Síntese por Electrospinning de fibras de Nb2O5 e caracterização microestrutural e de propriedades ópticas

Abstract

O objetivo deste estudo foi produzir, por electrospinning, fibras de pentóxido de nióbio(Nb2O5), usando como precursor o nióbio metálico. A solução utilizada para o electrospinning foi preparada pela dissolução do precursor em ácido fluorídrico (HF), seguida da adição de ácido acético e da solução polimérica de polivinilpirrolidona (PVP). A solução final foi submetida ao processo de electrospinning com tensão elétrica variando de 14 a 16 kV, distância entre coletor e capilar de 13 cm e fluxo de 1,5 mL/h. As fibras obtidas foram submetidas a tratamento térmico às temperaturas de 600, 700 e 800°C por um período de 1 hora, com taxa de aquecimento de 0,8°C/min. As fibras foram caracterizadas através de análises térmicas, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia de reflectância difusa (ERD). Também foram realizadas medidas de tamanho de cristalito pela fórmula de Scherrer, diâmetro médio com auxílio do aplicativo Image Tool e área superficial pelo modelo proposto por Brunnauer, Emmet e Teller (BET). Os resultados indicaram que foram formadas fibras da fase hexagonal (TT- Nb2O5), e que o aumento da tensão aplicada provocou uma redução no diâmetro das fibras, sendo 90 nm, o menor diâmetro médio obtido para as fibras produzidas aplicando uma tensão de 16 kV e sinterização a 700 ºC. O tamanho de cristalito médio aumentou de 18,48 para 36,08 nm, com o aumento da temperatura de tratamento térmico, resultando em queda da área superficial de 43,6 para 31,3 m2/g. Os valores de band gap medidos variaram de 3,32 a 3,57 eV, indicando que as nanofibras são semicondutores de gap largo.

This study aimed to produce by electrospinning, niobium pentoxide (Nb2O5) fibers, using metallic niobium as precursor. The solution used for electrospinning was prepared by dissolving the precursor in hydrofluoric acid (HF), followed by addition of acetic acid and solution of PVP polymer. The final solution was subjected to the process of electrospinning with voltage ranging from 14 to 16 kV, the distance between collector and capillary was 13 cm and flow of 1.5 mL / h. Fibers obtained were subjected to heat treatment at temperatures of 600, 700 and 800 ° C for a period of 1 hour, at a heating rate of 0.8 °C / min. Finally, Nb2O5 fibers were characterized by thermal analysis, Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), diffuse reflectance spectroscopy (ERD). The crystallite size was measured by the Scherrer equation, the average diameter was obtained by Image Tool and the surface area by the model proposed by Brunnauer, Emmet and Teller (BET). The results showed that fibers were formed and presented hexagonal phase (TT-Nb2O5), and that the increase of the voltage caused a decrease in fiber diameter, with the smallest average diameter of 90 nm, obtained for fibers produced by applying a voltage of 16 kV and sintering at 700 °C. The average crystallite size increased from 18.48 to 36.08 nm with increasing calcination temperature, resulting in decreased surface area of 43.568 to 31.344 m2 / g. The band gap values measured ranged from 3.32 to 3.57 eV, indicating that the nanofibers are wide band gap semiconductors.