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dc.creatorRocha, Tatiane Manke da
dc.date.accessioned2021-08-05T18:58:19Z
dc.date.available2021-08-05T18:58:19Z
dc.date.issued2019-10-30
dc.identifier.citationROCHA, Tatiane Manke da. Investigação estrutural e espectroscópica de aluminatos de cálcio: uma abordagem teórico/experimental. 2019. 51f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2019.pt_BR
dc.identifier.urihttp://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/7921
dc.description.abstractThe main component of Portland cement is clinker, which is a mixture of several products, the main one being calcium aluminate (CA), which turns out to be the precursor of the cement setting/hardening process. This precursor may have more than one phase, where each of these ends up changing its physical and chemical properties, one of the present phases is tricalcium aluminate (C3A), being the most reactive among aluminates, reacting instantly with the water within seconds, showing rapid hardening. In addition to being used in clinker, C3A is a very refined material and has been widely studied as a basis for biomaterials, dentistry and orthopedic fields applications. Despite these numerous studies there is still much to discover about this compound, especially in photoelectric areas, studies on its Band gap and variations of it. Despite the studies with this compound, there is a lack of microstructural analyzes in the literature that analyze what happens when the temperature and proportions of the precursors are varied, thus, this work analyzes what happens with this material in X-ray Diffraction analyzes, micro-Raman spectroscopy, UV-vis and Band gap spectroscopy, and from these analyzes you can get a discussion of the use of this material in future applications. The main synthesis methods described in the literature are defined by three types: solid state, wet chemistry and hydrothermal. The use of unusual methods for the synthesis of CAs is justified by the fact that they improve the qualities and properties of the final product, obtain lower production costs and especially the reduction of the formation temperature of the compound. The polymeric precursor method, known as a variant of the Pechini method, created in 1967, allows a significant decrease in temperature by approximately 40 %. Therefore, the use of this technique has been widely used for CA compounds, ceramic materials preparations. among others as the Perovskites. From this fact, nine samples of C3A nanoparticulate powders with three different proportions of the base compound were obtained for three calcination temperatures, obtained by the polymeric precursor method. To know what happens when there are changes in proportions, we studied the variation in the proportion of aluminum nitrate and calcium nitrate with different calcination temperatures for the nine samples. The X-ray diffraction analyzes showed that the samples have the presence of C3A and other secondary phases such as mayenite (C12A7) as expected, besides the presence of organic and analogous materials. to mixing materials which are characteristic of the process of obtaining the powders. As the temperature increases, the concentration of C3A also increases, becoming the majority phase, as expected. From this fact, the presence of these secondary materials was confirmed by micro-Raman microscopy analysis, showing characteristic vibrations of these secondary compounds and mainly of the primordial phase at C3A. For the UV-vis spectroscopy analysis, the energy gaps characteristic of the two main phases of the samples were identified, showing that the secondary phase C12A7 containing a Band gap around 5 eV, ends up modifying the C3A phase energy, but as the temperature increases, C3A turns out to be the only phase and thus has its power Band gap around 5,9 eV. To complement this study, an "ab initio" calculation was made with the aid of the CRYSTAL09 structure calculation program. The presence of indirect type Bands gap was determined, where in the valence band and driving band they go from the ’k points’ X to R, respectively. Due to the lack of answers in the literature, it has not been possible to identify all the vibrations present in our micro-Raman spectroscopies. However, it is clear that there are severe changes in spectra as a function of calcium and aluminum concentration and temperatures. It is observed that some vibrational modes cease to exist in detriment of the emergence of others indicating local structural changes for the compounds. This indicates that there is still much to research and find out about this compound. This justifies the more detailed investigation of this compound using advanced ab initio calculation techniques.pt_BR
dc.description.sponsorshipSem bolsapt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pelotaspt_BR
dc.rightsOpenAccesspt_BR
dc.subjectCiência e engenharia de materiaispt_BR
dc.subjectC3Apt_BR
dc.subjectPrecursores poliméricospt_BR
dc.subjectAnálises microestruturaispt_BR
dc.subjectPolymeric precursorspt_BR
dc.subjectMicrostructural analysispt_BR
dc.titleInvestigação estrutural e espectroscópica de aluminatos de cálcio: uma abordagem teórico/experimentalpt_BR
dc.title.alternativeSTRUCTURAL AND SPECTROSCOPIC INVESTIGATION OF CALCIUM ALUMINATES: A THEORETICAL / EXPERIMENTAL APPROACHpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4166018085462159pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6395095165722635pt_BR
dc.description.resumoO 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".pt_BR
dc.publisher.departmentCentro de Desenvolvimento Tecnológicopt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUFPelpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICApt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.contributor.advisor1Moreira, Mário Lúcio


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