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Doutoranda: Cláudia Turra

INTRODUÇÃO

TCO – Óxidos Condutores Transparentes

Substituição dos ITO’s – In2O3:Sn

Materiais já usados: ZnO:Al (AZO) e SnO2:F (FTO)

Demanda por dispositivos optico-eletrônicos de maior eficiência – novos materiais

Células solaresMonitores de tela planaLEDs

INTRODUÇÃO

2005 – Filmes finos de TiO2 anatase + Nb

Resistividade elétrica – ρ = 2 – 3.10-4 Ωcm

Transmitância interna – 95% na região vis

Alto índice de refração: n = 2,4

Absorbância: 5%

Alta estabilidade química em atmosfera reduzida

INTRODUÇÃO

Dopagem do TiO2 com não-metais

+ estáveis termicamente

< custo de produção

Indução de elétrons extras

F – propriedades fotocatalíticas

OBJETIVOS

Investigar as propriedades eletrônicas e ópticas do TiO2 anatase dopado com Nb e F usando cálculos de primeiros princípios Comparação entre TiO2:Nb; TiO2:F e TiO2

METODOLOGIA

Código CASTEP:-DFT- GGA - termo de troca e correlação- interação entre elétrons de valência e o núcleo – cutoff 550 eV- TiO2 simulado com 48 átomos – supercélula 2 x 2 x 1

- 3 x 3 x 3 pontos na zona de Brillouin

Ti -> NbO -> F

Energia total tolerada: 5.10-6 ev/átomoForça máxima: 0,01 eV/ÅEstress máximo: 0,02 GpaDistância máxima: 5.10-4 Å

METODOLOGIAOtimização Geométrica:

Depois:

Estrutura de bandasDensidade de estados (DOS)Densidade eletrônicaPopulação de MullikenPropriedades Ópticas

RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Eletrônicas


< mobilidade eletrônica


Caráter covalente – repulsão Coulombiana Caráter iônico – eletronegatividade

F OTiNb> >

3,5 3,0

1,54

1,6


F OTiNb> >

3,5 3,0

1,54

1,6


0,32 0,18

Nb entrega quase o dobro de elétrons

Experimentalmente:

Nb – eficiência de ionização > 90% densidade de portadores: 1021/cm3

F – ? ?

RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Ópticas

Propriedades ópticas Função dielétrica complexa

Estrutura eletrônica

)()()( 21 i


3,84 7


4,13


Interação > entre fótons e elétronsAbs. + intensa nas regiões vis e IR

0,5

CONCLUSÕES A massa efetiva do TiO2:F aumentou cerca de 17% e 4,4% nos eixos a e c se comparado com o TiO2:Nb – baixa mobilidade eletrônica do TiO2:F O Nb liberou 0,32 elétrons a mais do que o Ti (quase o dobro do que o F) – densidade de portadores menor no TiO2:F A interação fóton-elétron é muito mais forte no TiO2:F – ↑ na absorção de fótons e ↓ na transparência TiO2:Nb – produção de TCO’s TiO2:F – fotocatálise

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