Síntese e caracterização de nanopartículas de óxido de zinco co-dopadas com níquel e neodímio

Abstract

Resumo: Nanopartículas de óxido de zinco (ZnO) são objeto de pesquisa em diversas áreas como de alimentos, medicina, metalúrgica e engenharia. O ZnO é um material semicondutor que pode ter algumas das suas propriedades alteradas através da dopagem. A sua dopagem com metais de transição pode ocasionar alterações no valor do band gap e na constante dielétrica, além de alterar a absorção do comprimento de onda da região do ultravioleta para a região da luz visível. A dopagem com terras raras pode, além dos mesmos efeitos dos metais de transição, aumentar a emissão luminescente em determinadas faixas do espectro eletromagnético. Estea pesquisa tem como objeto as nanopartículas (NPs) de ZnO co-dopadas com níquel (Ni) e neodímio (Nd), buscando modular as propriedades ópticas das NPs de ZnO, identificando as alterações obtidas através de caracterização da morfologia, da estrutura cristalina, da composição química e das propriedades fotoluminescentes do material resultante. Para o desenvolvimento deste trabalho as amostras foram produzidas pelo método sol-gel. As amostras foram caracterizadas morfologicamente por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). A composição química foi determinada por espectroscopia por dispersão em energia de fótons de raios X (EDS). A caracterização estrutural foi realizada por difração de raios X (DRX) e as propriedades ópticas foram estudas por espectroscopia de luz transmitida na faixa do ultravioleta e visível (UVVis) e por fotoluminescência. Foi possível constatar o deslocamento para o vermelho em todas as amostras codopadas. As medidas de UV-Vis e de fotoluminescência identificaram a presença da fase Nd2O3 e as medidas estruturais sugerem a existência da fase NiO. Foi também identificada a relação entre o comprimento de coerência cristalino e a variação da emissão luminescente do nanomaterial. Devido à escassez de pesquisas sobre o tema, os resultados obtidos poderão ser úteis para a comunidade científica, possivelmente indicando outras oportunidades para a aplicação do ZnO co-dopado com Ni e Nd.

Abstract: Zinc oxide nanoparticles (ZnO) are the subject of research in several areas such as food, medicine, metallurgy, and engineering. ZnO is a semiconductor material that may have some of its properties altered through doping. Its doping with transition metals can cause changes in the value of the band gap and the dielectric constant, in addition to changing the absorption of wavelength from the ultraviolet region to the region of visible light. Doping with rare earths can, in addition to the same effects of transition metals, increase luminescent emission in certain bands of the electromagnetic spectrum. This research aims to analyze the nanoparticles (NPs) of ZnO co-doped with nickel (Ni) and neodymium (Nd), seeking to modulate the optical properties of the NPs of ZnO, identifying the changes obtained by characterizing the morphology, the crystal structure, chemical composition and photoluminescent properties of the resulting material. For the development of this work, the samples were produced by the sol-gel method. The samples were morphologically characterized by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The chemical composition was determined by energy dispersion spectroscopy (EDS). The structural characterization was performed by X-ray diffraction (XRD) and optical properties were studied by light spectroscopy transmitted in the ultraviolet and visible range (UV-Vis) and by photoluminescence. It was possible to verify the shift to red in all codoped samples. UV-Vis and photoluminescence measurements identified the presence of the Nd2O3 phase and structural measurements suggest the existence of the NiO phase. It also identified the relationship between the crystalline coherence length and the variation of the luminescent emission of the nanomaterial. Due to the lack of research on the subject, the results obtained may be useful to the scientific community, possibly indicating other opportunities for the application of the co-doped ZnO with Ni and Nd.