Propriedades multifuncionais dos sistemas cerâmicos de Ce1-(3/4)XPrXO2 (x = 0,04; x = 0,08; x = 0,12) na forma de nanopartículas e filmes - Oliveira, Liliane Lelis (2020)
Neste trabalho obteve-se material semicondutor de óxido de cério dopado com praseodímio utilizando o método de síntese hidrotermal assistida por micro-ondas para em seguida, ser estudado na forma de nanopartículas, por meio da caracterização estrutural, óptica e magnética e na forma de filme, por meio da caracterização elétrica. As nanopartículas de óxido de cério foram dopadas com praseodímio em diferentes concentrações, respeitam a estequiometria Ce1-(3/4)xPrxO2 para os valores de x igual a 0,04; 0,08 e 0,12 e inicialmente foram caracterizadas pelas técnicas de Difratometria de raios – X (DRX), indicando para todas as amostras a fase cúbica tipo fluorita do CeO2 e grupo espacial Fm3m com ordem a longa distância interatômica, e a técnica de Refinamento de Rietveld indicou coerência nos resultados dos parâmetros de rede, além de apontar uma maior concentração de tensões na rede para a amostra dopada em 8% de praseodímio (x = 0,08); A técnica de Infravermelho (IR-FT) indica a síntese completa dos agentes precursores com a ausência do grupo nitrato; A caracterização de espectroscopia Raman além de apresentar ordem a curta distância interatômica dada a presença das unidades CeO8 e PrO8, também mostra o modo F2g para todas as amostras, relacionado com a estrutura tipo fluorita do óxido de cério, além do modo de segunda ordem indicar que o aumento do dopante promove a redução do Ce4+ para Ce3+ e consequentemente, promove a formação de vacâncias de oxigênio; A Espectroscopia de Fotoluminescência (PL) mostra para as amostras dopadas a presença de defeitos rasos, variações de valências dada a redução do Ce4+ para Ce3+ associados às recombinações de espécies e vacâncias de oxigênios; As análises de área de superfície específica B.E.T. mostram que a dopagem do sistema do óxido de cério com praseodímio promove um aumento da área de superfície para o material na forma de nanopartículas; Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) evidencia a presença de aglomerados da ordem de 17-30 nm tanto para o material dopado quanto puro; Com a técnica de Ultravioleta-visível (UV-Vis) foi possível identificar que a dopagem com o praseodímio aumenta o caráter condutor do material, indicando estágios eletrônicos intermediários entre os níveis 2p do oxigênio e o nível vazio 4f do Ce e Pr, indicando a redução do Ce4+ para Ce3+, formando vacâncias de oxigênio e diminuindo o valor do band-gap; A Espectroscopia de Ressonância Paramagnética (EPR) indica a presença de elétrons desemparelhados nos locais de vacâncias de oxigênio para todas as amostras dopadas, com maior concentração para a amostra dopada em 8% de praseodímio; A caracterização Magnética mostra para todas as amostras dopadas um material com múltiplos domínios e que assume dois comportamentos magnéticos distintos: acima da temperatura de bloqueio se comporta como um material Paramagnético, visto que abaixo da temperatura de bloqueio, possui caráter Superparamagnético, apresentando coercitividade e remanescência. Os filmes dopados foram depositados em substrato de alumina pelo método manual screen printing, possuem espessura da ordem de 20 µm. Os filmes apresentam sensibilidade em atmosfera de monóxido de carbono por meio da queda da resistência na faixa de temperatura de 100 °C – 380 °C, apontando maiores sinais de resposta em temperaturas abaixo de 150 °C para as concentrações dopadas em 4% e 8% de praseodímio. Maiores valores da energia de ativação Ea para as amostras submetidas à atmosfera de monóxido de carbono podem indicar que o material tenha atingido um estado de energia mais estável, indicando a oxidação da superfície do filme em elevadas temperaturas e dada a presença do gás redutor (COg). Ainda é indicado o mecanismo de transporte de elétrons por tunelamento, dada a queda brusca da resistência em presença do gás monóxido de carbono.