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Investigação do mecanismo de formação de filmes porosos de TiO2 obtidos por anodização galvanostática

Processo: 08/00180-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Vigência (Início): 01 de agosto de 2008
Vigência (Término): 31 de outubro de 2011
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Ernesto Chaves Pereira de Souza
Beneficiário:Mariana de Souza Sikora
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:03/09933-8 - Núcleo de Excelência em Materiais Nanoestruturados Fabricados Eletroquimicamente, AP.PRNX.TEM
Assunto(s):Eletroquímica   Materiais porosos   Dióxido de titânio   Nióbio   Anodização   Dopagem eletrônica   Método dos elementos finitos

Resumo

Neste trabalho foram estudados os aspectos experimentais e teóricos do crescimento de dióxido de titânio obtido por anodização galvanostática. Os filmes foram preparados por anodização galvanostática de titânio, onde a curva da diferença de potencial versus carga foi investigada. Nos instantes iniciais há o aumento abrupto do potencial, seguido por uma mudança no coeficiente angular da curva. Nesta região o potencial atinge um estado estacionário caracterizado por oscilações em torno de um valor médio que são frequentemente associadas ao fenômeno de ruptura do filme anódico, no qual observa-se também a emissão de microdescargas (sparks) na superfície do eletrodo. O estudo experimental iniciou-se com o mapeamento do sistema, no qual utilizou-se o planejamento fatorial com o objetivo de associar as variáveis experimentais às respostas consideradas (eletroquímicas, morfológicas e microestruturais). Após este primeiro estudo, investigou-se a influência da carga aplicada no sistema mantendo-se as demais condições constantes. Nesta investigação, analisou-se a influência da carga na microestrutura, morfologia e também na fotoatividade dos filmes. Os resultados revelaram que a fotoatividade sofre uma influência tanto da microestrutura como da morfologia. Entretanto, a microestrutura mostra-se mais importante para filmes obtidos após a região de ruptura, onde a morfologia permanece constante. Uma possível explicação para estes dados é que a região de contorno de grão atua como centro de recombinação de pares e-/h+. Além destes estudos, realizou-se a dopagem do TiO2 com nióbio. As propriedades físico-químicas dos filmes dopados foram comparadas com os filmes puros e observou-se que a dopagem promove um aumento da taxa de cristalização dos filmes mesmo quando pequenas quantidades do dopante são introduzidas na rede. Um estudo aplicado foi realizado com o sistema de anodização, onde buscou-se aplicá-lo como sistema aquecedor de água. Os resultados desta investigação mostraram que este apresenta maior eficiência e velocidade de aquecimento frente às resistências comerciais com as quais foi comparado. Finalmente, baseando-se nos resultados experimentais, buscou-se desenvolver um modelo para o crescimento de filmes de dióxido de titânio obtidos eletroquimicamente. Este modelo semi-empírico foi desenvolvido a partir do modelo current burst model. A primeira fase do modelo consistiu na simulação numérica da dissipação de calor gerada por evento de spark nos 3 meios (eletrólito, óxido e metal) usando o método dos elementos finitos. O resultado da simulação mostrou que a dissipação térmica se estende por uma região de até 400 nm e que o spark é capaz de fundir localmente as fases sólidas. Sendo assim, a descrição deste sistema oscilatório foi feita por meio de seus três elementos principais: o mecanismo de oscilação local (ruptura), mecanismo de dessincronização (dissolução) e sincronização ou interação lateral (promovida pelo fluxo de material). (AU)

Publicações científicas (4)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SIKORA, M. S.; CARSTENSEN, J.; FOELL, H.; PEREIRA, E. C. Theoretical Calculation of the Local Heating Effect on the Crystallization of TiO2 Prepared by Sparking Anodization. CURRENT NANOSCIENCE, v. 11, n. 3, p. 263-270, 2015. Citações Web of Science: 2.
FLORINDO, JOAO B.; SIKORA, MARIANA S.; PEREIRA, ERNESTO C.; BRUNO, ODEMIR M. Multiscale Fractal Descriptors Applied to Nanoscale Images. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, v. 26, n. 7, p. 2479-2484, JUL 2013. Citações Web of Science: 3.
FLORINDO, JOAO B.; SIKORA, MARIANA S.; PEREIRA, ERNESTO C.; BRUNO, ODEMIR M. Characterization of nanostructured material images using fractal descriptors. PHYSICA A-STATISTICAL MECHANICS AND ITS APPLICATIONS, v. 392, n. 7, p. 1694-1701, APR 1 2013. Citações Web of Science: 12.
SIKORA, MARIANA DE SOUZA; ROSARIO, ADRIANE VIANA; PEREIRA, ERNESTO CHAVES; PAIVA-SANTOS, CARLOS O. Influence of the morphology and microstructure on the photocatalytic properties of titanium oxide films obtained by sparking anodization in H3PO4. Electrochimica Acta, v. 56, n. 9, p. 3122-3127, MAR 30 2011. Citações Web of Science: 15.

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