Métodos de Síntese de Nanoestruturas

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<p>1</p><p>Unidade 3 – Métodos de síntese de</p><p>nanoestruturas</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais</p><p>Professor: João Victor Nicolini</p><p>Instituto de Tecnologia</p><p>Departamento de Engenharia Química</p><p>Engenharia de Materiais</p><p>2</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Classificação</p><p>TOP-DOWN</p><p>BOTTOM - UP</p><p>-Mecânica</p><p>- Química</p><p>-Reações químicas</p><p>-Automontagem (self-assembly)</p><p>ClassificaçãoClassificação</p><p>3</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Transformação</p><p>de energia</p><p>Transformação</p><p>em pequenos</p><p>fragmentos</p><p>Esfoliação de</p><p>multiamadas</p><p>para monocamadas</p><p>Precursor contendo</p><p>moléculas</p><p>Formação de íons,</p><p>radicais e elétrons</p><p>Condensação e</p><p>formação de núcleos</p><p>Núcleos</p><p>Nanopartículas sintetizadas</p><p>ClassificaçãoClassificaçãoClassificação</p><p>TOP-DOWN BOTTOM - UP</p><p>4</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Fase</p><p>Gasosa</p><p>Líquida</p><p>Vácuo</p><p>Importantes aspectos</p><p>Controle do – tamanho da partícula</p><p>- forma da partícula</p><p>- distribuição de tamanho</p><p>- composição</p><p>- grau de aglomeração</p><p>ClassificaçãoClassificaçãoClassificação</p><p>ClassificaçãoClassificaçãoClassificação</p><p>5</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>BOTTOM-UP</p><p>TOP-DOWN</p><p>6</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Transformação</p><p>de energia</p><p>Transformação</p><p>em pequenos</p><p>fragmentos</p><p>Esfoliação de</p><p>multiamadas</p><p>para monocamadas</p><p>TOP-DOWN</p><p>Nanopartículas sintetizadas</p><p>ClassificaçãoClassificaçãoTop-down</p><p>7</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Moinho de bolas</p><p>Moagem de um material a granel em partículas menores, reduzindo o tamanho</p><p>das partículas por atrito.</p><p>ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Fresagem mecânica (mechanical milling)</p><p>Propriedades que influenciam:</p><p>- Propriedades do pó</p><p>- Variáveis do processo</p><p>8</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)</p><p>Formas de impacto no processo de moagem</p><p>-Atmosfera controlada</p><p>-Forças de impacto com alta energia</p><p>Pó – 50μm</p><p>Bola de metal ou cerâmica</p><p>ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Fresagem mecânica (mechanical milling)</p><p>Abrasão de partículas: ocorre quando são</p><p>aplicadas tensões locais de baixa</p><p>intensidade e resulta em partículas finas</p><p>retiradas da superfície da partícula mãe.</p><p>Clivagem de partículas: ocorre quando</p><p>pressões de compressões lentas e</p><p>relativamente intensas são</p><p>aplicadas. Fragmentos de tamanho médio</p><p>com estreita distribuição de tamanho são</p><p>produzidos.</p><p>Fragmentação: é o resultado de aplicações</p><p>rápidas de tensões de impacto intensas. O</p><p>resultado é a formação de pequenos</p><p>fragmentos com uma distribuição de</p><p>tamanho relativamente ampla.</p><p>DOI: 10.1039 / C5GC00029G (Revisão Crítica) Green Chem. , 2015, 17 , 2610-2625</p><p>https://doi.org/10.1039/C5GC00029G</p><p>https://doi.org/10.1039/1463-9270/1999</p><p>9</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Fresagem mecânica (mechanical milling)</p><p>Vantagens</p><p>- Produção em larga escala de nanopartículas;</p><p>- Nanopartículas com diâmetros de 3 a 25 nm.</p><p>Desvantagens</p><p>- O fresamento mecânica requer muita energia e horas</p><p>(ou dias) para completar o processo;</p><p>- A distribuição de tamanho das partículas resultantes da</p><p>moagem de bolas é muito ampla e a morfologia das</p><p>partículas formadas tende a ser bastante variada;</p><p>- Contaminação do pó devido as esferas de aço;</p><p>- Mudança da microestrutura do material.