Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Nano/micro estruturas hierárquicas de ZnO: síntese, propriedades morfológicas, estruturais e de transporte elétrico.
CYNTHIA MARINA RIVALDO GOMEZ
DISSERTAÇÃO
02/03/2015

O estudo de métodos de síntese e das propriedades físicas de óxidos de metais de transição micro/nano estruturados tem atraído grande interesse em pesquisa científica fundamental e também devido a aplicações em diferentes áreas, incluindo a fotônica, spintrônica e microeletrônica. Amostras hierarquicamente micro/nano estruturadas de óxido de zinco (ZnO) foram produzidas através do método de oxidação térmica em temperaturas acima do ponto de fusão do Zn metálico (TF = 420 ºC). Durante todo o processo de síntese, medidas de resistividade elétrica in situ em função da temperatura foram realizadas. As propriedades morfológicas, estruturais e de transporte elétrico em diversas micro/nano estruturas foram estudadas através de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios x e resistividade elétrica. Na primeira parte do trabalho, microfios (50 μm) coaxiais com estrutura do tipo core/shell (Zn/ZnO) foram produzidos: o núcleo é composto de Zn metálico e a camada consiste de uma microcamada nanoestruturada de óxido recoberta radialmente com nanofios de ZnO. A análise de DRX confirmou a presença de duas fases cristalográficas, uma pertencente á estrutura hexagonal tipo wurtzita associada à fase de ZnO (shell) e outra à fase metálica do Zn (core). O crescimento dos nanofios de ZnO ocorre devido a difusão de íons de Zn através da rede cristalina, contorno de grão e superfície. O comprimento médio dos nanofios varia de 3 a 8 μm e o diâmetro 80 a 100 nm. As propriedades elétricas em função da temperatura e do campo magnético destes microfios coaxiais variando a espessura da camada nanoestruturada foram estudadas através do modelo de Bloch- Grüneisen. Foi observado um aumento no acoplamento elétron-fônon e da resistividade elétrica residual com o aumento da espessura da camada de óxido nanoestruturada. Os microfios com camada de ZnO nanoestruturada apresentaram um aumento do efeito de magnetorresistência, o qual foi mais pronunciado em baixas temperaturas. Microtubos de ZnO decorados com nanofios de ZnO na superfície externa foram surpreendentemente obtidos devido a evaporação completa do núcleo de Zn metálico. O diâmetro dos microtubos semicondutores varia de 50 a 120 μm e comprimento de até 300 μm. A morfologia dos nanofios pode ser alterada para nanobastões ou nanoparalelepípedos. Microtubos de ZnO com nanobastões de ZnO no seu interior também foram produzidos. A formação dos nanobastões no interior do microtubo pode estar relacionada com a alta texturização do precursor Zn metálico. Outras nanoestruturas diversas de ZnO formadas na ponta dos nanofios através do mecanismo sólido-vapor foram observadas. Materiais com morfologias hierárquicas tais como apresentadas neste trabalho podem ter aplicações tecnológicas multifuncionais combinando as diferentes funções de microtubo com as dos nanofios.

.
The study of synthesis methods and the physical properties of micro/nanostructured transition metal oxides haveattracted great interest in fundamental scientific research and also due to many applications in different areas, including photonics, biosensors and microelectronics.In this work,samples hierarchically micro/nanostructuredofzinc oxide (ZnO) were produced by the thermal oxidation method at temperatures above the melting point of Zn metallic(TF= 420 °C).Throughout the synthesis processbyusing the thermal oxidation method, in situelectrical resistivity measurements as a function of temperature were performed.The morphological, structural and electrical transport properties in severalmicro/nanostructures were studied by using scanning electron microscope(SEM), X-ray diffraction (XRD) and electrical resistivity. In the first part of the work, (Zn/ZnO) core/shell coaxial microwires (50 µm)were produced: the core is comprisedof Zn metallic and the shellconsistedof a nanostructured oxide microlayer covered with ZnO nanowiresthat grewradially.The XRD analysis confirmed the presence of two crystallographicphases, one belonging to hexagonal wurtzite structure associated to the oxide phase (ZnO)and other to the Zn metallic phase. The growth of ZnO nanowires is due to diffusion of Zn ions through the crystal lattice, the grain boundary and surface.The average length of these nanowires variesfrom 3 to 8 µmand diameter 80 to 100 nm.The electrical properties as a function of temperature and magnetic fieldofthese coaxial microwiresvarying the thickness of the nanostructured layer were studied using the Bloch-Grüneisenmodel.Usingthe four-probe measuring electrical resistivity measurements were carried out at low temperatures and high external magnetic fields.An increase in the electron-phonon coupling and in the electrical residual resistivity with theincreasingof the thicknessofthe nanostructured oxide layer was observed.The microwires withZnO nanostructured layer showed an increase in themagnetoresistance effect,whichwas more pronounced at lowtemperatures. Microtubes of ZnO decorated with ZnO nanowires on the outer surface were surprisingly obtained due to complete evaporation of Zn metallic core.The diameter of the semiconductor microtubes variesfrom 50 to 120 µmandlengths up to 300 µm.The morphology of the nanowires can be changed to nanorods or nanoparallelepipeds. ZnO microtubes with ZnO nanorods inside were also produced.The formation of the nanorods inside ofthe microtube can be related to the high texturing of Zn metallic precursor.Other ZnO nanostructures formed at the tip of the nanowires by vapor-solid mechanism were observed. Materials with hierarchical morphologies such as presented in this work may have multifunctional technological applications
-
1
73
PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada

Contexto

FÍSICA
FÍSICA DA MATÉRIA CONDENSADA
-

Banca Examinadora

JOSE ANTONIO SOUZA
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
ARTUR WILSON CARBONARI Participante Externo
FABIO CORAL FONSECA Participante Externo

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
FUND COORD DE APERFEICOAMENTO DE PESSOAL DE NIVEL SUP - Programa de Demanda Social 12
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 11

Vínculo

-
-
-
Não