Influência de tratamentos superficiais em heteroestruturas TiNb2O7/Ni81Fe19

dc.contributor.advisorCorrêa, Márcio Assolin
dc.contributor.advisorIDhttps://orcid.org/0000-0002-8904-4151
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2531075321550052
dc.contributor.authorDantas Neto, João de Medeiros
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-3882-1571
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5314977327695071
dc.contributor.referees1Oliveira, Danniel Ferreira de
dc.contributor.referees2Araújo, João Carlos Rocha de
dc.contributor.referees3Acchar, Wilsonpt_BR
dc.date.accessioned2025-06-02T23:12:22Z
dc.date.available2025-06-02T23:12:22Z
dc.date.issued2025-04-22
dc.description.abstractOver the past decades, the global shift towards clean energy sources has intensified, driven by the urgent need to reduce carbon emissions and our reliance on fossil fuels. Within this context, energy storage systems are crucial, and lithium-ion batteries (LIBs) are emerging as one of the most promising technologies. However, conventional graphite anodes, widely used in these batteries, face significant limitations, which has driven the search for alternative materials. Titanium niobate (TNO) emerges as a viable candidate, as it can be synthesized relatively simply through a solid-state reaction between TiO₂ and Nb₂O₅. Despite its advantages, TNO presents challenges that need to be overcome. A promising approach is the combination of this material with nickel-iron (NiFe) alloys, along with techniques such as tape casting for controlling electrode morphology and porosity. Additionally, surface treatments can be applied to reduce roughness and uniformize the surface, facilitating the deposition of ferromagnetic materials via magnetron sputtering and improving adhesion between the substrate and thin film. This study investigates a TNO/NiFe heterostructure, produced by combining tape casting and magnetron sputtering, with the objective of evaluating its potential for LIB applications. The developed materials were characterized regarding their structural, morphological, electrical, dielectric, and magnetic properties. The results of these samples indicated a reduction in surface roughness by approximately 80%, leading to a decrease of about 90% in electrical resistance, which was reduced from 4.38 kΩ to 0.27 kΩ after polishing. The magnetic properties were also influenced, with a notable decrease in saturation and coercive fields, which was reduced from 13 Oe to 4 Oe as polishing was intensified. The results demonstrate the success of polishing in improving the electrical and magnetic properties of the heterostructure. The combination of tape casting with polishing proved to be an effective approach for producing TNO substrates with potential applications in batteries. The integration of LIB components with ferromagnetic layers aligns with recent research on the use of magnetic fields in ionic dynamics, driving the development of advanced battery technologies.
dc.description.resumoNas últimas décadas, a mudança mundial para fontes de energia limpa tem se intensificado, impulsionada pela necessidade urgente de diminuir as emissões de carbono e a nossa ligação com os combustíveis fósseis. Dentro desse contexto, os sistemas de armazenamento de energia são cruciais, e as baterias de íons de lítio (LIBs) emergem como uma das tecnologias mais promissoras. No entanto, os ânodos convencionais de grafite, amplamente utilizados nessas baterias, enfrentam limitações significativas, o que tem impulsionado a busca por materiais alternativos. O niobato de titânio (TNO) surge como um candidato viável, podendo ser sintetizado de forma relativamente simples por meio de reação em estado sólido entre TiO₂ e Nb₂O₅. Apesar de suas vantagens, o TNO apresenta desafios que precisam ser superados. Uma abordagem promissora é a combinação desse material com ligas de níquel-ferro (NiFe), aliada a técnicas como o tape casting para controle da morfologia e porosidade dos eletrodos. Além disso, tratamentos superficiais podem ser aplicados para reduzir a rugosidade e uniformizar a superfície, facilitando a deposição de materiais ferromagnéticos por magnetron sputtering e melhorando a adesão entre substrato e filme fino. Este trabalho investiga uma heteroestrutura de TNO/NiFe, produzida pela combinação de tape casting e magnetron sputtering, com o objetivo de avaliar seu potencial para aplicações em LIBs. Esses materiais desenvolvidos foram caracterizados quanto às suas propriedades estruturais, morfológicas, elétricas, dielétricas e magnéticas. Os resultados dessas amostras indicaram uma redução na rugosidade da superfície, cerca de 80%, levando a uma diminuição de aproximadamente 90% na resistência elétrica, que teve seu valor reduzido de 4,38 kΩ para 0,27 kΩ após o polimento. As propriedades magnéticas também foram influenciadas, com uma diminuição notável dos campos de saturação e coercitivo, que foi reduzido de 13 Oe para 4 Oe, à medida que o polimento foi intensificado. Os resultados demonstram o sucesso do polimento na melhoria das propriedades elétricas e magnéticas da heteroestrutura. A combinação do tape casting com o polimento se revelou uma abordagem eficaz para a produção de substratos de TNO, com potencial para aplicações em baterias. A integração de componentes de LIBs com camadas ferromagnéticas está alinhada com recentes pesquisas sobre o uso de campos magnéticos na dinâmica iônica, impulsionando o desenvolvimento de tecnologias avançadas de baterias.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
dc.identifier.citationDANTAS NETO, João de Medeiros. Influência de tratamentos superficiais em heteroestruturas TiNb2O7/Ni81Fe19. Orientador: Dr. Márcio Assolin Corrêa. 2025. 1167f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2025.d
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63790
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.countryBRpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectBaterias de íons de lítio
dc.subjectTiNb2O7
dc.subjectHeteroestrutura
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
dc.titleInfluência de tratamentos superficiais em heteroestruturas TiNb2O7/Ni81Fe19
dc.typemasterThesispt_BR

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