Síntese e fotosensibilização de nanotubos de titanatos

Nesta tese é descrita a preparação de nanotubos de titanatos (TNT) via síntese hidrotérmica alcalina, usando uma nova metodologia que evita a utilização de TiO2 cristalino como precursor. Foi estudada a influência da substituição sódio/protão na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos materiais preparados. Os resultados mostraram que a substituição Na+ → H+ resulta numa redução na distância intercamadas dos TNTs, tendo sido medidos valores entre 1.13±0.03 nm e 0.70±0.02 nm para aquele parâmetro. O comportamento óptico dos TNTs foi estudado na região UV-vis, estimando-se um hiato óptico de energia 3.27±0.03 eV para a amostra com maior teor de sódio enquanto que para a amostra protonada foi determinado um valor de 2.81±0.02 eV. Estes valores mostram que a troca iónica Na+ → H+ teve influência no desvio da banda de absorção dos TNTs para a região do visível próximo. A actividade fotocatalítica dos TNTs na degradação do corante rodamina 6G (R6G) foi posteriormente estudada. Verificou-se que, apesar de a amostra com maior teor de sódio ter sido a que exibiu maior capacidade para adsorver o R6G, foi a amostra protonada que apresentou a actividade catalítica mais elevada na fotodegradação deste corante. Numa segunda fase, e com o objectivo de preparar novos materiais nanoestruturados fotosensíveis, procedeu-se à decoração dos TNTs protonados com semicondutores (SC) nanocristalinos usando um método novo. Para o efeito os TNTs foram decorados com nanocristalites de ZnS, CdS e Bi2S3. Foi estudada a influência do tipo de semicondutor na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos SC/TNTs obtidos. Verificou-se que, para qualquer dos semicondutores usados no processo de decoração, a estrutura dos TNTs é preservada e não ocorre segregação do SC. Verificou-se ainda que a morfologia dos nanocompósitos preparados depende fortemente da natureza do semicondutor. No que respeita ao comportamento óptico destes materiais, foram determinados hiatos ópticos de energia 3.67±0.03 eV, 2.47±0.03 eV e 1.35±0.01 eV para as amostras ZnS/TNT, CdS/TNT e Bi2S3/TNT, respectivamente. Estes resultados mostram que através do processo de decoração de TNTs com semicondutores podem ser preparados materiais nanocompósitos inovadores, com propriedades ópticas novas e/ou pré-definidas numa gama alargada do espectro electromagnético.

Liquid crystal necklaces: cholesteric drops threaded by thin cellulose fibres

Liquid crystals in confined geometries exhibit numerous complex structures often including topological defects that are controlled by the nematic elasticity, chirality and surface anchoring. In this work, we study the structures of cholesteric droplets pierced by cellulose fibres with planar anchoring at droplet and fibre surfaces. By varying the temperature we demonstrate the role of twisting power and droplet diameter on the equilibrium structures. The observed structures are complemented by detailed numerical simulations of possible director fields decorated by defects. Three distinct structures, a bipolar and two ring configurations, are identified experimentally and numerically. Designing cholesteric liquid crystal microdroplets on thin long threads opens new routes to produce fibre waveguides decorated with complex microresonators.

Liquid-vapor interfaces of patchy colloids

We investigate the liquid-vapor interface of a model of patchy colloids. This model consists of hard spheres decorated with short-ranged attractive sites ("patches") of different types on their surfaces. We focus on a one-component fluid with two patches of type A and nine patches of type B (2A9B colloids), which has been found to exhibit reentrant liquid-vapor coexistence curves and very low-density liquid phases. We have used the density-functional theory form of Wertheim's first-order perturbation theory of association, as implemented by Yu and Wu [J. Chem. Phys. 116, 7094 (2002)], to calculate the surface tension, and the density and degree of association profiles, at the liquid-vapor interface of our model. In reentrant systems, where AB bonds dominate, an unusual thickening of the interface is observed at low temperatures. Furthermore, the surface tension versus temperature curve reaches a maximum, in agreement with Bernardino and Telo da Gama's mesoscopic Landau-Safran theory [Phys. Rev. Lett. 109, 116103 (2012)]. If BB attractions are also present, competition between AB and BB bonds gradually restores the monotonic temperature dependence of the surface tension. Lastly, the interface is "hairy," i.e., it contains a region where the average chain length is close to that in the bulk liquid, but where the density is that of the vapor. Sufficiently strong BB attractions remove these features, and the system reverts to the behavior seen in atomic fluids.