Investigação das propriedades estruturais e óticas de filmes finos e nanoestruturados de óxido de vanádio depositados por feixe de elétrons

Neste trabalho foi realizado um estudo das propriedades optoeletroquímicas e estrutural de filmes finos de óxidos de vanádio (V) com objetivo de investigar o comportamento de eletrodos destes filmes frente ao fenômeno da dupla coloração, espectral e monocromática, e sua capacidade de intercalação para íons de lítio. Os filmes foram depositados por evaporação por feixe eletrônico, e estudados nas formas como-depositada (CD) e tratadas termicamente a 100, 200, 300 e 400 ºC, em atmosfera de argônio, e a 300 e 400 ºC em oxigênio. As amostras foram caracterizadas pelas técnicas: eletroquímica, espectroscopia UV-VIS, microscopia eletrônica de varredura e difração de raios X. Os filmes CD e todos os tratados em Ar são amorfos ou nanocristalinos. Dos tratados em O2, apenas a 400 ºC foi identificado o plano [001] do óxido de V cristalino, em 20,21º. A transmitância monocromática (632,8 nm = 1,9 eV) tomada em conjunto com a voltametria cíclica mostrou que todos os filmes são à base de óxido de V, visto apresentarem o efeito de dupla coloração óptica. A voltametria cíclica lenta (0,1 mV/s) do eletrodo do filme tratado a 400 ºC em O2 exibe picos de corrente elétrica que são atribuídos às transições de fase α®ε®δ®γ do V2O5. Nas transições α®ε e ε®δ o filme escurece (Li1V2O5) e de δ®γ clareia (Li2V2O5), concordando com o modelo de small polaron para a dupla coloração monocromática de baixa energia (1,1 a 2,1 eV). Em altas energias (2,1 a 3,5 eV) a absorção ótica é atribuída à excitação eletrônica interbanda. Enquanto para baixas energias o filme escurece com a intercalação iônica, para altas energias ele clareia. Esse é o efeito de dupla coloração óptica espectral. Com a intercalação de íons Li+ os filmes CD e os tratados a 100 e 200 ºC exibem dupla coloração óptica em altas e baixas energias, enquanto os tratados em 300 e 400 ºC, em O2 ou Ar, exibem dupla coloração óptica apenas em baixas energias, uma vez que em altas energias a transmitância satura no estado claro. O modelo de banda rígida de absorção óptica parece não ser adequado para explicar a dupla coloração em altas energias para amostras com baixo ordenamento cristalográfico.In this work was a study opto-electrochemical and structural properties of vanadium (V) oxide thin films with the intention of the investigate the behavior of these electrodes films against the phenomenon of double staining, spectral and monochromatic, and its capacity for lithium ion intercalation. The films were deposited by electron beam evaporation, and studied in the forms as-deposited (AD) and heat treated at 100, 200, 300 and 400 ºC, in argon, and 300 and 400 ºC in oxygen. The samples were characterized by techniques: electrochemical, UV-VIS spectroscopy, scanning electron microscope and X-ray diffraction. The AD and all the films treated in Ar are amorphous or nanocrystalline. The treaties in O2, only to 400 ° C has been identified the plan [001] of the crystalline V oxide, in 20.21º. The monochromatic transmittance (632.8 nm = 1.9 eV) taken together with cyclic voltammetry showed that all the films are based on vanadium oxide, since the present optical effect of the double-color. The slow cyclic voltammetry (0.1 mV/s) electrode of the film treated at 400 °C in O2, exhibits electrical surges that are attributed to phase transitions α®ε®δ®γ of V2O5. In transitions α®ε and ε®δ the film darkens (Li1V2O5) and of δ®γ brightens (Li2V2O5), agreeing with the model small polaron for double staining monochromatic low-energy (1.1 a 2.1 eV). At high energies (2.1 a 3.5 eV) the optical absorption is attributed to interband electronic excitation. While low-energy the film darkens with ion intercalation, for high energies it clears. This is the dual effect of optical spectral color. With the intercalation of Li+ ions films and AD treated at 100 and 200 °C show double staining for optical high and low energies, while those treated at 300 and 400 °C in O2 or Ar, exhibit optical double staining only at low energies, since at high energies the transmittance saturates in the light state. The rigid band model of optical absorption does not seem adequate to explain the double staining at high energies for samples with low crystallographic order