Bulk, superfície e nanotubos do SrTiO3 dopado com Ag - Azevedo, Sergio Alves de [UNESP] (2023)
O Titanato de Estrôncio (SrTiO3) é um material funcional com estrutura cristalina do tipo perovskita que tem despertado o interesse da comunidade científica nos últimos 10 anos. Dessa forma essa tese teve como objetivo modelar computacionalmente o bulk, a superfície e nanotubos do SrTiO3 puro e dopado com prata (Ag), estudando as propriedades estruturais, eletrônicas, vibracionais e térmicas, além de possíveis aplicações. As simulações computacionais por meio da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) foram realizadas para estudar o efeito da dopagem por Ag no SrTiO3 e suas propriedades no bulk, superfície e nanotubo. A dopagem com Ag no bulk reduz a energia de band gap (E_gap) em 0,15 eV e modifica o band gap de indireto para direto. A análise das populações hamiltonianas de orbitais cristalinos (COHP) revelou que a ligação Ag-O foi mais forte para os estados antiligantes. Os resultados vibracionais mostraram que a dopagem com Ag promoveu um distúrbio estrutural de curto alcance no SrTiO3 com o aparecimento de modos Raman ativos (Ag, B1g, B2g e B3g). Os dados das propriedades de transporte revelaram que a dopagem modifica a natureza do semicondutor do tipo n para um semicondutor do tipo p. Os resultados para a dopagem com Ag na superfície (001) do SrTiO3 mostram o surgimento de um estado midgap, levando a uma diminuição da E_gap, um aumento nas constantes dielétricas e na massa efetiva dos elétrons. A dopagem por Ag gera uma diminuição da condutividade elétrica e um aumento na figura de mérito, que estão associados a uma redução significativa da condutividade térmica (~5 vezes), indicando que o material pode ser usado com material termoelétrico em altas temperaturas. A dissociação da molécula água na superfície (001) de STO dopado com Ag demonstrou-se uma reação espontanea que é termodinamicamente, cineticamente favorável. A estrutura de bandas após a dissociação da água na superfície, tem diminuição do E_gap ~2 eV em ambas as configurações de spin, indicando a transferência de elétron para a molécula de água, quebrando assim a ligação [H-O] em H+ e OH- e resultando em nova recombinação elétron-buraco nos estados eletrônicos. Os dados de carga de Hirshfeld revelam que a divisão da água forma OH com características radicalares. Os resultados da dopagem com Ag nos nanotubos (NT) de SrTiO3 resultou em aumento da desordem nos clusters de [SrO] e [TiO2], no entanto, a Ag formou clusters de [AgO4] sem distorções. Os resultados das propriedades eletrônica mostraram que NT puro de SrTiO3 com quiralidade zigzag e armchair apresentaram band gap indireto e direto respectivamente, com valores próximos aos observados no bulk e na superfície (001) do SrTiO3. A dopagem com Ag reduziu significativamente o band gap em todos os nanotubos dopados. A mobilidade dos portadores também foi afetada pela dopagem, com aumento da mobilidade dos elétrons e redução da mobilidade dos buracos. Por fim, os resultados de dopagem com Ag no SrTiO3, se mostraram promissores uma vez que melhora suas propriedades físico-químicas, abrindo assim novas possibilidades tecnológicas em diferentes áreas de aplicação.