Influence of ambient atmosphere on the plasmon resonance absorption of Ag/SiOx(0 <= x <= 2) nanocomposite film

Nanocomposite films consisting of nanosized Ag particles embedded in partially oxidized amorphous Si-containing matrices were prepared by radio frequency magnetron co-sputtering deposition. We studied the influence of ambient atmosphere during the preparation and heat-treatment of Ag/SiOx (0 less than or equal to x less than or equal to 2) nanocompositefilm on its optical absorption properties. We found that the plasmon resonance absorption peak shifts to shorter wavelengths with the increasing oxygen content in the SiOx matrix. The analysis indicates that the potential barrier between Ag nanoparticles and SiOx matrix increases with the increasing x value, which will induce the surface resonance state to shift to higher energy. The electrons in the vicinity of the Fermi level of Ag nanoparticles must absorb more energy to be transferred to the surface resonance state with the increasing x value. It was also found that the plasmon resonance absorption peaks of the samples annealed in different ambient atmospheres are located at about the same position. This is because the oxidation surface layer is dense enough to prevent the oxygen from penetrating into the sample to oxidize the silicon in the inner layer.

A facile method for the synthesis of Au/PEDOT:PSS nanocomposite

In this work, we have successfully synthesized Au nanoparticles (NPs) in situ in PEDOT:PSS deploying a room temperature atmospheric pressure microplasma. The size of the AuNPs is a function of the gold salt precursor concentration and the plasma processing time. The Au/polymer colloids after processing remain well dispersed over a prolonged period of time. Both gold salt concentration and the plasma processing time have influence on the electrical conductivity of the dried Au/PEDOT:PSS nanocomposite films. An enhanced electrical conductivity of the Au/PEDOT:PSS nanocomposite films has been attributed to (i) the interfacial ligand formation between the S atoms in PEDOT:PSS molecules and the Au surface and (ii) charge transfer from the AuNPs to the holes of PEDOT:PSS molecules.

Crystallization and optical properties of CCTO thin films under pressure influence

CCTO thin films were deposited on Pt(111)/Ti/SiO 2/Si substrates using a chemical (polymeric precursor) and pressure method. The pressure effects on the CCTO thin films were evaluated by XRD, FEG-SEM and optical properties. Pressure films were found to be more homogeneous and dense than chemical deposition films. Pressure also leaded to an increase in the photoluminescence emission; it is suggested that the displacement of Ti in the titanate clusters, favors the charge transference from TiO 6 to [TiO 5V o z], TiO 5V o z] to [CaO 11V o z] and [TiO 5V o z] to [CuO 4] x. The low synthesis temperature used in the pressure method allows the deposition of films on less expensive substrates (i.e. glass, aluminum, polymer and others).

Cassava starch biodegradable films: Influence of glycerol and clay nanoparticles content on tensile and barrier properties and glass transition temperature

In this this study, glycerol content and its incorporation method on tensile and barrier properties of biodegradable films (BF) based on cassava starch were analyzed. ANOVA showed that the glycerol incorporation method did not influence the results (P > 0.05), however the glycerol content influenced significantly the tensile and barrier properties of the films (P < 0.05). Films prepared with lower glycerol content presented better tensile and barrier properties than films with higher content. Films were then prepared with addition of clay nanoparticles and their tensile and barrier properties and glass transition temperature were measured. ANOVA indicated that both glycerol and clay nanoparticles influenced significantly the tensile and barrier properties (P < 0.05), diminishing film permeability when clay nanoparticles were present, while the glass transition temperature was not influenced (P > 0.05). (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Carbon nanotube alignment via electrohydrodynamic patterning of nanocomposites

Electrohydrodynamic (EHD) pattern formation in carbon nanotube-polymer composite films yields well-defined patterns on the micrometer scale along with the alignment of carbon nanotubes (CNTs) within these patterns. Conductive pathways in nanotube networks formed during EHD patterning of nanocomposite films results in a substantial increase in the composites' conductivity at loadings exceeding the percolation threshold. The degree of nanotube alignment can be tuned by adjusting the EHD parameters and the degree of alignment is mirrored by the conductivity across the film. Using etching techniques or by embedding relatively long nanotubes, patterned surfaces decorated by CNT brushes were generated. Copyright © 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Fine structure of the plasmon resonance absorption peak of Ag nanoparticles embedded in partially oxidized Si matrix

Ag/Si nanocomposite films were prepared by the radio-frequency magnetron cosputtering method. The fine structure of the plasmon resonance absorption peak was found in film samples. X-ray photoelectron spectroscopy analysis indicated that the samples were composed of a two-layer structure, which accounted for the structure of the optical absorption spectra. The peak located near 445 nm is the plasmon resonance absorption peak of Ag nanoparticles embedded in a partially oxidized Si matrix. Its intensity decreases with decreasing film thickness and disappears in a very thin sample. The peak located near 380 nm originates from the plasmon resonance absorption of the thoroughly oxidized surface layer of the sample. Its intensity does not change with increasing thickness, but it cannot be observed in the very thick sample. (C) 2001 American Institute of Physics.

Electrical bistability and negative differential resistance in diodes based on silver nanoparticle-poly(N-vinylcarbazole) composites

An electrically bistable device has been fabricated using nanocomposite films consisting of silver nanoparticles and a semiconducting polymer by a simple spin-coating method. The current-voltage characteristics of the as-fabricated devices exhibit an obvious electrical bistability and negative differential resistance effect. The current ratio between the high-conducting state and low-conducting state can reach more than 103 at room temperature. The electrical bistability of the device is attributed to the electric-filed-induced charge transfer between the silver nanoparticles and the polymer, and the negative differential resistance behavior is related to the charge trapping in the silver nanoparticles. The results open up a simple approach to fabricate high quality electrically bistable devices by doping metal nanoparticles into polymer.

