Preparação e caracterização de filmes finos de TiO2 dopados com nióbio pelo método sol-gel

• Autor(a) principal: Gustavo Henrique de Magalhães Gomes
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/SFSA-AQSTT4
• topic: filmes finos; Nb:TiO2; elipsometria; dip-coating; sol-gel; Niobio; Fotocatalise; Elipsometria; Físico química; Dióxido de titânio; Processo Sol-Gel; Filmes finos

O dióxido de titânio (TiO2), um material multifuncional amplamente estudado, pode ter suas propriedades moduladas por meio da combinação com outros elementos permitindo o desenvolvimento de materiais de maior desempenho conjuntamente a uma ampliação do espectro de suas aplicações tecnológicas. Nesse contexto e no atual cenário brasileiro, onde cerca de 90% de todas reservas de nióbio do mundo estão localizadas no Brasil, foi realizada a introdução do nióbio na estrutura dos filmes finos de dióxido de titânio utilizando um produto nacional e de baixo custo. Diversas formulações inéditas foram desenvolvidas, partindo do isopropóxido de titânio (IV) como precursor de dióxido de titânio e o complexo de nióbio (oxobisoxalatobisaquoniobato(V) hidratado) como fonte do metal. Os filmes finos foram depositados em substratos de vidro utilizando o processo sol-gel e metodologia dip-coating. Foi realizado um estudo sistemático onde se o variou a temperatura de calcinação de 200 a 500 °C, o número de camadas de uma a cinco, e a concentração de nióbio de 0 a 5% em razão atômica. Os filmes finos em estudo foram caracterizados quanto às suas propriedades ópticas, eletrônicas, morfológicas e texturais. As propriedades ópticas e eletrônicas foram estudadas utilizando-se técnicas como espectroscopia ultravioleta-visível e elipsometria para determinar a função dielétrica, o band-gap óptico, espessura, rugosidade e transmitância dos filmes finos. Os filmes dopados com nióbio se mostraram mais densos e mais absorvedores de luz. As técnicas de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM) e microscopia de força atômica (AFM) foram utilizadas para avaliar as modificações que a inserção de nióbio promoveu na matriz de dióxido de titânio. Um aumento nos parâmetros de rede e distância interplanar, diminuição do tamanho de partícula e cristalito, bem como uma mudança na morfologia superficial e rugosidade dos filmes finos foi observada para os filmes dopados. Os filmes finos de TiO2 e Nb:TiO2 foram testados quanto às suas propriedades hidrofílicas, hidrofóbicas e seu potencial para a fotodegradação de azul de metileno. Em ambos os testes, o filme fino dopado com nióbio se mostrou superior, tendo maior ângulo de contato com a água (superhidrofílico no caso do filme fino tratado a 500 °C) e uma constante de velocidade de reação quase duas vezes maior ao filme fino não dopado.