Resumo Células solares sensibilizadas por corante são eficientemente desenvolvidas com TiO2 na composição. O isopropóxido de titânio, por possuir uma extensa cadeia alcoxi, evita a aglomeração de núcleos metálicos, gerando partículas com tamanho reduzido, tornando-se um precursor ideal para produção do TiO2. Este trabalho teve como objetivo avaliar a proporção de isopropóxido de titânio na síntese de TiO2 via metodologia Pechini. As partículas foram caracterizadas via difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e espalhamento dinâmico de luz. A célula foi caracterizada por curvas j-V e espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados demonstraram que nas proporções testadas não houve mudança significativa de cristalinidade e forma das partículas. Verificou-se que a proporção molar cátion metálico:ácido cítrico de 2:1 apresentou partículas de menores diâmetros, facilitando a adsorção do corante e potencializando os parâmetros fotoeletroquímicos. A caracterização da célula solar nesta condição forneceu eficiência em conversão de energia η = 4 , 16 % ± 0 , 07 %, densidade de corrente j = 9 , 10 ± 0 , 09 m A . c m - 2 e tempo de vida eletrônico τ e = 56 , 98 m s.

Abstract Dye-sensitized solar cells are efficiently developed with TiO2 in the composition. Titanium isopropoxide, due to its high organic load, prevents agglomeration of the metal nucleus, generating particles of small size, becoming ideal for TiO2 synthesis. This paper aimed to evaluate the proportion of titanium isopropoxide in TiO2 synthesis by Pechini methodology. The particles were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and dynamic light scattering. The cells were characterized by j-V curves and electrochemical impedance spectroscopy. It was demonstrated that the studied proportions had no significant effects on particle crystallinity and shape. It was also observed that metallic cation:citric acid molar proportion of 2:1 presented particles with a smaller size, facilitating the adsorption of the dye by enhancing the photoelectrochemical parameters. The characterization of the solar cell in this condition provided efficiency of energy conversion η = 6 . 94 % ± 0 . 07 %, current density j = 9 , 10 ± 0 , 09 m A . c m - 2, and electron lifetime τ e = 56 , 98 m s.

Resumo O óxido de zinco (ZnO) nanoestruturado contém características físico-químicas de elevada importância para utilização em células solares. A padronização e regularidade das dimensões das partículas nanométricas é de difícil obtenção; fatores como natureza do ânion do sal precursor, temperatura de reação e quantidade de água podem interferir no tamanho das partículas. Este trabalho tem como objetivo estudar a influência das variáveis do processo de síntese das nanopartículas de ZnO, visando a aplicabilidade em células solares. Foi aplicado delineamento fatorial incompleto Box-Behnken (33), de acordo com o método de coprecipitação, para as três variáveis: concentração de Zn(NO3)2 (mol.L-1), temperatura do meio reacional (°C) e tempo de reação (h). Para caracterização das partículas foram feitas medidas de espalhamento de luz, análise por difração de raios X, caracterização por espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), aplicação do ZnO em célula solar com polímero (poli-3-hexiltiofeno - P3HT) e medidas de fotocronoamperometria. A otimização resultou em uma concentração de Zn(NO3)2 igual a 0,05 mol.L-1, tempo de reação de 20 h e temperatura de 80 ºC, onde o menor valor para o tamanho de partícula de ZnO mostrado pelo modelo foi de 367 nm. As nanopartículas apresentaram cristalito com dimensões de 20 nm, cristalinidade de 82,4% e fase hexagonal do tipo wurtzita. As imagens de MEV mostraram três tipos diferentes de estruturas devido à variação de concentração do Zn(NO3)2. A amostra de ZnO370nm + P3HT + FTO apresentou valor de densidade de corrente (j) de 3,86 mA.cm-2.

Abstract Nanostructured zinc oxide (ZnO) has physicochemical characteristics with high importance for use in solar cells. Standardization of the dimensions and regularity of the nanometric particles is hard to obtain, and some factors may interfere in particle size, as the nature of the anion salt precursor, reaction temperature and amount of water. The aim of this work is to study the variables that influence ZnO nanoparticles synthesis, in order to apply in solar cells. Incomplete factorial design Box-Behnken (33) was applied, according to coprecipitation method, for three variables: concentration of Zn(NO3)2 (mol.L-1), reaction medium temperature (ºC) and reaction time (h). Particles characterization was made by light scattering measurement, analysis by X-ray diffraction, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), application of ZnO in solar cell with polymer (poly-3-hexylthiophene - P3HT) and photochronoamperometry measurement. Optimization results showed the following conditions: concentration of Zn(NO3)2 = 0.05 mol.L-1, reaction time 20 h and temperature of 80 ºC; the lower value for ZnO particle size showed by the model was 367 nm. The nanoparticles had a crystallite with dimensions of 20 nm, 82.4% crystallinity and wurtzite-type hexagonal phase. The SEM images showed three different types of structures due to the variation of Zn(NO3)2 concentration. The sample ZnO370nm + P3HT + FTO presented current density (j) of 3.86 mA.cm-2.

