Vidros multifuncionais para aplicação em fotônica

Abstract

O principal objetivo deste projeto é a obtenção e estudo estrutural de vidros que contenham nanopartículas magnéticas monodispersas, incluindo a determinação e análise de suas propriedades. O trabalho apresenta a sínteses para duas diferentes matrizes vítreas de fosfato: uma partindo do coacervato formado por cloreto de cálcio e polifosfato de sódio como percursor, e a outra utilizando os reagentes SnF2, SnO, NaF e P2O5, obtendo-se um vidro de baixa temperatura de fusão com uma vasta gama de aplicações. As nanopartículas escolhidas para análise foram de CoPt, devido às suas propriedades magnéticas, além de boa estabilidade química e resistência à corrosão. A síntese destas foi feita a partir do método de redução de percursores metálicos, sendo os percursores utilizados o acetilacetonato de cobalto II e o acetilacetonato de platina, além de oleilamina. Para preservar as propriedades das nanopartículas durante a obtenção do vidro, foi feito o recobrimento com sílica a fim de se construir uma camada protetora ao seu redor, sendo a sílica utilizada devido à sua estabilidade química e transparência óptica. O resultado obtido foram nanopartículas recobertas com formato controlado e próximo ao esférico, além de uma boa distribuição de tamanho. Também apresentaram uma boa monodispersão nas cascas de sílica, na qual a maioria das cascas possuía 1 núcleo de nanopartícula. Diante disso, foram preparadas 5 amostras vítreas a partir do coacervato com diferentes concentrações de nanopartículas core@shell, sendo uma delas pura, e os resultados obtidos foram vidros com boa transparência e sem bolhas aparentes. Para os vidros fluorofosfato, foi sintetizada uma amostra pura e uma contendo 0,29% em massa de nanopartículas, sendo observada uma melhora com relação à higroscopicidade de sua estrutura. Ambas as composições se mostraram interessantes e prósperas, abrindo caminhos para diversas aplicações na Fotônica, especialmente envolvendo vidros com propriedades magnéticas a partir de metodologias desenvolvidas durante a execução deste trabalho, não constando na literatura. Os vidros fluorofosfatos serão posteriormente estudados com relação a aplicações para impressão 3D, dada sua baixa temperatura de fusão.

The central objective of this project is to obtain and study the structure of glasses containing monodisperse magnetic nanoparticles, including the determination and analysis of their properties. This work presents relatively simple syntheses for two different phosphate glass matrices: one starting from the coacervate formed by calcium chloride and sodium polyphosphate as precursors, and the other one uses the reactants SnF2, SnO, NaF, and P2O5, resulting in a low melting temperature glass with a wide range of applications. The chosen nanoparticles for analysis were cobalto-platin (CoPt), due to their magnetic properties, as well as good chemical stability and resistance to corrosion. Their synthesis was performed using the method of reducing the metallic precursors (cobalt II acetylacetonate and platinum acetylacetonate) along with oleylamine. To preserve their properties during the glass formation, a silica layer was added as a protection around them, because of its chemical stability and optical transparency. The obtained results were nanoparticles with controlled shape close to spherical and a narrow size distribution. They also exhibited good monodispersity in the silica shells, in which most shells had one nanoparticle core. Therefore, five glass samples were prepared from the coacervate with different concentrations of core@shell nanoparticles, one of them contaninig no nanoparticles, and the obtained results were glasses with good transparency and no visible bubbles. For the fluorophosphate glasses, a sample containing no nanoparticles and a sample containing 0,29% in mass of nanoparticles were synthesized, showing an improvement in their hygroscopicity. Regarding the nanoparticles, they have a controlled shape close to spherical and narrow size distribution. They also exhibited good monodispersity in the silica shells, in which most shells had one nanoparticle core. Both compositions proved to be interesting and promising, paving the way for various applications in Photonics, especially involving glasses with magnetic properties as from methodologies that were developed during the execution of this work. The fluorophosphate glasses will later be studied regarding possible applications for 3D printing, due to their low melting point.