Óxido de zinco co-dopado com enxofre e com íons alcalinos … · figura 6: análises...
TRANSCRIPT
Óxido de zinco co-dopado com enxofre e com íons alcalinos terrosos obtidos a partir de
precursores single-source
André L.B. Brunozi (IC)*, Italo O. Mazali (PQ), Fernando A. Sigoli (PQ)
Laboratório de Materiais Funcionais – Instituto de Química – Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP
Campinas, São Paulo, Brasil, C.P 6154, CEP 13083-970
Introdução
Conclusão
Procedimento Experimental
Resultados e Discussão
Referências
1 Pearton, S.J.; Norton, D.P.;IP, K.;Heo,Y.W.; Steiner,T. Recent progress in processing and properties
of ZnO. Progress in Materials Science, v. 50, n.3,p.293-340, mar.2005.
Agradecimentos
Caracterização
•Análise Termogravimétrica
(TA SDT Q600)
• Difração de raios X
(Shimatzu XRD-700)
•Espectroscopia de infravermelho
(FTIR Bomen FTLA 2000)
•Microscopia Eletrônica de Varredura
(FE-SEM)
Na(Et2dtc) (aq) + Zn(Ac)2 (aq)
Filtração à vácuo
Secagem Dessacador (6h)
Zn(Et2dtc)2
Decomposição (325°C, N2, 3h)
ZnS (hexagonal)
A partir do controle de tamanho e forma das partículas pode-se obter compostos com propriedades químicas e eletrônicas diferenciadas. Neste contexto, o óxido de zinco, um semicondutor intrínseco, voltou a ser o foco de diversas pesquisas, visto que pode ser obtido como nanopartículas com potencial aplicação em campos de óptica não linear, luminescência, eletrônica, catálise, energia solar, dentre outros. O óxido de zinco é não estequiométrico, fato que leva a presença de níveis energéticos intermediários, situados na banda proibida, que facilitam as transições eletrônicas,
reforçando a hipótese de que a luminescência do oxido de zinco, seja decorrente do excesso de zinco intersticial, ou vacâncias de oxigênio.1 Dentre os métodos de preparação de semicondutores, destaca-se uma rota sintética para materiais nanoestruturados denominada método do precursor de fonte-única (single-source precursor – SSP ). Estes precursores recebem este nome pois apresentam elementos metálicos e não-metálicos na mesma molécula, e a partir desta se obtém o semicondutor binário de interesse.
Precursores – bis(dietilditilcarbamato) de Zinco(II)/Cálcio
Análise Termogravimétrica (TG)
Figura 1: Análise termogravimétrica da amostra de bis(dietilditiocarbamato) de Zinco(II).
Espectroscopia de Infravermelho (IV)
Figura 3: Espectro vibracional na região do IV da amostra de bis(dietilditiocarbamato) de zinco(II).
Figura 4: Espectro vibracional na região do IV da amostra de bis(dietilditiocarbamato) de cálcio(II).
Difratometria de Raios X (DRX)
Figura 5: Difratogramas de raios X da amostra de bis(dietilditiocarbamato) de zinco(II).
20 40
Amostra
Zn(S2CNEt
2)2 - JCPDS 23-1973
Inte
nsid
ad
e / u
.a.
2 / graus
Figura 2: Análise termogravimétrica da amostra de bis(dietilditiocarbamato) de Cálcio(II).
0 200 400 600 800 1000
0
20
40
60
80
100
0 200 400 600 800 1000
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
322°C
177°C
Endo
dm
/dt (u
.a.)
Ma
ssa / %
Temperatura / °C
0 200 400 600 800 1000-50
-40
-30
-20
-10
0
10
754°C
244°C
Temperatura / °C
dm
/dt (u
.a.)
50
60
70
80
90
100
Endo
Ma
ssa / %
Sulfeto de Zinco (ZnS)
Figura 8: : Difratogramas de raios X das amostras de sulfeto de zinco dopadas com 1 mol%, 3 mol%,5% e 10 mol % de íons cálcio.
Análise Termogravimétrica (TG)
Difratometria de Raios X (DRX)
Microscopia Eletrônica de Varredura (FE-SEM)
Estrutura Hexagonal
21 22 23 24 25
In
ten
sid
ad
e / u
.a.
2 / graus
ZnS
ZnS:Ca 1%
ZnS:Ca 5%
ZnS:Ca 10%
(a) (b) (c)
Figura 6: Análises termogravimétricas das amostras de sulfeto de zinco puro (a), e dopado com Ca2+ , 1 mol% (b) e 5 mol% (c)
Figura 7: Difratogramas de raios X da amostra de sulfeto de zinco e de seu respectivo padrão (JCPDS: 36-1450)
0 200 400 600 800 1000
70
75
80
85
90
95
100
Ma
ssa
/ %
Temperatura / °C
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
661°C
dm
/dt (
V)
0 200 400 600 800 100082
84
86
88
90
92
94
96
98
100
102
M
assa
/ %
Temperatura / °C
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
709°C
dm
/dt (
V)
0 200 400 600 800 1000
84
86
88
90
92
94
96
98
100
M
assa
/ %
Temperatura / °C
0
20
40
60
80715°C
d
m/d
t (
V)
Zn(Et2dtc)2 +
(1mol%,5mol% e 10mol%) Ca(Et2dtc)2 em CH2Cl2
Agitação até evaporação do
solvente
Zn1-x(Et2dtc)2:Cax
Decomposição (800°C, N2, 30min)
Zn1-xS:Cax
A síntese do precursor de zinco – Zn(Et2dtc)2 é de fácil separação e bom rendimento, enquanto a síntese do precursor de cálcio é lenta, com rendimento abaixo do esperado. Foi possível através do tratamento térmico do precursor de zinco sob atmosfera inerte a obtenção de sulfeto de zinco hexagonal (wurtzita), fato interessante já que a estrutura cúbica (esfarelita) é a mais estável para o ZnS à esta temperatura. Para obtenção do sulfeto de zinco dopado tendo íons cálcio como dopante, não se pôde concluir se os íons cálcio estão na rede cristalina do sulfeto de zinco. Porém se observa deslocamento dos picos no difratograma de raios X, e na curva de análise termogravimétrica, observa-se também que as temperaturas de decomposição variam consideravelmente.
Figura 9: Micrografias da amostra de sulfeto de zinco não dopado.