Prof. Dr. Sérgio Michielon de Souza

Instituto de Ciências ExatasDepartamento de FísicaUniversidade Federal do Amazonas - UFAM

Bi2Te3 Nanoestruturado estudado por espectroscopia Raman

Disciplina: Nanomateriais Eng. Materiais

Efeito de pressão negativa (aumento no volume)

Materiais nanoestruturados

cristalitos tipicamente menores que 100 nm

pode conter até 50% dos átomos do material

Falha de empilhamentos (stacking faults)

diferente arranjo local dos átomos

redução de 15 a 30 % na densidade

Incoerência nos raios x difratados e alargamento nas oscilações EXAFS

Distorções de rede

e a componente interfacial

Produção de amostras por

mecano-síntese

InertAtm.

AxB1-x

mA

mB

Mechanical Alloying (MA)

Produção de amostras por

mecano-sínteseCaracterísticas da técnica

Produz materiais:-Nanoestruturados com grande

quantidade de centros de defeitos e componente interfacial

-Amorfos -Misturas e solução sólidas

Etapas de formação:

1) Cisalhamento nas partículas2) Partículas são soldadas a frio e re-quebradas 3) Saturação de ΔG, estabilização dos processos 4) Reação de estado sólido

SEM → pó compósitoHRTEM e XRD →cristalitos de dimensões nanométricas, separados por regiões interfaciais

Tenacidade dos materiaisCalor de misturaCoeficiente de difusão atômica

Bi2Te3 – Estado da arte em materiais termoelétricos

Os materiais termoelétricos possuem três aplicações principais: (i) conversão de calor em eletricidade; (ii) resfriamento termoelétrico; (iii) medidas de temperatura.

k

TSZT

2

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

0

1000

2000

3000

4000

1 1

15

2 0

-10

2 0

5

1 1

0

1 0

10

1 0

-5

2(graus)

inte

nsid

ade

(cps

)

( = 1.5418 Å)

Caracterização estrutural (difração de raios x)

Bi2Te3 96% -TeO2 4%

<d> ~ 22 nm σp ~ 1,6%

a = b = 4.375Å c = 30.3565 Å

,sin1cos

22

2

2

AdA pt

Bi2Te3 + -TeO2

Após 3 horas de moagem

Bi2Te3

Estrutura Cristalográfica

5 átomos na célula unitária

a=b=4.34536 Å

c=30.04768 Å

S.G. R-3m (166)Romboédrica de eixo

Hexagonal

x y z Bi 6c 0 0 0.40162 Te 3a 0 0 0 Te 6c 0 0 0.21054

distâncias atômicas

Te1-- Bi ~ 3.04 Å Te2 -- Bi ~ 3.24 Å Te1--Te1 ~ 3.72 Å

arranjo hexagonal

-Bi-Te1]- [Te1-Bi-Te2-Bi-Te1]- [Te1-Bi-

Bi

Te1

Te2

2ax2bx2c

} 2,42 Å

}7,3

2 Å

distâncias atômicas

Te1-- Bi ~ 3.04 Å Te2 -- Bi ~ 3.24 Å Te1--Te1 ~ 3.72 Å

Caracterização óptica por espectroscopia Raman das amostras como fabricada e tratada termicamente

arranjo hexagonal -Bi-Te1]- [Te1-Bi-Te2-Bi-Te1]- [Te1-Bi-

Bi

Te1

Te2

5 átomos na célula unitária3 graus de liberdade

15 modos de vibração

espectroscopia Raman

2xt=1800s

60 80 100 120 140 160 180

Eg (2)

Deslocamento Raman (cm-1)

inte

nsid

ade (u.a

.)

A1g

(1) A1u

A1g

(2)

A1g(1) 62.3±0.1 cm-1

Eg(2) 103.5±0.1 cm-1

A1g(2) 133.3±0.3 cm-1

A1u 120.2±0.1 cm-1 (IR)

Amostra como fabricada (AM-BiTe)

Um modo IR somente pode ser detectado por

espalhamento Raman quando a estrutura é repleta

de defeitos que quebram simetrias da rede, em nível

local, que por sua vez quebra as regras de

seleção

Comparando com a literatura:

Fração volumétrica responsável pela quebra

de simetria

4,2% (as-milled)

1,3% (annealed)