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Title: Modelagem de filmes finos de estanato de bário fluoretado (BaSnO3:F) por meio da Química Quântica Computacional
Other Titles: Modeling of thin films of fluoride barium stannate (BaSnO3:F) using Computational Quantum Chemistry
Authors: Santos, Jefferson Luan dos
Keywords: BaSnO3;Sensoriamento de gases;Filmes finos;DFT
Issue Date: 9-Dec-2020
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: SANTOS, Jefferson Luan dos. Modelagem de filmes finos de estanato de bário fluoretado (BaSnO3:F) por meio da Química Quântica Computacional. 2020. 49f. Monografia (Graduação em Química Bacharelado) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.
Portuguese Abstract: Nos últimos anos, as pesquisas têm aumentado especificamente no estudo computacional por meio da Química Quântica na formação de superfícies (001), (011) e (111) das perovskitas do tipo ABO3 (A = íons mono ou divalentes, B = íons tri, tetra e pentavalentes, O = oxigênio) de estrutura cúbica pertencente ao grupo espacial Pm3m, amplamente utilizadas por apresentarem propriedades elétricas e magnéticas aplicáveis. O material em estudo nesse trabalho é o estanato de bário (BaSnO3), devido as suas propriedades dielétricas e semicondutoras, cuja atividade em fotocatálise e sensoriamento de gases tem sido reportada experimentalmente, com um band-gap entre 2,9 e 3,4 eV. Como sensor, suas principais aplicações são como sensor de umidade e dos gases CO, SOx, H2, Cl2 e Gás Liquefeito (GLP). O interesse em estudar o BaSnO3 está na capacidade deste material interagir com a atmosfera na qual está incluído, podendo ser utilizado no monitoramento de gases e sensores. O aprimoramento de materiais para uma determinada aplicação requer o controle de fase, de morfologia, de dopantes, da estrutura eletrônica e do controle de defeitos pontuais, numa abordagem conhecida como Engenharia de Defeitos. Todos os cálculos computacionais foram realizados utilizando o programa Crystal17, que considera a correta periodicidade 2D dos filmes finos de estanato de bário (BaSnO3) do estado sólido, para a obtenção de propriedades estruturais por meio de cálculos Quânticos Computacionais ao nível da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), visando a compreensão quanto à estrutura, morfologia e estrutura eletrônica voltados à aplicações integradas de sensoriamento de gases (O2, N2 e NO) e fotocatálise. A estrutura eletrônica dos filmes foi analisada com base na estrutura de bandas, densidade de estados e localização dos orbitais cristalinos. Os resultados mostraram que o estanato de bário apresenta uma determinada sensibilidade de condutividade elétrica estáveis à temperaturas de 1000ºC. E em comparação ao BaSnO3 não dopado, os cálculos iniciais demonstraram que os filmes finos do material fluoretado apresentaram-se mais promissores à aplicações como sensores, devido à maior sensibilidade e seletividade do gás NO.
Abstract: In the last years, the researches have increased specifically in the computational study through the Quantum Chemistry in the formation of surfaces (001), (011) and (111) of the perovskitas of the ABO3 type (A = mono or divalent ions, B = tri, tetra and pentavalent ions, O = oxygen) of cubic structure belonging to the space group Pm3m, widely used for presenting electrical and magnetic properties applicable. The material under study in this work is barium stanate (BaSnO3), due to its dielectric and semiconductor properties, whose activity in photocatalysis and gas sensing has been reported experimentally, with a band-gap between 2,9 and 3,4 eV. As a sensor, its main applications are as a sensor of humidity and CO, SOx, H2, Cl2 and Liquefied Gas (GLP). The interest in studying BaSnO3 lies in the ability of this material to interact with the atmosphere in which it is included, and can be used in the monitoring of gases and sensors. The improvement of materials for a given application requires the control of phase, morphology, dopants, the electronic structure and the control of punctual defects, in an approach known as Defects Engineering. All computational calculations were performed using Crystal17 software, which considers the correct 2D periodicity of barium stanate thin films (BaSnO3) of the solid state, to obtain structural properties by means of Computational Quantum calculations at the level of the Functional Density Theory (DFT), aiming at understanding the structure, morphology and electronic structure for integrated gas sensing (O2, N2 and NO) and photocatalysis applications. The electronic structure of the films was analyzed based on the band structure, state density and location of the crystalline orbitals. The results showed that the barium stanate presents a certain sensitivity of electrical conductivity stable at temperatures of 1000ºC. And in comparison to the non-doped BaSnO3, the initial calculations showed that the thin films of fluorinated material presented more promising applications as sensors, due to the higher sensitivity and selectivity of NO gas.
URI: http://monografias.ufrn.br/handle/123456789/11175
Other Identifiers: 20160138153
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