@MastersThesis{Mendes:2019:OtElSe,
author = "Mendes, Jana{\'{\i}}na Pereira",
title = "Otimiza{\c{c}}{\~a}o de elementos sensores capacitivos de
comp{\'o}sitos de cer{\^a}micas porosas de
zirc{\^o}nia-tit{\^a}nia para aplica{\c{c}}{\~a}o no
monitoramento da umidade relativa do ar",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2019",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2019-05-02",
keywords = "sensores cer{\^a}micos capacitivos, umidade relativa do ar,
sensores de ZrO2+TiO2+Li+, capacitive ceramic sensors, relative
humidity, ZrO2+TiO2+Li+ sensors.",
abstract = "O Brasil {\'e} um pa{\'{\i}}s com uma grande extens{\~a}o
territorial e possui v{\'a}rias regi{\~o}es clim{\'a}ticas com
combina{\c{c}}{\~o}es diferentes de umidade e de temperatura
ambiente. As cer{\^a}micas s{\~a}o materiais que apresentam
propriedades capazes de suportar estas condi{\c{c}}{\~o}es de
uso, al{\'e}m de resist{\^e}ncia alta {\`a}
degrada{\c{c}}{\~a}o por radia{\c{c}}{\~a}o solar. Portanto, o
Grupo de Pesquisa em Micro e Nanotecnologias em Cer{\^a}micas e
Comp{\'o}stios (TECAMB) do Laborat{\'o}rio Associado de Sensores
e Materiais (LABAS) do INPE, desde 1999 tem investigado elementos
sensores cer{\^a}micos porosos de ZrO2-TiO2 com excelentes
resultados. Nesse trabalho tem os seguintes objetivos: i) aumentar
a reprodutibilidade dos valores de capacit{\^a}ncia destes
sensores em umidades relativas de ar inferiores a 95%, adotando a
mistura de p{\'o}s defloculados e ii) aumentar os valores de
capacit{\^a}ncia na faixa de 35 a 55% de umidade relativa pela
adi{\c{c}}{\~a}o de Li+. Os materiais cer{\^a}micos comerciais
utilizados para confeccionar os elementos sensores foram ZrO2 na
fase monocl{\'{\i}}nica e TiO2 na fase cristalina
rut{\'{\i}}lio. Os p{\'o}s comerciais de ZrO2 e de TiO2 foram
misturados e defloculados na propor{\c{c}}{\~a}o de 1:1 (em mol)
em moinho de bolas rotat{\'o}rio em suspens{\~a}o aquosa com
defloculante Dolapix CE 64 fabricado por Zschimmer and Zchwarz.
Foram preparados 2 tipos de mistura defloculada: i) ZrO2 e de TiO2
(1:1 em mol) e ii) ZrO2 e de TiO2 (1:1 em mol) com
adi{\c{c}}{\~a}o de 5 mol % de Li+ (na forma do sal perclorato
de l{\'{\i}}tio anidro LiClO4). As misturas dos p{\'o}s foram
caracterizadas quanto a morfologia e homogeneidade por MEV
(microscopia eletr{\^o}nica de varredura), as fases cristalinas
por difratometria de raios X (DRX) e a {\'a}rea superficial
espec{\'{\i}}fica por B.E.T. Os p{\'o}s foram conformados por
prensagem uniaxial e unidirecional a 60 MPa no formato de
pastilhas cil{\'{\i}}ndricas com 10 mm de di{\^a}metro e 3 mm
de altura e sinterizadas em 900, 1000 e 1100°C. As pastilhas
sinterizadas foram caracterizadas quanto a morfologia e
homogeneidade qu{\'{\i}}mica por MEV (Microsc{\'o}pio
eletr{\^o}nico de varredura), as fases cristalinas por
difratometria de raios X (DRX), a {\'a}rea superficial
espec{\'{\i}}fica por B.E.T e distribui{\c{c}}{\~a}o de
tamanhos de poros por porosimetria de merc{\'u}rio. As pastilhas
foram montadas com fita de carbono simulando as placas paralelas e
eletrodos formando um sensor do tipo capacitivo e posteriormente
foram feitas as caracteriza{\c{c}}{\~o}es el{\'e}tricas
atrav{\'e}s de medi{\c{c}}{\~o}es de capacit{\^a}ncia pela
ponte RLC (Resistor, Indutor e Capacitor) em fun{\c{c}}{\~a}o de
valores crescentes da umidade relativa, sob varia{\c{c}}{\~a}o
de temperatura dada pela c{\^a}mara clim{\'a}tica. Os resultados
indicaram que os elementos sensores cer{\^a}micos com
l{\'{\i}}tio (ZrO2+TiO2+Li+) sinterizados em 900ºC apresentaram
maior varia{\c{c}}{\~a}o dos valores de capacit{\^a}ncia em
fun{\c{c}}{\~a}o da umidade relativa do ar entre 35% a 95% nas
temperaturas de 25ºC a 55ºC. Este resultado viabiliza a
confec{\c{c}}{\~a}o de sistemas completos de coleta de dados
para uso em ambiente externo. ABSTRACT: Brazil is a country with a
great territorial extension and has several climatic regions with
different combinations of humidity and ambient temperature.
