Fabricação e caracterização de compósitos fotônicos contendo nanopartículas dielétricas e metálicas

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: SILVA, Antonio Marcos de Brito
• Orientador(a): ARAÚJO, Cid Bartolomeu de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Palavras-chave em Português: Óptica-não linear; Nanomateriais; Ciência dos Materiais
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/1514

Compósitos fotônicos formados a partir de nanopartículas dielétricas e metálicas apresentam grande potencial para a confecção de dispositivos ópticos, bem como na realização de estudos de Física básica; tais como materiais com índice de refração negativo (conhecidos como metamateriais), estruturas capazes de propagar plasmons, sensores plasmônicos capazes de detectar e identificar uma única molécula e sistemas para armazenamento de informações. Neste trabalho foram produzidos quatro sistemas nanoestruturados formados por dispersão coloidal de partículas de sílica, nanopartículas (NPs) de prata por ablação a laser, NPs de prata no interior de uma matriz polimérica sólida e monocamadas de NPs de ouro em substratos de vidro e de ouro. Cada sistema possui um potencial individual para estudos de óptica. Todos os sistemas estudados foram caracterizados por microscopia eletrônica e técnicas ópticas. Sabe-se que materiais contendo dispersão coloidal formada por dióxido de titânio e rodamina, quando excitados pelo segundo harmônico de um laser de Nd:YAG com duração de pulsos de nanosegundos, podem emitir radiação laser devido ao corante e devido ao espalhamento múltiplo da emissão fluorescente no interior da amostra. A fim de se conseguir emissão laser em meios aleatórios utilizando-se partículas de sílica como centros espalhadores, bem como estudar processos fotoquímicos nesse sistema, foram preparadas dispersões coloidais de NPs de sílica com diferentes densidades de partículas e com diferentes diâmetros médios (49, 90, 219 e 490 nm). Os resultados indicam que o laser aleatório com nanopartículas de sílica degrada mais lentamente do que quando são utilizadas partículas de dióxido de titânio, como é usual. A razão disto foi entendida como resultado da redução da absorção não linear das partículas espalhadoras, devido ao maior gap óptico da sílica. Para estudos de NPs metálicas em experimentos de óptica básica, a capacidade de se isolar variáveis tais como, tamanho de partícula, interação química de superfície, forma geométrica e o índice de refração (n0) do meio hospedeiro, são de fundamental importância. Foram preparadas NPs metálicas de prata utilizando-se o método de ablação a laser com o objetivo de se controlar estas variáveis. Obtivemos suspensões coloidais com diferentes estabilizantes e em diferentes meios como: metanol (n0= 1,32), água (n0= 1,33), acetona (n0= 1,36), etileno glicol (n0= 1,43) e glicerina (n0= 1,47). As NPs obtidas seguindo-se este método apresentaram forma esférica e permitiram-nos observar mudanças no plasmon superficial devido a mudanças de estabilização e do meio hospedeiro. Os resultados verificados mostraram um deslocamento do máximo de absorção do plasmon em direção ao infravermelho com o aumento no índice de refração do meio hospedeiro. Variações na intensidade do pico também foram observadas para diferentes estabilizantes. A síntese de NPs no interior de matriz polimérica se apresenta como uma estratégia muito promissora no que diz respeito a estudos de dispositivos plasmônicos. Para explorar esta possibilidade foram preparadas NPs de prata em matriz sólida de poliéster na qual o crescimento das NPs foi induzido por irradiação ultravioleta (UV). Foi estudada a dinâmica de crescimento das NPs utilizando-se espectroscopia de absorção e microscopia eletrônica de transmissão. Em adição a isto, foi demonstrado um novo princípio de estocagem de informação em duas (2D) e em três (3D) dimensões, baseado em plasmônica utilizando-se este compósito. Foi também apresentado um método químico que torna possível apagar a informação gravada, viabilizando a reutilização da matriz sólida. O quarto sistema, formado por uma monocamada de NPs metálicas sobre um substrato que serve apenas para suportar as NPs metálicas, se apresenta como uma alternativa bastante desejada no momento, para estudos básicos onde se pretende analisar e controlar efeitos de grandes aumentos nas propriedades ópticas de moléculas orgânicas e proteínas. Com o entendimento desses efeitos, será possível utilizar este sistema para a produção de dispositivos fotônicos, substratos para análise espectroscópica de uma única molécula, diagnóstico de doenças através de interações antígeno-anticorpo, bem como imagem celular Raman e de fluorescência com uma sensibilidade que não é possível através das técnicas de imagens tradicionais. As amostras foram preparadas utilizando-se técnicas de imobilização de moléculas e partículas sobre substratos de vidro e de ouro, para tornar possível a anexação de NPs de ouro através da imersão desses substratos numa suspensão coloidal de ouro. Através do emprego de moléculas como o Aminopropil-trimetoxisilano (APTMS) foram produzidos substratos de vidro do uma monocamada de partículas de ouro, e com o uso do 1, 3 propanoditiol foram produzidos filmes de nanopartículas em substratos de ouro