Dióxido de estanho nanoestruturado: síntese e crescimento de nanocristais e nanofitas

Adeilton P. Maciel, Elson Longo, Edson R. Leite
2003 Química Nova  
Recebido em 15/5/02; aceito em 2/6/03 NANOSTRUCTURED TIN DIOXIDE: SYNTHESIS AND GROWTH OF NANOCRYSTALS AND NANORIBBONS. The objectives of this work are to supply a basic background on nanostructured materials and also to report about the obtaining of nanoparticles, mainly, tin dioxide nanocrystalline particles (obtained by using the polymeric precursor method) presenting a high stability against particle growth due to the usage of a metastable solid solution. The synthesis and growth of SnO 2
more » ... d growth of SnO 2 nanoribbons by a carbothermal reduction process are also discussed. Keywords: nanostructured materials; tin dioxide; metastable solid solution. INTRODUÇÃO A nanociência figura como uma das áreas mais atraentes e promissoras para o desenvolvimento tecnológico neste século. Para confirmação desta tendência é suficiente que se faça uma busca em qualquer um dos principais periódicos de alcance internacional, por exemplo, Science, onde pode ser verificado um aumento gradativo do número de trabalhos envolvendo nanoestruturas e nanotecnologia. Na literatura científica são encontrados diversos termos relacionados à nanociência, dentre os quais podemos citar nanopartículas, nanocristais, nanofios, nanofitas, nanotubos, nanocompósitos 1-11 etc. Na realidade, todos estes são ou estão relacionados com materiais nanoestruturados, que apresentam características estruturais bem definidas. As propriedades físicas e químicas de materiais em escala nanométrica (normalmente definida no intervalo de 1-100 nm) são de imenso interesse e crescente importância para futuras aplicações tecnológicas. Materiais nanoestruturados geralmente exibem propriedades diferenciadas com relação aos demais materiais. Pode-se encontrar na literatura vários exemplos de como propriedades do tipo magnética, óptica, ponto de fusão, calor específico e reatividade de superfície podem ser afetadas pelo tamanho de partícula 12-16 . Normalmente, as modificações mais sensíveis nas propriedades desses materiais acontecem quando as partículas se apresentam na faixa de 1-10 nm de tamanho. Estas mudanças são conhecidas como efeitos quânticos de tamanho (confinamento), e sua origem está diretamente relacionada ao tipo de ligação química no cristal 17 . A relação entre propriedades e tamanho de partícula é conhecida desde o século XIX, quando Faraday mostrou que a cor de partículas coloidais de Au pode ser modificada mudando o tamanho das partículas de Au 18 . No entanto, apesar da longa história que envolve este assunto, o interesse em nanopartículas foi significativo apenas nos últimos 10 anos. As atividades de pesquisas relacionadas a esta área foram impulsionadas pela habilidade para controlar as propriedades dos materiais através do controle do tamanho das partículas. Este desenvolvimento pode resultar em novas tecnologias, inclusive conversão de energia 19-23 , armazenamento de dados em altíssima densidade 24 , diodos emissores de luz (LED) 25 e pigmentos especiais 26 . Neste trabalho apresenta-se uma abordagem inicial sobre materiais nanoestruturados, em especial o dióxido de estanho, envolvendo alguns aspectos básicos. Versa-se sobre a técnica de obtenção deste composto pelo método químico e o controle do crescimento de partículas através de uma solução sólida supersaturada. Também, reporta-se a obtenção e o crescimento de nanofitas de SnO 2 pelo processo de redução carbotérmica. Aproveita-se ainda para expor o dióxido de estanho como sensor de gases, incluindo a discussão sobre os efeitos gerados pela inserção de dopantes nas propriedades estruturais e sensoras deste óxido. MATERIAIS NANOESTRUTURADOS Os materiais considerados nanoestruturados são todos aqueles que se apresentam, pelo menos em uma dimensão, com tamanho na ordem de nanômetros (10 -9 m), geralmente menores que 100 nm 27,28 . Gleiter 29 é mais rígido, considerando como material nanoestruturado apenas aqueles que apresentam uma estrutura com um comprimento característico na ordem de poucos nanômetros, tipicamente de 1-10 nm. Os materiais nanoestruturados podem ser divididos em três categorias: a) a primeira compreende materiais com dimensões reduzidas e/ ou dimensionalmente na forma de nanopartículas, fios, fitas ou filmes finos. Nanofitas de dióxido de estanho 9 , Figura 1, são um exemplo deste tipo de nanoestrutura, que pode ser obtido por várias técnicas, tais como deposição química ou física de vapor, condensação de gás inerte, precipitação de vapor, líquido supersaturado ou sólido. As nanopartículas podem ser divididas em orgânicas e inorgânicas. Na literatura encontram-se facilmente muito mais trabalhos envolvendo nanopartículas inorgânicas que orgânicas. As nanopartículas metálicas e óxidos são os principais representantes do grupo dos inorgânicos nanoestruturados. Os exemplos mais comuns de nanopartículas orgânicas são os componentes celulares e os vírus. Horn e Rieger 30 , recentemente, escreveram um "review" no qual são abordados a teoria, a parte experimental e o uso de nanopartículas orgânicas; este trabalho merece relevância não apenas por ter sido publicado em um periódico de grande credibilidade, mas também pelo seu conteúdo e a forma como foi abordado. Não se entrará em detalhes sobre esse grupo de nanopartículas. b) A segunda categoria compreende materiais em que a estrutura é limitada por uma região superficial fina (nanométrica) do volume
doi:10.1590/s0100-40422003000600014 fatcat:wqilkpsbgjc2vdwcytsflj2mui