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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/38555| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Avaliação das características termoelétricas e termorresistivas da matriz semicondutora de óxido de zinco dopado com manganês em diferentes concentrações |
| Autor(es): | Nascimento, Jefferson Lira |
| Orientador: | Torquato, Ramon Alves |
| Membro da Banca: | Oliveira, Danniel Ferreira de |
| Membro da Banca: | Silva, Jussiê Ubaldo da |
| Resumo: | No contexto atual, o desenvolvimento científico e tecnológico é fundamental para a necessidade de uma sociedade moderna, como a capacidade de informação, velocidade de dados, autonomia energética, miniaturização de componentes e equipamentos, menor custo de produção e sistema mais eficientes. Nesta visão e realidade, o mundo dos materiais semicondutores exerce um papel fundamental, podemos dizer até essencial. Portanto, o estudo destes materiais sempre terá um apelo científico e tecnológico que chama atenção daqueles que desenvolvem pesquisas. Quando tratamos de sistemas de sensoriamento e produção de energia elétrica é algo que desperta o interesse no que será gerado de resultados. Diante disso, utilizamos neste trabalho a matriz semicondutora de óxido de zinco (ZnO), que possui um gap largo de ≈ 3,37 eV, para que através do processo de dopagem avaliemos o efeito na resposta termorresistiva e termoelétrica desta matriz dopada com o metal de transição manganês (Mn), nas concentrações de x = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 e 0,5 mol de Mn+2, no processo de substituição do Zn+2, no sistema Zn1-xMnxO, utilizando a rota de síntese de reação de combustão para produção dos sistemas. Os sistemas produzidos foram calcinados, beneficiados, prensados e sinterizados em uma temperatura de 1100 ºC com taxa de 10C°/min. Após o preparo, foi analisada sua microestrutura através da Difração de raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) com EDS, análise de largura de gap utilizando a Espectroscopia de Ultravioleta (UV-Vis), respostas termorresistiva e termoelétrica. Os resultados mostraram que houve a formação de uma segunda fase e que sua morfologia é de um material denso com tamanho médio de partícula aumentando mediante o acréscimo da concentração de Mn+2. Considerando 3,37 eV de valor teórico para o ZnO puro, a largura de gap foi afetada com a adição do dopante, sendo o maior valor obtido de 2,91 eV para x = 0,3 mol de Mn+2 e o menor valor encontrado de 2,72 eV para x = 0,5 mol, mas preservando a característica semicondutora mesmo com a dopagem. Nos resultados termorresistivos, houve a produção de um termistor com coeficiente térmico negativo (NTC) onde o β mínimo encontrado foi em x = 0,1 mol de Mn+2 com 4334K para o ensaio de 75°C a 100°C e o melhor para x = 0,2 mol Mn+2 resultando em 6396K no teste de 50°C – 100°C. Portanto os resultados obtidos se mostraram satisfatório para este estudo inicial onde conseguimos produzir termistores NTC com qualidade, reforçado pelo gráfico do ln(ρ) x 1000/T(K), que demonstrou ainda faixas de temperaturas específicas dentro das analisadas, nas quais o β ultrapassou valores comerciais. Nos resultados termoelétricos, obtivemos valores entre -835,53μV/°C e -57,62μV/°C e -72,02μV/°C a -1,02μV/°C do ZnO puro a dopagem de 0,5 mol de Mn em temperaturas de 50°C e 100°C, respectivamente. |
| Abstract: | In the current context, scientific and technological development is fundamental to the needs of a modern society, such as information capacity, data speed, energy autonomy, miniaturization of components and equipment, lower production costs, and more efficient systems. In this vision and reality, the world of semiconductor materials plays a fundamental, even essential, role. Therefore, the study of these materials will always have a scientific and technological appeal that attracts the attention of those who conduct research. When dealing with sensing systems and the production of electrical energy, it is something that sparks interest in the results that will be generated. Therefore, in this work we used the zinc oxide (ZnO) semiconductor matrix, which has a wide band gap of ≈ 3,37 eV, so that through the doping process we could evaluate the effect on the thermoresistive and thermoelectric response of this matrix doped with the transition metal manganese (Mn), at concentrations of x = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 and 0,5 mol of Mn+2, in the Zn+2 substitution process, in the Zn1-xMnxO system, using the combustion reaction synthesis route for the production of the systems. The produced systems were calcined, beneficiated, pressed, and sintered at a temperature of 1100 °C at a rate of 10 °C/min. After preparation, their microstructure was analyzed using X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) with EDS, band gap analysis using Ultraviolet Spectroscopy (UV-Vis), and thermoresistive and thermoelectric responses. The results showed the formation of a second phase, with a dense material whose average particle size increased with increasing Mn+2 concentration. Considering a theoretical value of 3,37 eV for pure ZnO, the band gap width was affected by the addition of the dopant, with the highest value obtained being 2,91 eV for x = 0,3 mol of Mn+2 and the lowest value found being 2,72 eV for x = 0,5 mol, but preserving the semiconductor characteristic even with doping. In the thermoresistive results, a thermistor with a negative thermal coefficient (NTC) was produced, where the minimum β found was at x = 0,1 mol of Mn+2 with 4334K for the 75°C to 100°C test, and the best for x = 0,2 mol Mn+2 resulting in 6396K in the 50°C – 100°C test. Therefore, the results obtained proved satisfactory for this initial study, where we were able to produce high-quality NTC thermistors, reinforced by the ln(ρ) x 1000/T(K) graph, which also demonstrated specific temperature ranges within those analyzed, in which β exceeded commercial values. In the thermoelectric results, we obtained values between -835.53 μV/°C and -57.62 μV/°C and -72.02 μV/°C to - 1.02 μV/°C for pure ZnO doped with 0.5 mol of Mn at temperatures of 50°C and 100°C, respectively. |
| Palavras-chave: | Termoeletricidade Coeficiente de Seebeck Termorresistividade Termistor ZnO Mn Reação de combustão Thermoelectricity Seebeck coefficient Thermoresistivity Thermistor Combustion reaction |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Engenharia de Materiais |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
| 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/123456789/38555 |
| Data do documento: | 9-Fev-2026 |
| Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| JeffersonLiraNascimento_Dissert_Com_Tarjamento.pdf | 5,18 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir | |
| JeffersonLiraNascimento_Dissert_Sem_Tarjamento.pdf | 4,44 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir Solicitar uma cópia |
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