Novas estruturas fotônicas: I – Auto-organização de estruturas 1D de Te; II – Biopolímeros e plásticos reutilizados multifuncionais
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Data
2016-05-23
Autores
Silva, Robson Rosa da [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
One-dimensional Te nanostructures (Te1D) in the shape of whiskers, wires and helices were prepared by a facile one-pot synthesis in the presence of aqueous Pluronic® F68 solution at low temperatures (< 100 ºC) and ambient pressure. The shape of Te1D nanostructures could be manuvered according with the reaction kinectics. We evaluate some techniques to assemble Te1D nanostructures on the pursuit for complex nanoarchitectures. Bundles of Te nanowhiskers and nanowires were achieved by self-assembly in liquid-liquid interface or by drop-cast technique in Si/SiO2 substrates. 1D hybrid structures have been conceived by using Te1D nanostructures as sacrificial template to attach metallic nanoparticles or even produce metallic 1D nanostructures. For example, 1D hybrid nanostructures were easily prepared by decorating Te nanowires with Ag nanoparticles in aqueous solution of poly(vinylpyrrolidone). Au 1D nanostructures with nodular-like shape were prepared by galvanic displacement of Au3+ ions in a mixture of Te nanohelices, ascorbic acid and an aqueous solution of poly(vinylpyrrolidone). Furthermore, Te1D nanohelices were functionalized with a layer of resorcinol-formaldehyde resin at mild synthesis conditions. The RF resin allowed us to fashion an intermediate pathway to explore the deposition of optically active compounds like Tb3+ hydroxylcarbonate or Au nanoparticles. Seeking practical applications, these nanostructures should be hosted over rigid or flexible films possessing excellent optical properties. Pure natural polymers and epoxy sol-gel hybrids films were evaluated as potential host for luminophors. The fabrication of epoxy hybrids is based on the incorporation of 3-glycidoxypropyltrimethoxysiloxane on the homogenous solution of natural polymer with subsequent casting over flat surface. Particularly, flexible silk fibroin and cellulose acetate films and their derivative hybrids displayed excellent optical properties to host optically active compounds. For instance, red emitting Eu3+ compounds and fluorescent dyes were hosted on pure natural polymer and hybrid films and the optical features of the luminescent films were investigated thoroughly. Distributed feedback dye-lasers were fabricated by doping silk fibroin diffraction gratings with Rhodamine 6G. Owing its ability to mimic patterned surfaces at nanoscale resolution, dye-doped SF gratings were fabricated using replica-casting patterning against a commercial blank digital versatile disc as template. A modified DFB Laser based on SF films with Ag or SiO2 light scattering particles randomly distributed on the grating unveiled an enhancement of laser intensity withal narrowing of emission peak linewidth. Flexible and highly transparent SF- and CA-epoxy hybrids (> 85%) containing red fluorescent Eu3+ b-diketonate complex and YVO4:Eu3+ nanoparticles at low relative content (< 5 wt%) were tailored. In general, the outcome is homogeneous films with epoxy and/or unhydrolized alkoxysilane functions available for further chemical modification. Owing the limited feedstock of natural polymers for high demanding production of optical devices, it is equally important develop materials based on the reuse of synthetic polymers. Thin films of polystyrene were conceived by dissolving waste-recovered expanded-polystyrene (EPS) in D-limonene, a green solvent from citrus oil. Transparent EPS films doped with Eu3+ b-diketonate complex displayed excellent transparency and light waveguiding, These assertions provide a framework that motivates the research on a) engineering of 1D hybrids nanostructures with tunable optical properties and b) flexible natural polymer/epoxy hybrid with enhanced functionality or plastic recycled as potential optical hosts sought in photonic applications.
