DESENVOLVIMENTO DE MATERIAIS PARA NANODISPOSITIVOS HÍBRIDOS BASEADOS EM FILMES NANOESTRUTURADOS OBTIDOS POR PROCESSO BOTTOM-UP - Schneider, Ricardo (2012)
Foram desenvolvidos e estudados sistemas vítreos com a capacidade de formação de nanopartículas e filmes nanoestruturados, quando submetidos a tratamento térmico, para atuar como parte ativa de dispositivos. As composições dos sistemas desenvolvidos e avaliados mostraram-se adequadas para produção de fibras. O crescimento de nanofilmes foi monitorado em função das condições de tratamento térmico, em temperaturas características de cada sistema, através de microscopia de força atômica (AFM) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Um dos sistemas desenvolvidos no presente trabalho resultou em aplicação como parte ativa de dispositivos sensores de gás hidrogênio. As temperaturas características dos sistemas estudados foram determinadas por análise térmica e utilizadas em simulações dos eventos térmicos observados. As simulações foram realizadas com rotinas desenvolvidas no programa Wolfram Mathematica®, possibilitando caracterização dos mecanismos associados aos processos de cristalização. As amostras vítreas em forma de fibras puxadas a partir dos sistemas baseados em compostos de chumbo, GAPAgF e GAPAgO, dopadas com íons prata, foram obtidas pela fusão dos reagentes de partida em forno resistivo, seguidas pelo tratamento térmico em torno da temperatura de transição vítrea (Tg) para produzir o filme de prata nanoestruturado na superfície das fibras. Um terceiro sistema, baseado em fosfato (NaPONG), apresentou crescimento de filme nanoestruturado apenas quando submetido a tratamento térmico em atmosfera redutora, diferenciando substancialmente do mecanismo envolvido nos sistemas anteriores (GAPAgF e GAPAgO). O sistema NaPONG apresenta uma capacidade de dissolução de vários óxidos e compostos, e permitiu a dopagem deste sistema também com íons Ni2+ e a obtenção de nanopartículas de níquel. O crescimento do filme nanoestruturado nos sistemas de compostos de chumbo apresenta forte dependência com a temperatura necessária para o crescimento do filme. Tal dependência não é observada no sistema baseado em fosfato, o que permite a obtenção de filmes em temperaturas em torno de 340 °C, abaixo da Tg do sistema. O crescimento das nanopartículas foi monitorado por AFM em ambos os sistemas, em função do tempo de tratamento térmico. Detectou-se crescimento de nanoestruturas de prata com 50 nm em apenas um minuto e cinco minutos de tratamento térmico, para os sistemas GAPAgO e NaPONG, respectivamente. Quanto às características elétricas, o filme nanoestruturado, que se apresenta como não-condutor quando obtido nos sistemas baseados em chumbo, mostrou-se condutor no sistema fosfato, obtido com tratamento térmico de trinta minutos a 350 °C sob atmosfera de H2. Imagens de MEV mostram que a condutividade é obtida quando se estabelece o “contato” entre as nanopartículas que formam o filme, ultrapassando um limiar de percolação, formando um caminho ininterrupto pelo qual fluirá a corrente elétrica. Fibras do sistema fosfato com filme condutor foram aplicadas no desenvolvimento de dispositivos sensores de gás. O dispositivo obtido mostra sensibilidade ao gás hidrogênio e não aos gases oxigênio e nitrogênio. Os resultados indicam que o dispositivo desenvolvido pode atuar como sensor seletivo, com aplicações nas áreas de processos e segurança.