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metadata.dc.type: Dissertação
Title: DESENVOLVIMENTO, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO DE MATERIAL CERÂMICO PIEZOELÉTRICO
metadata.dc.creator: Ferreira, Willer Mota
metadata.dc.contributor.advisor1: Reis, Idalci Cruvinel dos
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Guerra, José de Los Santos
metadata.dc.contributor.referee1: Silva, Atair Carvalho da
metadata.dc.contributor.referee2: Felipe, Alexsandro dos Santos
metadata.dc.description.resumo: O presente estudo tem por objetivo desenvolver um material cerâmico piezoelétrico (baseado em Titanato Zirconato de Chumbo) que terá como finalidade um sensor e que ao trabalhar sua aplicação, com o auxílio de uma plataforma de prototipagem eletrônica (arduíno), o sensor possa gerar tensão elétrica em resposta a pressão mecânica, dando indícios que o sensor pode ser usado na detecção de falhas estruturais. O pó cerâmico foi preparado por meio de mistura de óxidos (PbO, ZrO2 e TiO2), respeitando a composição definida, sendo Pb(Zr0,55Ti0,45)O3. Os pós foram calcinados em 850°C por 2h e prensados em formato de pastilhas, que em seguida foram sinterizadas a 1150°C por 2h. Foram realizados ensaios de caracterização estruturais (DRX e Raman), microestruturais (MEV, EDS e WDS) e caracterização dielétrica, após o desenvolvimento e caracterização do material cerâmico, o mesmo foi aplicado/avaliado com o auxílio de um arduíno. Os resultados de DRX demonstraram a formação das fases do PZT desejadas, a espectroscopia Raman confirmou a fase romboédrica do material, apresentando seus modos característicos e nos parâmetros esperados. Na análise de MEV foi analisado a morfologia do material, também foi observado aumento significativo do tamanho médio dos grãos (4,68 μm- Pastilha sinterizada) quando comparado ao tamanho médio das partículas da amostra calcinada (1,57 μm). Com o EDS foi possível identificar os reagentes presentes em diferentes pontos do material, os dados de EDS foram aprimorados quantitativamente com o auxílio do ensaio de WDS, e a média da porcentagem de cada reagente identificado em diferentes pontos analisados na amostra (68,54% de PbO; 19,36% de ZrO2 e 11,11% de TiO2) apresenta valores próximos a quantidade estabelecida no início do estudo. O ensaio de propriedades dielétricas demonstrou alta permissividade para o material e que de fato ele está na composição prevista (55/45), além de confirmar um material em sua fase romboédrica, a comparação dos resultados foi realizada baseando no diagrama de fases do PZT. A aplicação se deu com o auxílio do arduíno, em que a força máxima e de valor conhecido (0,0670N) foi aplicada sobre o sensor, o arduíno captou os resultados emitidos pelo sensor em forma de potencial elétrico, e o valor máximo de pressão resultou em resposta de 5v. Diante destes resultados, o material aqui produzido apresenta potencial a ser usado como sensor de vibração na detecção de possíveis falhas estruturais.
Abstract: This study aims to develop a piezoelectric ceramic material (based on lead zirconate titanate) that will have as its purpose a sensor and by working its application, with the help of an electronic prototyping platform (arduino), the sensor can generate an electrical voltage in response to mechanical pressure, giving indications that the sensor can be used to detect structural failures. The ceramic powder was prepared by mixing oxides (PbO, ZrO2 and TiO2), respecting the defined composition, being Pb(Zr0,55Ti0,45)O3. The powders were calcined at 850°C for 2h and pressed in tablet form, which were then sintered at 1150°C for 2h. Structural (DRX and Raman), microstructural (SEM, EDS and WDS) and dielectric characterization tests were performed, after the development and characterization of the ceramic material, it was applied/assessed with the aid of an arduino. The DRX results demonstrated the formation of the desired PZT phases, Raman spectroscopy confirmed the rhomboid phase of the material, presenting its characteristic modes and the expected parameters. In SEM analysis the morphology of the material was analyzed, a significant increase in the average grain size (4.68 μm- Sintered wafer) was also observed when compared to the average particle size of the calcined sample (1.57 μm). With the EDS it was possible to identify the reagents present in different points of the material, the EDS data were quantitatively improved with the aid of the WDS assay, where the average percentage of each reagent identified in different points analyzed in the sample (68.54% of PbO; 19.36% of ZrO2 and 11.11% of TiO2) presents values close to the quantity established at the beginning of the study. The dielectric properties assay showed a high permissiveness for the material and in fact it is in the predicted composition (55/45), besides confirming a material in its rhomboid phase, the comparison of the results was made based on the PZT phase diagram. The application was made with the arduino help, where a maximum force and known value (0.0670N) was applied on the sensor, then the arduíno captured the results emitted by the sensor in the form of electrical potential, where the maximum value of pressure resulted in a response of 5v. In view of these results, the material produced here presents a potential to be used as a vibration sensor to detect possible structural failures.
Keywords: Piezoeletricidade
PZT
Ferroeletricidade
Sensor
Arduíno
metadata.dc.subject.cnpq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Instituto Federal Goiano
metadata.dc.publisher.initials: IF Goiano
metadata.dc.publisher.department: Campus Rio Verde
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Aplicada e Sustentabilidade
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ifgoiano.edu.br/handle/prefix/1492
Issue Date: 30-Nov-2020
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Aplicada e Sustentabilidade



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