</p><p>Journal of Drug Delivery Science and Technology 53 (2019) 101174</p><p>10</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)</p><p>Exemplo: Preparo de nanopartículas de Ferro</p><p>Pó (1-10μm)</p><p>Argônio</p><p>1800 rpm</p><p>30h</p><p>Pó preto</p><p>Agente de controle – etanol 0,05 ml/g</p><p>Isopropanol</p><p>Ultrassonicação</p><p>Separação magnética</p><p>ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Fresagem mecânica (mechanical milling)</p><p>11</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Na síntese de descarga de arco, ocorre o fornecimento de</p><p>uma alta corrente em curto espaço de tempo. O material</p><p>precursor é vaporizado através de uma descarga de arco</p><p>entre os eletrodos seguida por condensação, nucleação e</p><p>crescimento das nanoestruturas.</p><p>O método de descarga de arco é usado para gerar</p><p>nanopartículas de óxido de metal ou metal, nanotubos de</p><p>carbono, fulerenos ou filmes de grafeno.</p><p>Meio aquoso/gasoso/vácuo</p><p>Catodo</p><p>Anodo</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>12</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Na síntese de descarga de arco, ocorre o fornecimento de</p><p>uma alta corrente em curto espaço de tempo. O material</p><p>precursor é vaporizado através de uma descarga de arco</p><p>entre os eletrodos seguida por condensação, nucleação e</p><p>crescimento das nanoestruturas.</p><p>O método de descarga de arco é usado para gerar</p><p>nanopartículas de óxido de metal ou metal, nanotubos de</p><p>carbono, fulerenos ou filmes de grafeno.</p><p>Meio aquoso/gasoso/vácuo</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>13</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Eletrodos de fios</p><p>dourados de 1 mm</p><p>de diâmetro Tensão de pulso de 70-100 V por 2-3 ms e então</p><p>mantém um pulso de 20-40 V por cerca de 10 μs,</p><p>e nesse instante uma corrente de corrosão do</p><p>ordem de 4 A pode ser alcançada</p><p>Nanopartículas de ouro com</p><p>carga negativa cercadas por</p><p>moléculas de água</p><p>=</p><p>suspensão estável</p><p>Meio aquoso – síntese de nanopartículas</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>14</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Exemplo: Preparo de grafeno</p><p>Eletrodos de cobre</p><p>O bastão de grafite de alta pureza</p><p>(com um comprimento de 50 mm, um</p><p>diâmetro de 3,5 mm, uma densidade de</p><p>1,9 g/cm-3 e uma massa média de 0,9 g)</p><p>Água</p><p>evitar que os produtos reagissem com o oxigênio</p><p>Nanoscale, 2017, 9, 10639</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>15</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Meio gasoso/vácuo – obtenção de nanopartículas e nanotubos</p><p>Princípio da técnica: Vaporizar o anodo na presença</p><p>de catalisadores sob atmosfera inerte.</p><p>Consiste em um cilindro de cerca de 30 cm de diâmetro</p><p>e cerca de 1 m de altura, equipado com janelas de safira</p><p>diametralmente opostas, localizadas de modo a ficar de</p><p>frente para a zona de plasma, em vista da observação</p><p>do arco. O reator possui duas válvulas, uma para</p><p>realizar a evacuação primária (0.1Pa) da câmara, a outra</p><p>permitindo que ela se encha com um gás raro até a</p><p>pressão de trabalho desejada.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>16</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Meio gasoso/vácuo – obtenção de nanopartículas e nanotubos</p><p>Princípio da técnica: Vaporizar o anodo na presença</p><p>de catalisadores sob atmosfera inerte.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>17</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Meio gasoso/vácuo – obtenção de nanopartículas e nanotubos</p><p>Plasma</p><p>Princípio da técnica: Vaporizar o anodo na presença de</p><p>catalisadores sob atmosfera inerte (hélio ou argônio).</p><p>A temperatura na região do plasma é extremamente</p><p>alta (3000-4000 o C)</p><p>Após o disparo do arco entre dois eletrodos, um plasma</p><p>é formado consistindo da mistura de vapor do metal, o</p><p>gás raro (hélio ou argônio) e os vapores dos</p><p>catalisadores.</p><p>A formação das nanoestruturas ocorre a</p><p>partir da erosão do anodo pelo arco.