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Tipo: Dissertação
Título: Caracterização das propriedades dielétricas de grafeno e materiais derivados de biomassa pelo método da cavidade ressonante
Autor(es): Pereira, Vinícius Macedo
Primeiro Orientador: Armas, Luis Enrique Gomez
Coorientador: Heckler, Marcos Vinício Thomas
Resumo: As propriedades dielétricas dos materiais são de particular interesse no ramo de telecomunicações, particularmente nas áreas de teoria de linhas de transmissão, ondas e propagação e teoria de antenas. Dentre estas, a permissividade elétrica relativa (εr) e a tangente de perdas dielétricas (tanδ) são destacadas como as propriedades mais relevantes.Aliando a investigação de novos materiais dielétricos alternativos com as problemáticas regionais relacionadas à geração de resíduos agrícolas pela cultura orizícola (casca de arroz) e ao avanço da espécie gramínea capim Annoni como invasora dos campos nativos, e, também, com o estudo de materiais carbonosos, o objetivo do presente trabalho é a caracterização das propriedades dielétricas de amostras produzidas a partir de grafeno e grafite; cinzas da casca de arroz (CCA) e do capim Annoni (CCpAn); e vidros produzidos a partir da CCA usando o método da cavidade ressonante. Estas cinzas foram obtidas por meio de dois processos de queimas: 400 °C - 30 min e 800 °C - 5 h. O grafeno e grafite analisados foram beneficiados por processos industriais. E, os vidros analisados foram produzidos a partir da CCA obtida na queima de 800 °C - 5 h como fonte de sílica. A cavidade ressonante foi projetada com geometria cilíndrica e frequência de ressonância (f0) de 3;5 GHz. A constante εr de cada amostra foi calculada a partir dos dados experimentais medidos com este dispositivo (frequência de ressonância para cada amostra, fa) usando equações empíricas específicas para cada geometria de amostra e, as respectivas tanδ foram estimadas por meio de simulações paramétricas no software ANSYS HFSS®. Nesta análise, foi verificado que os materiais carbonosos (grafeno e grafite) e as cinzas obtidas a partir das biomassas possuem característica de elevadas tangentes de perdas dielétricas, especialmente o grafeno e a CCpAn obtida na queima de 800 °C - 5 h, em que tanδ = 0;7000 e tanδ = 1;4900, respectivamente. E, também apresentam elevadas constantes dielétricas, sendo εr = 9;3203 (grafeno), εr = 17;1508 (grafite) e εr = 15;1443 (CCpAn8005h). Estes resultados, em termos de altas constantes tanδ, classificam-os como ótimos materiais absorvedores de energia eletromagnética. Em contrapartida, os vidros analisados foram caracterizados como materiais com constantes de perdas dielétricas razoavelmente baixas, tanδ = 0;0080, e constantes εr variando entre 6;5673 e 6;9945, e com comportamento isotrópico em termos destas propriedades dielétricas. Assim, estes materiais podem ser utilizados como dielétricos alternativos no projeto de antenas ressonadoras dielétricas.
Abstract: The dielectric properties of materials are particularly interesting in telecommunications, mainly in the areas of transmission line, wave propagation and antenna theory. Among these ones, the relative electrical permittivity (εr) and the dielectric loss tangent (tanδ) are considered as the most relevant properties. Allying the investigation of new alternative dielectric materials with the regional questions about the generation of agricultural residues by rice cultivation (rice husk) and the advance of the grass species Annoni grass as an invader in native countrysides, and also with the study of carbonaceous materials, the main goal of this work is to characterize the dielectric properties of samples produced from graphene and graphite; ashes from rice husk (RHA) and from Annoni grass (AGA); and glass produced from RHA using the resonant cavity method. These ashes were obtained through two different burning processes: 400 °C - 30 min and 800 °C - 5 h. The analyzed graphene and graphite were benefited by industrial processes. And, the characterized glass were produced with RHA, obtained from burning process at 800 °C - 5 h, as silica source. The resonant cavity was projected with cylindrical geometry and frequency of resonance (f0) equal to 3:5 GHz. The εr constant of each sample was calculated from the experimental data measured with this device (frequency of resonance for each sample, fa) using specific empirical equations for each sample geometry and the respective tanδ were estimated with parametric simulations in the ANSYS HFSS® software. In this analysis, it was verified that the carbonaceous materials (graphene and graphite) and the ashes derived from the biomass exhibit high dielectric loss tangent values, mainly graphene and ashes of Annoni grass obtained from the burning process at 800 °C - 5 h (AGA8005h), in which tanδ = 0:7000 and tanδ = 1:4900, respectively. And, its also has high dielectric constants, such that εr = 9:3203 (graphene), εr = 17:1508 (graphite) and εr = 15:1443 (AGA8005h). These results, in terms of high tanδ constants, allow to classify these materials as excellent electromagnetic energy absorbers. On the other hand, the glass samples were characterized as materials with acceptably low loss tangent values, tanδ = 0:0080, εr constantsvarying between 6:5673 and 6:9945, and isotropic deportment. Thereby, these materials can be used as potential alternatives for the design of dielectric resonator antennas.
Palavras-chave: Engenharia
Materiais Dielétricos
Cavidade Ressonante
Propriedades Dielétricas
Constante Dielétrica
Tangente de perdas
Grafeno
Biomassa
Engineering
Dielectric Materials
Resonant Cavity
Dielectric Properties
Dielectric Constant
Dielectric loss tangent
Graphene
Biomass
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal do Pampa
Sigla da Instituição: UNIPAMPA
Campus: Campus Alegrete
Curso: Mestrado Acadêmico em Engenharia
Citação: PEREIRA, Vinícius Macedo. Caracterização das propriedades dielétricas de grafeno e materiais derivados de biomassa pelo método da cavidade ressonante. Orientador: Luis Enrique Gomez Armas. 2021. 84p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Pampa, Campus Alegrete, Alegrete, 2021.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unipampa.edu.br/jspui/handle/riu/6725
Data do documento: 10-Dez-2021
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