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Doutoranda: Cláudia Turra
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INTRODUÇÃO
TCO – Óxidos Condutores Transparentes
Substituição dos ITO’s – In2O3:Sn
Materiais já usados: ZnO:Al (AZO) e SnO2:F (FTO)
Demanda por dispositivos optico-eletrônicos de maior eficiência – novos materiais
Células solaresMonitores de tela planaLEDs
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INTRODUÇÃO
2005 – Filmes finos de TiO2 anatase + Nb
Resistividade elétrica – ρ = 2 – 3.10-4 Ωcm
Transmitância interna – 95% na região vis
Alto índice de refração: n = 2,4
Absorbância: 5%
Alta estabilidade química em atmosfera reduzida
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INTRODUÇÃO
2005 – Filmes finos de TiO2 anatase + Nb
Resistividade elétrica – ρ = 2 – 3.10-4 Ωcm
Transmitância interna – 95% na região vis
Alto índice de refração: n = 2,4
Absorbância: 5%
Alta estabilidade química em atmosfera reduzida
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INTRODUÇÃO
Dopagem do TiO2 com não-metais
+ estáveis termicamente
< custo de produção
Indução de elétrons extras
F – propriedades fotocatalíticas
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OBJETIVOS
Investigar as propriedades eletrônicas e ópticas do TiO2 anatase dopado com Nb e F usando cálculos de primeiros princípios Comparação entre TiO2:Nb; TiO2:F e TiO2
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METODOLOGIA
Código CASTEP:-DFT- GGA - termo de troca e correlação- interação entre elétrons de valência e o núcleo – cutoff 550 eV- TiO2 simulado com 48 átomos – supercélula 2 x 2 x 1
- 3 x 3 x 3 pontos na zona de Brillouin
Ti -> NbO -> F
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Energia total tolerada: 5.10-6 ev/átomoForça máxima: 0,01 eV/ÅEstress máximo: 0,02 GpaDistância máxima: 5.10-4 Å
METODOLOGIAOtimização Geométrica:
Depois:
Estrutura de bandasDensidade de estados (DOS)Densidade eletrônicaPopulação de MullikenPropriedades Ópticas
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Eletrônicas
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Eletrônicas
< mobilidade eletrônica
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Eletrônicas
< mobilidade eletrônica
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Eletrônicas
Caráter covalente – repulsão Coulombiana Caráter iônico – eletronegatividade
F OTiNb> >
3,5 3,0
1,54
1,6
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Eletrônicas
F OTiNb> >
3,5 3,0
1,54
1,6
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Eletrônicas
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Eletrônicas
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Eletrônicas
0,32 0,18
Nb entrega quase o dobro de elétrons
Experimentalmente:
Nb – eficiência de ionização > 90% densidade de portadores: 1021/cm3
F – ? ?
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Ópticas
Propriedades ópticas Função dielétrica complexa
Estrutura eletrônica
)()()( 21 i
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Ópticas
3,84 7
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Ópticas
4,13
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Ópticas
Interação > entre fótons e elétronsAbs. + intensa nas regiões vis e IR
0,5
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RESULTADOS E DISCUSSÕESPropriedades Ópticas
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CONCLUSÕES A massa efetiva do TiO2:F aumentou cerca de 17% e 4,4% nos eixos a e c se comparado com o TiO2:Nb – baixa mobilidade eletrônica do TiO2:F O Nb liberou 0,32 elétrons a mais do que o Ti (quase o dobro do que o F) – densidade de portadores menor no TiO2:F A interação fóton-elétron é muito mais forte no TiO2:F – ↑ na absorção de fótons e ↓ na transparência TiO2:Nb – produção de TCO’s TiO2:F – fotocatálise