Crescimento de filme de ZnO nanoestruturado por anodização de aço galvanizado
Growth of nanostructured ZnO film by anodizing galvanized steel
Henrique Gonçalves Pereira, Rubens Camaratta, Cristiane Raubach Ratmann, Naiane Paiva Stochero
Resumo
O óxido de zinco (ZnO) é um semicondutor de amplo bandgap (3,37 eV) com um vasto campo de aplicações, como em catálises, atuadores e transdutores piezoelétricos, células solares, microsensores, dentre outras. Uma forma de obtenção de ZnO é através da oxidação controlada do zinco metálico, que é terceiro metal mais consumido do mundo entre os metais não ferrosos com a indústria de galvanização sendo responsável por aproximadamente por 57% do consumo mundial deste metal. A anodização é um processo de tratamento de superfícies que consiste em criar um filme de óxido sobre a superfície metálica, sendo capaz de reter grandes quantidades de corante. A obtenção de ZnO se deu através da anodização do aço galvanizado que foi realizada em solução eletrolítica de NaHCO3 5mM, à uma tensão constante de 35V, com corrente inicial de 0,2A, por 8 minutos. Foram realizadas caracterizações químicas da superfície anodizada, espessura da camada bem como verificação da morfologia obtida, onde verificou-se a produção de nanofios com cerca 100nm de diâmetro. Foi depositado o corante comercial N479 Black Dye. Os resultados mostraram a obtenção de uma camada homogênea, com a morfologia de nanobastões com grande capacidade de absorção de corante.
Palavras-chave
Abstract
Zinc oxide (ZnO) is a broad bandgap semiconductor (3.37 eV) with a wide range of applications, such as catalysts, piezoelectric actuators and transducers, solar cells, microsensors, among others. One way of obtaining ZnO is through the controlled oxidation of metallic zinc, which is the third most consumed metal in the world among the non-ferrous metals with the galvanizing industry being responsible for approximately 57% of the worldwide consumption of this metal. Anodizing is a process of surface treatment consisting of creating an oxide film on the metal surface, being able to retain large amounts of dye. ZnO was obtained by anodizing the galvanized steel which was carried out in a 5mM NaHCO3 electrolytic solution at a constant voltage of 35V with an initial current of 0.2A for 8 minutes. Chemical characterization of the anodized surface, thickness of the layer and verification of the morphology obtained were verified, where it was verified the production of na-nofios with about 100nm of diameter. N479 Black Dye commercial dye was deposited. The results showed the obtaining of a homogeneous layer, with the morphology of nanowires with great layer-city of dye absorption.
Keywords
References
1 Xie J, Li Y, Zhao W, Bian L, Wei Y. Simple fabrication and photocatalytic activity of ZnO particles with different morphologies. Powder Technology. 2011;207(1-3):140-144.
2 Angelo SMA. Anuário estatístico do setor metalúrgico: 2017. Brasília: Ministério de Minas e Energia; 2018.
3 Batista KB. Caracterização de superfícies de aços galvanizados utilizando a técnica de espectrosco-pia de impedância eletroquímica [dissertação]. Belo Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais; 2013.
4 Aroeira GJR. Anodização [página da internet]. Infoescola; 2019 [acesso em 20 abr. 2019]. Disponível em: https://www.infoescola.com/eletroquimica/anodizacao.
5 Alwitt RS. Anodizing [página da internet]. Electrochemistry Encyclopedia; 2019 [acesso em 22 abr. 2019]. Disponível em: http://electrochem.cwru.edu/ed/encycl/art-a02-anodizing.htm
6 Burleigh TD, Dotson TC, Dotson KT, Gabay SJ, Sloan T, Ferrell SG. Anodizing steel in KOH and NaOH solutions. Journal of the Electrochemical Society. 2007;154(10):C579-C586.
7 Choudhary RK, Mishra P, Kain V, Singh K, Kumar S, Chakravartty JK. Scratch behavior of aluminum anodized in oxalic acid: effect of anodizing potential. Surface and Coatings Technology. 2015;283:135-147.
8 Leontiev AP, Roslyakov IV, Napolskii KS. Complex influence of temperature on oxalic acid ano-dizing of aluminium. Electrochimica Acta. 2019;319:88-94.
9 Meneghesso AA. Noções básicas sobre processo de anodização do alumínio e suas ligas-parte 1. Rio de Janeiro: Corrosão & Proteção; 2006. p. 36-38.
10 Edwards J. Coating and surface treatment systems for metals. Materials Park: ASM International, Finishing Publications Ltd.; 1997 p. 39-40.
11 Porter FC. Zinc handbook: properties, processing, and use in design. New York: Marcel Dekker; 1991.
12 Imam MA, Moniruzzaman M, Mamun MA. Anodizing of zinc for improved surface properties. In: Proceedings of the 18th International Corrosion Congress; 2011 November 20-24; Perth, Australia. Red Hook: Curran Associates Inc.; 2012. p. 199-206.
13 Darband GG, Afshar A, Aliabadi A. Zn-Ni Electrophosphating on galvanized steel using cathodic and anodic electrochemical methods. Surface and Coatings Technology. 2016;306:497-505.
14 Sinha D, De D, Goswami D, Ayaz A. Fabrication of DSSC with nanostructured ZnO photo anode and natural dye sensitizer. Materials Today: Proceedings. 2018;5:2056-2063.
15 Xi YY, Hsu YF, Djurisic AB, Chan WK. Electrochemical synthesis of ZnO nanoporous films at low temperature and their application in dye-sensitized solar cells. Journal of the Electrochemical Society. 2008;155(9):D595-D598.
16 Sheng L, Li G, Zhang W, Wang K. Full-stainless steel mesh dye-sensitized solar cells based on coreshell ZnO/TiO2 nanorods. Optik. 2019;184:90-97.
17 Dinesh VP, Sriram kumar R, Sukhananazerin A, Sneha JM, Kumar PM, Biji P. Novel stainless steel based, eco-friendly dye-sensitized solar cells using electrospun porous ZnO nanofibers. Nano-Structures & Nano-Objects. 2019;19:100311.
18 Chae Y, Park JT, Koh JK, Kim JH, Kim E. All-solid, flexible solar textiles based on dye-sensitized solar cells with ZnO nanorod arrays on stainless steel wires. Materials Science and Engineering B. 2013;178(17):1117-1123.
19 Mallet A. Galvanização. São Paulo: Grupo Gerdau; 2000.
Submitted date:
12/30/2021
Accepted date:
07/21/2022
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