984 resultados para Edge-defined film-fed crystal growth method (EFG)
Resumo:
We describe the small-biomolecule ( glycyl glycine)-directed synthesis of single-crystalline silver nanoplates, and different experimental conditions have been explored for a more thorough understanding of the growth mechanism. The yield of silver nanoplates relative to the total number of nanoparticles formed was as high as similar to 80%. It was found that the ratio of glycyl glycine to AgNO3 was the key to forming Ag nanoplates.
Resumo:
Unusual 3D flower-shaped SnS2 nanostructures have been synthesized using a mild hydrothermal treatment in the presence of octyl-phenol-ethoxylate ( Triton X-100) at 160 degrees C. The nanostructures have an average size of 1 mu m, and consist of interconnected nanosheets with thicknesses of about 40 nm. Based on time-dependent experimental results, we ascribe the oriented attachment mechanism to the growth of the SnS2 nanostructures. The nonionic surfactant Triton X-100 plays a key role in the formation of the flower-like morphology. Room temperature gas-sensing measurements show that the 3D SnS2 nanostructures could serve as sensor materials for the detection of NH3 molecules.
Resumo:
A blue emitting Sr2CeO4 phosphor with a one-dimensional structure has been prepared by a two-step spray pyrolysis (SP) method, starting from the aqueous solutions of metal nitrates with citric acid and polyethylene glycol (PEG) as additives. The material is ultimately designed for field emission displays (FEDs). X-ray diffraction (XRD), thermogravimetric and differential thermal analysis (TG-DTA), field emission scanning electron microscope pictures (FE-SEM) as well as photoluminescence (PL) and cathodoluminescence (CL) spectroscopy and lifetime measurements have been employed to characterize the samples. The morphology, PL and low voltage CL properties of Sr2CeO4 phosphors as-prepared using the SP method have been investigated by changing the concentration of the precursor solution, concentration of PEG, annealing temperature, acceleration voltage and filament current. The obtained Sr2CeO4 phosphor particles are spherical and of submicron size, 0.5-2 mu m. The emission spectrum of the phosphors shows a broad band with maximum at 467 nm (lifetime = 37.4 mu s; CIE chromaticity coordinates: x = 0.15 and y = 0.21), presumably due to a ligand-to-metal charge-transfer transition.
Resumo:
Large, monodisperse core-shell Au-Ag nanoparticles with Ag-like optical properties have been prepared by the seeding growth method in micellar media.
Resumo:
Nanocrystalline Yb2O3 of various particle sizes was prepared using sol-gel method. XRD analysis shows that the prepared nanocrystalline Yb2O3 is cubic in structure with space group Ia3. TEM photographs indicate that Yb2O3 nanoparticles are basically spherical in shape. Calculation of crystallite size indicates that the average crystallite size of Yb2O3 increases with increasing calcination temperature, but the average crystal lattice distortion rate decreases with increasing calcination temperature and crystallite size. This result shows that the smaller the crystallite size, the bigger the crystal lattice distortion, and the worse crystal growth. Solubility test of Yb2O3 in nitric acid shows that the surface activity of Yb2O3 increases with decreasing crystallite size. Fourier Transform Infrared Spectrometer (FTIR) spectra reveal that nanocrystalline Yb2O3 has higher surface activity; than that of ordinary Yb2O3. Absorbance intensity of Yb-O bond of nanocrystalline Yb2O3 is weaker than that of ordinary Yb2O3, and the absorbance of Yb-O bond of nanocrystalline Yb2O3 is small blue-shifted.
Resumo:
A simple double logarithmic method in potential-controlled thin-layer spectroelectrochemistry for an irreversible electrochemical process has been studied by numerical analysis and examined by experimental examples. This simple algorithm has a novel function offering some important information about the mechanism of a complex electrochemical process directly from a limited amount of potential-spectrum data, and can be used to distinguish different reaction mechanisms such as E, EC, EE, as well as to determine the electron-transfer coefficient, a, and the kinetically modified E-0'. Combination of the double logarithmic method with nonlinear regression provides a powerful tool to examine the proposed mechanism and also to estimate other thermodynamic and kinetic parameters. (C) 1999 The Electrochemical Society. S0013-4651(98)06-090-X. All rights reserved.