</p><p>TOP-DOWN Fresagem</p><p>mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>18</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Meio gasoso/vácuo – obtenção de nanopartículas e nanotubos</p><p>Posterior etapa de purificação</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>19</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Meio gasoso/vácuo – Síntese de nanotubos de carbono</p><p>Esta técnica tende a tende a produzir</p><p>tubos mais estreitos e mais curtos (até</p><p>5 nm de diâmetro e cerca de 1 mm de</p><p>comprimento). As descargas de arco</p><p>tendem a produzir feixes de nanotubos.</p><p>Eletrodo de carbono</p><p>5 a 20 mm de diâmetro</p><p>DC 20-30V</p><p>Gás hélio</p><p>Catalisadores:</p><p>níquel, cobalto ou ferro</p><p>< 1mm</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>20</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Meio gasoso/vácuo – Síntese de nanotubos de carbono</p><p>Mistura complexa de compostos que necessitam de uma purificação posterior</p><p>para separar os NTC da fuligem e do resíduo de metais catalíticos presentes no</p><p>produto inicial.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>21</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Meio gasoso/vácuo – Síntese de nanotubos de carbono</p><p>Synthesis of single-walled carbon nanotubes by an arc-discharge method using selenium as a promoter</p><p>CARBON 49 (2011) 4792 – 4800</p><p>A síntese típica foi de cerca de 10 min levando a 1,8 g</p><p>de SWCNTs preparados.</p><p>6 mm diâmetro, 100 mm de comprimento</p><p>Grafite com Selênio</p><p>8 mm diâmetro</p><p>Hélio</p><p>0,7 MPa</p><p>3mm</p><p>80–120 A</p><p>Purificação</p><p>300 mg de SWCNTs + 30 ml de solução de HNO3</p><p>8M 120°C por 12 h.</p><p>Centrifugado a 10.000 rpm por 1 h. Lavado com</p><p>água e álcool uma vez. Após a lavagem, foi recozido</p><p>ao ar a 420°C durante 30 min.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>22</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Meio gasoso/vácuo – Síntese de nanotubos de carbono</p><p>Synthesis of single-walled carbon nanotubes by an arc-discharge method using selenium as a promoter</p><p>CARBON 49 (2011) 4792 – 4800</p><p>5 nm</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Descarga em arco elétrico</p><p>23</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Técnica empregada para deposição de nanofilmes</p><p>Gás é ionizado – Plasma</p><p>Íons (cátions) “sputtered” ejetados na fase</p><p>gasosa não estão em seu estado de</p><p>equilíbrio termodinâmico e tendem a se</p><p>depositar em todas as superfícies na</p><p>câmara de vácuo.</p><p>Átomos</p><p>“spputering”</p><p>ejetados</p><p>Plasma de argônio</p><p>Os alvos são fabricados a partir de materiais</p><p>que posteriormente se deseja depositar na</p><p>superfície do componente voltado para o</p><p>eletrodo.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>24</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Técnica empregada para deposição de nanofilmes</p><p>Gás é ionizado – Plasma</p><p>Íons (cátions) “sputtered” ejetados na fase</p><p>gasosa não estão em seu estado de</p><p>equilíbrio termodinâmico e tendem a se</p><p>depositar em todas as superfícies na</p><p>câmara de vácuo.</p><p>Os alvos são fabricados a partir de materiais</p><p>que posteriormente se deseja depositar na</p><p>superfície do componente voltado para o</p><p>eletrodo. 1:20</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>25</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>26</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Átomos “spputering” ejetados</p><p>Plasma de argônio</p><p>Local de deposição do nanofilme</p><p>Argônio (Ar)</p><p>=</p><p>atmosfera</p><p>inerte</p><p>Oxigênio (O2)</p><p>=</p><p>Atmosfera</p><p>reativa</p><p>1. Fluxo de cátions em direção ao catodo</p><p>2. Fluxo de ânions em direção ao anodo</p><p>3. Deposição do filme</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>27</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>28</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>29</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>A alta energia cinética dos átomos pulverizados, provoca sua redistribuição no substrato,</p><p>levando a:</p><p>(a) alta uniformidade, densidade e rugosidade da interface do filme depositado</p><p>(b) deposição sobre grande área de superfície.