Investigação estrutural e espectroscópica de aluminatos de cálcio: uma abordagem teórico/experimental
Resumo
O principal componente do cimento Portland é o clínquer, que é uma mistura de diversos produtos, sendo que o principal é o aluminato de cálcio (CA), que acaba por ser o precursor do processo de pega/endurecimento do cimento. Este precursor pode ter mais de uma fase, onde cada uma destas acaba por alterar suas propriedades físicas e químicas, uma das fases presentes é o aluminato tricálcio (C3A), sendo a mais reativa dentre os aluminatos, reagindo instantaneamente com a água em poucos segundos, apresentando rápido endurecimento. Além de ser utilizado no clínquer, o C3A é um material muito refinado, e vem sendo muito estudado como base para aplicações de biomateriais, odontologia e campos ortopédicos. Apesar destes inúmeros estudos ainda há muito o que se descobrir sobre este composto, principalmente em áreas fotoelétricas, estudos sobre seu Band gap e variações do mesmo. Apesar dos estudos realizados com este composto, na literatura há uma carência em análises microestruturais que analisem o que ocorre quando a temperatura e proporções dos
precursores são variadas, assim, este trabalho analisa o que ocorre com este material em análises de Difração de Raios X, espectroscopia micro-Raman, espectroscopia UV-vis e Band gap, e a partir destas análises poder obter uma discussão da utilização deste material em futuras aplicações. Os principais métodos de síntese descritas na literatura são definidas por três tipos: estado sólido, química úmida e hidrotermal. A utilização de métodos não usuais para a síntese dos CAs é justificado pelo fato de melhorar as qualidades e propriedades do produto final, obter menor custo para a produção
e principalmente a redução da temperatura de formação do composto. O método dos precursores poliméricos, conhecido como uma variante do método Pechini, criado em 1967, permite uma diminuição significativa da temperatura em aproximadamente 40%, por este fato a utilização desta técnica vem sendo muito utilizada para compostos de CAs, preparos de materiais cerâmicos entre outras como as perovskitas. Partindo deste fato, foram feitas nove amostras de pós nanoparticulados de C3A com três diferentes proporções do composto base, para três temperaturas de calcinação,
obtidas pelo método dos precursores poliméricos. Para saber o que acontece quando se tem mudanças de proporções, foi estudado a variação na proporção de nitrato de alumínio e de nitrato de cálcio com diferentes temperaturas de calcinação para as nove amostras. Pelas análises feitas de Difração de Raios X, foi comprovada que as amostras possuem a presença do C3A e de outras fases secundarias como a mayenita (C12A7) como era esperado, além da presença de materiais orgânicos e
análogos aos materiais de mistura que são característicos do processo de obtenção dos pós. A medida em que a temperatura aumenta, a concentração de C3A também aumenta, tornando-se a fase majoritária, como era o esperado. Partindo deste fato, a presença destes materiais secundários foi comprovada pela análise de microscopia micro-Raman, mostrando vibrações características destes compostos secundários e principalmente da fase primordial a C3A. Já para a análise de espectroscopia UV-vis foi identificado os Band gap’s de energia característicos das duas fases principais das amostras, mostrando que a fase secundária C12A7 contendo um Band gap em tono de
5 eV, acaba modificando o Band gap de energia da fase C3A, mas a medida em que a temperatura aumenta, C3A acaba por ser a única fase e assim possuir seu Band gap de energia em torno de 5,9 eV. Para a complementação deste estudo foi feito um cálculo "ab initio"com o auxilio do programa de cálculo de estrutura CRYSTAL09. Foi determinada a presença de Bands gap do tipo indireto, onde na banda de valência e banda de condução partem dos ’pontos k’ X para R, respectivamente. Pela falta de respostas na literatura, ainda não foi possível identificar todas as vibrações presentes em nossas espectroscopias micro-Raman. Entretanto é nítido que há mudanças severas dos espectros tanto em função da concentração de cálcio e alumínio quanto em relação as temperaturas. Observa-se que alguns modos vibracionais deixam de existir em detrimento do surgimento de outros indicando mudanças estruturais de ordem local para os compostos. Isto que indica que ainda há muito o que se pesquisar e descobrir sobre este composto. Tal fato justifica a investigação mais detalhada deste
composto, utilizando-se de técnicas avançadas de cálculos "ab initio".
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