Dopagem de Óxido de Zinco Nanoestruturado com Níquel

Resumo

A presente pesquisa tem como objetivo a dopagem do óxido de zinco nanoestruturado com átomos de níquel. O processo de dopagem de óxidos apresenta atualmente grande interesse, principalmente do ZnO, pois é esperado que tal processo mude algumas de suas propriedades óticas, eletrônicas e magnéticas, aumentando desse modo seu potencial para aplicações. A pesquisa visa utilizar métodos simples e práticos, com pouco custo energético, para dopagem do ZnO nanoestruturado. Para obtenção das nanoestruturas e sua dopagem, são utilizados o método sol-gel proteico e o ultrasom. No primeiro método, o ponto de partida é uma solução de colágeno com nitrato de zinco e cloreto de níquel, com uma relação em massa de 1,25:0,5 entre o colágeno e as fontes dos metais. Essa relação permite que a disponibilidade de sítios carregados na estrutura do colágeno, que irão interagir com os íons metálicos, não seja saturada. A concentração de Ni varia de 0 a 10% em massa em relação ao Zn. A solução é preparada em 20ml de água (Milli-Q com resistividade de 18.2 Mcm) sob agitação e numa temperatura de 47oC, primeiro sendo adicionado o colágeno e após 30 minutos os precursores metálicos, mantendo-se a agitação e a temperatura por mais 20 minutos. Após esse período, a solução resultante é acondicionada em estufa por um período de 48 horas para secagem. A próxima etapa é a quebra da estrutura da matriz de colágeno, que é realizada por um tratamento térmico de 3 horas a 250oC, eliminando-se boa parte do material volátil. A formação das nanoestruturas ocorre na próxima etapa, quando o material resultante, preponderantemente carbono, é submetido a novos tratamentos térmicos em diferentes temperaturas e tempos. No segundo método, é empregado o ultrasom para realizar a dopagem das nanoestruturas de ZnO. Os parâmetros de aplicação do ultrasom são aqueles encontrados na literatura, usando o modo contínuo por um período de 1 hora. Nesse caso, as nanoestruturas são obtidas seguindo o primeiro método, mas sem a adição do Ni, em que o material é tratado na última etapa na temperatura de 550oC por 3 horas, apresentando um tamanho de grão entre 15 e 20nm. As partículas são colocadas em solução com o cloreto de Ni e submetidas ao ultrasom. A caracterização dos materiais resultantes dos dois métodos de dopagem está sendo realizada pela técnica de difração de raios-X. A técnica permite a identificação das fases cristalinas e os parâmetros cristalinos, que se alteram em função da dopagem. Além disso, também é empregado o método de Williamson-Hall para análise do tamanho de grão e do stress das nanopartículas, que são comparados com os resultados obtidos pelo método de Scherrer. Esses resultados são apresentados em função dos diferentes parâmetros (temperatura e tempo) que são usados durante os métodos de preparação.