Doutoranda: Cláudia Turra
INTRODUÇÃO TCO – Óxidos Condutores Transparentes Substituição dos ITO’s – In 2 O 3 :Sn Materiais já usados: ZnO:Al (AZO) e SnO 2 :F (FTO) Demanda por dispositivos optico-eletrônicos de maior eficiência – novos materiais Células solares Monitores de tela plana LEDs
INTRODUÇÃO 2005 – Filmes finos de TiO 2 anatase + Nb Resistividade elétrica – ρ = 2 – Ω cm Transmitância interna – 95% na região vis Alto índice de refração: n = 2,4 Absorbância: 5% Alta estabilidade química em atmosfera reduzida
INTRODUÇÃO 2005 – Filmes finos de TiO 2 anatase + Nb Resistividade elétrica – ρ = 2 – Ω cm Transmitância interna – 95% na região vis Alto índice de refração: n = 2,4 Absorbância: 5% Alta estabilidade química em atmosfera reduzida
INTRODUÇÃO Dopagem do TiO 2 com não-metais + estáveis termicamente < custo de produção Indução de elétrons extras F – propriedades fotocatalíticas
OBJETIVOS Investigar as propriedades eletrônicas e ópticas do TiO 2 anatase dopado com Nb e F usando cálculos de primeiros princípios Comparação entre TiO 2 :Nb; TiO 2 :F e TiO 2
METODOLOGIA Código CASTEP: -DFT - GGA - termo de troca e correlação - interação entre elétrons de valência e o núcleo – cutoff 550 eV - TiO 2 simulado com 48 átomos – supercélula 2 x 2 x x 3 x 3 pontos na zona de Brillouin Ti -> Nb O -> F
Energia total tolerada: ev/átomo Força máxima: 0,01 eV/ Å Estress máximo: 0,02 Gpa Distância máxima: Å METODOLOGIA Otimização Geométrica: Depois: Estrutura de bandas Densidade de estados (DOS) Densidade eletrônica População de Mulliken Propriedades Ópticas
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Eletrônicas
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Eletrônicas < mobilidade eletrônica
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Eletrônicas < mobilidade eletrônica
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Eletrônicas Caráter covalente – repulsão Coulombiana Caráter iônico – eletronegatividade > > 3,53,0 1,54 1,6
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Eletrônicas > > 3,53,0 1,54 1,6
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Eletrônicas
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Eletrônicas
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Eletrônicas 0,320,18 Nb entrega quase o dobro de elétrons Experimentalmente: Nb – eficiência de ionização > 90% densidade de portadores: /cm 3 F – ? ?
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Ópticas Propriedades ópticasFunção dielétrica complexa Estrutura eletrônica
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Ópticas 3,847
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Ópticas 4,13
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Ópticas Interação > entre fótons e elétrons Abs. + intensa nas regiões vis e IR 0,5
RESULTADOS E DISCUSSÕES Propriedades Ópticas
CONCLUSÕES A massa efetiva do TiO 2 :F aumentou cerca de 17% e 4,4% nos eixos a e c se comparado com o TiO 2 :Nb – baixa mobilidade eletrônica do TiO 2 :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 TiO 2 :F A interação fóton-elétron é muito mais forte no TiO2:F – ↑ na absorção de fótons e ↓ na transparência TiO 2 :Nb – produção de TCO’s TiO 2 :F – fotocatálise