3.2.1 Preparação da solução precursora de titânio
Para obtenção da solução precursora de titânio, a uma dada porção de água destilada inicial sob agitação foi adicionada uma quantidade apropriada de ácido cítrico. Posteriormente, o tetraisopropóxido de titânio foi adicionado a essa solução aquosa de ácido cítrico. Após a completa dissolução do precursor do Ti, o etilenoglicol foi adicionado à solução. As dissoluções foram realizadas com o meio aquecido a 90°C para facilitar a dissolução dos reagentes e também acelerar o processo de polimerização. A relação molar dos reagentes adicionados foi a estabelecida na patente Pechini [91]: 1 mol tetraisopropóxido de titânio: 4 moles de ácido cítrico: 16 moles de etilenoglicol.
Depois de preparada, a solução precursora de titânio foi padronizada com o objetivo de obter a concentração exata de íons Ti na solução. Para a padronização partiu-se de uma massa conhecida da solução que foi colocada em um cadinho de platina. A resina foi calcinada a 800°C por 2 horas para obtenção do TiO2. O óxido formado foi pesado e a concentração de titânio por
grama de solução foi calculada. A padronização foi realizada em triplicata.
3.2.2 Preparação das resinas poliméricas de titanato de lantânio e titanato de
ítrio
Os citratos de lantânio e de ítrio foram obtidos da mesma maneira. Posteriormente, a estas soluções precursoras dos cátions metálicos foi adicionada a solução precursora de titânio em quantidades estequiométricas para a obtenção das resinas poliméricas de titanato de lantânio e de titanato de ítrio. A solução foi então mantida sob agitação a uma temperatura de aproximadamente 90°C para que ocorresse o processo de poliesterificação, seguido da evaporação do excesso de água até atingir uma viscosidade visualmente um pouco acima daquela desejada. A Figura 21 ilustra o fluxograma da síntese das resinas poliméricas de titanato de lantânio e titanato de ítrio.
As resinas obtidas por este processo mostraram-se estáveis sendo possível utilizá-las após meses da data de síntese obtendo-se filmes com boas propriedades.
Figura 21 - Fluxograma da síntese das resinas poliméricas de titanato de lantânio e titanato de ítrio.
FONTE: Próprio autor, 2019.
3.2.3 Preparação dos filmes óxidos heteroestruturados
Ajustadas as viscosidades, as resinas de titanato de lantânio e titanato de ítrio foram depositadas em substratos de silício monocristalino platinizado (Pt/Ti/SiO2/Si), pelo método de
spin coating.
Os substratos foram inicialmente cortados e limpos. Para a limpeza do substrato foram empregadas as seguintes etapas: inicialmente os substratos foram lavados em banho ultrassônico numa solução de detergente neutro e água destilada por 20 minutos à temperatura de 50°C e enxaguados em água destilada, posteriormente foram lavados com álcool isopropílico em banho ultrassônico por 20 minutos à temperatura de 50°C e enxaguados em água destilada e, por último foram lavados em banho ultrassônico em água destilada por 20 minutos à temperatura de 50°C. Por fim, os substratos foram secos em forno tipo mufla onde foram
aquecidos até 500°C a uma taxa de 5°C/min e mantidos nessa temperatura por uma hora, resfriando naturalmente até a temperatura ambiente.
3.2.3.1 Estudo da temperatura de cristalização na nucleação dos filmes
Para a etapa inicial de estudo da temperatura de cristalização na nucleação dos filmes finos, a deposição foi realizada via spin coating por meio de um spin coater da marca Berintecs, da UNIFEI – Campus Itabira.
Nesta etapa foram depositadas duas camadas alternadas de titanato de ítrio e titanato de lantânio onde o processo de deposição consistiu na deposição do material submetido à rotação em velocidade de 5000rpm e tempo de permanência de 30s. A velocidade de rotação e o tempo de permanência adotados neste estudo foram determinados de acordo com os valores apresentados na literatura e a análise visual dos primeiros filmes depositados. A cada camada depositada, o filme foi aquecido em placa de aquecimento por 1 minuto a 150°C para a secagem de água e formação do gel, posteriormente, foi aquecido em placa de aquecimento por 4 minutos a 250°C. Por último, o filme foi aquecido em placa de aquecimento por 4 minutos a 375°C, para eliminação de parte da matéria orgânica da resina. A Figura 22 apresenta um fluxograma do processo de deposição empregado.
Figura 22 - Fluxograma do processo de deposição das heteroestruturas para estudo da temperatura de cristalização na nucleação dos filmes.
Depositada uma primeira camada de um material, repetiu-se o processo de deposição para a segunda camada do outro material. Após a deposição das duas camadas alternadas o filme foi submetido a tratamento térmico, em forno tipo mufla, a três diferentes temperaturas, 750°C, 800°C e 850°C em atmosfera de ar estático por 30 minutos e resfriadas até a temperatura ambiente, formando um filme óxido heteroestruturado cristalino.
3.2.3.2 Estudo do efeito da temperatura de decomposição da matéria orgânica
Para esta etapa de estudo do efeito da temperatura de decomposição da matéria orgânica, a deposição também foi realizada via spin coating por meio de um equipamento Berintecs, da UNIFEI – Campus Itabira
Nesta etapa, a cada camada depositada, o filme foi aquecido em placa de aquecimento por 1 minuto a 150°C para a secagem de água e formação do gel, posteriormente, foi aquecido em placa de aquecimento por 4 minutos a 250°C. Por último, o filme foi aquecido em placa de aquecimento por 4 minutos a 325°C, 350°C e 375°C, para eliminação de parte da matéria orgânica da resina. A Figura 23 apresenta um fluxograma do processo de deposição empregado.
Figura 23 - Fluxograma de deposição das heteroestruturas para estudo da temperatura de decomposição da matéria orgânica.
FONTE: Próprio autor, 2019.
Depositada uma primeira camada de um material, repetiu-se o processo de deposição para a segunda camada do outro material. Após a deposição das duas camadas alternadas o
filme foi submetido a tratamento térmico a 850°C, em atmosfera de ar estático e em fluxo de oxigênio por 30 minutos e resfriadas até a temperatura ambiente, formando um filme óxido heteroestruturado cristalino.