Estudo e análise da incorporação do Co à matriz de ZnO : engenharia de defeitos e cinética de crescimento de grãos.

Abstract

Neste trabalho apresentamos um estudo sistemático da preparação de cerâmicas de ZnO:Co via rota padrão de sinterização em estado sólido a partir de diferentes precursores de Co (Co3O4, CoO e Co metálico) e em diferentes atmosferas (O2 e Ar). Ênfase particular foi dada à engenharia química de defeitos e à cinética de crescimento de grão durante o processo de sinterização. Cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria Funcional da Densidade foram empregados para determinar a energia de formação dos principais defeitos pontuais presentes nos sistemas ZnO e ZnO:Co. Com base nos resultados teóricos foi proposto um conjunto de reações químicas associadas à formação de defeitos pontuais e suas implicações físicas. Uma caracterização microestrutural detalhada foi realizada para determinar o grau de incorporação de Co na rede de ZnO. As amostras preparadas em atmosfera de Ar e com Co metálico apresentaram o maior limite de solubilidade do Co (menor energia de ativação de incorporação de Co aparente) devido à decomposição incongruente de ZnO. Os resultados evidenciam que a sinterização em O2 é eficaz em promover vacâncias de zinco na estrutura do ZnO, enquanto a sinterização em Ar promove defeitos intersticiais de zinco. Nossos estudos dão uma valiosa contribuição para o entendimento da preparação de cerâmicas de ZnO dopadas com Co e da cinética de crescimento de grãos na sinterização, visando melhorar o estado da arte no processamento do material em escala volumétrica e nanométrica.