Síntese via método dos precursores poliméricos e caracterização multifuncional de nanopartículas de SnO2 modificadas com zinco-nióbio e cobalto-nióbio

Autor(es)

Glauco Meireles Mascarenhas Morandi Lustosa

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Data de defesa: 2017-08-24
• Orientador: Maria Aparecida Zaghete Bertochi

Resumo

O objetivo deste projeto foi sintetizar dois sistemas à base de dióxido de estanho (SnO2), sendo um dopado com zinco e nióbio e outro dopado com cobalto e nióbio, respectivamente (Zn,Nb)-SnO2 e (Co,Nb)-SnO2, e realizar as devidas caracterizações a fim de verificar o potencial destes sistemas para aplicações como varistor, sensor de gás e fotocatalisador. Para síntese dos sistemas dopados foi usado o método dos precursores poliméricos (MPP) a partir da mistura estequiométrica dos reagentes, seguida por complexação, polimerização e calcinação e posterior submissão a etapa de moagem para promover a desaglomeração e redução do tamanho das partículas. As nanopartículas foram depositadas em substrato de Si (100)/SiO2 (10000 A°)/Ti (200 A°)/Pt (1500 A°) para estudo da propriedade varistora, em substrato de alumina com eletrodos interdigitais para análise da propriedade sensora de gás quando na presença de monóxido de carbono (CO). A obtenção dos filmes ocorreu através da técnica de deposição por eletroforese (EPD), com as seguintes condições: 20 mg do pó suspenso em 20 mL de isopropanol, a qual foi aplicada tensão de 2 kV, por diferentes tempos. Para o estudo fotocatalítico o pó foi disperso na solução objeto de estudo, e manteve-se agitação, aeração e irradiação com luz ultravioleta (9 W e 11 W) para promover a excitação eletrônica e a geração dos sítios ativos de oxirredução (par elétron-buraco, e-/h+). O tempo máximo de reação foi de 120 minutos. Para o estudo da atividade como sensor de gás os filmes de (Zn,Nb)-SnO2 foram tratados termicamente a 600 °C por 10 minutos e os filmes de (Co,Nb)-SNO2 a 500 °C por 10 minutos. Esta etapa visou dar resistência mecânica aos filmes sem o crescimento de grãos, mantendo a presença dos poros para aumento da área superficial para adsorção do gás. Os filmes avaliados quanto as propriedades varistoras foram sinterizados a 1000 °C por 40 minutos e 900°C por 30 minutos, para as composições, (Zn,Nb)-SnO2 e (Co,Nb)-SNO2 respectivamente. Após a sinterização os filmes para avaliação da propriedade varistora foram modificados através da deposição de ions Cr3+ por eletroforese, seguido de tratamento térmico de 15 minutos na mesma temperatura em que foram sinterizados. Os ions Cr+3 atuam diretamente na região do contorno de grão influenciando a formação da barreira de potencial. A introdução dos íons cromo, após a sinterização, visa controlar sua difusão por tratamento térmico, com o intuito de promover o aumento do coeficiente de não-linearidade (α) e a resistividade do contorno de grão, características necessárias a um varistor. Ambos os sistemas à base de SnO2 apresentaram respostas para as propriedades de interesse, sendo que o melhor resultado de atividade fotocatalítica, na descoloração da solução aquosa de rodamina B, de aproximadamente 80% de eficiência foi para (Zn,Nb)-SnO2 em 90 minutos de análise. Por sua vez, o sistema (Co,Nb)-SnO2 apresentou melhor resposta sensora e varistora, sendo que para sensor de gás o filme apresentou resposta de 2,6 no sistema self-heating e para a propriedade varistor o filme sinterizado com atmosfera rica em O2 apresentou melhores resultados com coeficiente de não-linearidade (α) entre 11,4 e 15,1; tensão de ruptura (220 V < VR < 242 V) e corrente de fuga (IF ~10-8 A/cm²), valores estes que indicam um potencial para aplicação como varistor de baixa tensão utilizado em dispositivos eletrônicos. (AU)

• Processo FAPESP: 14/11314-9 - Multifuncionalidade de nanopartículas e filmes de SnO2 modificadas com ZnO, CoO e Nb2O5
• Beneficiário: Glauco Meireles Mascarenhas Morandi Lustosa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado