Análises estrutural, nanoestrutural, e quantitativa de fases em materiais cerâmicos de interesse tecnológico, utilizando difração de raios X pelo método do pó

Abstract

Métodos de determinação de tamanho de cristalito e microdeformação da rede cristalina utilizando difratometria de raios X por pó foram discutidos e aplicados em três sistemas cerâmicos de interesse tecnológico: LiCoO2 preparado por combustão ou pelo método de Pechini; SnO2 não dopado e dopado com 5% de cério ou 5% de ítrio ou 5% de lantânio, tratados termicamente a 550oC, 720oC, 820oC, 920oC, 1000oC e 1100oC; e hidroxiapatita preparada pelo método da emulsão. Foram discutidas (i) as análises qualitativas de tamanho de cristalito-deformação (td) utilizando gráficos da largura-total-a-meia-altura (fwhm) em função do ângulo de difração 2θ; (ii) a análise isotrópica pelo método de Rietveld utilizando a função Thompson-Cox-Hastings, modificada por Young e Desai (TCHZ); (iii) o gráfico de Williamson-Hall (iv) o método “double-Voigt” e (v) o método fenomenológico de Peter Stephens aplicado ao método de Rietveld. Foram desenvolvidos dois programas escritos para o programa MathCad® 7.0 que calculam o tamanho de cristalito e a microdeformação utilizando o gráfico de Williamson-Hall e o método “double-Voigt”, respectivamente. O método da máxima entropia foi utilizado neste trabalho como complementar ao método de Rietveld para a obtenção dos mapas de densidades eletrônicas da hidroxiapatita. A análise qualitativa de tamanho de cristalito e microdeformação da rede cristalina foi aplicada ao sistema LiCoO2. Este estudo revelou que a fase LiCoO2 trigonal predomina, acompanhada de uma pequena quantidade da fase espinélio Co3O4 cúbica. Observou-se que tanto os cristalitos quanto as microdeformações são maiores quando se utiliza o método de Pechini. Nas análises utilizando o método de Rietveld e a TCHZ nas amostras de SnO2, observou-se que enquanto os cristalitos aumentam com o aumento da temperatura de tratamento, as microdeformações diminuem...

Methods for crystallite size and microstrain determination using x-ray powder diffractometry are discussed and applied to three interesting technological ceramics systems: LiCoO2 prepared by combustion or Pechini methods, SnO2 non doped and doped with 5% of cerium or 5% of yttrium or 5% of lanthanum, heat-treated at 550oC, 720oC, 820oC, 920oC, 1000oC and 1100oC, and hydroxylapatite prepared by emulsion method. Are discussed (i) the crystallite size-deformation (td) qualitative analyses using fwhm as 2θ function; (ii) the isotropic analysis by Rietveld method using the modified Young and Desai Thompson-Cox-Hastings function (TCHZ); (iii) the Williamson-Hall plot, (iv) the double-Voigt method and (v) Peter Stephens' phenomenological method applied to the Rietveld method. Two programs to calculate the crystallite size and the microstrains are developed to be used in the MathCad® 7.0 program, using the Williamson-Hall plot and double-Voigt method, respectively. The maximum entropy method was used in this work as complemental to the Rietveld method for obtaining the electron densities maps of hydroxyapatite. The size-strain qualitative analysis was applied to the LiCoO2 system. This study revealed that LiCoO2 trigonal phase prevails, followed by of a small amount of spinel Co3O4 cubic phase. It is observed that crystallites and microstrains are larger when the Pechini method is used. Analysis using the Rietveld method and TCHZ function in SnO2 samples, allow to observe that, while crystallite size increases when the temperature treatment increase, the microstrains decreases. The non doped samples show greater sizes and smaller strains. The hydroxyapatite size and strain analysis showed differences among the used methods. The Rietveld method using the Peter Stephens' model showed cristallite sizes between 918 Å and 869 Å, in the parallel and perpendicular directions of broadening axis...(Complete abstract click electronic access below)