Síntese e caracterização de materiais semicondutores nanoestruturados luminescentes à base de ZnS

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Curcio, Ana Laura [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Nanoparticulas; ZnS; Difração de raios X; Fotoluminescência; Espectroscopia de absorção de raios X (XAS); Nanoparticles; X-ray diffraction (XRD); Photoluminescence (PL); X-ray absorption spectroscopy (XAS)
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/138154

Nanocristais tem sido extensivamente investigados nos últimos anos devido à sua ampla gama de aplicações em vários dispositivos tais como sensores, células solares, lasers, fotocatalisadores, fotodetectores, detectores de infravermelhos, diodos emissores de luz, materiais eletroluminescentes e outros materiais emissores de luz. Semicondutores nanocristalinos apresentam propriedades eletrônicas intermediárias entre aqueles de estrutura molecular e sólidos macrocristalinos, proporcionando uma ampla gama de aplicações. Entre estes materiais, o sulfeto de zinco (ZnS) puro ou dopado tem recebido notável atenção por causa de suas propriedades estruturais ópticas, versatilidade e potencial para várias aplicações tecnológicas. O ZnS é um típico semicondutor II-VI, com um gap direto de 3,6 eV à temperatura ambiente e aproximadamente 40 meV de energia de gap, sendo um bom material luminescente utilizado em telas, sensores e lasers. Como material de gap largo, o ZnS pode facilmente hospedar diferentes metais de transição como centros luminescentes. Entre estes íons de metais de transição para estruturas dopadas, os íons Cu2+e Mn2+ são atraentes pelas emissões de luz características e por apresentarem propriedades eficientes para aplicações como luminóforos. A inserção desses íons na estrutura do ZnS proporcionam defeitos que resultam em emissão no verde para os íons Cu2+e emissão no laranja para os íons Mn2+. Neste estudo, as amostras de ZnS pura e dopadas com Cu2+ e Mn2+ foram preparados pelo método solvotermal, que demonstra ser um processo eficaz para preparar nanopartículas. Uma vez preparadas, as estruturas das amostras nanoestruturadas foram caracterizadas e correlacionada s com propriedades fotoluminescentes. Os resultados de difração de raios X mostram que as amostras de ZnS foram cristalizadas completamente sem a presença de fases secundárias e os difratogramas correspondem à estrutura blenda cúbica de zinco com grupo espacial F-43m. Os espectros de XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) teóricos e experimentais na borda K do Zn indicam que a incorporação de átomos de Mn na matriz ZnS causam a formação de vacâncias de Zn e S, a qual é confirmada por ajustes de espectros EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure). Estas vacâncias estão relacionadas com um desvio para o vermelho observado no pico do espectro de fotoluminescência devido a adição de Mn na estrutura do ZnS. Para o ZnS puro, o pico é centrado em ~ 504 nm, relativo as vacâncias de S na amostra nanoestruturada. À medida que se aumenta a porcentagem de Mn na matriz ZnS, uma emissão no amarelo-laranja centrada em ~ 590 nm pode ser observada, associada com a transição 4T1-6A1 no interior de níveis 3d de Mn2+. A adição de íons Cu2+ ao ZnS resulta em um alargamento no pico do espectro de fotoluminescência decorrente de emissão no azul-verde, que está relacionada a recombinação de elétrons de níveis de defeitos mais profundos dos estados t2 do Cu próximos da banda de valência.