Propriedades ópticas e estruturais de Sn e Ag

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12893 (2022) Citar este artigo

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Neste trabalho, nanocompósitos de PbS/PVA dopados com Sn e Ag, em três concentrações diferentes, foram preparados com sucesso usando o método simples e de baixo custo de deposição em banho químico (CBD). Os padrões de difração de raios X confirmaram a formação da fase cúbica PbS em todos os nanocompósitos. Imagens FE-SEM mostraram que PbS NPs são de forma cúbica e a dopagem pode alterar a forma dos grãos. A análise DLS aplicada para solução NPs exibiu uma distribuição de tamanho de 175 nm para PbS NPs e diminuiu por dopagem Ag e Sn para quase 100 nm e 110 nm, respectivamente. Os espectros de absorção óptica mostraram o fenômeno azul e os gaps de Sn:PbS/PVA e Ag: Nanocompósitos PbS/PVA aumentaram com a adição de Sn e Ag de 3,08 eV para PVA/PbS puro para 3,33 eV para Sn dopado e 3,43 eV para Ag- amostras dopadas. O índice de refração não linear é reduzido de 0,55 m2 W-1 para PVA/PbS puro para 0,11 m2 W-1 e 0,13 m2 W-1 para amostras dopadas com Sn e Ag, respectivamente. Assim, a dopagem de Ag e Sn aumentou a questão da sensibilidade óptica dos nanocompósitos e aumentou a resistividade óptica. Coletivamente, nossos resultados podem ser úteis no projeto de dispositivos ópticos lineares e não lineares, como sensores e chaves e limitadores ópticos.

Nanopartículas semicondutoras (NPs) com bandgap sintonizável, estrutura, elétrica e propriedades ópticas lineares e não lineares são plataformas promissoras para uma variedade de aplicações, incluindo coleta de energia, biologia, medicina, câmeras, sensores, displays, comunicação e tecnologia da informação e iluminação. Progressos recentes em NPs de semicondutores com suscetibilidade óptica de terceira ordem e resposta ultrarrápida foram alimentados pela tendência crescente em direção ao mercado cada vez maior de fase controlada por luz, comutação óptica e dispositivos de limitação de potência óptica1,2.

Apesar das várias vantagens dos NPs inorgânicos (INPs), como características ópticas, magnéticas e elétricas inerentes, sintetizar com tamanho, carga, composição e forma altamente controláveis ​​e uniformes, ser projetado para ter multifuncionalidade e, finalmente, facilmente funcionalizado com orgânicos ou moléculas biológicas, há preocupações básicas em sua estabilidade, biocompatibilidade, processabilidade e citotoxicidade a longo prazo3,4,5,6. Para modificar as características distintivas dos nanomateriais e construir arquiteturas únicas, INPs e polímeros orgânicos são combinados e um sistema de materiais com características integradas é criado. Consequentemente, os polímeros têm desempenhado um papel vital para criar uma plataforma adequada sinergicamente com INPs, na qual os sistemas produzidos combinam as capacidades complementares de ambas as partes para demonstrar recursos aumentados não facilmente acessíveis de suas partes constituintes individuais. Além disso, a integração das capacidades ópticas, elétricas e magnéticas das nanoestruturas inorgânicas com polímeros leva ao desenvolvimento de sistemas de materiais híbridos e multimodais. O álcool polivinílico (PVA) é usado como matriz polimérica devido à sua resistência mecânica, solubilidade em água e capacidade de formação de filme7,8,9,10.

Os calcogenetos de chumbo (PbX, X = S, Se, Te) são materiais ideais para dispositivos fotovoltaicos e termoelétricos devido à sua síntese escalável, bandgap ajustável por tamanho, tecnologia de deposição baseada em solução e geração múltipla de excitons11,12. Com o menor band gap direto (0,41 eV) e o maior raio de Bohr do éxciton (18 nm), o sulfeto de chumbo (PbS), que é um material do grupo de semicondutores IV-VI, tem atraído muita atenção ao longo dos anos por causa de sua aplicações promissoras no desenvolvimento de dispositivos ópticos como células solares, sensores, interruptores ópticos e fotodetectores infravermelhos13. Também é sensível ao tamanho do grão e possui qualidades físicas e mecânicas distintas, incluindo estrutura flexível, dureza e resistência14,15,16,17. No entanto, a toxicidade do chumbo é uma grande desvantagem.