</p><p>O rendimento da desposição do filme depende:</p><p>-Composição do material alvo;</p><p>- Energia de ligação;</p><p>- Características do íon incidente;</p><p>- Geometria experimental;</p><p>- Tensão e corrente.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>30</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Classificação – depende a fonte de alimentação para geração do plasma.</p><p>Sputtering</p><p>Sputtering DC</p><p>Sputtering RF</p><p>Sputtering</p><p>magnético</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down</p><p>Envolve a ionização de átomos do gás por elétrons emitidos de</p><p>um filamento aquecido.</p><p>Apenas condutores elétricos podem ser pulverizados.</p><p>Técnica envolvida na alternância do potencial elétrico da corrente</p><p>no ambiente de vácuo em rádio frequência.</p><p>A deposição magnética usa um campo magnético fechado para</p><p>aprisionar elétrons, aumentando a eficiência do processo inicial</p><p>de ionização e permitindo a geração de plasma a baixas pressões,</p><p>reduzindo a incorporação de gases no filme em crescimento e</p><p>perdas de energia no átomo sputtered.</p><p>Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>31</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Sputtering DC – corrente contínua</p><p>Envolve a ionização de átomos do gás por elétrons emitidos</p><p>de um filamento aquecido.</p><p>A DC Sputtering é o tipo mais básico e barato de</p><p>pulverização catódica para deposição de metal e materiais</p><p>de revestimento alvo eletricamente condutivos.</p><p>É usado extensivamente na indústria de semicondutores,</p><p>criando circuitos de microchips no nível molecular. Ele é</p><p>usado para revestimentos de ouro de jóias, relógios e outros</p><p>acabamentos decorativos, para revestimentos não refletivos</p><p>em componentes de vidro e ópticos, bem como para</p><p>plásticos de embalagem metalizados.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>32</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Sputtering RF – radio-frequência</p><p>Técnica envolvida na alternância do potencial elétrico da</p><p>corrente no ambiente de vácuo em rádio frequência.</p><p>RF Sputtering é limitado quando se trata de materiais</p><p>dielétricos alvo - revestimentos que são materiais</p><p>isolantes não condutores que podem assumir uma carga</p><p>polarizada. Exemplos de materiais de revestimento</p><p>dielétricos comuns utilizados na indústria de</p><p>semicondutores incluem óxido de alumio, óxido de silício</p><p>e óxido de tantalum.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>33</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia</p><p>dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Sputtering magnético</p><p>A deposição magnética usa um campo magnético</p><p>fechado para aprisionar elétrons, aumentando a</p><p>eficiência do processo inicial de ionização e</p><p>permitindo a geração de plasma a baixas pressões,</p><p>reduzindo a incorporação de gases no filme em</p><p>crescimento e perdas de energia no átomo</p><p>sputtered.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Pulverização (sputtering)</p><p>Physical vapor depositation - PVD</p><p>34</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>A ablação a laser é o processo de remoção de material de uma superfície sólida, irradiando-a com um feixe de laser. Empregado na</p><p>síntese de nanopartículas, nanotubos, nanofios, nanofilmes.</p><p>Formas de atuação do lase:</p><p>- Baixo fluxo de laser - o material é aquecido pela energia laser</p><p>absorvida e evapora ou sublima.</p><p>- Alto fluxo de laser, o material é tipicamente convertido em</p><p>plasma.</p><p>A profundidade sobre a qual a energia do laser é absorvida e,</p><p>portanto, a quantidade de material removida por um único pulso</p><p>de laser depende das propriedades ópticas do material, do</p><p>comprimento de onda do laser e da largura do pulso.