Investigação das propriedades ópticas de nanocristais de CsPbBr₃ dopados com íons de neodímio em matrizes vítreas

Introdução

O presente trabalho aborda o estudo de materiais do tipo perovskita CsPbBr₃, cuja fórmula geral é ABX₃, nos quais o sítio A pode ser ocupado por cátions orgânicos ou inorgânicos, o sítio B por íons metálicos divalentes e o sítio X por halogênios. Esses materiais têm se destacado devido às suas notáveis propriedades optoeletrônicas, como elevado coeficiente de absorção na região visível e band gap direto e ajustável. Tais características tornam as perovskitas altamente promissoras para aplicações em dispositivos fotovoltaicos, sendo observado um avanço significativo na eficiência de conversão de energia das células solares baseadas nesses materiais nos últimos anos.

Objetivo

Investigar a formação de nanocristais de perovskita CsPbBr₃ dopados com íons de neodímio (Nd³⁺) em matrizes vítreas, avaliando a influência da concentração do dopante e do tempo de tratamento térmico sobre as características estruturais e o tamanho dos nanocristais, como etapa inicial do estudo de suas propriedades ópticas.

Método

As amostras foram preparadas por meio de fusão, no qual os precursores da matriz vítrea e os dopantes foram submetidos a altas temperaturas até completa fusão a 1200 °C. Após esse processo, o material fundido foi resfriado de forma controlada para obtenção da matriz vítrea. A dopagem com íons de neodímio (Nd³⁺) foi realizada em diferentes concentrações, visando avaliar sua influência nas propriedades estruturais e ópticas do sistema. Posteriormente, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos a 500 °C em diferentes tempos, com o objetivo de promover a nucleação e o crescimento dos nanocristais de CsPbBr₃ na matriz vítrea.

Resultados e discussão

Os resultados de difração de raios X evidenciaram a formação da fase cristalina do CsPbBr₃ nas amostras analisadas. Foram observados picos de difração em valores de 2θ próximos a 15° e 26,5°, os quais podem ser atribuídos aos planos cristalinos (100) e (200), respectivamente, característicos da estrutura cúbica do material. Esses resultados estão em concordância com dados do banco ICDD (JCPDS No. 54-0752), confirmando a formação dos nanocristais de perovskita na matriz vítrea. A comparação entre as amostras com diferentes concentrações de Nd³⁺ (0%, 0,5% e 1%) indica que a dopagem não impede a formação da estrutura cristalina do CsPbBr₃, sugerindo que os íons de neodímio foram incorporados ao sistema sem comprometer significativamente a fase cristalina. As análises por microscopia eletrônica de transmissão mostraram que o tamanho dos nanocristais aumenta com o tempo de tratamento térmico. Amostras tratadas por 3 horas apresentaram nanocristais menores, enquanto aquelas submetidas a 6 e 10 horas exibiram crescimento progressivo das partículas. Esse comportamento está de acordo com o esperado para sistemas nanoestruturados obtidos em matrizes vítreas.

Conclusão

Os resultados obtidos até o momento indicam a formação bem-sucedida de nanocristais de CsPbBr₃ em matrizes vítreas, conforme evidenciado pelas análises de difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão. Dessa forma, os objetivos propostos para esta etapa do projeto foram parcialmente atingidos, especialmente no que se refere à síntese e caracterização estrutural dos materiais.

Palavras-chave

• Perovskitas CsPbBr3
• nanocristais
• Neodímio
• matriz vítrea