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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37906
ORCID: | http://orcid.org/0000-0002-2194-8525 |
Document type: | Tese |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Estudo da evolução microestrutural de sistemas nanoestruturados em função da metodologia de preparo |
Alternate title (s): | Study of the microstructural evolution of nanostructured systems according to the preparation methodology |
Author: | Araújo, Jeann César Rodrigues de |
First Advisor: | Serrano, Raimundo Lora |
First coorientator: | Iwamoto, Wellington Akira |
First member of the Committee: | Andrade, Acacio Aparecido de Castro |
Second member of the Committee: | Messias, Djalmir Nestor |
Third member of the Committee: | Souza Junior, João Batista |
Fourth member of the Committee: | Bittar, Eduardo Matzenbacher |
Fifth member of the Committee: | Serrano, Raimundo Lora |
Summary: | Os materiais nanoestruturados recebem grande atenção por apresentarem propriedades físicas diferentes das observadas quando analisados em configuração volumétrica (bulk). A busca por sistemas com dimensionalidade reduzida e propriedades físicas bem definidas, que possam ser controláveis, destaca-se como uma área de grande interesse, promovendo a pesquisa de novos materiais bidimensionais e a redução de sistemas volumétricos já conhecidos para a escala micro ou nanométrica. Nesse cenário, a necessidade do desenvolvimento de novas técnicas de síntese, com foco no controle morfológico e nanoestrutural apresenta grande crescimento, impulsionando o aprimoramento de técnicas de caracterização, modelos físicos, matemáticos e computacionais capazes de descrever de forma robusta a evolução das propriedades de interesse. Esta tese está centrada na aplicação de uma metodologia de caracterização de sistemas nanoestruturados, visando o estudo dos efeitos do tamanho das partículas, morfologia e defeitos cristalinos nas propriedades físicas de interesse. Foram estudados os sistemas de nanopartículas metálicas de ouro (Au), nanopartículas magnéticas de óxido de níquel (NiO), sistemas dopados de terras-raras (BaLa2-x1-x2Erx1Ybx2ZnO5) e óxidos metálicos Ba1-xLaxTi0,5Mn0,5O3 (x = 0;0,5), escolhidos por suas potenciais aplicações tecnológicas, como nanodispositivos magnéticos, optoeletrônicos e marcadores biológicos. As amostras foram caracterizadas aplicando um conjunto de procedimentos, que vão desde o controle dos parâmetros de síntese até a implementação de uma rotina de análise microestrutural, através da utilização de técnicas de caracterização direta (Microscopia Eletrônica de Transmissão – MET), técnicas indiretas de difração de Raio-X (DRX), espectroscopia de fotoluminescência, espalhamento Raman e medidas de magnetização, em conjunto a ferramentas computacionais baseadas na técnica de X-Ray Profile Analysis (XPA). Foram obtidas nanopartículas de ouro com tamanhos variando entre ~ 16 nm a ~ 72 nm, cuja análise por DRX e MET demonstrou aumento da densidade de twinning com a redução do tamanho das partículas. Para as amostras de NiO foram obtidas nanopartículas com tamanhos variando entre ~ 5,6 nm a ~ 57,7 nm, com aumento da densidade de stacking faults para menores partículas e aumento da característica ferromagnética, diferente do comportamento antiferromagnético apresentado pelo sistema em sua forma volumétrica. No caso do sistema BaLa2-x1x2Erx1Ybx2ZnO5, foram obtidas amostras com tamanhos aproximados de 140 nm, apresentando variações nos espectros de fotoluminescência em função das diferentes co-dopagens com íons Er+3 e Yb+3 na substituição dos íons La+3 na rede cristalina. A evolução dos dados de fotoluminescência sugere o aumento dos processos de migração de energia de excitação na rede cristalina, promovido pelo aumento da concentração de Er e potencializado pela redução do volume da célula unitária, permitindo que processos de transferência ressonante de energia por relaxamento cruzado entre íons Er+3 ocorram com mais facilidade. Por fim, foram apresentadas as análises qualitativas para os sistemas de óxidos metálicos Ba1-xLaxTi0,5Mn0,5O3 (x = 0;0,5). |
Abstract: | Nanostructured materials receive great attention because they often have physical properties different from those observed when analyzed in a bulk configuration. The search for systems with reduced dimensionality and well-defined physical properties, which can be controlled, stands out as an area of great interest, promoting the research of new two-dimensional materials and the reduction of already known bulk systems to the micro or nanometric scale. In this scenario, the need to develop new synthesis techniques, with a focus on morphological and nanostructural control is growing, driving the improvement of characterization techniques, physical, mathematical and computational models capable of robustly describing the evolution of the properties of interest. This dissertation is centered on the application of a methodology for the characterization of nanostructured systems, aiming to study the effects of particle size, morphology and crystalline defects on the physical properties of interest. The systems of metallic gold nanoparticles (Au), magnetic nanoparticles of nickel oxide (NiO), rare-earth doped systems (BaLa2-x1-x2Erx1Ybx2ZnO5) and metal oxides Ba1-xLaxTi0.5Mn0.5O3 (x = 0;0.5), were chosen for the study due to their potential technological applications as magnetic nanodevices, optoelectronics and biological markers. The samples were characterized by applying a set of procedures ranging from the control of the synthesis parameters to the implementation of a microstructural analysis routine, through the use of direct characterization techniques (Transmission Electron Microscopy - TEM), indirect techniques of X-ray diffraction (XRD), photoluminescence spectroscopy, Raman scattering and magnetization measurements, together with computational tools based on the X-Ray Profile Analysis (XPA) technique. Gold nanoparticles with sizes ranging from ~ 16 nm to ~ 72 nm were obtained, whose analysis by XRD and TEM showed an increase in \textit{twinning} density with the reduction in particle size. For the NiO samples, nanoparticles with sizes ranging from ~ 5.6 nm to ~ 57.7 nm were obtained, with an increase in stacking faults density for smaller particles and an increase in the ferromagnetic characteristic, different from the antiferromagnetic behavior presented by the system in its bulk configuration. In the BaLa2-x1x2Erx1Ybx2ZnO5 case system, samples with approximate sizes of 140 nm were obtained, showing variations in the photoluminescence spectra as a function of the different co-doping with Er+3 and Yb+3 ions in the replacement of La+3 ions in the crystal lattice. The evolution of the photoluminescence data suggests an increase in the excitation energy migration processes in the crystalline lattice, promoted by the increase in concentration of Er and reinforced by the reduction in the unit cell volume, allowing resonant energy transfer processes by cross relaxation between Er+3 ions. Finally, qualitative analyzes were presented for the metal oxide systems Ba1-xLaxTi0.5Mn0.5O3 (x = 0;0.5). |
Keywords: | Nanopartículas Caracterização microestrutural Análise de perfis de difração de raios-X Método CMWP Fotoluminescência Nanoparticles Microstructural characterization X-Ray Profile Analysis CMWP method Photoluminescence |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::ESTRUTURA DE LIQUIDOS E SOLIDOS CRISTALOGRAFIA |
Subject: | Física |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Física |
Quote: | ARAUJO, Jeann César Rodrigues de. Estudo da evolução microestrutural de sistemas nanoestruturados em função da metodologia de preparo. 2023. 172 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.226 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.226 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/37906 |
Date of defense: | 5-Apr-2023 |
Appears in Collections: | TESE - Física |
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