ÁREA: Nanociência e Nanotecnologia
TÍTULO: SÍNTESE HIDROTERMAL DE ÓXIDO DE ZINCO
AUTORES: ROMEIRO, F.C. (IQ/UFU) ; LEMOS, S.C.S. (IQ/UFU) ; LONGO, E. (IQ/UNESP) ; LIMA, R.C. (IQ/UFU)
RESUMO: A obtenção de nanopartículas ou nanocristais é atualmente de grande interesse, visto que as propriedades físicas e químicas destes são notadamente diferentes das observadas para os mesmos materiais em dimensões convencionais. Dentro deste contexto, no presente trabalho foram sintetizados materiais micrométricos e nanométricos utilizando o método hidrotermal de microondas que apresenta vantagens em termos de alta reatividade dos reagentes, formação de fases únicas e principalmente baixa poluição do ar e baixo consumo de energia. Os difratogramas de raios X indicaram a formação da fase hexagonal de ZnO e a alta cristalinidade das estruturas formadas. As imagens de microscopia eletrônica de varredura mostraram a formação de diferentes morfologias de acordo com o tempo de reação.
PALAVRAS CHAVES: óxido de zinco; nanomateriais; hidrotermal
INTRODUÇÃO: O interesse em nanopartículas tem crescido consideravelmente a partir da última década. O motivo deste interesse crescente é certamente a possibilidade de controlar as propriedades pelo tamanho e forma destes nanocristais, e pelo seu arranjo no espaço. Vários exemplos em dispositivos obtidos são vistos, em conversão de energia solar (FRANK et al., 2004), catálise e sensores (FRIETSCH et al., 2000; CARRENO et al., 2003), mídias de altíssima capacidade de armazenamento (SUN et al., 2000), diodos emissores de luz (LED's) (CHEN et al., 2002; COLVIN et al., 1994) e pigmentos especiais (FELDMANN, 2001).
Desde a descoberta de nanotubos de carbono por Iijima em 1991 (IIJIMA, 1991), a síntese de nanomateriais, tais como semicondutores elementares e compostos como InP, GaAs e ZnO, tem sido de grande interesse devido a sua contribuição para entendimento de conceitos básicos potenciais em aplicações.
Dentre os métodos investigados para obtenção de nanopartículas, em especial para a obtenção do óxido de zinco, a síntese hidrotermal de microondas tem se mostrado de grande interesse devido a sua simplicidade, seguida do controle do tamanho de grão, da morfologia e do grau de cristalinidade.
MATERIAL E MÉTODOS: Primeiramente, 0,4510 g de acetato de zinco foram dissolvidos em 40 mL de água, com posterior adição do surfactactante. Uma fonte de íons hidroxila, hidróxido de potássio em uma concentração 3M, foi adicionada à solução para controlar o pH = 9,15 da solução. Posteriormente foram adicionados 4 gotas de polietilenoglicol.
A suspensão coloidal formada foi transferida para um recipiente de politetrafluoretileno e colocada em um reator. Em seguida o reator foi fechado e aquecido à 130 ºC durante 8 e 32 min. O produto obtido foi centrifugado, lavado com água e seco em estufa a 60 ºC por 24 horas.
A fase cristalina foi analisada por difração de raios X (DRX) utilizando a radiação CuK& do cobre. O difratograma obtido foi comparado com os padrões do arquivo JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) pelo método computacional. Para investigar a morfologia e estimar o tamanho de partículas foram analisadas imagens de microscopia eletrônica de varredura de alta resolução - com canhão de emissão de campo (MEV) utilizando o equipamento Gemini-Zeiss modelo Supra35.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Analisando os difratogramas de raios X das amostras, Figura 1, pode-se observar a formação do óxido de zinco, ZnO, de acordo com a ficha cristalográfica JCPDS 36-1451, onde os parâmetros de rede são a= 3,25 Å e b= 5,21 Å. A intensidade da relação dos picos indica o elevado grau de pureza da fase hexagonal do tipo wurtzita do ZnO das amostras indicando uma boa cristalinidade dos materiais, demonstrando que o ZnO obtido por condições hidrotermais apresentam estrutura cristalina organizada a longa distância ou periódica (completamente ordenados). Os dados de DRX indicaram que a estrutura cristalina monofásica do ZnO foi obtida, e que fases secundárias não foram formadas. As reflexões mais fortes estão nos planos (101), (100) e (002).
Figura 1- DRX das amostras de ZnO preparadas sob condições hidrotermais à 130 C (a) 8 min (b) 32 min.
Na Figura 2 são apresentadas as imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (MEV) referente às amostras hidrotermalizadas por 8 e 32 min. Foram observadas diferentes morfologias dependentes do tempo de síntese utilizado. As amostras apresentaram-se homogêneas e pode se observar também, que à medida que se aumenta o tempo de síntese ocorre uma leve diminuição do tamanho das partículas.
Figura 2- MEV das amostras de ZnO preparadsa sob condições hidrotermais à 130 C (a) 8 min (b) 32 min.
CONCLUSÕES: O método de síntese, hidrotermal assistido por microondas, se mostrou eficiente em relação ao curto tempo e baixa temperatura de síntese, e promissor na obtenção das estruturas de ZnO com alto grau de pureza e organização estrutural. Os difratogramas de raios X indicaram a formação da fase hexagonal de ZnO e a alta cristalinidade das estruturas formadas. As imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram a formação de diferentes morfologias, com certa homogeneidade e tamanho de partículas aproximadamente entre 200 e 500 nm.
AGRADECIMENTOS: CNPq, FAPEMIG e FAPESP.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CARRENO, N. L. V.; LIMA, R. C.; SOLEDADE, L. E. B.; LONGO, E.; LEITE, E. R.; BARISON, A.; FERREIRA, A. G.; VALENTINI, A.; PROBST, L. F. D. 2003. Synthesis of Metal-Oxide Matrix with Embedded Nickel Nanoparticles by a Bottom-up Chemical Process. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 3: 516-520.
CHEN, W.; GROUQUIST, D.; ROARK, J. 2002. Voltage Tunable Electroluminescence of CdTe Nanoparticle Light-Emitting Diodes. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2: 47-53.
COLVIN, V. L.; SCHLAMP, M.C.; ALIVISATOS, A. 1994. PLight-Emitting-Diodes Made from Cadmium Selenide Nanocrystals and a Semiconducting Polymer. Nature, 370: 354-357.
FELDMANN, C. 2001. Preparation of Nanoscale Pigment Particles. Advanced Materials, 13: 1301-1303.
FRANK, A. J.; KOPIDAKIS, N.; VAN DE LAGEMAAT, J. 2004. Electrons in Nanostructured TiO2 Solar Cells: Transport, Recombination and Photovoltaic Properties. Coordination Chemistry Reviews, 248: 1165-1179.
FRIETSCH, M.; ZUDOCK, F.; GOSCHNICK, J.; BRUNS, M. 2000. CuO catalytic membrane as selectivity trimmer for metal oxide gas sensors. Sensors and Actuators B-Chemical, 65: 379-381.
IIJIMA S. 1991. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, 354: 56-58.
SUN, S. H.; MURRAY, C. B.; WELLER, D.; FOLKS, L.; MOSER, A. 2000. Monodisperse FePt Nanoparticles and Ferromagnetic FePt Nanocrystal Superlattices. Science, 287: 1989-1992.
