Obtenção e caracterização de filmes nanoestruturados de Óxido de tungstênio dopados com molibdênio

Abstract

Neste trabalho foram estudados filmes finos de óxido de tungstênio dopados com diferentes concentrações de molibdênio. Os filmes foram obtidos por DC magnetron sputtering de um alvo de tungstênio em substratos de silício e posteriormente foram dopados através do método dip coating, em soluções contendo o precursor cloreto de molibdênio(V) em metanol. Os filmes dopados foram aquecidos a 60 °C durante 75 minutos e, em seguida, a 110 °C durante 60 minutos, para eliminação do solvente e conversão em óxidos; os filmes foram submetidos a um tratamento térmico subsequente, de 25 °C a 550 °C com velocidade de aquecimento de 5,8 °C/min, e mantidos na temperatura máxima durante 2 horas, para o desenvolvimento da estrutura cristalina. A estrutura e a morfologia dos filmes foram caracterizadas por reflectância de raios X (XRR), espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS), espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura (MEV), mostrando que existe uma significativa modificação morfológica e estrutural nesses sistemas. A fase WO2,72 foi identificada em todos os filmes, confirmando a presença de íons de tungstênio nos estados de oxidação +5 e +6. Os íons de molibdênio estão presentes na superfície dos filmes nos estados de oxidação +6, +5 e +4, com exceção do filme dopado com 11,8 mmol·L-1 de molibdênio, onde apenas os estados de oxidação +6 e +5 foram identificados. A inserção desses íons não causou modificações significativas na estrutura cristalina do óxido de tungstênio. Em filmes dopados com baixas concentrações de molibdênio, é possível observar superfícies homogêneas. A dopagem realizada com concentração de molibdênio de 118 mmol·L-1, no entanto, provocou modificações muito mais pronunciadas, como a separação de fases e a formação de estruturas em formato de discos e bastões.

In this work, tungsten oxide thin films doped with different molybdenum concentrations were studied. The films were obtained by sputtering a tungsten target on silicon substrates and were subsequently doped through dip coating method, in solutions containing the precursor molybdenum(V) chloride in methanol. The doped films were heated at 60 °C for 75 minutes and, after that, at 110 °C for 60 minutes, to eliminate the solvent and to convert the material into oxides; the films were submitted to a subsequent thermal treatment, from 25 °C to 550 °C, with heating rate of 5,8 °C/min, and kept at maximum temperature for 2 hours, for the development of crystalline structure. The structure and the morphology of the films were characterized by X-ray reflectivity (XRR), Rutherford backscattering spectrometry (RBS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM), revealing that there is a significant morphological and structural change in these systems. The phase WO2,72 was identified in all films, confirming the presence of tungsten ions in the oxidation states +5 and +6. Molybdenum ions are present on the surface of the films in the oxidation states +6, +5 and +4, except in the film doped with 11,8 mmol·L-1 of molybdenum, in which only the oxidation states +6 and +5 were identified. Insertion of these ions did not cause significant changes in the crystalline structure of tungsten oxide. In films doped with low concentrations of molybdenum, homogeneous surfaces were observed. Doping with 118 mmol·L-1 of molybdenum, however, caused much more pronounced changes, such as phase separation and formation of disklike and rod-like structures.