Análise Termobarométrica Aplicada à Síntese de Supercondutores Cerâmicos de Mercúrio

Apresentamos neste trabalho uma nova técnica para se medir a pressão total de gases dentro de uma ampola de quartzo durante a síntese de compostos em altas temperaturas que envolva reações gás-sólido ou gás-líquido. Esta nova técnica foi denominada análise termobarométrca (ATB) e foi desenvolvida, originalmente, para medir a pressão dos gases Hg e O2 durante a síntese de supercondutores cerâmicos de altas temperaturas críticas a base de mercúrio. O us desta nova técnica permitiu melhorar a qualidade dos supercondutores do tipo (Hg, Re) Ba2 Can-1 Cun O2n+2+δ e, em particular, diminuir o número de tratamentos térmicos para a obtenção da fase única n = 3, (Hg, Re) Ba2 Ca2 Cu3 O8+ δ, que é a fase mais importante do supercondutor por apresentar a mais alta temperatura crítica (Tc ≈ 133 K). Inicialmente, descrevemos as técnicas indiretas já conhecidas para a medida da pressão de vapor de Hg dentro de ampolas de quartzo em altas temperaturas, comentando as suas principais características e desvantagens. A seguir, apresentamos a configuração do medidor de pressão aqui desenvolvido, que permite medir de um modo direto e não intrusivo a pressão dos gases. São mostrados todos os detalhes de construção, teste e calibração do equipamento; e discutidos também os conceitos termodinâmicos que se aplicam ao processo utilizado no medidor. Apresentamos detalhadamente os procedimentos e os cuidados experimentais necessários para a preparação e estudo do supercondutor (Hg, Re) Ba2 Ca2 Cu3 O8+δ usando o ATB. A investigação foi dividida em quatro estudos principais, sendo que os procedimentos com os cuidados experimentais e os respectivos resultados com suas discussões são apresentados separadamente. O primeiro estudo pretendeu caracterizar o efeito que a quantidade de material precursor, colocado dentro das ampolas de quartzo, tem sobre a pressão interna. Esse conhecimento é importante para definir os procedimentos mais adequados a serem tomados nos processos de síntese. O segundo estudo analisa o efeito que o elemento Re pode ter sobre a reação de formação do HgCaO2, que é a fase competidora mais importante durante a formação do supercondutor estudado. Foi realizada uma investigação minuciosa, substituindo-se Hg por Re até um percentual de 25%. Este trabalho mostrou que o elemento Re influencia de duas maneiras diferentes a síntese do HgCaO2, dependendo do valor da concentração usada. O terceiro estudo focaliza o efeito que a oxigenação do precursor desempenha na formação do supercondutor. Observou-se que o padrão de comportamento da pressão com a temperatura pode indicar o grau de oxigenação do precursor. Com isto, foi possível otimizar o teor de oxigênio na amostra no sentido de se aumentar a temperatura crítica da fase supercondutora, bem como a qualidade do material produzido. Em quarto lugar, estudamos o efeito da variação da dopagem de Re (de 0 a 25%) fase n = 3 como predominante. Foi observado que para a otimização do supercondutor, ou seja, para a obtenção de uma fase única n=3, é necessário que se façam diferentes procedimentos de oxigenação dos precursores para as diversas concentrações de Re. Finalmente fazemos uma análise comparativa dos diversos resultados. Através do uso da técnica desenvolvida observamos claramente o efeito do re na síntese do supercondutor, sendo que, através dos gráficos de pressão obtidos com o ATB, determinamos a estreita região de temperatura em que há o favorecimento da síntese do supercondutor Hg Ba2 Ca2Cu3 O8+δ