</p><p>Meio aquoso ou gasoso/inerte</p><p>Laser: Nd:YAG, CO2</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Ablação por laser</p><p>(laser ablation)</p><p>Síntese de nanopartículas</p><p>35</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos</p><p>Materiais - João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Ablação por laser</p><p>(laser ablation)</p><p>Fase gasosa ou líquida</p><p>T > 5000K</p><p>- Maiores temperaturas</p><p>- Líquido = meio de coleta</p><p>- Tempo de extinção do plasma</p><p>é menor</p><p>Síntese de nanopartículas</p><p>36</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos</p><p>Materiais - João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Ablação por laser</p><p>(laser ablation)</p><p>Fase gasosa ou líquida</p><p>37</p><p>ZnS PbS MgO</p><p>CuO CoO Fe/FexOy</p><p>Al2O3 Ag2O</p><p>Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 13 (2012) 204–223</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Ablação por laser</p><p>(laser ablation)</p><p>Síntese de nanopartículas</p><p>38</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Laser Ablation Synthesis of Gold Nanoparticles in Organic Solvents</p><p>Placa de ouro</p><p>Nd:YAG 1064 nm</p><p>10 cm</p><p>dimetilsulfóxido (DMSO)</p><p>tetrahidrofurano (THF)</p><p>acetonitrila (CH3CN)</p><p>DMSO THF CH3CN</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Ablação por laser</p><p>(laser ablation)</p><p>Síntese de nanopartículas</p><p>39</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Síntese de nanotubos de carbono Synthesis of carbon nanotubes by the laser ablation method:</p><p>Effect of laser wavelength</p><p>Laser Nd:YAG</p><p>355, 532 e 1064 nm</p><p>6,6 x 104 Pa</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Ablação por laser</p><p>(laser ablation)</p><p>40</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Síntese de nanotubos de carbono Synthesis of carbon nanotubes by the laser ablation method:</p><p>Effect of laser wavelength</p><p>Laser Nd:YAG 1064 nm = menor diâmetro = 1,3 nm</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Ablação por laser</p><p>(laser ablation)</p><p>41</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Os aerossóis podem ser definidos como partículas sólidas ou líquidas em uma fase gasosa, onde as partículas variam</p><p>de moléculas de até 100 μm de tamanho.</p><p>A fabricação das nanoestruturas se dá pela atomização</p><p>de um precursor líquido através de um meio gasoso.</p><p>Pirólise de Pulverização/spray Ultra-sônico</p><p>Electrospray (eletropulverização)</p><p>Electrospinning</p><p>42</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>Técnica baseada em um processo em aerossol para sintetizar nanopartículas e depositar filmes finos.</p><p>A técnica é capaz de sintetizar nanomateriais metálicos, óxidos e compósitos com morfologias precisamente</p><p>controláveis ​​e composições químicas usando sais metálicos em solventes aquosos.</p><p>Nanopartículas</p><p>Nanofilmes</p><p>geração de gotículas</p><p>induzido por ondas</p><p>ultrassônicas</p><p>Uma vantagem da técnica de pirólise por spray é seu grande conjunto de</p><p>precursores que podem ser usados;</p><p>Precursor:</p><p>- deve ser solúvel em água ou em solventes alcoólicos;</p><p>- deve ser convertido em óxido na temperatura de deposição.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>43</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>Uma vantagem da técnica de pirólise por spray é seu</p><p>grande conjunto de precursores que podem ser</p><p>usados;</p><p>Precursor:</p><p>- deve ser solúvel em água ou em solventes</p><p>alcoólicos;</p><p>- deve ser convertido em óxido na temperatura de</p><p>deposição.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>44</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Transdutor ultrassônico</p><p>Gás de carreamento</p><p>Coletor</p><p>Forno</p><p>45</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>Os pós (nanoparticulados) sintetizados podem ser divididos em três</p><p>grupos:</p><p>1. Metais, por exemplo, Au, Ag, Co, Cu, Zn, Ni, Fe</p><p>2. Óxidos, por exemplo, TiO 2 , ZnO, Al2O3 , RuO2</p><p>3. Materiais compostos com estrutura parcialmente núcleo-casca, por</p><p>exemplo, CuNi, FeCo, NiCo, RuO2/TiO2, La0,6Sr0,4CoO3, C/LiFePO4,</p><p>Au/TiO2, Ag/TiO2</p><p>46</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>(1) geração de gotículas,</p><p>(2) evaporação de solventes na zona</p><p>aquecida,</p><p>(3) difusão de reagentes,</p><p>(4) reação ou precipitação e</p><p>(5) escape de qualquer produto volátil.