3 resultados para nanoscience
em Repositório Institucional da Universidade de Aveiro - Portugal
Resumo:
O objectivo geral desta tese foi investigar diversas estratgias de sntese de nanocompsitos hbridos de matriz polimrica, contendo nanopartculas inorgnicas com funcionalidades diversas. O interesse nestes nanocompsitos multifuncionais consiste no enorme potencial que apresentam para novas aplicaes tecnolgicas, tais como em optoelectrnica ou em medicina. No captulo introdutrio, apresenta-se uma reviso das propriedades de nanopartculas inorgnicas e nanoestruturas obtidas a partir destas, mtodos de preparao e de modificao qumica superficial, incluindo a formao de nanocompsitos polimricos, bem como a aplicao destas nanoestruturas em medicina e biologia. O estudo das propriedades de nanopartculas de ouro um importante tema em Nanocincia e Nanotecnologia. As propriedades singulares destas NPs apresentam uma estreita relao com o tamanho, morfologia, arranjo espacial e propriedades dielctricas do meio circundante. No captulo 2, reportada a preparao de nanocompsitos utilizando miniemulses de poli-estireno (PS) e poli-acrilato de butilo (PBA) contendo nanopartculas de ouro revestidas com molculas orgnicas. As propriedades pticas destas estruturas hbridas so dominadas por efeitos plasmnicos e dependem de uma forma crtica na morfologia final dos nanocompsitos. Em particular, demonstra-se aqui a possibilidade de ajustar a resposta ptica, na regio do visvel do espectro, atravs do arranjo das nanopartculas na matriz polimrica, e consequentemente o acoplamento plasmnico, utilizando nanopartculas resultantes da mesma sntese. Na generalidade, reportada aqui uma estratgia alternativa para modificar a resposta ptica de nanocompsitos, atravs do controlo da morfologia do compsito final face estratgia mais comum que envolve o controlo das caractersticas morfolgicas das partculas metlicas utilizadas como materiais de partida. No Captulo 3 apresentam-se os resultados da preparao de vrios compsitos polimricos com propriedades magnticas de interesse prtico. Em particular discute-se a sntese e propriedades magnticas de nanopartculas de ligas metlicas de cobalto-platina (CoPt3) e ferro-platina (FePt3), assim como de xidos de ferro (magnetite Fe3O4 e maguemite g-Fe2O3) e respectivos nanocompsitos polimricos. A estratgia aqui descrita constitui uma via interessante de desenvolver materiais nanocompsitos com potencial aplicao em ensaios de anlise de entidades biolgicas in vitro, que pode ser estendido a outros materiais magnticos. Como prova de conceito, demonstrase a bioconjugao de nanocompsitos de CoPt3/PtBA com anticorpos IgG de bovino. No captulo 4 descrita a preparao e propriedades pticas de pontos qunticos (quantum dots, QDs) de CdSe/ZnS assim como dos seus materiais nanocompsitos polimricos, CdSe/ZnS-PBA. Como resultado das suas propriedades pticas singulares, os QDs tm sido extensivamente investigados como materiais inorgnicos para aplicaes em dispositivos pticos. A incorporao de QDs em matrizes polimricas de particular interesse, nomeadamente devido ao comportamento ptico do nanocompsito final parecer estar dependente do tipo de polmero utilizado. As propriedades pticas dos nanocompsitos foram estudadas sistematicamente por medidas de fotoluminescncia. Os nanocompsitos apresentam propriedades interessantes para potenciais aplicaes biolgicas em diagnstico in vitro, funcionando como sondas biolgicas luminescentes.
Resumo:
Esta tese descreve diversas estratgias preparativas assim como estudos de caracterizao de nanocompsitos e outras nanoestruturas, para a anlise em espectroscopia de Raman com intensificao por superfcie (SERS). Em particular foi estudada a incorporao de nanopartculas (NPs) metlicas de Ag e Au em matrizes polimricas visando avaliar o potencial destes materiais como novos substratos para SERS na deteo de molculas. O primeiro captulo consiste numa reviso bibliogrfica, onde destacado o desenvolvimento de novos substratos para SERS utilizando nomeadamente nanopartculas de Ag, Au e Cu. Numa primeira fase, esta seco apresenta uma breve descrio sobre as propriedades plasmnicas dos metais utilizados e alguns conceitos bsicos de espectroscopia de difuso de Raman. Posteriormente, descreve-se em mais detalhe o efeito de SERS, revendo-se sobretudo a qumica de materiais descrita em trabalhos recentes tendo em conta a sua utilizao como novas plataformas para anlise qumica por SERS. O captulo 2 descreve a sntese e caracterizao de nanocompsitos de poli(acrilato de butilo) obtidos atravs de polimerizao in situ por miniemulso na presena de nanopartculas de Ag. Os nanocompsitos Ag/PtBA foram investigados como novos substratos de SERS visando o desenvolvimento de novas plataformas versteis para deteo molecular. Estudos como o efeito da temperatura, pH e presso foram investigados, visando a compreenso do efeito da matriz polimrica na difuso/adsoro do analito (cido tiossaliclico) na superfcie metlica. No captulo 3, os nanocompsitos de Ag/PtBA descritos anteriormente foram investigados detalhadamente como substratos para bio-deteo em SERS, usando a adenina como analito modelo. Os nanocompsitos foram submetidos a vrios tratamentos pr-analticos para a bio-deteo da adenina. Foram realizadas experincias nos sistemas Ag/PtBA de modo a obter informao sobre o efeito do pH na deteo deste analito em solues aquosas diludas. Os nanocompsitos polimricos obtidos apresentam a vantagem de poderem ser processados utilizando tecnologia disponvel. Pelo que o estudo das suas propriedades trmicas especialmente relevante. Assim, a influncia da incorporao de NPs