Ceramics are materials that have properties capable of
withstanding these conditions of use, in addition to high
resistance to degradation by solar radiation. Therefore, the
Research Group on Micro and Nanotechnologies in Ceramics and
Compounds (TECAMB) of INPE's Associated Laboratory of Sensors and
Materials (LABAS), since 1999 has investigated porous ceramic
elements of ZrO2-TiO2 with excellent results. This work has the
following objectives: i) to increase the reproducibility of the
capacitance values of these sensors in relative humidity of less
than 95%, adopting the mixture of deflocculated powders and ii) to
increase the capacitance values in the range of 35 to 55% of
relative humidity by the addition of Li+. The commercial ceramic
materials used to make the sensor elements were ZrO2 in the
monoclinic phase and TiO2 in the rutile phase. The ZrO2 and TiO2
commercial powders were mixed and deflocculated in a ratio of 1:1
(in mol) to a water suspension rotary ball mill with Dolapix CE 64
dispersant manufactured by Zschimmer and Zchwarz. Two types of the
deflocculated mixture were prepared: i) ZrO2 and TiO2 (1:1 mol)
and ii) ZrO2 and TiO2 (1: 1 mol) with the addition of 5 mol% Li +
(as perchlorate salt of anhydrous lithium-LiClO4). The powder
mixtures were characterized in terms of morphology and homogeneity
by SEM (scanning electron microscopy), crystalline phases by X-ray
diffraction (XRD) and the specific surface area by B.E.T. The
powders were formed by uniaxial and unidirectional pressing at 60
MPa in the shape of cylindrical pellets 10 mm in diameter and 3 mm
in height and sintered at 900, 1000 and 1100°C. The sintered
pellets were characterized as morphology and chemical homogeneity
by SEM (Scanning Electron Microscopy), crystalline phases by X-ray
diffraction (XRD), specific surface area by BET and pore size
distribution by porosimetry of mercury. The pellets were mounted
with carbon tape simulating the parallel plates and electrodes
forming a capacitive type sensor and later the electrical
characterizations were made through capacitance measurements by
the RLC bridge as a function of increasing values of relative
humidity, under temperature variation given by climatic chamber.
The results indicated that the ceramic sensors with lithium
(ZrO2+TiO2+Li+) sintered at 900°C showed a greater variation of
the capacitance values as a function of the relative air humidity
between 35% and 95% at temperatures of 25°C to 55°C. This result
enables the creation of complete data collection systems for use
in an external environment.",
committee = "Nono, Maria do Carmo de Andrade (presidente/orientadora) and
Machado, Jo{\~a}o Paulo Barros and In{\'a}cio, Miguel Adriano
and Oliveira, Rodrigo de Matos",
englishtitle = "Optimization of capacitive sensors elements of porous
zirconia-titania composites for application in the relative air
humidity monitoring",
language = "pt",
pages = "90",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3TBJRQL",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3TBJRQL",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "26 abr. 2024"
}