Filmes de óxido de tungstênio obtidos através do ácido peroxotungstico em meio aquoso tendo como agente estruturante o surfactante dodecilsulfato de sódio

Abstract

A interação entre o precursor de óxido de tungstênio, ácido peroxotungstico (PTA) e o agente estruturante dodecil sulfato de sódio (SDS) em solução contendo cloreto de sódio, etanol e água foi investigada. Os sistemas aquosos foram estudados através das medidas de pH, condutividade, tensão superficial e ângulo de contato, bem como espectroscopia de fluorescência, espalhamento de luz dinâmico (DLS), sendo o efeito da concentração de SDS na estrutura final dos óxidos avaliado. O PTA foi responsável pela redução do valor do ΔGm, de -28,53 kJ.mol-1 para -45,38 kJ.mol-1, favorecendo o processo de micelização. Agregados com diferentes populações de partículas são observados por espalhamento de luz dinâmico. O aumento da temperatura provoca um aumento no tamanho dos agregados. Resultados obtido por medidas de fluorescência com sonda de pireno, juntamente com os resultados de pH e condutividade, permitem afirmar o SDS estabiliza os orbitais d do átomo de tungstênio promovendo sua fixação na parte externa das micelas. Os filmes foram obtidos a partir da deposição por spin coating em substratos de silício dos sistemas precursores PTA/SDS/ NaCl/H2O/EtOH, secagem e posterior calcinação a 500 °C para remoção do material orgânico. A caracterização dos filmes obtidos foi realizada através das análises por microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e Difração de Raios X. Foram obtidos filmes que recobriram totalmente o substrato na presença do NaCl. Esses apresentaram estruturas fractais, micrométricas, em todas as concentrações de surfactante acima da cmc. As estruturas fractais são compostas de nanoesferas com diâmetros entre 68 e 135 nm. O produto é uma mistura de tungstato de sódio, com fases triclínica e ortorrômbica, e óxido de tungstênio ortorrômbico. Também foi observado que a concentração do surfactante não afeta a estrutura cristalina do material formado.

The interactions between the tungsten oxide precursor, peroxotungstic acid (PTA) and the structuring agent sodium dodecyl sulfate (SDS) in solution containing sodium chloride, ethanol (EtOH) and water were investigated. The aqueous systems were studied by pH, conductivity, surface tension, and contact angle measurements, as well as fluorescence spectroscopy, dynamic light scattering and the effect of the SDS concentration in the final structure of the oxides was evaluated. PTA was responsible for the reduction in the ΔGm values from -28.53 kJ.mol-1 to -45.38 kJ.mol-1, favoring the micelle formation. Aggregates with different populations of particles are observed using the dynamic light scattering analysis. An increase in the size of the aggregates occurs with the increase of the temperature. Fluorescence measurements with pirene probe, with the results of pH and conductivity, permit to affirm that SDS stabilizes the d orbitals of the tungsten atoms, favoring the organization of the precursor at the external part of the micelles. The films were obtained by spin coating the precursor systems PTA/SDS/NaCl/H2O/EtOH on silicon substrate, drying and subsequent calcination at 500 °C to remove the organic material. The characterization of the films obtained was performed by scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and X-ray diffraction analysis. Films which recover the substrate were obtained in presence of NaCl. They have shown micrometric fractal structures, for the surfactant concentrations higher than the cmc. The structures are composed of nanospheres with diameters that ranged from 68 to 135 nm. The products are a mixture of sodium tungstate, triclinic and orthorhombic, and orthorhombic tungsten oxide. It was also observed that the surfactant concentration does not affect the crystal structure of the products.