Síntese, modificação superficial e propriedades de nanoestruturas de semicondutores

Abstract

Esta tese descreve novas investigações na síntese, modificação superficial e propriedades de diversas nanoestruturas de semicondutores. Em particular, calcogenetos metálicos tais como ZnE (E= O, S, Se) e LnS (Ln= Eu e Er) foram investigados. O primeiro capítulo consiste numa revisão da literatura de trabalhos recentes na química e propriedades fundamentais de nanoestruturas de semicondutores. Esta introdução privilegia o trabalho relacionado directamente com os sistemas descritos nos capítulos subsequentes. A química de nanopartículas de ZnO e os seus análogos dopados com iões de metais de transição foi investigado no capítulo 2. Estudos posteriormente incluíam a investigação de métodos de modificação superficial, tais como nanocompósitos de base polimérica por polimerização in situ por miniemulsão. Estes estudos, combinado com estudos ópticos e magnéticos, foram relevantes para compreender e localizar os iões dopantes na matriz do ZnO. No capítulo 3 descreve-se a preparação de complexos de bisdialquilditiocarbamato e bis-dialquildisselenocarbamato de tris-aminozinco (II), no sentido de serem investigados como precursores unimoleculares na síntese de nanoestruturas de ZnS e ZnSe. Esta investigação foi conduzida de modo a obter nanoestruturas utilizando um método que permite controlar as fases cristalinas e, as propriedades morfológicas e ópticas. No capítulo 4 expõe-se a síntese de complexos de ditiocarbamato de vários lantanídeos, que foram posteriormente utilizados como precursores para a preparação de nanopartículas de sulfuretos de lantanídeos, nomeadamente EuS e ErS. Foi investigada a inserção das nanopartículas de EuS em diversas matrizes poliméricas. Estudos de polimerização in situ por miniemulsão que conduziram à formação de emulsões estáveis compostas por nanopartículas compósitas contendo a fase semicondutora e polímero foram analisados. A influência de vários parâmetros experimentais nas características finais das nanopartículas foi investigada, particularmente nas propriedades morfológicas e magnéticas. As investigações descritas no capítulo 5 focaram o uso de óleos vegetais como solventes na produção nanopartículas de ZnSe e ZnSe modificadas superficialmente com ZnS. O intuito deste trabalho foi o desenvolvimento de um método alternativo e verde para a síntese de nanopartículas de semicondutores núcleo/coroa. As nanoestruturas obtidas por este método foram comparadas com as obtidas por solventes de ponto de ebulição elevado convencionais. As nanopartículas de ZnSe preparadas foram modificadas com uma segunda fase semicondutora (ZnS), a fotoluminescência bem como a sua composição à superfície, antes e após revestimento foram estudadas.

This thesis describes new research on the synthesis, surface chemical modification and properties of several semiconductor nanostructures. In particular metal chalcogenide nanoparticles such as ZnE (E= O, S, Se) and LnS (Ln= Eu and Er) have been investigated. The first chapter consists on a literature review of recent work on the chemistry and fundamental properties of semiconductor nanostructures. This introduction has privileged work directly related to the systems described in the following chapters. The chemistry of ZnO nanoparticles and their transition metal doped analogues was investigated in chapter 2. Subsequent studies were made on surface modification methods, such as the synthesis of polymer based nanocomposites by in situ miniemulsion polymerization. These studies, together with the optical and magnetic characterization, have been relevant to understand the localization of the dopant ions on the ZnO host. In chapter 3, complexes of bis-dialkyldithiocarbamato and bisdialkyldisselenocarbamato of tris-aminozinc (II) were prepared with the aim of being used as single-source precursors for the synthesis of ZnS and ZnSe nanostructures. This research was conducted to obtain nanostructures using a method that allows control over their crystalline phases and, morphological and optical properties. In chapter 4 various lanthanide dithiocarbamate complexes were investigated as single-molecule precursors for the preparation of lanthanide sulfide nanoparticles, specifically for EuS and ErS materials. The insertion of EuS nanoparticles into various polymer matrices was investigated. Miniemulsion in situ polymerization was used to form stable emulsions composed of composite nanoparticles containing a semiconductor phase and a polymer. The influence of various experimental parameters was investigated on the final characteristics of the nanoparticles, particularly on the morphological and magnetic properties. The research described in chapter 5 has focused on the use of vegetable oils as solvents to produce ZnSe and ZnS-capped ZnSe nanoparticles. The aim of this work was to develop an alternative green method to synthesize core/shell semiconductor nanoparticles. The nanostructures obtained by this method were characterized and their properties were compared to those obtained in conventional high-boiling point solvents. The as prepared ZnSe nanoparticles were then modified with a second semiconductor phase (ZnS) and the photoluminescence and surface nature, before and after surface modification, were investigated.