Nanoestruturas unidimensionais de telúrio (Te1D) na forma de whiskers, fios e hélices foram preparados com facilidade por uma síntese em etapa única na presença de solução aquosa de Pluronic® F68 à baixas temperaturas (< 100 °C) e pressão ambiente. A forma das nanoestruturas puderam ser controladas de acordo com a cinética da reação. Estruturas empacotadas de nanowhiskers e nanofios de Te foram obtidas via auto-organização em interface líquido-líquido e pela técnica de drop-cast em substrato de Si/SiO2. Estruturas híbridas 1D foram obtidas utilizando nanoestruturas Te1D como molde de sacrifício para anexar nanopartículas metálicas ou mesmo produzir nanoestruturas 1D metálicas. Por exemplo, nanoestruturas híbridas 1D foram preparadas decorando nanofios de Te com nanopartículas de Ag em solução aquosa de poli(vinilpirrolidona). Nanoestruturas 1D de Au com forma de nódulos foram preparados por deslocamento galvânico de íons Au3+ em uma mistura de nanohélices de Te, ácido ascórbico e solução aquosa de poli(vinilpirrolidona). Além disso, nanohélices de Te foram funcionalizadas com uma camada resina resorcinol-formaldeído em condições brandas de síntese. A resina de resorcinol-formaldeído é uma via intermédia para explorar a deposição de compostos opticamente ativos tais como nanopartículas de hidroxicarbonato de Tb3+ ou nanopartículas de Au. Para aplicações práticas é essencial que estas nanoestruturas possam ser suportadas em filmes rígidos ou flexíveis de alta qualidade óptica. Filmes de polímeros naturais puros e filmes híbridos de sol-gel epóxi foram avaliados como potenciais matrizes hospedeiras para luminóforos. A fabricação de híbridos é baseada na incorporação de 3-glicidoxipropiltrimetoxissilano na solução homogênea de polímero natural com posterior secagem sobre uma superfície plana. Particularmente, filmes flexíveis de fibroína da seda e acetato de celulose e os seus híbridos derivados exibiram excelentes propriedades ópticas para hospedar compostos opticamente ativos. Por exemplo, compostos de Eu3+ emissores na região do vermelho e corantes fluorescentes foram incorporados em matriz pura de polímero e híbridos epóxi e suas propriedades ópticas foram investigadas. Laser de corantes por feedback distribuído (DFB) foram fabricados dopando grades de difração de fibroína de seda com Rodamina 6G. Devido a sua capacidade de replicar superfícies padronizadas com resolução nanométrica, grades de fibroina da seda dopadas com corante foram depositadas contra a grade de difração de uma mídia de disco compacto comercial. Lasers modificados de DFB baseados em filmes de fibroina contendo nanopartículas espalhadoras de luz de SiO2 e Ag aleatoriamente distribuídas na grade de fibroina demonstraram aumento da intensidade do laser, além de estreitamento da largura do pico de emissão. Filmes híbridos flexíveis e transparentes (> 85%) de fibroina da seda e acetato de celulose modificados com função epóxi e contendo compostos fluorescentes na região do vermelho como complexos β-dicetonato de Eu3+ e nanopartículas de YVO4:Eu3+ em baixa proporção relativa mássica (<5%) foram preparados. De maneira geral, o resultado são filmes homogêneos com funções epoxi e/ou alcoxissilano não hidrolisados disponíveis para outras modificações químicas. Devido a matéria-prima limitada de polímeros naturais para uma alta demanda de fabricação de dispositivos ópticos, é igualmente importante desenvolver materiais com base na reutilização de polímeros sintéticos. Filmes finos de poliestireno foram concebidos por dissolução de poliestireno expandido (EPS) recuperado de resíduos em D-limoneno, um solvente verde proveniente de óleos cítricos. Filmes transparentes dopados com complexos β-dicetonato de Eu3+ demonstraram excelente transparência e aptos para uso em guias de luz. Estes resultados são motivadores para a) a engenharia de nanoestruturas 1D com propriedades ópticas sintonizáveis bem como, b) desenvolvimento de híbridos flexíveis e transparentes baseados em híbridos de polímeros naturais com alta funcionalidade química ou polímeros sintéticos reciclados como potenciais matrizes hospedeiras ópticas almejadas em aplicações fotônicas.
