Monitorização e otimização da deposição de filmes de óxidos mistos por RF-sputtering

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia FísicaEste trabalho descreve a produção e caracterização de filmes de óxidos mistos depositados por pulverização catódica de rádio frequência assistida por magnetrão a partir de alvos de pó compactado, para utilização como elétrodos em aplicações ambientais. Os óxidos mistos utilizados como alvos apresentam a composição geral Ca1-xAxMnO3, com A=Sm ou Ho e 0≤x≤0,4 e já se encontravam previamente preparados pelo método de auto-combustão. Os filmes foram depositados em dois tipos de substratos, substratos de fused silica (não condutores) e substratos de quartzo com filme de ITO pré-depositado (condutores) e, posteriormente, submetidos a tratamento térmico, a T=800ºC ao ar durante 6 horas, para promover a formação de um filme cristalino. Os filmes foram caracterizados por difração de raios-X (XRD), microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e microscopia de forças atómicas (AFM). A caracterização estrutural revelou que praticamente todos os filmes após o tratamento térmico cristalizam numa estrutura tipo perovskite, à exceção dos filmes produzidos a partir de alvos de CaMnO3 e de Ca0,9Ho0,1MnO3, que apresentam maioritariamente a fase Ca2Mn3O8. A partir da análise das imagens obtidas por SEM e por AFM, verificou-se que, de um modo geral, as superfícies são pouco rugosas e apresentam uma morfologia semelhante. A caracterização por AFM mostrou ainda que os valores de rugosidade média, Rrms, são superiores para os filmes depositados em substrato de quartzo com filme de ITO. É ainda de salientar que com este trabalho se conseguiu desenvolver elétrodos de filmes de óxidos mistos com boa aderência e estabilidade mecânica revelando que a técnica de pulverização catódica (sputtering) é uma alternativa bastante promissora para a produção de elétrodos de óxidos mistos comparativamente com os métodos normalmente utilizados. Esta tese é constituída por 5 capítulos. O Capítulo I refere-se à introdução do trabalho, na qual se pretende dar a conhecer as motivações do projeto realizado e, ainda, expor alguns conceitos sobre os óxidos mistos utilizados e fundamentos sobre a Física de Plasmas, de modo a clarificar o processo de pulverização catódica como técnica para a deposição de filmes. No Capítulo II, Técnicas de Caracterização, são apresentados os conceitos básicos e princípios de funcionamento das técnicas utilizadas para a caracterização dos filmes obtidos (XRD, AFM e SEM) e o procedimento utilizado.No Capítulo III descreve-se o procedimento experimental associado ao desenvolvimento dos filmes, bem como o sistema de deposição em que se trabalhou. O Capítulo IV refere-se à apresentação e à análise dos resultados obtidos na caracterização dos filmes através das várias técnicas utilizadas.O Capítulo V corresponde à apresentação das conclusões obtidas ao longo da realização do trabalho. Por fim, são ainda apresentadas as perspetivas futuras para este projeto.Fundação para a Ciência e Tecnologia - PTDC/AAC-AMB/103112/200

Chapter Hydrothermal Synthesis of Zinc Tin Oxide Nanostructures for Photocatalysis, Energy Harvesting and Electronics

The massification of Internet of Things (IoT) and Smart Surfaces has increased the demand for nanomaterials excelling at specific properties required for their target application, but also offering multifunctionality, conformal integration in multiple surfaces and sustainability, in line with the European Green Deal goals. Metal oxides have been key materials for this end, finding applications from flexible electronics to photocatalysis and energy harvesting, with multicomponent materials as zinc tin oxide (ZTO) emerging as some of the most promising possibilities. This chapter is dedicated to the hydrothermal synthesis of ZTO nanostructures, expanding the already wide potential of ZnO. A literature review on the latest progress on the synthesis of a multitude of ZTO nanostructures is provided (e.g., nanowires, nanoparticles, nanosheets), emphasizing the relevance of advanced nanoscale techniques for proper characterization of such materials. The multifunctionality of ZTO will also be covered, with special attention being given to their potential for photocatalysis, electronic devices and energy harvesters

Hydrothermal Synthesis of Zinc Tin Oxide Nanostructures for Photocatalysis, Energy Harvesting and Electronics

The massification of Internet of Things (IoT) and Smart Surfaces has increased the demand for nanomaterials excelling at specific properties required for their target application, but also offering multifunctionality, conformal integration in multiple surfaces and sustainability, in line with the European Green Deal goals. Metal oxides have been key materials for this end, finding applications from flexible electronics to photocatalysis and energy harvesting, with multicomponent materials as zinc tin oxide (ZTO) emerging as some of the most promising possibilities. This chapter is dedicated to the hydrothermal synthesis of ZTO nanostructures, expanding the already wide potential of ZnO. A literature review on the latest progress on the synthesis of a multitude of ZTO nanostructures is provided (e.g., nanowires, nanoparticles, nanosheets), emphasizing the relevance of advanced nanoscale techniques for proper characterization of such materials. The multifunctionality of ZTO will also be covered, with special attention being given to their potential for photocatalysis, electronic devices and energy harvesters