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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.76.2015.tde-17072015-153332
Documento
Autor
Nome completo
Carlos Augusto Escanhoela Júnior
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2015
Orientador
Banca examinadora
Mastelaro, Valmor Roberto (Presidente)
Eiras, José Antonio
Figueroa, Santiago José Alejandro
Li, Maximo Siu
Orlandi, Marcelo Ornaghi
Título em português
Síntese e caracterização do sistema nanoestruturado Sr1-XLaxTi1-yFeyO3: Aplicação como sensor de gás
Palavras-chave em português
Filmes finos e espessos
Ozônio.
Perovskita
Sensores de gás
Resumo em português
Os materiais de estrutura perovskita compreendem um vasto grupo de compostos cuja estrutura na sua forma mais simples pode ser representada pela fórmula química ABO3. Uma das principais vantagens que a estrutura perovskita apresenta é o alto grau de flexibilidade em acomodar uma grande variedade de átomos nos sítios A e B, permitindo um maior controle de suas propriedades físicas e químicas bem como a manutenção de sua estrutura básica, mesmo para altas concentrações de átomos substituintes. Devido estas propriedades, estes materiais têm sido aplicados com sucesso como capacitores, varistores, fotoeletrodos, memóriasferroelétricas e sensores de gases. Nas últimas décadas, tem sido reportada a utilização do titanato de estrôncio (SrTiO3, ST) na forma de filmes finos e espessos como sensor de gás oxigênio em altas temperaturas (>500 °C). Recentemente, foi mostrado que o titanato de estrôncio dopado com Fe apresentava uma excelente sensibilidade ao gás ozônio. Entretanto, neste trabalho, somente uma composição foi caracterizada e nem todas as propriedades importantes em relação a esta aplicação foram completamente exploradas. Neste contexto, esta tese de doutorado teve como objetivo verificar o efeito da substituição do átomo de estrôncio pelo lantânio e do titânio pelo Ferro no composto SrTiO3 na forma de pó e filmes finos nanoestruturados com a finalidade de verificar o efeito destas substituições nas propriedades sensoras do material. Inicialmente, com o objetivo de avaliar a influência da adição de La na estrutura do composto ST, amostras na forma de pó do sistema Sr1-xLaxTiO3.(SLT) foram preparadas através do método dos precursores poliméricos. Posteriormente, pelo mesmo método, foram sintetizadas amostras do sistema SrTi1-xFexO3 (STF) e Sr1-XLaxTi1-yFeyO3 (SLTF). A partir das amostras na forma de pó e na forma de solução, filmes finos e espessos foram respectivamente obtidos através das técnicas de deposição por feixe de elétrons (EBD) e spin-coating (SC). As amostras nanoestruturadas na forma de pó e na forma de filmes foram caracterizadas por difração de raios X, espectroscopia de absorção de raios X (XANES) na borda K do Ti e do Fe e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). A análise morfológica foi realizada através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (MFA). As amostras do sistema STF e SLTF na forma de filmes finos foram avaliadas em relação à sensibilidade aos gases O3, NO2, NH3 e CO. Os resultados indicaram que os filmes do sistema SLTF depositados pela técnica de deposição por feixe de elétrons apresentam uma maior sensibilidade ao gás ozônio, enquanto o filme de mesma composição depositado pelo método de spin-coating apresentou uma melhor estabilidade e tempo de recuperação em relação a este mesmo gás.
Título em inglês
Synthesis and characterization of nanostructured system Sr1-XLaxTi1-yFeyO3: application as gas sensor
Palavras-chave em inglês
Gas sensors
Ozone.
Perovskite
Thin and thick films
Resumo em inglês
The perovskite structure materials comprise a large group of compounds with the structure in simple form can be represented by the ABO3. chemical formula. The main advantage that the perovskite structure presents is the high degree of flexibility to accommodate a wide variety of atoms in sites A and B, allowing a greater control of physical and chemical properties of the material, maintaining its structure even for a high concentrations of substituent's. Due to these properties, these materials have been successfully applied as capacitors, varistors, photoelectrodes, ferroelectric memories and gas sensors. In the last decade, strontium titanate (SrTiO3, ST) in the form of thin and thick films have been reported as oxygen gas sensor at higher temperatures (> 500 °C). Recently, strontium titanate doped with Fe was used as the first ozone sensor. However, the work was carried out only with a certain composition and some important properties for this application have not been fully exploited. In this context, this PhD thesis aimed to the synthesis of strontium titanate system in powder form and nanostructured thin films with the substitution of Sr for La and Ti for Fe. In order to verify the effect of these substitutions in material properties initially Sr1-xLaxTiO3 (SLT) samples were prepared in powder form by the polymeric precursor method in order to evaluate the influence of the addition of La in the structure of the compound ST. Subsequently, samples were synthesized from SrTi1-x Fex O3 (STF) and Sr1-XLaxTi1-yFeyO3 (SLTF) systems through the polymeric precursors, which were used for the deposition of thin and thick films, which were respectively obtained through electron beam deposition techniques (EBD) and spin-coating (SC). Samples in the form of nanostructured powder and thin films were characterized by X-ray diffraction, X-ray absorption spectroscopy (XANES) at Ti and Fe K-edges and by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Morphological analysis was performed using the scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) techniques. The STF and SLTF samples in a thin film form were evaluated towards their sensitivity to O3, NO2, NH3 and CO gases. The results indicated that SLTF films deposited by electron beam deposition technique exhibit higher sensitivity to ozone gas. However the same composition deposited by spin-coating showed a better stability and recovery time relative to the same gas.
 
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Data de Publicação
2015-07-27
 
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