</p><p>A natureza do estado final depende</p><p>criticamente da fase do material que</p><p>permanece após a perda do solvente volátil</p><p>Forno</p><p>47</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>- O tamanho das</p><p>gotículas obtidas é</p><p>inferior a 20 nm</p><p>- baixa velocidade</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>Zona de evaporação Zona de reação Nanopartículas</p><p>Zona de evaporação Zona de reação</p><p>N2 e H2 = gases de arraste</p><p>Decomposição térmica</p><p>Precursor: sais</p><p>orgânicos e inorgânicos</p><p>48</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>Parâmetros que influenciam o processo:</p><p>- amplitude ultrassônica</p><p>- solução precursora</p><p>- composição/viscosidade/densidade/tensão superficial</p><p>da solução precursora</p><p>- vazão</p><p>- temperatura de deposição</p><p>- temperatura do substrato</p><p>Relação entre a frequência ultrassônica e o tamanho</p><p>médio das gotículas:</p><p>onde Dd é o diâmetro médio da gota, γ (Nm -1 ) é a</p><p>tensão superficial do líquido, ρ (kg m -3 ) é a</p><p>densidade da solução ef (MHz) é a frequência</p><p>ultrassônica.</p><p>49</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Alta temperatura: o solvente não é capaz de evaporar</p><p>facilmente do invólucro. Assim, as rachaduras</p><p>formadas</p><p>nas conchas produzem gotículas secundárias e as</p><p>conchas quebradas levam à formação de partículas de</p><p>formato irregular.</p><p>Imagens SEM de produtos preparados a partir de soluções de</p><p>benzenocarboxilato alcalino: (A) tereftalato de sódio 0,125 M, (B)</p><p>1,3,5-benzenotricarboxilato de sódio 0,125 M, (C) 1,2,4,5</p><p>benzenotetracarboxilato de sódio 0,25 M e ( D) melito de sódio</p><p>0,125 M</p><p>O tipo de solvente afeta a temperatura de deposição.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>50</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>O efeito da temperatura do forno no tamanho</p><p>das partículas esféricas de WO3 . A barra de escala nas</p><p>imagens SEM representa 100 nm de comprimento</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>51</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Deposição de filmes finos</p><p>As gotículas pulverizadas atingem a superfície do substrato e se</p><p>transformam em uma estrutura semelhante a um disco, e</p><p>então passam pela síntese térmica.</p><p>O tamanho e a forma do disco dependem da temperatura do</p><p>substrato.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>52</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Deposição de filmes finos Temperatura de pirólise</p><p>Diferentes morfologias do filme podem ser obtidas em</p><p>diferentes temperaturas.</p><p>Micrografia AFM de filmes finos de sulfeto de cobre preparados em (a)</p><p>240°C (b) 280°C (c) 320°C</p><p>240°C 280°C</p><p>320°C</p><p>Verificou-se que o tamanho do cristalito, a fase</p><p>cristalina e a uniformidade da superfície dos filmes</p><p>eram muito sensíveis à temperatura da pirólise.</p><p>O aumento da temperatura de pirólise fez com que o</p><p>tamanho de cristalito da camada diminuísse de 11,92</p><p>nm para 9,60 nm.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>53</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Deposição de filmes finos Distância entre o bico e o substrato</p><p>Uma distância menor entre o bico e o substrato resulta em</p><p>uma taxa de deposição mais alta e em uma menor área de</p><p>superfície depositada.</p><p>Determinado com base no tipo do atomizador e no tamanho</p><p>do substrato.</p><p>A uma curta distância, o substrato é completamente coberto por uma camada quase densa</p><p>do filme quando está próximo ao bico de pulverização.