Síntese sol-gel de ferrita de bismuto (BiFeO3) dopada com terras raras para obtenção de pigmentos “frios”

Abstract

O presente trabalho de conclusão de curso aborda revisão bibliográfica sobre pigmentos inorgânicos frios de baixa toxicidade obtidos a partir da ferrita de bismuto (BiFeO3) dopada com elementos terras raras obtidos pela rota Sol-Gel, bem como o planejamento e execução da síntese de ferrita de bismuto e sua dopagem. A ferrita de bismuto apresenta uma estrutura do tipo perovskita, romboédrica e distorcida na região [111], apresenta propriedades multiferróicas, fotocatalíticas e ópticas, fazendo com que seja um material capaz de ser aplicado em diversas áreas, inclusive para a obtenção de pigmentos inorgânicos frios. Assim, são objetivos do estudo a síntese da ferrita de bismuto dopada com óxidos de elementos terras raras em diferentes concentrações molares usando a rota Sol-Gel. As primeiras tentativas da síntese Sol-Gel foram realizadas mediante a preparação da solução com os precursores metálicos em forma de nitratos (bismuto, ferro e lantânio) e o solvente, nesse caso ácido nítrico (HNO3). Para auxiliar a síntese foi adicionado ainda o ácido cítrico como agente quelante, facilitando as reações de hidrólise e condensação, e a acrilamida para o controle de tamanho de partícula. Os resultados obtidos ainda não permitiram obter um gel com as condições adequadas para a calcinação, estudos adicionais são necessários. Com os pós obtidos na síntese será efetuada a caracterização por calorimetria exploratória diferencial (DSC/TG), difração de Raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrofotometria UV-Vis (modelo Kubelka-Munk e parâmetros colorimétricos CIElab). No entanto, uma detalhada revisão bibliográfica sobre a BiFeO3 é apresentada no que diz respeito à suas propriedades ópticas, como índice de refração, band gap, estrutura cristalina e dopagem o que será de grande valia para auxiliar a discussão dos resultados futuros.

This course conclusion work addresses a bibliographic review cool inorganic pigments with low toxicity obtained from bismuth ferrite (BiFeO3) doped with rare earth elements through the Sol-Gel route, as well as the planning and execution of the synthesis of the bismuth ferrite and its doping. Bismuth ferrite has a perovskite, rhombohedral and distorted structure in the region [111], has multiferroic, photocatalytic and optical properties, turning it into a material ready to be applied to a wide range of different engineering areas, including the cool inorganic pigments. Thus, the objectives of the study are the synthesis of bismuth ferrite doped with oxides of rare earth elements in different molar concentrations through the Sol-Gel route. The first attempts at Sol-Gel synthesis were carried out by preparing the solution with metallic precursors in the form of nitrates (bismuth, iron and lanthanum) and the solvent combined, in this case nitric acid (HNO3). For a better synthesis, citric acid was added as a chelating agent, making the hydrolysis and condensation reactions easier, and acrylamide for controlling the particle size. The results obtained have not yet made it possible to obtain a gel with the appropriate conditions for calcination, further studies will be necessary. The powders obtained in the synthesis will be characterized by differential scanning calorimetry (DSC/TG), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and UV-Vis spectrophotometry (Kubelka-Munk model and CIElab colorimetric parameters). However, a detailed bibliographic review on BiFeO3 is presented with regard to its optical properties, such as refractive index, band gap, crystalline structure and doping, which will be of great value to help the discussion of future results.