Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: ESTUDO VOLTAMÉTRICO DA OBTENÇÃO DE ÓXIDO DE ZINCO SOBRE COBRE
AUTORES: Araújo Neto, J.A.M. (UECE) ; Alencar, M.F.A. (UECE) ; Oliveira, L.R.F. (UECE) ; Gomes, R.S. (UECE) ; Gomes, F.F.S. (UECE) ; Ferreira Junior, J.M. (UECE) ; Brito, L.S.O. (UECE) ; Silva, R.C.B. (UECE)
RESUMO: A voltametria é uma técnica eletroquímica que se baseia nos fenômenos que ocorrem
na interface entre a superfície do eletrodo de trabalho e a camada de solução
adjacente a essa superfície. As informações sobre as espécies químicas são obtidas
por meio da medida da magnitude da corrente elétrica que surge no eletrodo de
trabalho devido à diferença de potencial entre este e o eletrodo auxiliar. Visto
que os filmes finos de óxido de zinco tem grande potencial de aplicabilidade,
incrementando-se seu uso na composição de componentes fotovoltaicos, o presente
trabalho visa o estudo da obtenção do filme fino de óxido de zinco sobre eletrodo
de cobre em eletrólito ácido-sulfato, recorrendo-se para este efeito às técnicas
voltamétricas.
PALAVRAS CHAVES: Óxido de zinco; Cobre; Voltametria
INTRODUÇÃO: A voltametria é uma técnica eletroquímica que consiste na obtenção de
informações das propriedades elétricas mensuráveis (corrente, potencial e carga)
a partir do registro de curvas corrente-potencial, de uma espécie química
durante sua eletrólise em um sistema eletroquímico. Materiais crescidos com
espessura que chegam até, aproximadamente, 1μm, sobre um substrato, através de
um conjunto de técnicas de deposição, recebem o nome de filmes finos. Essas
técnicas apresentam vantagens e desvantagens, levando-se em consideração o
material a ser depositado e o substrato de interesse. Os filmes condutores e
transparentes são amplamente utilizados na microeletrônica, seja como camada que
absorve radiação em dispositivos como, por exemplo, em contatos elétricos.
Entretanto, os contatos elétricos frontais utilizados em células solares e
monitores de cristal líquido, precisam ser simultaneamente condutores elétricos
e transparentes à radiação visível. Nesta classe de filmes, destacam-se os
filmes metálicos (com espessura <100 Å) e os filmes de óxidos semicondutores,
TCO(FERREIRA. N.S, 2008). O óxido de zinco é um material semicondutor que se
destaca entre os TCOs existentes, devido às suas propriedades ópticas, elétricas
e estruturais, que permitem a sua aplicação, com vantagens, em vários domínios
da eletrônica e optoeletrônica. É um material com um hiato energético na ordem
dos 3,4 eV(PIMENTEL A.C.M.B.G, 2011). Visto que os filmes finos de óxido de
zinco tem grande potencial de aplicabilidade, incrementando-se seu uso na
composição de componentes fotovoltaicos, o presente trabalho visa o estudo da
obtenção do filme fino de óxido de zinco sobre eletrodo de cobre em eletrólito
ácido-sulfato, recorrendo-se para este efeito às técnicas voltamétricas.
MATERIAL E MÉTODOS: Preparação do eletrólito: O condutor iônico utilizado nos ensaios voltamétricos
constitui-se de um eletrólito, fonte de íons zinco, o sulfato de zinco pa., na
concentração de 5,0 . 10-3 mol . dm-3. E, como eletrólito suporte, sulfato de
sódio, na concentração de 0,1 mol . dm-3. Preparação dos eletrodos: 1: O
eletrodo de trabalho(ET), cuja superfície é o substrato para deposição do filme
de ZnO, consistia em uma placa de cobre metálico comercial com área geométrica
exposta de 1,0 cm2, 2: O eletrodo auxiliar(EA) utilizado nos ensaios consistia
em uma placa de platina, com área geométrica de 1,5 cm2, 3: O eletrodo de
referêcia(ER) utilizado foi o Ag/AgCl/KCl; este eletrodo consiste em um fio de
prata recoberto com cloreto de prata em contato com solução aquosa saturada de
cloreto de potássio. O ET teve a superfície polida mecanicamente. O EA foi
submetido a uma limpeza com ácido sulfúrico pa por imersão durante 7 minutos e
depois, foi imerso em NAOH 0,1 molar. Célula Eletrolítica: A célula eletrolítica
utilizada consistia em um recipiente de vidro, com uma tampa plástica possuindo
cinco orifícios por onde era possível fixar os eletrodos: o eletrodo de cobre
(ET), o eletrodo de referência (Ag/AgCl/KCl) e o eletrodo de platina e os dois
orifícios restantes foram utilizados para a injeção de gás oxigênio.