inorgnicas na temperatura de transio vtrea (Tg) do polmero PtBA foi investigada por meio de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e os resultados so apresentados no captulo 4. Estes estudos descrevem efeitos na Tg do PtBA quando analisado em nanocompsitos obtidos por diferentes mtodos (mtodos ex situ e in situ), contendo nanopartculas metlicas com diferentes distribuies de tamanho e presentes em quantidade varivel na matriz polimrica. Estes estudos possibilitaram relacionar a influncia das NPs metlicas na mobilidade das cadeias polimricas com as propriedades trmicas observadas. O captulo 5 descreve a preparao e caracterizao de materiais compsitos de base polimrica (PtBA) e NPs de Au com morfologia de bastonetes (NRs). Estes materiais foram investigados como substratos para SERS tendo originado um bom sinal de SERS na anlise de 2-2-ditiodipiridina. Investigouse igualmente o efeito da variao da morfologia das NPs metlicas (esferas e bastonetes), a razo de aspecto (R.A.) dos bastonetes e o tipo de matriz polimrica (PtBA e PnBA) no sinal de SERS. No captulo 6 descrita a utilizao da tcnica de SERS como mtodo alternativo para a monitorizao de alteraes morfolgicas de coloides de NRs de Au. Os NRs de Au foram recolhidos em diferentes fases de oxidao promovida pela presena de K2S2O8 e a sua sensibilidade como substratos de SERS foi avaliada utilizando o anio dietilditiocarbamato (DTC) como analito modelo. Os estudos foram realizados utilizando as linhas de excitao a 1064 nm e 633 nm. Este estudo demonstrou que a sensibilidade dos NRs de Au como substratos de SERS diminui medida que a sua R.A. diminui devido competitividade do CTAB (estabilizante) e o DTC pela superfcie dos NRs. de salientar que este processo acompanhado por um diferente comportamento em termos de adsoro dos dois tautmeros do DTC superfcie do metal. O captulo 7 introduz um novo tipo de compsitos para SERS, utilizando matrizes biopolimricas. Assim, descreve-se a preparao e caracterizao de nanocompsitos de carragenano e NPs de Ag. Nesta seco avaliada a utilizao destes materiais como novos substratos para a anlise em SERS, utilizando a 2-2-ditiodipiridina como molcula modelo. Descrevem-se estudos pioneiros que procuram relacionar a dependncia do sinal de SERS com a fora do gel. Para tal, realizou-se um estudo sistemtico aos nanobiocompsitos usados como substratos de SERS em diferentes condies analticas e investigaram-se as suas propriedades reolgicas. No capitulo 8 descrita a investigao de nanocompsitos de Ag/Gelatina como substratos para SERS, utilizando o anio dietilditiocarbamato como analito modelo. Realizaram-se vrias experincias para correlacionar a variao da fora do gel com o aumento do sinal de SERS bem como a diferente adsoro dos dois tautmeros do DTC superfcie do metal. Ao longo desta dissertao so apresentados metodologias distintas para a preparao e obteno de nanocompsitos com base em polmeros (sintticos ou naturais) e NPs metlicas (Ag e Au). Esta investigao no s permitiu a sntese e estudo de novos substratos para SERS mas tambm a compreenso do efeito matriz/NPs metlicas no sinal de SERS e na formao de hot spots. Este trabalho contribui para o enriquecimento na rea da Nanocincia e Nanotecnologia demonstrando a eficcia e reprodutibilidade de nanocompsitos com base em polmeros como novos substratos para SERS. Embora as propriedades ticas apresentadas por estes materiais serem aqui direcionadas para a deteo molecular pela tcnica de SERS, estes materiais podem ser investigados em outras rea tecnolgicas.
Resumo:
The strong progress evidenced in photonic and optoelectronic areas, accompanied by an exponential development in the nanoscience and nanotechnology, gave rise to an increasing demand for efficient luminescent materials with more and more exigent characteristics. In this field, wide band gap hosts doped with lanthanide ions represent a class of luminescent materials with a strong technological importance. Within wide band gap material, zirconia owns a combination of physical and chemical properties that potentiate it as an excellent host for the aforementioned ions, envisaging its use in different areas, including in lighting and optical sensors applications, such as pressure sensors and biosensors. Following the demand for outstanding luminescent materials, there is also a request for fast, economic and an easy scale-up process for their production. Regarding these demands, laser floating zone, solution combustion synthesis and pulsed laser ablation in liquid techniques are explored in this thesis for the production of single crystals, nanopowders and nanoparticles of lanthanides doped zirconia based hosts. Simultaneously, a detailed study of the morphological, structural and optical properties of the produced materials is made. The luminescent characteristics of zirconia and yttria stabilized zirconia (YSZ) doped with different lanthanide ions (Ce3+ (4f1), Pr3+ (4f2), Sm3+ (4f5), Eu3+ (4f6), Tb3+ (4f8), Dy3+ (4f9), Er3+ (4f11), Tm3+ (4f12), Yb3+ (4f13)) and co-doped with Er3+,Yb3+ and Tm3+,Yb3+ are analysed. Besides the Stokes luminescence, the anti- Stokes emission upon infrared excitation (upconversion and black body radiation) is also analysed and discussed. The comparison of the luminescence characteristics in materials with different dimensions allowed to analyse the effect of size in the luminescent properties of the dopant lanthanide ions. The potentialities of application of the produced luminescent materials in solid state light, biosensors and pressure sensors are explored taking into account their studied characteristics.