Resumo:
A key element in the rational design of hybrid organic-inorganic nanostructures, is control of surfactant packing and adsorption onto the inorganic phase in crystal growth and assembly. In layered single crystal nanofibers and bilayered 2D nanosheets of vanadium oxide, we show how the chemisorption of preferred densities of surfactant molecules can direct formation of ordered, curved layers. The atom-scale features of the structures are described using molecular dynamics simulations that quantify surfactant packing effects and confirm the preference for a density of 5 dodecanethiol molecules per 8 vanadium attachment sites in the synthesised structures. This assembly maintains a remarkably well ordered interlayer spacing, even when curved. The assemblies of interdigitated organic bilayers on V2O5 are shown to be sufficiently flexible to tolerate curvature while maintaining a constant interlayer distance without rupture, delamination or cleavage. The accommodation of curvature and invariant structural integrity points to a beneficial role for oxide-directed organic film packing effects in layered architectures such as stacked nanofibers and hybrid 2D nanosheet systems.
Resumo:
This thesis is focused on the synthesis and solid state analysis of carbohydrate derivatives, including many novel compounds. Although the synthetic chemistry surrounding carbohydrates is well established in the literature, the crystal chemistry of carbohydrates is less well studied. Therefore this research aims to improve understanding of the solid state properties of carbohydrate derivatives through gaining more information on their supramolecular bonding. Chapter One focuses on an introduction to the solid state of organic compounds, with a background to crystallisation, including issues that can arise during crystal growth. Chapter Two is based on glucopyranuronate derivatives which are understudied in terms of their solid state forms. This chapter reports on the formation of novel glucuronamides and utilising the functionality of the amide bond for crystallisation. TEMPO oxidation was completed to form glucopyranuronates by oxidation of the primary alcohol groups of glucosides to the carboxylic acid derivatives, to increase functionality for enhanced crystal growth. Chapter Three reports on the synthesis of glucopyranoside derivatives by O-glycosylation reactions and displays crystal structures, including a number of previously unsolved acetate protected and deprotected crystal structures. More complex glycoside derivatives were also researched in an aim to study the resultant supramolecular motifs. Chapter Four contains the synthesis of aryl cellobioside derivatives including the novel crystal structures that were solved for the acetate protected and deprotected compounds. Research was carried out to determine if 1-deoxycellodextrins could act as putative isostructures for cellulose. Our research displays the presence of isostructural references with 1-deoxycellotriose shown to be similar to cellulose III11, 1-deoxycellotetraose correlates with cellulose IV11 and 1-deoxycellopentose shows isostructurality similar to that of cellulose II. Chapter Five contains the full experimental details and spectral characterisation of all novel compounds synthesised in this project and relevant crystallographic information.
Resumo:
Herein is presented a novel chemical vapour deposition (CVD) route for the fabrication of oxide ferroelectrics. A versatile layer-by-layer growth mode was developed to prepare naturally super-latticed bismuth based materials belonging to the Aurivillius phase family, with which good control over composition and crystal structure was achieved. In chapter 3, the effect of epitaxial strain on one of the very simple oxide materials TiO2 was studied. It has been found that the ultra-thin TiO2 films demonstrate ferroelectric behaviour when grown on NdGaO3 substrates. TiO2 exists in various crystal phases, but none of them show ferroelectric behaviour. The epitaxial strain due to the substrate, changes the crystal structure from tetragonal to orthorhombic which in turn leads to ferroelectric behaviour. In chapter 4, a unique growth method for multiferroic BiFeO3 (BFO) thin films is shown, where a phase pure BFO thin films can be prepared even in the presence of excess bismuth precursor during the growth process. This type of growth is usually called adsorption controlled growth and can be used for growing various bismuth containing compounds, where the volatility of bismuth can create various types of defects. Chapter 5 describes the growth of Bi4Ti3O12 thin films in a layer-by-layer growth mode. In this section, the effect of Bi and Ti precursor flows on the growth of thin films is discussed and it is shown that how change in precursor flows leads to out-ofphase boundary defects during the layer-by-layer growth mode. In chapter 6, the growth of a compound Bi5Ti3FeO15, which is a 1:1 mixture of BiFeO3 and Bi4Ti3O12, is presented. The growth mechanism of Bi5Ti3FeO15 thin films is presented, where the Fe precursor flow was controlled from zero to the insertion of one full BiFeO3 perovskite unit cell into the Bi4Ti3O12 structure in addition, the effect of iron precursor flow on crystalline properties is demonstrated. The methods presented in this thesis can be adopted to grow ferroelectric and multiferroic films for industrial applications.
