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BIBLIOTECA DO INSTITUTO DE QUÍMICA
UNICAMP

 
TESE DE DOUTORADO
 
Autor: Galembeck, André
Título: Aplicação da Técnica de Decomposição de Precursores Metalorgânicos (MOD) à Obtenção de Filmes Finos de Óxidos e Heteroestruturas Planares Óxido/Polímero Condutor
Ano: 1998
Orientador: Prof. Dr. Oswaldo Luiz Alves
Departamento: Química Inorgânica
Palavras-chave: Óxidos metálicos, Polipirrol
Resumo: MOD é a sigla para Metallorganic Decomposition, técnica essencialmente química, que pode ser aplicada à preparação de materiais tanto como sólido estendido quanto depositado na forma de filmes finos, sem que seja necessária utilização de técnicas a vácuo ou passar por etapa com formação de gel ou pó. Sua principal característica é que os precursores devem sofrer decomposição térmica sem que haja evaporação, fusão ou deixem resíduos de carbono. A parte inicial deste trabalho consistiu em um estudo da decomposição térmica dos precursores utilizados na preparação dos filmes, onde resultados de análise termogravimétrica (TGA) foram utilizados para a determinação de parârnetros de natureza cinética e termo dinâmica envolvidos no seu processo de decomposição Foram obtidos filmes finos de Bi2O3, vanadato de bismuto (BiVO4), CuO e CeO2 a partir de precursores metalorgânicos derivados de ácidos carboxílicos e acetilacetonatos. A preparação dos filmes de Bi2O3 foi importante, no sentido de que serviu como parâmetro para obtenção dos filmes de BiVO4, reportados pela primeira vez nesta Tese. Os filmes de CuO e CeO2 foram utilizados na polimerização química do pirrol em sua superficie, sem a utilização de iniciador solúvel, levando à obtenção de heteroestruturas planares óxido/polímero condutor . Na preparação dos filmes óxidos, os precursores são inicialmente dissolvidos em um solvente orgânico e, as soluções de cada precursor são adicionadas dando origem a uma formulação que contém os metais já na razão estequiométrica desejada na composição do filme final (no caso de materiais contendo mais de um metal), que é, também, uma solução verdadeira. Esta formulação é depositada em um substrato de vidro, dando origem a um filme úmido. As etapas seguintes são a evaporação do solvente e pirólise do precursor, durante a qual a parte orgânica do precursor é eliminada, dando origem a um material inorgânico amorfo. Finalmente, faz-se a cristalização do filme via tratamento térmico adicional. Estes procedimentos permitem controlar características como cristalinidade, estequiometria, tamanho dos cristalitos, textura e orientação preferencial. Os filmes óxidos são cristalinos, homogêneos, com boa adesão ao substrato de vidro e transparentes. Os filmes de Bi2O3, BiVO4 e CuO são contínuos, enquanto que os de CeO2 são descontínuos. Os filmes de polipirrol depositados sobre os óxidos de cobre e cério são homogêneos, sendo que o polímero foi obtido no estado oxidado, ou seja, a forma condutora do polipirrol. A técnica de MOD mostrou-se bastante versátil e verificou-se que a variação dos parâmetros de obtenção dos filmes pode levar a materiais com diferentes características. As heteroestruturas planares CeO2/Polipirrol e CuO/Polipirrol podem ser entendidos como sistemas químicos integrados (SQI) de três componentes. Os materiais obtidos foram caracterizados por difratometria de raios-X, espectroscopia Raman com resolução espacial, espectroscopia de absorção (UV-Vis-NIR), microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica e medidas de espessura.
Abstract: The Metallorganic Decomposition (MOD) process is an essentialy chemical technique for producing inorganic thin films or bulk solids without processing in vacuum or going through a gel or powder step. The successful aplication of the MOD process to produce films is totally dependent upon the metallorganic compounds used as precursors for the various elements. An ideal precursor should thermally decompose without evaporating, melting or leaving carbon deposits. The first step of this work was a study of the thermal behavior of the compounds used as precursors for the obtention of the films. Thermogravimetric analysis (TGA) results were used to determine kinetic and thermodynamic parameters involved in their thermal decomposition. Bi2O3, bismuth vanadate (BiVO4), CuO and CeO2 thin films were obtained starting from metallorganic precursors derived from carboxylic acids and acetylacetonates. Bi2O3 films were very important as they consisted on a basis for BiVO4 films obtention, reported for the first time in this work. CuO and CeO2 films were used to promote pyrrole polimerization without any soluble initiator, leading to planar heterostructures oxide/conducting polymer. For the obtention of the oxide films, the solution of individual metallorganic compounds are mixed in the appropriate ratio to give the desired cation stoichiometry for the final film (in case of more than one metal) to produce a solution which is itself a true solution. This formulation is deposited on a substrate by any of a veriety of techniques to produce a wet film, which is then heated to first remove the solvent that did not evaporate during the deposition step and then to decompose the metallorganic compounds to produce an inorganic film. If the inorganic film produced by a single pass through the process is not as thick as desired, the deposition and pyrolisis steps can be repeated as many times as necessary to produce a multilayer film of the required thickness. After this is achieved, the films are often subjected to a further heat treatment to control features such as oxygen stoichiometry , grain size or preferred orientation. The oxide films obtained in this work were polycristalline, homogeneous, with good adhesion to the glass substrate and nearly transparent. Bi2O3, BiVO4 and CuO films are continuous and CeO2 films, discontinuous. Polypyrrole deposited on CuO and CeO2 is also homogeneous and the polymer was obtained on its, oxidized, conducting form. MOD process showed to be a very versatile technique, permiting to control features of the films by changing experimental parameters. Planar heterostructures CeO2/Polypyrrole and CuO/Polypyrrole are true integrated chemical systems (ICS) with three components. The samples were characterized by X-ray diffratometry, Raman microprobe and absorption (UV- Vis-NIR) spectroscopies, optical, scanning electron, atomic force microscopies and thickness measurements.
Arquivo (Texto Completo): vtls000130088.pdf (tamanho: 7,37MB)

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