Title

FABRICAÇÃO DE ÓXIDO DE TITÂNIO NANOESTRUTURADO

FABRICATION OF NANOSTRUCTURED TITANIUM OXIDE

Authorship

Pelisser, Gustavo Frassini; Taveira, Luciano Vieceli; Dick, Luis Frederico Pinheiro

Pelisser, Gustavo Frassini

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Taveira, Luciano Vieceli

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Dick, Luis Frederico Pinheiro

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DOI

10.5151/2594-5327-16324

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Abstract

Materiais nanoestruturados apresentam crescente aplicação nas mais diversas áreas tecnológicas, como por exemplo, biomedicina, microeletrônica e produção de energia, entre outras. Nanoestruturas de óxidos de metais-válvula (Al, Ti, Nb, W) possuem propriedades interessantes para esses fins. Destaca-se entre as técnicas de fabricação destes materiais a anodização. No presente trabalho, foram fabricadas nanoestruturas de óxido de titânio (TiO2), via anodização e as propriedades semicondutoras desse material, investigadas. Foram avaliadas as condições ideais da produção de filmes nanoporosos de TiO2 com diâmetro de poros e espessura o mais regular possível. Para isto, foram variados parâmetros eletroquímicos como potencial, velocidade de varredura, composição do eletrólito e tempos de anodização. Os melhores resultados foram obtidos, fazendo uma varredura de potencial de 20 V a partir do potencial de circuito aberto, permanecendo neste potencial durante 6h em solução 1M de Na2SO4 com adição de 0,5% em peso de NaF. Nestas condições se formam sobre o substrato metálico de titânio filmes nanoporosos de TiO2 regulares de 2 μm de espessura e com diâmetro médio de poro na ordem de 100 nm. As nanoestruturas assim produzidas são amorfas. Para converter o material amorfo em anatásio, uma das formas cristalinas do TiO2, sem colapso da nanoestrutura, foi realizado recozimento, a uma taxa de aquecimento/resfriamento menor que 30°C/min, até 450°C, mantendo-se a temperatura constante durante 3 h. As nanoestruturas formadas possuem caráter semicondutor do tipo-n e são altamente dopadas com densidades de doadores entre 19 20 -3 10 e10.cm.

Nanostructured materials are being increasingly used in several technological applications, such as biomedicine, microelectronics and energy conversion. Nanostrucures of valve metals oxides (Al, Ti, Nb, W) have relevant properties for those applications. Anodization is the most interesting method among others for the fabrication of these materials. In this work, titanium oxide (TiO2) nanostructures were grown by anodization and their semiconducting properties, investigated. The ideal conditions to form nanoporous TiO2 with regular pore dimensions and thicknesses were evaluated by tailoring electrochemical parameters such potential, sweep rate, electrolytes and anodizing time. The best results were obtained by sweeping the potential from the open circuit potential to 20V, followed by polarization at this potential during 6h in 1M Na2SO4 with addition of 0.5 %wt. NaF. Under these conditions, regular 2 μm thick nanoporous TiO2 films with pore diameters of 100 nm were formed on the metallic Ti substrate. The so produced nanostructures are amorphous. To convert the amorphous material to anatase (one of the crystal habits of TiO2) without collapsing the nanostructure, annealing were performed at a heating/cooling rate lower than 30 °C/min until 450 °C, keeping the temperature constant during 3 h . The obtained nanostructures exhibit n- type semiconductive behavior and are heavily doped with donor densities between 1019 and 20 -3 10 cm .

Keywords

TiO2 nanoestruturado; Anodização; Propriedades semicondutoras.

Nanostructured TiO2; Anodization; Semiconducting properties.