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF LANTHANUM MANGANITE FILMS DOPED WITH STRONTIUM USED AS CATHODES IN SOLID OXIDE FUEL

CELLS

Selma Aparecida Venncio

August 30, 2005.

Advisor: Prof. Herval Ramos Paes Jnior

In this work are investigated the effects of the deposition conditions, doping

and thermal processing of intrinsic (LaMnO3) and doped with strontium (La1-xSrxMnO3

for 0 < x 0,4) lanthanum manganite films deposited by spray-pyrolysis on their

electric, structural and morphological properties, seeking its application as cathode in

solid oxide fuel cells for operation in intermediate temperatures (IT-SOFC). These

films were deposited by spray-pyrolysis on p-type (100) monocrystalline silicon

substrates starting from a precursory solution containing lanthanum nitrate,

manganese sulfate and strontium chloride. Some deposition parameters were fixed

and the substrate temperature varied between 350 and 400C. The thermal

processing of the films were accomplished in air with treatment temperature of 800,

900 and 1000oC during 2 hours. The characterization by X-ray diffraction of revealed

that the thermal treatments propitiated the formation of the expected phases with the

structure of the perovskite. In the electrical characterization for the heat- treated films

at 900 and 1000oC the increase of the electric conductivity was observed in relation

to the intrinsic film as increases the Sr concentration on precursory solution. The

analysis of the microstructure of the films revealed that with the increase of Sr

doping, the grain size decreases and the porosity increases, presenting an

appropriate thickness for application as cathode in SOFC.

ndice Geral

NDICE GERAL NDICE DE FIGURAS

IV

NDICE DE TABELAS NDICE DE NOMENCLAT