Prof. Dr. Sérgio Michielon de Souza
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Física
Universidade Federal do Amazonas - UFAM
Bi2Te3 Nanoestruturado estudado por espectroscopia Raman
Disciplina: Nanomateriais
Eng. Materiais
Materiais nanoestruturados
cristalitos tipicamente menores que 100 nm
Efeito de pressão negativa (aumento no volume)
Falha de empilhamentos (stacking faults)
Distorções de rede
e a componente interfacial
pode conter até 50% dos átomos do material
redução de 15 a 30 % na densidade
diferente arranjo local dos átomos
Incoerência nos raios x difratados e alargamento nas oscilações EXAFS
Produção de amostras
por mecano-síntese
Mechanical Alloying (MA)
Inert
Atm.
mA
mB
AxB1-x
Produção de amostras
por mecano-síntese
Características da técnica
Produz materiais:
-Nanoestruturados com grande
quantidade de centros de defeitos e
componente interfacial
-Amorfos
-Misturas e solução sólidas
Etapas de formação:
1)
2)
3)
4)
Cisalhamento nas partículas
Partículas são soldadas a frio e re-quebradas
Saturação de ΔG, estabilização dos processos
Reação de estado sólido
SEM → pó compósito
HRTEM e XRD →cristalitos de
dimensões nanométricas,
separados por regiões
interfaciais
Tenacidade dos materiais
Calor de mistura
Coeficiente de difusão atômica
Bi2Te3 – Estado da arte em materiais termoelétricos
Os materiais termoelétricos possuem três aplicações principais:
(i) conversão de calor em eletricidade;
(ii) resfriamento termoelétrico;
(iii) medidas de temperatura.
ZT 
ST
2
k
Após 3 horas de moagem
Caracterização estrutural (difração de raios x)
1 0 -5
Bi2Te3 + -TeO2
2
Bi2Te3 96%
4%
<d> ~ 22 nm
σp ~ 1,6%
205
2 0 -10
2000
110
a = b = 4.375Å
c = 30.3565 Å
3000
2
1000
1 1 15
-TeO2
1 0 10
intensidade (cps)
4000
1
 t cos 
2  sin  

  2   p
,
 A 
 A 
d
0
15
20
25
30
35
40
45
50
2(graus)
55
60
65
70
75
80
( = 1.5418 Å)
Bi2Te3
5 átomos na célula unitária
Estrutura Cristalográfica
S.G. R-3m (166)
Romboédrica de eixo
Hexagonal
a=b=4.34536 Å
c=30.04768 Å
x
Bi 6c 0
Te 3a 0
Te 6c 0
y
0
0
0
z
0.40162
0
0.21054
arranjo hexagonal
-Bi-Te1]- [Te1-Bi-Te2-Bi-Te1]- [Te1-BiTe1
}
7,32 Å
Bi
} 2,42 Å
Te2
2ax2bx2c
distâncias atômicas
Te1-- Bi ~ 3.04 Å
Te2 -- Bi ~ 3.24 Å
Te1--Te1 ~ 3.72 Å
Caracterização óptica por espectroscopia Raman das amostras como
fabricada e tratada termicamente
arranjo hexagonal
-Bi-Te1]- [Te1-Bi-Te2-Bi-Te1]- [Te1-Bidistâncias atômicas
Te1
Bi
Te2
5 átomos na célula unitária
3 graus de liberdade
15 modos de vibração
Te1-- Bi ~ 3.04 Å
Te2 -- Bi ~ 3.24 Å
Te1--Te1 ~ 3.72 Å
espectroscopia Raman
Amostra como fabricada (AM-BiTe)
Comparando com a literatura:
A1g (1)
Eg (2)
A1u
A1g(2)
Um modo IR somente pode
ser detectado por
espalhamento Raman
quando a estrutura é
repleta de defeitos que
quebram simetrias da
rede, em nível local, que
por sua vez quebra as
regras de seleção
intensidade (u.a.)
A1g(1) 62.3±0.1 cm-1
Eg(2) 103.5±0.1 cm-1
A1g(2) 133.3±0.3 cm-1
A1u 120.2±0.1 cm-1 (IR)
60
80
100
120
140
160
180
-1
Deslocamento Raman (cm )
2xt=1800s
Fração volumétrica
responsável pela quebra de
simetria
4,2% (as-milled)
1,3% (annealed)