Estabilização das nanopartículas de SnO2 - ZnO dopados: um estudo termodinâmico

• Main Author: Deise Cristina Carvalho do Rosario
• Other Authors: Douglas Gouvea
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2016
• Subjects: Energia de superfície; Excesso de interface; Nanopartículas (Estabilização); Termodinâmica; Stabilization of nanoparticles; Surface energy; Surface excess; Thermodynamics
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-13032017-113432/

A inserção de aditivos em sistemas nanométricos tem como objetivo usual a estabilização destes materiais. A distribuição do aditivo nas interfaces é fundamental para o controle do balanço energético e das características da nanopartícula. Neste trabalho, foi estudado o efeito termodinâmico da inserção de Zn2+ e Sn4+ nos pós de SnO2 e ZnO, respectivamente, sintetizados pelo método dos precursores poliméricos baseado em Pechini. A quantificação do excesso de interface pela lixiviação ácida e o estudo da evolução do tamanho das partículas e de suas áreas de superfície e de contorno de grão, permitiram calcular a distribuição do aditivo no sistema e avaliar sua influência em cada região onde este estava localizado. À 500°C, para baixas concentrações, há a solubilização dos aditivos na rede, promovendo o crescimento das nanopartículas. Para as concentrações acima de 0,05 mol%, o aditivo tende a se concentrar no contorno de grão e na superfície, promovendo uma estabilidade a estas regiões, possibilitando nanopartícula menores no que as dos pós sem aditivo e com baixa aglomeração. O ensaio cinético reforçou a ideia da correlação entre estabilidade e distribuição do aditivo nas interfaces, além de mostrar um efeito de aceleração do processo de estabilização com o aumento da concentração de aditivos. Também foi possível calcular o calor de segregação para o contorno de grão (?HsegrCG= 48,8 J.mol-1) e superfície (?HSsegr= 37,0 J.mol-1), o que permitiu determinar as energias das interfaces, mostrando que a estabilização provocada pela inserção de aditivos esta diretamente associada a diminuição destas energias. === The inclusion of additives in nanometric systems has the usual purpose of stabilizing these materials. This distribution in the interfaces is critical to the control of energy balance and nanoparticle characteristics. In this work, we studied the thermodynamic effect of the inclusion of Zn2+ and Sn4+ in the powders of SnO2 and ZnO, respectively, synthesized by the polymeric precursor method based on Pechini. The quantification of interface excess by acid leaching and the study of the evolution of particle size, surface areas and grain boundary, allowed to calculate the distribution of the additive in the system and evaluate its influence in each region where it was located. At 500 °C, for low concentrations, there is a solubilization of additives in the bulk, promoting growth of the nanoparticles. For concentrations above 0.05 mol%, the additive tends to concentrate on grain boundary and surface, promoting the stability of these regions. This stability enables smaller nanoparticles and with low agglomeration. The kinetic assay strengthened the idea of correlation between stability and distribution of the additive in the interfaces, besides showing an accelerating effect of the stabilization process by increasing the concentration of additives. It was also possible to calculate the heat of segregation of the grain boundary (?HCGsegr = 48.8 J.mol-1) and surface (?HSsegr = 37.0 J.mol-1), which allowed to determine the energies of the interfaces. This showed that the stabilization brought about by the inclusion of additives is directly associated with the reduction of these energies.