Controle da emissão visível de nanopartículas baseadas em óxido de zinco

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Curcio, Ana Laura
Orientador(a): Rodrigues, Ariano De Giovanni lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Física - PPGF
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14187
Resumo: We present a study of the synthesis processes and of the structural, vibrational and optical properties of Zn1-xCdxO nanostructured system. The Zn1-xCdxO samples were synthesized using mechanosynthesis method, in the compositional range 0 ≤ x ≤ 0.01 and through the microwave assisted solvothermal method with 0 ≤ x ≤ 0.05. These dopant concentrations were chosen with the aim of preserving the crystallographic structure of the matrix and, consequently, all the physical properties related to the structure. Since the modifications induced by doping in these proportions are difficult to be investigated using conventional r-ray diffraction experiments, the development of an alternative method based on Raman spectroscopy that was needed. Such method has proved to be very sensitive in identifying to structural modifications in ZnO systems with dimensions in nanometer scale. The samples produced by mechanosynthesis presented the visible emission being composed of five associated spectral contributions. The developed synthesis method enables the control of the relative intensity of these contributions, which provides the possibility to strongly adjust the visible emission, producing displacements in its maximums up to 80 nm. Due to the large surface-to-volume ratio and the possibility of controlling the morphology, the particles produced by mechanosynthesis allowed us to establish the limit in which the visible photoluminescent emission is dominated by internal point defects, whose density is controlled through doping, or ruled by surface effects. This opens the possibility of an additional control of this emission through adjustments to the synthesis parameters. The analysis of samples produced by solvothermal technique showed that the long-range order decreases as the dopant proportion is increased and that these structural effects are the possible agents of the changes in the gap energy, since this phenomenon may be linked to the decrease in the electronic mobility in disordered structures. The comparison of the Raman spectra of the doped samples indicates that the system produced by solvothermal synthesis presents a stronger quantum confinement, while the system produced by mechanosynthesis has a higher density of electronic states associated with point defects. The use of different parameters adopted in the synthesis processes is an efficient way for the selective control of the emission spectra of ZnO-based nanoparticles in both synthesis mechanisms, allowing the selective modulation of optical emissions, preserving the long-range order of the crystalline structure.
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Since the modifications induced by doping in these proportions are difficult to be investigated using conventional r-ray diffraction experiments, the development of an alternative method based on Raman spectroscopy that was needed. Such method has proved to be very sensitive in identifying to structural modifications in ZnO systems with dimensions in nanometer scale. The samples produced by mechanosynthesis presented the visible emission being composed of five associated spectral contributions. The developed synthesis method enables the control of the relative intensity of these contributions, which provides the possibility to strongly adjust the visible emission, producing displacements in its maximums up to 80 nm. Due to the large surface-to-volume ratio and the possibility of controlling the morphology, the particles produced by mechanosynthesis allowed us to establish the limit in which the visible photoluminescent emission is dominated by internal point defects, whose density is controlled through doping, or ruled by surface effects. This opens the possibility of an additional control of this emission through adjustments to the synthesis parameters. The analysis of samples produced by solvothermal technique showed that the long-range order decreases as the dopant proportion is increased and that these structural effects are the possible agents of the changes in the gap energy, since this phenomenon may be linked to the decrease in the electronic mobility in disordered structures. The comparison of the Raman spectra of the doped samples indicates that the system produced by solvothermal synthesis presents a stronger quantum confinement, while the system produced by mechanosynthesis has a higher density of electronic states associated with point defects. The use of different parameters adopted in the synthesis processes is an efficient way for the selective control of the emission spectra of ZnO-based nanoparticles in both synthesis mechanisms, allowing the selective modulation of optical emissions, preserving the long-range order of the crystalline structure.Este trabalho apresenta um estudo do processo de síntese e caracterização de propriedades estruturais, vibracionais e ópticas de nanoestruturas de