Resumo:
Carbon nanotubes (CNTs) have attracted attention for their remarkable electrical properties and have being explored as one of the best building blocks in nano-electronics. A key challenge to realize such potential is the control of the nanotube growth directions. Even though both vertical growth and controlled horizontal growth of carbon nanotubes have been realized before, the growth of complex nanotube structures with both vertical and horizontal orientation control on the same substrate has never been achieved. Here, we report a method to grow three-dimensional (3D) complex nanotube structures made of vertical nanotube forests and horizontal nanotube arrays on a single substrate and from the same catalyst pattern by an orthogonally directed nanotube growth method using chemical vapor deposition (CVD). More importantly, such a capability represents a major advance in controlled growth of carbon nanotubes. It enables researchers to control the growth directions of nanotubes by simply changing the reaction conditions. The high degree of control represented in these experiments will surely make the fabrication of complex nanotube devices a possibility.
Resumo:
An MHD flow is considered which is relevant to horizontal Bridgman technique for crystal growth from a melt. In the unidirectional parallel flow approximation an analytical solution is found accounting for the finite rectangular cross section of the channel in the case of a vertical magnetic field. Numerical pseudo-spectral solutions are used in the cases of arbitrary magnetic field and gravity vector orientations. The vertical magnetic field (parallel to the gravity) is found to be he most effective to damp the flow, however, complicated flow profiles with "overvelocities" in the comers are typical in the case of a finite cross-section channel. The temperature distribution is shown to be dependent on the flow profile. The linear stability of the flow is investigated by use of the Chebyshev pseudospectral method. For the case of an infinite width channel the transversal rolls instability is investigated, and for the finite cross-section channel the longitudinal rolls instability is considered. The critical Gr number values are computed in the dependence of the Ha number and the wave number or the aspect ratio in the case of finite section.
Resumo:
Purpose Previously, it has been reported that molecular mobility determines the rate of molecular approach to crystal surfaces, while entropy relates to the probability of that approaching molecule having the desirable configuration for further growth of the existing crystal; and the free energy dictates the probability of that molecule not returning to the liquid phase1. If we plot the crystal growth rate and viscosity of a supercooled liquid in a log-log format, the relationship between the two is linear, indicating the influence viscosity has upon crystal growth rate. However, such approximation has been derived from pure drug compounds and it is apparent that further understanding of crystallization from drug-polymer solid dispersion is required in order to stabilise drugs embedded within amorphous polymeric solid dispersions. Methods Mixtures of felodipine and polymer (HPMCAS-HF, PVPK15 and Soluplus®) at specified compositions were prepared using a Restch MM200 ball mill. To examine crystal growth within amorphous solid dispersions, samples were prepared by melting 5-10 mg of ball milled mixture at 150°C for 3-5 minutes on a glass slip pre-cleaned with methanol and acetone. All prepared samples were confirmed to be crystal free by visual observation using a polarised light microscope (Olympus BX50). Prepared samples were stored at 0% RH (P2O5), inside desiccators, maintained in ovens at 80°C. For the dynamic viscosity measurement, approximately 100-200mg ball milled mixture was heated on the base plate of a rotational rheometer at 150°C for 5 minutes and the top plate was lowered to a defined gap to form a good contact with the material. The sandwiched amorphous material was heated to 80°C and the viscosity was measured. Results The equation was used to probe the correlation of viscosity to crystal growth rate. In comparison to the value of xi in log-log equation reported from pure drug compound, a value of 1.63 was obtained for FD-polymer solid dispersions irrespective of the polymer involved. ∝ Conclusion The high xi value suggests stronger viscosity dependence may exist for amorphous FD once incorporated with amorphous polymer.