Voltametria: O ET foi mantido em repouso, por 15 segundos, em solução sob
potencial de -0,6 V. Em seguida, tem-se inicio a varredura de potencial, no
sentido catódico entre os potenciais -0,6 V e -1,5 V, e depois uma varredura
anódica entre os potenciais -1,5 V e -0,5 V. Também foram feitos ensaios
variando o potencial de retorno. Todos os ensaios foram feitos com velocidade de
varredura de potencial de 10 mV/s.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Diante do primeiro resultado obtido, que apresentou dois picos no lado catódico
que representa reduções ocorrendo sobre o substrato e de acordo com pesquisas na
literatura e por conta de um aparecimento de um esbranquiçado sobre a superfície
do cobre quando feito o ensaio no potencial do primeiro pico ( E= -1.1 V), a
presença do óxido de zinco é confirmada. Os ensaios com borbulhamento de ar
foram feitos primeiramente com o intuito de analisar as diferenças entre os
voltamogramas após a saturação do meio com ar, pois a formação de óxido de zinco
poderia ser acrescida nessas condições. Constata-se após a analisar os
voltamogramas da Figura 1, que os picos evidentes de formação de oxido de zinco
e o outro pico até então supostamente de zinco metálico, não ficam tão aparente
como no voltamograma onde não houve borbulhamento de ar, desta forma também
observamos que o pico anódico de dissolução aumentou significativamente, para
tentar descobrir o que realmente aconteceu para gerar tais mudanças analisamos
os voltamogramas feitos com variação do potencial de retorno. Com a análise do
voltamograma da figura 2 e com pesquisa na literatura, podemos concluir que o
pico anódico de dissolução do substrato só se tornou visível após a deposição do
até então suspeito zinco metálico, que veio a ser confirmado, pois, trabalhos
recentes mostram mudanças do material de semicondutor para metálica devida à
interação com o hidrogênio, assim com o borbulhamento de ar o semicondutor reage
com o hidrogênio formando zinco metálico que pode ser evidenciado com o aumento
do pico catódico que representa a deposição do zinco, além disso, a superfície
do eletrodo nesse potencial apresentou uma característica metálica prateada.
Figura 1
Voltamograma do processo catódico-anódico de
formação do óxido de zinco, a 10mV/s.
Figura 2
Voltamograma para diferentes potenciais de retorno:
Eλ1= -1,0 V, Eλ2 = -1,1 V,Eλ3 = - 1,2 V e Eλ4 = -1,5
V, a 10mV/s.
CONCLUSÕES: Pode-se concluir que sobre o eletrodo de cobre foi depositado, além do óxido de
zinco, zinco metálico, nas condições verificadas e o primeiro pico catódico está
associado à formação de ZnO.
AGRADECIMENTOS: Os autores gostariam de expressar sinceros agradecimentos à IC-UECE, à FUNCAP e ao
CNPq pelo suporte financeiro ao projeto de pesquisa.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CAMPOS L.C. “Crescimento de nanofios semicondutores de óxido de zinco por deposição química na fase vapor” 2006, Dissertação de mestrado UFRJ.
FERREIRA. N.S; “Deposição e caracterização de filmes de óxido de zinco dopado com alumínio”,2008, Dissertação de mestrado UFMG.
PIMENTEL A.C.M.B.G “Desenvolvimento de películas à base de ZnO condutoras e resistivas para aplicação em electrónica transparente”, 2011, Dissertação de mestrado UFNL