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metadata.dc.type: Dissertação
Title: INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA E DA PRESSÃO DE TRATAMENTO TÉRMICO NA FOTOLUMINESCÊNCIA DO ZnO
metadata.dc.creator: Pacheco, Yago Valencio
metadata.dc.contributor.advisor1: Kubaski, Evaldo Toniolo
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Tebcherani, Sergio Mazurek
metadata.dc.contributor.referee1: Pianaro, Sidnei Antonio
metadata.dc.contributor.referee2: Rosa, Daniele Toniolo Dias Ferreira da
metadata.dc.contributor.referee3: Zara, Alfredo José
metadata.dc.contributor.referee4: Mazur, Maurício Marlon
metadata.dc.description.resumo: Óxido de zinco (ZnO) é um material com grande interesse tecnológico, apresentando gap direto de 3,37 eV e alta energia de ligação elétrons-buraco (éxcitons) de 60 meV a temperatura ambiente, o que possibilita uma vasta área de aplicações, principalmente em diversos dispositivos optoeletrônicos. No presente trabalho foram preparadas amostras de ZnO pelo método dos precursores poliméricos (Método Pechini) e nestas realizou-se um tratamento térmico assistido por pressão (TTAP) e outro tratamento térmico posterior. O estudo avaliou a influência da temperatura e pressão, variando esses parâmetros através de planejamento fatorial durante os tratamentos, sobre as propriedades de fotoluminescência do ZnO. O método Pechini se mostrou eficiente para a obtenção dos pós de ZnO. A estrutura foi determinada através das análises de Difração de raios X (DRX). Com auxílio de refinamento pelo método Rietveld, foi possível visualizar que as amostras apresentaram tamanho de cristalito nanométrico e boa estabilidade estrutural. Imagens obtidas pela técnica de Microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV-FEG) possibilitaram definir que as partículas apresentaram morfologia aproximadamente esférica e homogênea. As propriedades óticas das amostras foram medidas e comparadas pelas técnicas de espectroscopia de fotoluminescência (PL) e espectroscopia UV-visível. O ZnO apresentou dois picos principais sendo um na região ultravioleta (UV) e outro na região visível do espectro eletromagnético. Na região do UV os parâmetros que causaram maior influência sobre as intensidades fotoluminescentes foram a pressão e as interações entre pressão e temperatura e entre pressão e tratamento térmico posterior. Já para a região do visível a maior influência ocorreu devido à pressão isoladamente. As variações dos valores de energia de band gap (Egap) confirmaram os efeitos dos tratamentos em relação a amostra não tratada. A composição química dos materiais foi avaliada pelas espectroscopias Raman, Infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e de Fotoelétrons excitados por raios X (XPS). Espectros Raman revelaram que tensões residuais (tração e compressão) causadas pelo aumento de pressão e temperatura geram melhoria na cristalinidade do ZnO e favorecem maiores intensidades fotoluminescentes. Através de FT-IR foi observado que devido as nanopartículas apresentarem elevada área superficial, uma maior dessorção de grupos hidroxila (–OH) ocorrem na superfície do material. Os resultados de XPS confirmaram os efeitos causados pela camada superficial do ZnO, onde defeitos relacionados a deficiências de oxigênio e grupos –OH na superfície são elementos fundamentais e governam alterações causadas nas intensidades de fotoluminescência.
Abstract: Zinc oxide (ZnO) is a material with great technological interest, showing a direct gap 3,37 eV and high electron-hole bond energy (excitons) of 60 meV at room temperature, what makes it applicable in a variety of areas, especially in optoelectronic dispositives. In this work samples of ZnO were prepared through the polymeric precursors method (Pechini Method) and then they were submitted through a pressure assisted thermal treatment (TTAP) and another posterior thermal treatment. The study evaluated influence of temperature and pressure, varying those parameters through factorial planning during the treatments, on the photoluminescence properties of ZnO. The Pechini method shown to be efficient for obtaining the ZnO powders. The structure was determined through x-ray diffraction analysis (DRX) and by refining through the Rietveld method, it was possible to assure that the samples had nanometric size cristalites and good structural stability. With images obtained through scanning electron microscopy field emission (MEV-FEG) it was possible to define that the particles shown an almost spherical and homogeneous morphology. The optical properties of the samples were measured and compared through the photoluminescence spectroscopy (PL) and UVvisible spectroscopy. The ZnO shown two main peaks, one in the ultraviolet (UV) region and the other one in the visible region of the electromagnetic spectra. In the UV region the parameters that had bigger influence on the photoluminescence intensities were pressure and the interaction between pressure and temperature and between pressure and posterior thermal treatment. In the visible region, the isolated pressure had bigger influence. The variations of the band gap energy (Egap) values confirmed effects of the treatments in relation to the sample without treatment. The chemical composition of the materials was evaluated through Raman spectroscopy, Fourier Transform Infrared (FTIR) and by x-ray excited photoelectrons (XPS). Raman spectra shown that residual tensions (traction and compression) caused by the increase pressure and temperature grant an increase in the ZnO crystallinity and favor bigger photoluminescence intensities. By FT-IR it was possible to observe that due to the high superficial area of the nanoparticles, a bigger desorption of hydroxyl (-OH) occur on material’s surface. The XPS results confirmed the effects caused by the superficial layer of ZnO, where defects related to oxygen and –OH groups on the surface fundamental and rule the changes in the photoluminescence intensities.
Keywords: Fotoluminescência
Óxido de zinco
Tratamento térmico assistido por pressão
Defeitos de oxigênio
Photoluminescence
Zinc oxide
Pressure assisted termal treatment
Oxygen defects
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Engenharia de Materiais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências de Materiais
Citation: PACHECO, Yago Valencio. Influência da temperatura e da pressão de tratamento térmico na fotoluminescência do ZnO. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2019.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/2771
Issue Date: 31-Jan-2019
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