A cromagem é uma opção que a indústria de metal mecânica tem encontrado para aumentar a resistência à corrosão de peças metálicas, porém esse revestimento apresenta a desvantagem de ser tóxico ao ser humano e ao meio ambiente. Para se alcançar um novo tratamento de superfície, pode-se aplicar planejamento experimental, a fim de otimizar os experimentos, principalmente quando há diversas variáveis para se chegar ao processo ou produto final. O objetivo principal deste trabalho é utilizar planejamento experimental para se obter um revestimento cerâmico à base de óxido de nióbio para ligas de alumínio 3003 e compará-lo ao revestimento de Cr (III), no mesmo substrato metálico. As técnicas empregadas foram polarização potenciodinâmica anódica, espectroscopia de impedância eletroquímica, microscopia eletrônica de varredura e mapeamento por espectroscopia de energia dispersiva. Utilizou-se um planejamento experimental 2³, no qual as variáveis foram velocidade de imersão, tempo de repouso após imersão e emersão na solução sol-gel à base de óxido de nióbio (razões molares n/n ácido cítrico/etilenoglicol 1:4, ácido e o complexo amoniacal de nióbio 10:1). Registrou-se uma tendência nas superfícies de respostas estudadas, sugerindo que em 5 min de imersão e emersão e na velocidade de 18 cm/min, o filme gerado apresenta uma maior resistência à corrosão. Os resultados de impedância eletroquímica e polarização potenciodinâmica anódica mostraram que o filme de óxido de nióbio apresenta maior resistência à corrosão que o revestimento utilizado industrialmente. Sendo assim, esse novo tratamento de superfície torna-se uma opção de substituição do revestimento a base de Cr (III).

The plating is an option that the metalworking industry has been found to increase the corrosion resistance of metal parts, but this coating is toxic to humans and to the environment. To achieve a new surface treatment the experimental design may be applied to optimize the experiments, especially when there are many variables to obtain at the final product or process. The main objective of this paper is to use experimental design to obtain a ceramic coating based on niobium oxide over 3003 aluminum alloys and to compare it to the Cr (III) coating, in the same metallic substrate. The techniques employed were anodic potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy, scanning electron microscopy and mapping by energy dispersive spectroscopy. An experimental design 23was used, where the variables were sol-gel sink rate, settling time after immersion and emersion in the base solution of niobium oxide (molar ratios n/n citric acid/ethylene glycol 1:4 acid and niobium ammonium complex 10:1). A tendency on the responses of the surfaces was detected, suggesting that at 5 min of immersion and emersion time and speed of 18 cm/min, the film achieved a higher corrosion resistance. The results of potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy showed that the anodic film of niobium oxide is more resistant than the coating used industrially, so that new surface treatment becomes a replacement option for Cr (III) coating.

A new coating made of niobium pentoxide, obtained through the sol-gel process, was developed for the carbon steel (SAE 1010). The corrosion protection provided by this coating was evaluated through electrochemical tests such as: open circuit potential, electrochemical impedance spectroscopy and anodic potentiodynamic polarization in NaCl 0,5 mol L-1 solution. The morphology and composition of the coatings were analyzed using scanning electronic microscopy, energy dispersive spectroscopy and X-ray diffractions. A zinc phosphate coating was used as standard test for comparison of results. The electrochemical measurements revealed that: (1) The Nb2O5 coating dislocates the corrosion potential towards more positive values; (2) higher impedance values were found for the Nb2O5 coated samples; and (3) lower current density values were found for these samples. The electronic micrograph revealed that there was alteration in the morphology of the carbon steel surface due to the Nb2O5 deposition. The EDS spectra confirmed the niobium coating deposition, as a peak regarding this element was obtained in the spectra. The X-ray diffractograms confirmed the presence of the phases in the Nb2O5 coating. This new coating increases protection of the carbon steel against corrosion and presents an alternative to replace phosphating.