Caracterização estrutural e óptica de vidros contendo nanocristais de Cu2O

Abstract

Resumo: Esta disserta¸c˜ao 'e um estudo das propriedades estruturais e 'opticas de nanopart'iculas de Cu2O embebidas em vidro s'odio-borato (72B2O3 : 28N a2O). Foi investigada a maneira que as propriedades 'opticas variam 'a medida em que os parˆametros estruturais dos nanocristais de 'oxido cuproso se alteram. Para isso sintetizamos e caracterizamos a estrutura cristalina, a morfologia e as propriedades 'opticas de nanopart'iculas usando uma abordagem multit'ecnica. Vidros s'odio-borato dopados com 'atomos de cobre foram obtidos a partir da fus˜ao dos reagentes precursores do material, seguido por tratamento isot'ermico na faixa de temperaturas entre 420 - 500 ?C. Este procedimento nos permitiu obter v'arias amostras v'itreas nas quais foram incorporados nanocristais de Cu2O quase esf'ericos com diferentes raios m'edios e dispers˜ao de tamanho. As t'ecnicas TEM, SAED, XRD e SAXS foram aplicadas na caracteriza¸c˜ao morfol'ogica e na estrutura cristalina dos nanocristais, j'a as t'ecnicas UV-Vis e PL foram aplicadas para caracterizar as propriedades 'opticas do material. Atrav'es dos espectros de absorbˆancia UV-Vis conseguimos determinar a energia de gap 'optico das amostras com diferentes distribui¸c˜oes de raios. Os valores experimentais da energia de gap em fun¸c˜ao do tamanho m'edio dos nanocristais de cuprita est˜ao de acordo com aqueles previstos por um modelo te'orico que leva em conta os efeitos de confinamento quˆantico dependentes do tamanho dos nanocristais esf'ericos semicondutores. Das analises 'opticas ainda foi poss'ivel determinar que as intensidades de PL, produzida por cada uma das amostras, s˜ao geradas principalmente por defeitos de vacˆancias de cobre e oxigˆenio presentes na rede cristalina da cuprita.

Abstract: This dissertation is a study of the structural and optical properties of nanoparticles of Cu2O embedded in sodium-borate glass (72B2O3 : 28N a2O). It was investigated the way that the optical properties vary as the structural parameters of the nanocrystals cuprous change. To do this, we synthesize and characterize the crystalline structure, the morphology and optical properties of nanoparticles using a multi-technique. Sodium borate glasses doped with Cu atoms were obtained from the fusion of the materials precursor reagents followed by isothermal annealing in the range of 420 - 500 ?C. This procedure allowed us to obtain several glass samples in which incorporated almost spherical Cu2O nanocrystals with different average radii and dispersion of size. The TEM, SAED, XRD and SAXS techniques were applied in the characterization morphological and crystalline structure of the nanocrystals, and the UV-Vis and PL techniques were applied to characterize the optical properties of the material. Through the spectra of UV-Vis absorbance we were able to determine the optical band gap energies of the samples with different distributions of radii. The experimental values of the gap energy as a function of the average size of the cuprous nanocrystals are in agreement with those predicted by a theoretical model that takes into account the effects of quantum confinement dependent on the size of spherical semiconductor nanocrystals. From optical analyzes it was still possible determine that the PL intensities, produced by each of the samples, are generated exclusively due to copper and oxygen vacancy defects present in the crystalline lattice of cuprite.