Caracterização de Nanofios de ZnO sintetizados pelo método de oxidação térmica

O estudo de métodos de síntese e das propriedades físicas de óxidos de metais de transição nanoestruturados tem atraído grande interesse em pesquisa científica fundamental devido às potenciais aplicações tecnológicas. Dentre as várias abordagens de crescimento, o procedimento de oxidação térmica é considerado um método simples, eficiente e rápido que permite a obtenção de arranjos micro e nanoestruturados com tamanho e morfologia controlados. Em particular, a ocorrência de nanoestruturas alongadas (com comprimentos maiores que 10 μm e diametros menores que 100 nm) é pouco mencionada na literatura quando este metódo é usado. Neste estudo, nanofios de Óxido de Zinco (ZnO) foram obtidos a partir da oxidação térmica de placas de Zinco Metálico (Zn) em temperaturas acima do ponto de fusão do metal (TF ~ 420 ºC). A caracterização estrutural, morfológica e da composição elementar foi feita através das técnicas de Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), respectivamente. Realizou-se também medidas de Espectroscopia de Correlação Angular γ-γ Perturbada (CAP) com o intuito de se obter informações relacionadas aos defeitos e impurezas nas amostras sintetizadas. Especificamente, para a amostra submetida a temperatura de 620 ºC, com taxa de aquecimento de 20 ºC min-1, observou-se o crescimento de nanofios longos com diâmetro médio de 74 nm, comprimentos de ~ 60 μm e alta densidade populacional. Os resultados obtidos a partir do aquecimento de outras amostras em diferentes taxas de aumento de temperatura indicam que este parâmentro é determinante no ajuste da morfologia, tamanho e densidade dos nanofios de ZnO. O mecanismo de crescimento dessas nanoestruturas alongadas é atribuido tanto aos processos de difusão induzidos por estresse quanto a dinâmica vapor-sólido da atmosfera rica em moléculas de zinco. As Medidas DRX mostram padrões para ZnO e Zn metálico com orientação preferencial, enquanto que as medições de CAP usando o 111In(111Cd) indicam que os nucleos de prova substituem apenas as posições cristalográficas do Zn no zinco métalico (orientado preferencialmente). Em amostras aquecidas à 820 e 1000 ºC, o DRX exibe apenas um padrão de ZnO. Em contrapartida, os espectros de CAP continuam mostrando núcleos de prova apenas em sítios metálicos de Zn, indicando a presença de regiões finas de Zn altamente orientadas confinadas entre grãos de ZnO, mesmo após longos périodos de oxidação. Estes resultados mostram um forte potencial da espectroscopia de Correlação Angular γ-γ Perturbada para revelar regiões metálicas confinadas e sua orientação na matriz de óxidos, mesmo quando sua concentração é extremamente pequena para que o DRX seja capaz de detectá-las.