Bi2Te3 Nanoestruturado estudado por espectroscopia Raman Prof. Dr. Sérgio Michielon de Souza Instituto de Ciências Exatas Departamento de Física Universidade Federal do Amazonas - UFAM Bi2Te3 Nanoestruturado estudado por espectroscopia Raman Disciplina: Nanomateriais Eng. Materiais

Materiais nanoestruturados cristalitos tipicamente menores que 100 nm Efeito de pressão negativa (aumento no volume) Falha de empilhamentos (stacking faults) Distorções de rede e a componente interfacial pode conter até 50% dos átomos do material redução de 15 a 30 % na densidade diferente arranjo local dos átomos Incoerência nos raios x difratados e alargamento nas oscilações EXAFS

Produção de amostras por mecano-síntese Mechanical Alloying (MA) Inert Atm. mA mB AxB1-x

Produção de amostras por mecano-síntese Características 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 partículas 2) Partículas são soldadas a frio e re-quebradas 3) Saturação de ΔG, estabilização dos processos 4) Reação de estado sólido SEM → pó compósito HRTEM e XRD →cristalitos de dimensões nanométricas, separados por regiões interfaciais Tenacidade dos materiais Calor de mistura Coeficiente 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. Funcionamento de um dispositivo termoelétrico

Caracterização estrutural (difração de raios x) Após 3 horas de moagem Caracterização estrutural (difração de raios x) Bi2Te3 + -TeO2 Bi2Te3 96% -TeO2 4% a = b = 4.375Å c = 30.3565 Å <d> ~ 22 nm σp ~ 1,6% ( = 1.5418 Å)

5 átomos na célula unitária Bi2Te3 5 átomos na célula unitária Estrutura Cristalográfica S.G. R-3m (166) Romboédrica de eixo Hexagonal a=b=4.34536 Å c=30.04768 Å x y z Bi 6c 0 0 0.40162 Te 3a 0 0 0 Te 6c 0 0 0.21054

}7,32 Å } 2,42 Å -Bi-Te1]- [Te1-Bi-Te2-Bi-Te1]- [Te1-Bi- 2ax2bx2c arranjo hexagonal -Bi-Te1]- [Te1-Bi-Te2-Bi-Te1]- [Te1-Bi- Te1 }7,32 Å distâncias atômicas Te1-- Bi ~ 3.04 Å Te2 -- Bi ~ 3.24 Å Te1--Te1 ~ 3.72 Å Bi } 2,42 Å Te2 2ax2bx2c

5 átomos na célula unitária Caracterização óptica por espectroscopia Raman das amostras como fabricada e tratada termicamente arranjo hexagonal -Bi-Te1]- [Te1-Bi-Te2-Bi-Te1]- [Te1-Bi- distâncias atômicas Te1-- Bi ~ 3.04 Å Te2 -- Bi ~ 3.24 Å Te1--Te1 ~ 3.72 Å 5 átomos na célula unitária 3 graus de liberdade 15 modos de vibração Te1 Bi Te2

Amostra como fabricada (AM-BiTe) espectroscopia Raman Amostra como fabricada (AM-BiTe) Comparando com a literatura: 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) 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 2xt=1800s

Fração volumétrica responsável pela quebra de simetria 4,2% (as-milled) 1,3% (annealed)