Crescimento e caracterização de fibras de TiO2 e nano/microcristais de ZnO

Abstract

Neste trabalho foram crescidas fibras de dióxido de titânio, através da técnica de fusão de zona com laser, bem como nano e microcristais de óxido de zinco, através do método de deposição de fluxo assistido por laser. Ambos os materiais foram crescidos em atmosfera não controlada. Estas amostras foram caracterizadas óptica e estruturalmente. A caracterização englobou técnicas como a microscopia electrónica de varrimento, a difracção de raios X, a espectroscopia Raman e a fotoluminescência. Foram ainda efectuados cálculos teóricos para duas das fases estruturais do dióxido de titânio: rutilo e anatase. A partir desses cálculos foram obtidas as respectivas estruturas de bandas, bem como algumas propriedades estruturais, elásticas e ópticas destes materiais. Através de microscopia electrónica de varrimento foi observada a morfologia das fibras de TiO2 e dos cristais de ZnO e recorrendo à difracção de raios X foram identificadas as suas fases cristalinas. A espectroscopia Raman foi utilizada de forma confirmar a identificação da estrutura cristalina das amostras através dos seus modos normais de vibração. Para a caracterização óptica foi utilizada a técnica de fotoluminescência em estado estacionário. As fibras de TiO2 correspondem à fase rutilo e, a baixa temperatura, a recombinação óptica é dominada por uma banda de emissão centrada a » 1:47eV , observando-se ainda, duas linhas de zero fonões. A dependência destas linhas com a temperatura foi também estudada. Relativamente ao ZnO, observou-se uma intensa emissão na zona do UV e uma emissão verde mais fraca. Foi verificada a dependência desta emissão com a temperatura. Ambos os materiais apresentam uma boa qualidade cristalina e óptica. A deposição de fluxo assistida por laser apresenta-se como uma nova técnica no crescimento de nano/microcristais de ZnO.

In this work titanium dioxide fibers were grown by the laser floating zone method, and zinc oxide nano and microcrystals were grown by the method of laser assisted flow deposition. Both materials were grown in a non-controlled atmosphere. These samples were optical and structural characterized. The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X ray diffraction, Raman spectroscopy and photoluminescense. Theoretical calculations were also carried out for two of the structural phases of titanium dioxide (rutile and anatase). From this calculations we obtained the bands structure, as well as some relevant structural, elastic and optical properties of these materials. TiO2 and ZnO fiber morphology was observed by means of electron microscopy and X-ray diffraction was used to identify their crystalline structure. Raman spectroscopy was used in order to confirm the identification of the crystalline structure of the samples through their normal modes of vibration. Optical properties were monitored by means of steady-state photoluminescence. The fibers of TiO2 corresponded to the rutile phase. At low temperature, the recombination was dominated by an emission centered at » 1:47 eV, along with two zero phonon lines. The dependence of these lines with temperature was also studied. For the ZnO, we observed a strong green emission, but the dominant emission is the excitonic one. It was verified the dependence of this emission with temperature. Both materials had a high optical and crystalline quality. The laser floating zone technique is quite stable for the growth of crystalline fibers of TiO2. The laser assisted flow deposition is presented as a new technique in the growth of nano/microcrystals of ZnO.