Prof. Dr. Sérgio Michielon de Souza Instituto de Ciências Exatas Departamento de Física...
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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)