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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38342
Tipo: Tese
Título: Avaliação integrada do envelhecimento térmico e natural de superfícies solares seletivas multicamadas a base de cromo e sílica via análises óptica, morfológica e eletroquímica
Autor(es): Gonçalves, Francielle Cristine Pereira
Orientador: Silva, Kelly Cristiane Gomes da
Membro da Banca: Cavalcante, Danielle Guedes de Lima
Membro da Banca: Torres, Sandro Marden
Membro da Banca: Aquino, Flávia de Medeiros
Membro da Banca: Silva, Fábio Emanuel Franca da
Membro da Banca: Santana, Renato Alexandre Costa de
Resumo: Esta pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento e a avaliação integrada do desempenho óptico, microestrutural e eletroquímico de superfícies solares seletivas à base de Cr/Cr₂O₃, produzidas por magnetron sputtering, visando aplicações em coletores solares operando sob condições térmicas severas. Foram investigadas três configurações de revestimento: S3 (Cr/Cr₂O₃ + Cr₂O₃), S4 (Cr/Cr₂O₃ + SiO₂) e S8 (Cr/Cr₂O₃), caracterizadas logo após a deposição (2021) e após dois anos de envelhecimento por idade (2023), além de tratamentos térmicos acelerados a 200 °C e 350 °C. A absortância solar, determinada por espectroscopia UV-Vis-NIR, manteve-se elevada para todos os sistemas, variando entre 94,93% e 97,61% em 2021 e entre 91,86% e 96,45% em 2023, evidenciando alta estabilidade óptica. A análise por FTIR indicou baixa emissividade no infravermelho médio, associada à elevada refletividade espectral nessa faixa, confirmando o caráter seletivo dos revestimentos. A estimativa do band gap revelou valores entre 0,85 e 4,38 eV em 2021 e 1,53 e 4,56 eV em 2023, indicando evolução química dos filmes e predominância de fases associadas ao Cr₂O₃ após o envelhecimento. As análises morfológicas por MEV e perfilometria mostraram filmes homogêneos, com espessuras entre 64,3 e 270 nm e rugosidades médias Ra inferiores a 35 nm, demonstrando que a morfologia exerceu influência limitada sobre a absortância. Os ensaios eletroquímicos por EIS evidenciaram que a resposta dos filmes é fortemente governada pela microestrutura e pelas interfaces, destacando-se o sistema S4 pela maior resistência à transferência de carga e estabilidade interfacial em altas temperaturas. De forma geral, os resultados demonstram que a engenharia de multicamadas, especialmente com a incorporação de SiO₂, é determinante para a durabilidade e o desempenho global de superfícies solares seletivas. Palavras-chave: Superfícies seletivas, radiação solar, cermet, Cr/Cr2O3, SiO2, envelhecimento térmico e por idade, corrosão.
Abstract: This research aimed to develop and conduct an integrated evaluation of the optical, microstructural, and electrochemical performance of Cr/Cr₂O₃-based solar selective surfaces produced by magnetron sputtering, targeting applications in solar collectors operating under severe thermal conditions. Three coating configurations were investigated: S3 (Cr/Cr₂O₃ + Cr₂O₃), S4 (Cr/Cr₂O₃ + SiO₂), and S8 (Cr/Cr₂O₃). The coatings were characterized immediately after deposition (2021) and after two years of natural aging (2023), as well as after accelerated thermal treatments at 200 °C and 350 °C. Solar absorptance, determined by UV–Vis–NIR spectroscopy, remained high for all systems, ranging from 94.93% to 97.61% in 2021 and from 91.86% to 96.45% in 2023, demonstrating excellent optical stability. FTIR analysis indicated low emissivity in the mid-infrared region, associated with high spectral reflectance in this range, thereby confirming the selective behavior of the coatings. Band gap estimation revealed values between 0.85 and 4.38 eV in 2021 and between 1.53 and 4.56 eV in 2023, indicating chemical evolution of the films and the predominance of Cr₂O₃- related phases after aging. Morphological analyses by SEM and profilometry revealed homogeneous films with thicknesses ranging from 64.3 to 270 nm and average surface roughness (Ra) below 35 nm, demonstrating that morphology exerted a limited influence on solar absorptance. Electrochemical tests by EIS showed that the film response is strongly governed by microstructure and interfacial properties, with the S4 system standing out due to its higher charge transfer resistance and superior interfacial stability at elevated temperatures. Overall, the results demonstrate that multilayer engineering—particularly through the incorporation of SiO₂ is a key factor in achieving durable and high-performance solar selective surfaces.
Palavras-chave: Superfícies seletivas
Radiação solar
Cermet
Cr/Cr2O3
SiO2
Envelhecimento térmico e por idade
Corrosão
Selective surfaces
Solar radiation
Thermal and natural aging
Corrosion
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Mecânica
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38342
Data do documento: 23-Mar-2026
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

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