composto Zn1-xCdxO. As amostras de Zn1-xCdxO foram sintetizadas através do método de mecano-síntese, em um intervalo de composições entre 0 ≤ x ≤ 0.01 e através do método solvotermal assistido por micro-ondas, com 0 ≤ x ≤ 0.05. Essas concentrações de dopante foram selecionadas com a finalidade de se preservar a estrutura cristalina do material e consequentemente todas as propriedades relacionadas à estrutura. Como as modificações induzidas por esses níveis de dopagem são difíceis de serem investigadas usando experimentos convencionais de difração de raios X , fez-se necessário desenvolver um método alternativo baseado em espectroscopia Raman que se mostrou sensível a diferenças estruturais em sistemas ZnO com dimensões características em escala nanométrica. As amostras produzidas por mecano-síntese apresentaram a emissão no visível sendo composta por cinco contribuições espectrais associadas. O método de síntese desenvolvido permite o controle da intensidade relativa dessas contribuições, o que possibilita fortes ajustes da emissão, produzindo deslocamentos de seus máximos em até 80 nm. Devido à grande razão área-volume e a possibilidade de se controlar a morfologia, as partículas produzidas por mecano-síntese nos permitiram estabelecer o limite em que a emissão fotoluminescente visível é dominada por defeitos pontuais internos, cuja densidade é controlada através de dopagem, ou governada por efeitos de superfície. Isso abre possiblidades de controle adicional dessa emissão através de ajustes dos parâmetros de síntese. A análise das amostras produzidas por solvotermal assistido por micro-ondas mostrou que a ordem estrutural de longo alcance diminui conforme aumentamos a quantidade de dopante e possivelmente esses efeitos estruturais estão relacionados a essa mudança da energia de gap do material, uma vez que esse fenômeno pode estar ligado ao aumento da dificuldade de mobilidade eletrônica em estruturas desordenadas. A comparação dos espectros Raman das amostras dopadas indica que o sistema produzido por solvotermal apresenta um confinamento quântico mais intenso enquanto o sistema produzido por mecano-síntese apresenta uma maior densidade de estados eletrônicos associados a defeitos pontuais. A utilização de diferentes parâmetros adotados no processo de síntese se mostra como um meio eficiente para controle seletivo dos espectros de emissão da nanopartículas baseadas em ZnO para ambos mecanismos de síntese, permitindo a modulação seletiva das emissões ópticas mantendo a ordem de longo alcance da estrutura cristalina.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 33001014011P-5porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Física - PPGFUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessZnO e Zn1-xCdxONanopartículasFotoluminescênciaMecano-sínteseSolvotermal assistido por micro-ondasNanoparticlesPhotoluminescenceMechano synthesis methodMicrowave assisted solvothermalCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::ESTADOS ELETRONICOSCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADAControle da emissão visível de nanopartículas baseadas em óxido de zincoControl of the visible emission of zinc oxide-based nanoparticlesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTESEDEDOUTORADO_ALCURCIO-1-2-mesclado.pdfTESEDEDOUTORADO_ALCURCIO-1-2-mesclado.pdfTese de doutoradoapplication/pdf5651745https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14187/7/TESEDEDOUTORADO_ALCURCIO-1-2-mesclado.pdf8d9f7538434b782489d250504d4eaf44MD57Carta_repositorio_Ana_Laura.pdfCarta_repositorio_Ana_Laura.pdfCarta repositórioapplication/pdf380148https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14187/6/Carta_repositorio_Ana_Laura.pdf03c6ea5492dedd077b7cdf2897c729aeMD56CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14187/8/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD58TEXTTESEDEDOUTORADO_ALCURCIO-1-2-mesclado.pdf.txtTESEDEDOUTORADO_ALCURCIO-1-2-mesclado.pdf.txtExtracted texttext/plain285523https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14187/9/TESEDEDOUTORADO_ALCURCIO-1-2-mesclado.pdf.txtc5f026bbbc7ed55d58095dc8de691524MD59Carta_repositorio_Ana_Laura.pdf.txtCarta_repositorio_Ana_Laura.pdf.txtExtracted texttext/plain1396https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14187/11/Carta_repositorio_Ana_Laura.pdf.txt789049759a37c7ae303e601c7875e90cMD511THUMBNAILTESEDEDOUTORADO_ALCURCIO-1-2-mesclado.pdf.jpgTESEDEDOUTORADO_ALCURCIO-1-2-mesclado.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7083https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14187/10/TESEDEDOUTORADO_ALCURCIO-1-2-mesclado.pdf.jpg7c32d11d26a9a5b9ad8d9d63a9e1b4e2MD510Carta_repositorio_Ana_Laura.pdf.jpgCarta_repositorio_Ana_Laura.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7896https://{{ getenv "DSPACE_HOST" "repositorio.ufscar.br" }}/bitstream/ufscar/14187/12/Carta_repositorio_Ana_Laura.pdf.jpga7f855be7291b749e6ccb7e071f5eb48MD512ufscar/141872021-04-30 03:15:27.34oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/14187Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-05-25T13:01:11.284426Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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