Resumo:
É conhecido que as propriedades electromecânicas do zirconato titanato de chumbo, PbZrxTi1-xO3 (PZT), alcançam um máximo na região morfotrópica. Este trabalho foi desenvolvido na tentativa de explicar as causas deste máximo e a sua dependência com a microestrutura. Para conhecer essas causas, que provocam o aparecimento de um máximo nas propriedades electromecânicas foi necessário estudar cerâmicos com composições próximas da zona morfotrópica. Os cerâmicos foram caracterizados do ponto de vista dieléctrico e estrutural e o máximo da constante dieléctrica na região morfotrópica foi confirmado, assim como a sua dependência do tamanho do grão. A posição do máximo de permitividade está relacionada com o ponto onde ocorre a transição de fase da estrutura romboédrica para tetragonal. Para conhecer as propriedades intrínsecas do PZT surgiu a necessidade de produzir monocristais destes compostos com dimensões e qualidade adequadas à medição das suas propriedades. No presente trabalho, fizeramse crescer monocristais de PZT com boa qualidade e dimensões relativamente elevadas, usando um método de solução a alta temperatura, com um fluxo de [PbO-KF-PbCl2]-B2O3, numa razão molar de 60/40 entre PZT e fluxo. Primeiro, optimizaram-se as condições de processamento, testando-se diferentes perfis de temperatura e percentagem de fluxo para promover o crescimento e melhorar a qualidade dos cristais de PZT. As condições identificadas como óptimas foram usadas para depois fazer crescer cristais de PZT. Os cristais obtidos evidenciaram uma morfologia cúbica com dimensões típicas de - 3 x 3 x 3 mm3.
Resumo:
As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.
Resumo:
As energias renováveis têm estado em destaque desde o fi nal do século XX. São vários os motivos para que isto esteja a acontecer. As previsões apontam para problemas de depleção das reservas de combustíveis fósseis, nomeadamente o petróleo e gás natural, durante o presente século. O carvão, ainda abundante, apresenta problemas ambientais signi cativos. Os perigos associados à energia nuclear estão fazer com que os governos de vários países repensem as suas políticas energéticas . Todas estas tecnologias têm fortes impactos ambientais. Considerando o conjunto das energias renováveis, a energia solar fotovoltaica tem ainda um peso menor no panorama da produção energética actual. A explicação para este facto deve-se ao custo, ainda elevado, dos sistemas fotovoltaicos. Várias iniciativas governamentais estão em curso, a SET for 2020 (UE) e a Sunshot (EUA), para o desenvolvimento de tecnologias que façam frente a este problema. A fatia de mercado que a tecnologia de filmes fi nos representa ainda é pequena, mas tem vindo a aumentar nos últimos anos. As vantagens relativamente à tecnologia tradicional baseada em Si são várias, como por ex. os custos energéticos e materiais para a fabricação das células. Esta dissertação apresenta um processo de fabricação de células solares em fi lmes finos usando como camada absorvente um novo composto semicondutor, o Cu2ZnSnS4, que apresenta como grande argumento, relativamente aos seus predecessores, o facto de ser constituído por elementos abundantes e de toxicidade reduzidas. Foi realizado um estudo sobre as condições termodinâmicas de crescimento deste composto, bem como a sua caracterização e das células solares finais. Este trabalho inclui um estudo dos compostos ternários, CuxSnSx+1 e compostos binários SnxSy, justi cado pelo facto de surgirem como fases secundárias no crescimento do Cu2ZnSnS4. Em seguida são descritos resumidamente os vários capítulos que constituem esta tese. No capítulo 1 é abordada de forma resumida a motivação e o enquadramento da tecnologia no panorama energético global. A estrutura da célula solar adoptada neste trabalho é também descrita. O capítulo 2 é reservado para uma descrição mais detalhada do composto Cu2ZnSnS4, nomeadamente as propriedades estruturais e opto-electrónicas. Estas últimas são usadas para explicar as composições não estequiométricas aplicadas no crescimento deste composto. São também descritas as várias técnicas de crescimento apresentadas na literatura. A última secção deste capítulo apresenta os resultados da caracterização publicados pelos vários grupos que estudam este composto. O método que foi implementado para crescer a camada absorvente, bem como os efeitos que a variação dos vários parâmetros têm neste processo são abordados no capítulo 3. Neste é também incluída uma descrição detalhada dos equipamentos usados na caraterização da camada absorvente e das células solares finais. As fases calcogêneas binária e ternárias são estudadas no capítulo 4. É apresentada uma descrição do método de crescimento, quer para as fases do tipo CuxSnSx+1, quer para as fases do tipo SnxSy e a sua caracterização básica, nomeadamente a sua composição e as propriedades estruturais, ópticas e eléctricas. No caso dos compostos binários são também apresentados os resultados de uma célula solar. No capítulo 5 são reportados os resultados da caracterização dos fi lmes de Cu2ZnSnS4. Técnicas como a dispersão Raman, a fotoluminescência, a efi ciência quântica externa e a espectroscopia de admitância são usadas para analisar as propriedades quer da camada absorvente quer da célula solar. No capítulo 6 é apresentada uma conclusão geral do trabalho desenvolvido e são referidas sugestões para melhorar e complementar os estudos feitos.