PROPRIEDADES DE FILMES DE GRAFENO DEPOSITADOS POR SPRAYPIRÓLISE PARA APLICAÇÃO COMO ÓXIDO CONDUTOR TRANSPARENTE

Resumo

Os estudos realizados com filmes de grafeno despertam grande interesse devido à possibilidade de
aplicação em supercapacitores, sensores e como óxido condutor transparente (OCT) [1]. Os
parâmetros chaves para determinar a aplicação de um material como OCT são: elevada transmitância
ótica na região do visível, baixa resistência de folha, boa estabilidade química e baixo custo de
fabricação. Quando o material é preparado na forma de filme, estas propriedades apresentam forte
dependência com as condições de deposição e de processamento térmico [2]. O grafeno possui uma
única camada de átomos de carbono sp2 organizados em rede em uma estrutura bidimensional (2D) e é
considerado o elemento estrutural básico de alguns alótropos de carbono. As pesquisas sobre este
“novo” material crescem, devido às suas propriedades que geram interesse, tanto em nível de pesquisa
quanto na indústria [3]. A fonte abundante e de baixo custo para sua obtenção é o grafite natural, que
consiste em folhas de grafeno empacotadas, unidas por forças de van der Walls. Os métodos para a
produção de grafeno produzem apenas pequenas quantidades do material, assim, as rotas químicas são
as mais utilizadas para a produção em larga escala [4]. O método mais utilizado para obtenção do
grafeno consiste em promover a redução do óxido de grafite (OG). Para isso é necessário
primeiramente produzir o OG, processo que utiliza uma mistura de ácidos e agentes oxidantes fortes.
A partir do OG, pode-se então promover sua redução tanto por tratamentos térmicos como pela
utilização de agentes redutores, obtendo assim folhas de grafeno funcionalizadas [5]. O objetivo deste
trabalho foi produzir e analisar filmes de óxido de grafeno, visando sua aplicação como OCT,
correlacionando os resultados obtidos em relação à temperatura do substrato, tempo de deposição e
fluxo da solução precursora. A técnica de deposição utilizada foi a de spray-pirólise que é uma
variante dos processos de deposição química por vapor (CVD). Neste processo a solução precursora é
impulsionada por ar comprimido e incide em um substrato pré-aquecido. Os filmes foram preparados
utilizando-se uma solução de OG que foi misturado com hidrazina hidratada (solução 24%) na
proporção 1:3. Essa mistura foi diluída 150X com água deionizada e etanol, na proporção 80:20. Os
filmes foram depositados com um fluxo de 2 mL por minuto durante 10 minutos em substratos de
vidro, previamente limpos, nas temperaturas de 250, 300, 350 e 400 °C. A caracterização estrutural
dos filmes foi obtida por um difratômetro de raios X (DRX) de marca SHIMADZU XRD-7000. Esta
análise tem como objetivo a determinação das orientações preferenciais de crescimento. A
caracterização morfológica foi feita em um Microscópio Confocal, modelo OLS4000 da Olympus,
para determinar possíveis trincas e heterogeneidades dos filmes causados durante o processo de
deposição e/ou tratamento térmico. A medida da transmitância ótica em relação ao comprimento de
onda do feixe foi realizada por um espectrofotômetro de feixe duplo UV-VIS 1800, com comprimento
de onda entre 200 – 1000 nm. As micrografias da morfologia da superfície dos filmes depositados
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indicam que o aumento da temperatura substrato melhora o aspecto das amostras e influencia
positivamente a uniformidade da superfície que apresentou aspecto contínuo, homogêneo e sem
trincas. A caracterização por difração de raios X revelou a formação da fase do carbono com a
estrutura de diamante. A medida de transmitância ótica apresenta como característica geral uma menor
transmitância ótica para os filmes depositados a 250 e 300 °C comparado aos filmes depositados a 350
e 400 °C, e valores de transmitância próximos, em torno de 63%. Para os filmes depositados a 350 e
400 °C a transmitância se elevou mais encontrando valores em torno 77% e 80%, respectivamente. De
modo geral, os resultados indicam que a condição de deposição ideal é 250 °C com fluxo de solução
de 2 mL/min e tempo de deposição 10 minutos obtendo assim filmes sem trincas, apresentando valores
de transmitância ótica em torno de 63% para comprimentos de onda de 550 nm, valor da espessura de
≈ 5 μm e resistência de folha 0,0408 MΩ/□. Este resultado indica que é possível produzir por spraypirólise
filmes de grafeno, tendo o óxido de grafeno como material precursor, com potencial para
aplicação como OCT.
Palavras-chave: Óxido condutor transparente (OCT); Grafeno; Spray-pirólise.