</p><p>A uma distância maior, as partículas são dispersas na superfície enquanto perdem</p><p>gradualmente a conectividade e tendem a formar pó.</p><p>Além disso, a uma distância maior, apenas uma pequena porção de gotículas pode atingir a</p><p>superfície do substrato e, portanto, a eficiência da pulverização é considerada baixa.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>54</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Deposição de filmes finos Aditivos</p><p>Evitar rachaduras</p><p>- Surfactantes (como PVP, SDS, etc), Sais (como NaCl)</p><p>Modifique a tensão superficial e a viscosidade</p><p>- Sacarose</p><p>Prevenir a aglomeração</p><p>- Nanotubos de carbono</p><p>Aprimorar propriedades como a morfologia ou a</p><p>condutividade elétrica</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>55</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>O uso de aditivos orgânicos ajudou no</p><p>aumento da área superficial específica.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>Deposição de filmes finos Aditivos</p><p>Evitar rachaduras</p><p>- Surfactantes (como PVP, SDS, etc), Sais (como NaCl)</p><p>Modifique a tensão superficial e a viscosidade</p><p>- Sacarose</p><p>Prevenir a aglomeração</p><p>- Nanotubos de carbono</p><p>Aprimorar propriedades como a morfologia ou a</p><p>condutividade elétrica</p><p>56</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>O uso de aditivos orgânicos possibilitou</p><p>obter estruturas ocas.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Pirólise de Pulverização Ultra-sônica</p><p>Deposição de filmes finos Aditivos</p><p>Evitar rachaduras</p><p>- Surfactantes (como PVP, SDS, etc), Sais (como NaCl)</p><p>Modifique a tensão superficial e a viscosidade</p><p>- Sacarose</p><p>Prevenir a aglomeração</p><p>- Nanotubos de carbono</p><p>Aprimorar propriedades como a morfologia ou a</p><p>condutividade elétrica</p><p>57</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Electropulverização</p><p>O sistema de deposição por eletropulverização, que</p><p>utiliza a atomização de líquidos por meio de forças</p><p>elétricas, gera uma pluma de gotículas ao carregar o</p><p>líquido em alta voltagem. As gotículas carregadas são</p><p>pulverizadas a partir da ponta do bico.</p><p>2. Geração de campo elétrico</p><p>1. Aplicação de alta</p><p>tensão</p><p>4. Líquido em</p><p>forma cônica com</p><p>os íons</p><p>eletricamente</p><p>carregados</p><p>3. o líquido entra em erupção da</p><p>ponta do capilar para formar um jato</p><p>5. Essas pequenas</p><p>partículas carregadas são</p><p>atraídas para o</p><p>contraeletrodo</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>58</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Electropulverização</p><p>59</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Electropulverização</p><p>Zona do filme</p><p>Zona do pó de</p><p>nanopartículas</p><p>Zona da geração</p><p>de vapor</p><p>Zona de</p><p>atomização</p><p>60</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Electrospinning</p><p>Empregado na preparação de nanofios, nanofibras, nanofilmes, baseada no princípio de fiação das soluções diluído</p><p>em um campo elétrico de alta tensão.</p><p>O jato pode ser direcionado para uma</p><p>superfície aterrada e coletado como uma</p><p>rede contínua de fibras.</p><p>1. Aplicação da voltagem</p><p>5–50 kV 2. Formação de um cone de Taylor</p><p>3. Feixe de fibras</p><p>Não requer altas temperaturas</p><p>A carga puxa a solução através do ar em</p><p>uma pequena fibra, que é coletado em uma</p><p>superfície eletricamente aterrada.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>61</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>Electrospinning</p><p>Empregado na preparação de nanofios, nanofibras, nanofilmes, baseada no princípio de fiação das soluções diluído</p><p>em um campo elétrico de alta tensão.</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>62</p><p>IT 743 – Nanociência e Nanotecnologia dos Materiais -</p><p>João Victor Nicolini</p><p>TOP-DOWN Fresagem mecânica (mechanical milling)ClassificaçãoClassificaçãoTop-down Técnicas baseadas em aerossol</p><p>Electrospinning</p>