Nanoestruturas unidimensionais de telúrio (Te1D) na forma de whiskers, fios e hélices foram preparados com facilidade por uma síntese em etapa única na presença de solução aquosa de Pluronic® F68 à baixas temperaturas (< 100 °C) e pressão ambiente. A forma das nanoestruturas puderam ser controladas de acordo com a cinética da reação. Estruturas empacotadas de nanowhiskers e nanofios de Te foram obtidas via auto-organização em interface líquido-líquido e pela técnica de drop-cast em substrato de Si/SiO2. Estruturas híbridas 1D foram obtidas utilizando nanoestruturas Te1D como molde de sacrifício para anexar nanopartículas metálicas ou mesmo produzir nanoestruturas 1D metálicas. Por exemplo, nanoestruturas híbridas 1D foram preparadas decorando nanofios de Te com nanopartículas de Ag em solução aquosa de poli(vinilpirrolidona). Nanoestruturas 1D de Au com forma de nódulos foram preparados por deslocamento galvânico de íons Au3+ em uma mistura de nanohélices de Te, ácido ascórbico e solução aquosa de poli(vinilpirrolidona). Além disso, nanohélices de Te foram funcionalizadas com uma camada resina resorcinol-formaldeído em condições brandas de síntese. A resina de resorcinol-formaldeído é uma via intermédia para explorar a deposição de compostos opticamente ativos tais como nanopartículas de hidroxicarbonato de Tb3+ ou nanopartículas de Au. Para aplicações práticas é essencial que estas nanoestruturas possam ser suportadas em filmes rígidos ou flexíveis de alta qualidade óptica. Filmes de polímeros naturais puros e filmes híbridos de sol-gel epóxi foram avaliados como potenciais matrizes hospedeiras para luminóforos. A fabricação de híbridos é baseada na incorporação de 3-glicidoxipropiltrimetoxissilano na solução homogênea de polímero natural com posterior secagem sobre uma superfície plana. Particularmente, filmes flexíveis de fibroína da seda e acetato de celulose e os seus híbridos derivados exibiram excelentes propriedades ópticas para hospedar compostos opticamente ativos. Por exemplo, compostos de Eu3+ emissores na região do vermelho e corantes fluorescentes foram incorporados em matriz pura de polímero e híbridos epóxi e suas propriedades ópticas foram investigadas. Laser de corantes por feedback distribuído (DFB) foram fabricados dopando grades de difração de fibroína de seda com Rodamina 6G. Devido a sua capacidade de replicar superfícies padronizadas com resolução nanométrica, grades de fibroina da seda dopadas com corante foram depositadas contra a grade de difração de uma mídia de disco compacto comercial. Lasers modificados de DFB baseados em filmes de fibroina contendo nanopartículas espalhadoras de luz de SiO2 e Ag aleatoriamente distribuídas na grade de fibroina demonstraram aumento da intensidade do laser, além de estreitamento da largura do pico de emissão. Filmes híbridos flexíveis e transparentes (> 85%) de fibroina da seda e acetato de celulose modificados com função epóxi e contendo compostos fluorescentes na região do vermelho como complexos β-dicetonato de Eu3+ e nanopartículas de YVO4:Eu3+ em baixa proporção relativa mássica (<5%) foram preparados. De maneira geral, o resultado são filmes homogêneos com funções epoxi e/ou alcoxissilano não hidrolisados disponíveis para outras modificações químicas. Devido a matéria-prima limitada de polímeros naturais para uma alta demanda de fabricação de dispositivos ópticos, é igualmente importante desenvolver materiais com base na reutilização de polímeros sintéticos. Filmes finos de poliestireno foram concebidos por dissolução de poliestireno expandido (EPS) recuperado de resíduos em D-limoneno, um solvente verde proveniente de óleos cítricos. Filmes transparentes dopados com complexos β-dicetonato de Eu3+ demonstraram excelente transparência e aptos para uso em guias de luz. Estes resultados são motivadores para a) a engenharia de nanoestruturas 1D com propriedades ópticas sintonizáveis bem como, b) desenvolvimento de híbridos flexíveis e transparentes baseados em híbridos de polímeros naturais com alta funcionalidade química ou polímeros sintéticos reciclados como potenciais matrizes hospedeiras ópticas almejadas em aplicações fotônicas.
Descrição
Palavras-chave
Tellurium, Phenol-formaldehyde resin, Hybrids, Lanthanide, Silk fibroin, Cellulose acetate, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, Expanded polystyrene, D-limonene, Telúrio, Resina resorcinol-formaldeído, Híbridos, Lantanídeos, Fibroina da seda, Acetato de celulose, 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano, Poliestireno expandido, D-limoneno