doctoralThesis
Ablação a laser em meio líquido: uma nova rota bottom up de síntese para preparação de materiais
Autor
MENDONÇA, Leonardo Tadeu Boaes
Institución
Resumen
Neste trabalho foi demonstrado o potencial da técnica de ablação à laser em meio líquido para síntese de diferentes materiais utilizando soluções contendo precursores (rotas bottom up) e um alvo de forma simples e rápida. Primeiramente, pontos quânticos de CdS, (ZnCd)S e Ag2S/CdS foram obtidos pela ablação de um alvo de cádmio metálico em uma solução de tiossulfato de sódio, que serviu como fonte de enxofre, e 3-mercapto-1,2-propanediol (tioglicerol) como estabilizante. As amostras de CdS apresentaram luminescência na região do amarelo indicando emissão por defeitos e partículas com 2,7 nm de tamanho confirmado pelas medidas de absorção no UV-visível, MET e DRX. Da mesma forma as amostras de ZnCdS e Ag₂S/CdS foram sintetizadas sendo que neste caso quantidades específicas de uma solução aquosa de nitrato de zinco (Zn(NO₃)₂) 0,1 mol.L⁻¹ e AgNO₃ 0,1 mol.L⁻¹ foram adicionados na reação, respectivamente. As amostras de ZnCdS apresentaram emissão na região do azul indicando que houve inserção de íons Zn²⁺ na rede dos nanocristais de CdS. As emissões das nanopartículas de Ag₂S/CdS indicam um red shift característico para a região do vermelho devido a interação das espécies de prata com o CdS. Na segunda parte do trabalho foi realizada a síntese de partículas de V₂O₅ em água (adicionando ou não peróxido de hidrogênio, H₂O₂) e, em seguida, polimerização/intercalação de polianilina no óxido obtendo assim um compósito PANI/V₂O₅. Os resultados de absorção no UV-visível e IF-TF confirmam a obtenção da polianilina na forma condutora pela presença dos sinais característicos dos polarons. Os resultados de DRX confirmam que houve a intercalação do polímero nas lamelas do óxido indicado pelo deslocamento do plano (001) de 2θ igual a 7,4° para 6,9°. Os resultados de MEV indicam morfologias diferentes para amostras de PANI/V₂O₅ de acordo com a presença ou não de H₂O₂ na síntese do V₂O₅. Para a síntese apenas em água temos morfologias do compósito PANI/V₂O₅ em forma de “folhas” apresentando vários micros de comprimento, na presença de peróxido de hidrogênio a morfologia apresenta forma fibrilar. Na terceira parte deste trabalho foi realizada a síntese do BiVO₄ por duas rotas: uma onde foi feita a ablação do Bi₂O₃ em uma solução de metavanadato de amônio e em outra onde foi feita a ablação de um alvo de vanádio metálico em uma solução de nitrato de bismuto. No primeiro caso (a) um alvo de Bi₂O₃ foi ablado em uma solução de NH₄VO₃ e HNO₃ enquanto o segundo (b) um alvo de vanádio metálico foi submetido a ablação em uma solução de Bi(NO₃)₃ e H₂O₂. Na rota (a) obteve-se uma mistura de fases do BiVO4 com a tetragonal do tipo zircônia predominando, indicado pelos resultados de raios-x e que após tratamento térmico foram convertidas na monoclínica Scheelita. As partículas apresentaram morfologias quase esféricas com cerca de 5 micrometros de tamanho. Na rota (b) as amostras apresentaram fase exclusivamente tetragonal juntamente com uma matriz amorfa e tamanho de partículas da ordem de centenas de micrometros. CAPES In this work, was demonstrated the potential of the laser ablation technique in liquid enviroment for the synthesis of different materials using solutions containing precursors (bottom-up routes) and a target in a simple and fast way. First, CdS, ZnCdS and Ag₂S/CdS quantum dots were obtained by hiting a cadmium target with pulsed laser in a sodium thiossulfate solution, which served as sulfide source, and 3-mercapto-1,2-propanediol (thioglycerol) as ligand. The CdS samples showed luminescence emission in the yellow region indicating defects emission and 2.7 nm particles size, aproximattely, confirmed by UV-visible absorption, TEM, and XRD. Likewise, the samples of ZnCdS and Ag₂S/CdS were synthesized with specific amounts of an aqueous solution of zinc nitrate (Zn (NO₃)₂) 0.1 mol.L⁻¹ and 0.1 mol.L⁻¹ AgNO₃ added to the reaction, respectively. The ZnCdS particles exhibited emission in the blue region indicating that Zn²⁺ ions were inserted in CdS nanocrystals framework. The emissions of the Ag₂S/CdS nanoparticles were shifted to longer wavelengths leading to emissions in the red region. In the second part of the work, was synthesized V₂O₅ particles in water (with or no addition of hydrogen peroxide, H₂O₂) and made polymerization/intercalation of polyaniline in the interlayer spacing of the oxide thus obtaining a PANI/V₂O₅ nanocomposite. The UV-Vis absorption and FTIR confirmed that polyaniline is in the conductive form because presence of signals of polarons band. The XRD confirm that polymer is suited in interlay of the vanadium oxide lamellae characterized by displacement of the plane (001) from 2θ equal 7.4° to 6.9° in composite. SEM results indicate different morphologies for PANI/V₂O₅ samples according to the presence or no of H₂O₂ in V₂O₅ synthesis. For the synthesis only in water we have morphologies in the form of "leaves" showing a hundred microns length, on the other hand in the presence of hydrogen peroxide the morphology show fibrillar shape. In the third part of this work, the synthesis of the BiVO4 was carried out by laser ablation of Bi₂O₃ powder dispersed in ammonium metavanadate solution and in another route through laser ablation of metal vanadium targets in bismuth nitrate solution. In the first case (a) a Bi₂O₃ target was ablated in a solution of NH₄VO₃ and HNO₃ while the second (b) a metal vanadium target was irradiated by laser in the presence of Bi(NO₃)₃ and H₂O₂ solution. In route (a) a mixture of phases of the BiVO₄ with the zircônia-tetragonal type predominating was confirmed by the results of x-rays and after heat treatment was converted in the monoclinic-scheelite. The particles had almost spherical type morphologies about 5 microns in size. In route (b) the samples presented exclusively tetragonal phase together with an amorphous matrix and presented particle size in the order of hundreds of micrometres.