Fabricación y caracterización estructural y mecánica de BaFe0,9Zr0,1O3−δ (BFZO)

Abstract

Con el objetivo de desarrollar dispositivos eficientes y ecológicos de generación de energía es que en la actualidad existe la necesidad de fabricar e investigar materiales avanzados que posean las propiedades electroquímicas y mecánicas necesarias para ser empleados en tales aplicaciones. Uno de los materiales que ha llamado la atención son las perovskitas basadas en BaFeO3−δ (BFO), por su potencial aplicación en membranas de separación de oxígeno o celdas de combustible de óxido sólido (SOFC). La perovskita BFO ha demostrado ser un material económico con interesantes propiedades electroquímicas, pero que sin embargo, debido a su inestabilidad estructural, ve afectada su concentración de vacancias de oxígeno y por lo tanto su capacidad de transporte de oxígeno. Una estrategia de dopaje propuesta es la perovskita BaFe0.9Zr0.1O3−δ (BFZO), de la cual existen resultados favorables en cuanto a su estabilidad estructural y potencial uso como electrodo en SOFC. A pesar de las diferentes publicaciones sobre el comportamiento conductivo de BFZO, no hay estudios dedicados a las propiedades mecánicas de este material. Es por esto que el presente trabajo tiene el objetivo de sintetizar muestras de BFZO para su caracterización estructural y mecánica. La metodología propuesta consiste en fabricar polvos de BFZO mediante el método sol-gel, caracterizar su estructura con difracción de rayos X, medición de granos y poros a partir de imágenes obtenidas con microscopio electrónico de barrido (SEM), realizar ensayo de nanoindentación para la medición de nanodureza y módulo de elasticidad y ensayo de compresión cíclica, generando curvas de esfuerzo-deformación a partir de correlación digital de imágenes (DIC). Este trabajo es realizado en el Laboratorio de Materiales Avanzados de la Universidad de Chile. Luego del sinterizado a 1300 [oC] por 10 horas se logra estabilizar la estructura cúbica en BFZO. Comparado con los resultados obtenidos para BFO, los granos son de menor tamaño en BFZO, relacionado a la presencia de fases de impurezas en los bordes de grano. Los resultados de nanoindentación muestran una mayor nanodureza y módulo elástico para BFO, mientras que el ensayo de compresión cíclica muestra un comportamiento elástico no lineal para BFO y lineal para BFZO, ya que el primero tiene una estructura cristalina hexagonal no simétrica y comportamiento ferroelástico, en cambio, la muestra de BFZO presenta una estructura cristalina cúbica simétrica.