Processamento e Caracterização do SnO₂(s) Dopado com Doadores/Receptores de Elétrons para Aplicação como Eletrodo Óxido Condutor.

Abstract

O SnO₂(s) é um semicondutor do tipo n, possui baixa densificação, quando dopado com outros óxidos metálicos exibe um comportamento elétrico causados por defeitos intrínsecos e extrínsecos. Utilizou-se o Co₂O₃(s) como agente densificante e MoO₃(s) e WO₃(s) como principais óxidos na obtenção das propriedades elétricas. As concentrações utilizadas dos dopantes variaram em porcentagem molar, empregou-se o processamento convencional de mistura de óxidos, após a identificação dos resultados de retração do material, analisados em dilatômetro definiu-se as temperaturas de sinterização para 1.250ºC, 1.350ºC e 1.450ºC com aquecimento de 5°C/minutos. As amostras conformadas a 210 Mpa e tratadas termicamente em isoterma de 2 horas, demonstraram um aumento na densidade relativa, com média e desvio padrão de 99,03% ± 0,68% para amostra contendo 99,0% SnO₂(s) + 1,0% Co₂O₃(s) 1.450°C. As amostras foram caracterizadas por Difração de Raios-X (DRX), ilustram a existência da fase cristalina rutilo do SnO₂(s) e a inexistência de outras picos de formações de fases secundárias cristalinas, referente aos dopantes Co₂O₃(s), MoO₃(s) eWO₃(s) indicando a presença da fase esperada. Os modos vibracionais das ligações químicas foram observados na Espectroscopia no Infravermelho (IV) e Espectroscopia Raman, identificando as ligações químicas do SnO₂(s). Os valores de energia de band gap, foram obtidos pela Espectroscopia de Refletância Difusa UVVis, proporcionando um melhor resultado de Egap=3,03eV para amostra 98,75% SnO₂(s) + 1% Co₂O₃(s) + 0,25% MoO₃(s) 1.350°C, característica ideal para condução elétrica em semicondutores. As dopagens contendo Mo(s) e W(s) influenciaram na redução do tamanho de grãos das amostras, obtendo poucos poros localizados nos contornos de grãos, provavelmente ocasionados pelo processamento do material, indicam ainda a presença de aglomerados que após o processo de sinterização conduziu a formação de intra-aglomerados e inter-aglomerados, ilustradas em análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Através da caracterização elétrica verificou-se que as amostras apresentam um comportamento semicondutor de condução por barreiras com baixa energia que surge apenas em baixas temperaturas (T<195K), indicando que o material estudado possui um grande potencial para aplicações em eletrodos óxido condutor. O parâmetro de condução aumenta, quando aumenta a temperatura que provavelmente é devido ao aumento das vacâncias de oxigênio na estrutura do óxido de estanho. Os resultados de impedância, ilustram arcos de círculo com o centro abaixo do eixo Y (Z”), indicando tratar-se de um modelo de circuito paralelo de resistor e capacitor com uma dispersão de permissividades dielétricas sendo melhor resultado para aplicação em eletrodo óxido condutor a amostra contendo 98,75% SnO₂(s) + 1% Co₂O₃(s) + 0,25% MoO₃(s) 1.250°C, sendo representado pelo menor valor de Ω.