Perovskitas de alta entropia : novos horizontes no desenvolvimento de materiais avançados

Abstract

Resumo: As perovskitas de alta entropia, compostas por múltiplos elementos no mesmo sítio cristalográfico, têm gerado crescente interesse devido à sua notável estabilidade térmica e química, além das propriedades funcionais aprimoradas, como alta resistência elétrica e elevadas constantes dielétricas. Esses materiais têm se mostrado promissores para aplicações tecnológicas como, por exemplo, condutores de íons, catalisadores, dielétricos de alta permissividade e células de combustível. Embora as perovskitas de alta entropia apresentem grande potencial, ainda existem desafios relacionados à síntese, à estabilização de fases únicas e à compreensão do seu comportamento elétrico e magnético. Este trabalho investiga a síntese e as propriedades dielétricas e magnéticas de perovskitas contendo múltiplos elementos no sítio A da estrutura com fórmula genérica ABO3, com o objetivo de compreender melhor os efeitos da entropia configuracional na estabilidade de novas fases e como isso afeta suas propriedades funcionais. Foram sintetizados dois materiais: um contendo quatro elementos (4E) e outro contendo cinco elementos (5E) no sítio A, ambos com ferro no sítio B. As amostras foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) combinada à espectroscopia de energia dispersiva (EDS), espectroscopia de impedância e magnetometria de amostra vibrante (VSM). A síntese do material 4E não foi bem-sucedida, resultando em múltiplas fases devido à insuficiência de entropia configuracional. Por outro lado, o material 5E apresentou uma solução sólida de fase única, com distribuição homogênea dos elementos confirmada por MEV/EDS. A espectroscopia de impedância revelou alta resistência elétrica e constante dielétrica, enquanto as medidas magnéticas indicaram um ciclo de histerese característico. A entropia configuracional desempenhou um papel crucial na estabilização das fases únicas das perovskitas sintetizadas, indicando que essa abordagem tem grande potencial, especialmente no que diz respeito à modulação de propriedades elétricas e magnéticas.

Abstract: High-entropy perovskites, composed of multiple elements in the same crystallographic site, have generated increasing interest due to their remarkable thermal and chemical stability, in addition to their enhanced functional properties, such as high electrical resistance and high dielectric constants. These materials have shown promise for technological applications such as ion conductors, catalysts, high-permittivity dielectrics and fuel cells. Although high-entropy perovskites show great potential, there are still challenges related to their synthesis, stabilization of single phases and understanding of their electrical and magnetic behavior. This work investigates the synthesis and dielectric and magnetic properties of perovskites containing multiple elements in the A site of the structure with generic formula ABO3, with the aim of better understanding the effects of configurational entropy on the stability of new phases and how this affects their functional properties. Two materials were synthesized: one containing four elements (4E) and another containing five elements (5E) in the A site, both with iron in the B site. The samples were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) combined with energy dispersive spectroscopy (EDS), impedance spectroscopy, and vibrating sample magnetometry (VSM). The synthesis of material 4E was unsuccessful, resulting in multiple phases due to insufficient configurational entropy. On the other hand, material 5E presented a single-phase solid solution, with homogeneous element distribution confirmed by SEM/EDS. Impedance spectroscopy revealed high electrical resistance and dielectric constant, while magnetic measurements indicated a characteristic hysteresis loop. Configurational entropy played a crucial role in stabilizing the single phases of the synthesized perovskites, indicating that this approach has great potential, especially with regard to modulating electrical and magnetic properties.