Effect of annealing on the deformation mechanism of a styrene/n-butyl acrylate copolymer latex film investigated by synchrotron small-angle X-ray scattering

The deformation mechanism of a styrene/n-butyl acrylate copolymer latex film subjected to uniaxial tensile stress was studied by small-angle X-ray scattering. The influence of annealing at 23, 60, 80, and 100 degrees C for 4 h on microscopic deformation processes was elucidated. It was demonstrated that the microscopic deformation mechanism of the latex films transformed gradually from nonaffine deformation behavior to affine deformation behavior with increasing annealing temperature.

Biosynthesis of gold nanoparticles assisted by Escherichia coli DH5 alpha and its application on direct electrochemistry of hemoglobin

In this communication, biosynthesis of gold nanoparticles assisted by Escherichia coli DH5 alpha and its application on direct electrochemistry of hemoglobin are reported. The gold nanoparticles formed on the bacteria surface are mostly spherical. The direct electrochemistry of hemoglobin can be achieved by incorporated into the bio-nanocomposite films on a glassy carbon electrode.

Preparation of DNA - Silver nanohybrids in multilayer nanoreactors by in situ electrochemical reduction, characterization, and application

Novel nanocomposite films containing DNA-silver nanohybrids have been successfully fabricated by combined use of the layer-by-layer self-assembly technique and an in situ electrochemical reduction method with the DNA-Ag+ complex as one of the building blocks. UV-vis absorption spectroscopy was employed to monitor the buildup of the multilayer films, which suggested a progressive deposition with almost an equal amount of the DNA-Ag+ complex in each cycle. The following electrochemical reduction of silver resulted in the formation of metal nanoparticles in the film, which was evidenced by the evolution of the intense plasmon absorption band originating from silver. Scanning electron microscopy indicated that the particles formed in the multilayer films possessed good monodispersity and stability, thanks to the surrounding polymers. X-ray photoelectron spectroscopy further confirmed the presence of the main components (such as DNA and metallic silver) of the nanocomposite films. In addition, we show that the size of the metal nanoparticles and the optical property of the film could be readily tuned by manipulating the assembly conditions.

Preparation and characterization of Poly(vinyl alcohol) nanocomposites made from cellulose nanofibers

A method using a combination of ball milling, acid hydrolysis, and ultrasound was developed to obtain a high yield of cellulose nanofibers from flax fibers and microcrystalline cellulose (MCC). Poly(vinyl alcohol) (PVA) nanocomposites were prepared with these additives by a solution-casting technique. The cellulose nanofibers and nanocomposite films that were produced were characterized with Fourier transform infrared spectrometry, X- ray diffraction, thermogravimetric analysis, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. Nanofibers derived from MCC were on average approximately 8 nm in diameter and 111 nm in length. The diameter of the cellulose nanofibers produced from flax fibers was approximately 9 nm, and the length was 141 nm. A significant enhancement of the thermal and mechanical properties was achieved with a small addition of cellulose nanofibers to the polymer matrix. Interestingly, the flax nanofibers had the same reinforcing effects as MCC nanofibers in the matrix. Dynamic mechanical analysis results indicated that the use of cellulose nanofibers (acid hydrolysis) induced a mechanical percolation phenomenon leading to outstanding and unusual mechanical properties through the formation of a rigid filler network in the PVA matrix. X-ray diffraction showed that there was no significant change in the crystallinity of the PVA matrix with the incorporation of cellulose nanofibers. © 2009 Wiley Periodicals, Inc.

Novel materials based on chitosan, its derivatives and cellulose fibres

O presente trabalho tem como principal objectivo o desenvolvimento de novos materiais baseados em quitosano, seus derivados e celulose, na forma de nanofibras ou de papel. Em primeiro lugar procedeu-se à purificação das amostras comerciais de quitosano e à sua caracterização exaustiva em termos morfológicos e físicoquímicos. Devido a valores contraditórios encontrados na literatura relativamente à energia de superfície do quitosano, e tendo em conta a sua utilização como precursor de modificações químicas e a sua aplicação em misturas com outros materiais, realizou-se também um estudo sistemático da determinação da energia de superfície do quitosano, da quitina e seus respectivos homólogos monoméricos, por medição de ângulos de contacto Em todas as amostras comerciais destes polímeros identificaram-se impurezas não polares que estão associadas a erros na determinação da componente polar da energia de superfície. Após a remoção destas impurezas, o valor da energia total de superfície (gs), e em particular da sua componente polar, aumentou consideravelmente. Depois de purificadas e caracterizadas, algumas das amostras de quitosano foram então usadas na preparação de filmes nanocompósitos, nomeadamente dois quitosanos com diferentes graus de polimerização, correspondentes derivados solúveis em água (cloreto de N-(3-(N,N,N-trimetilamónio)-2- hidroxipropilo) de quitosano) e nanofibras de celulose como reforço (celulose nanofibrilada (NFC) e celulose bacteriana (BC). Estes filmes transparentes foram preparados através de um processo simples e com conotação ‘verde’ pela dispersão homogénea de diferentes teores de NFC (até 60%) e BC (até 40%) nas soluções de quitosano (1.5% w/v) seguida da evaporação do solvente. Os filmes obtidos foram depois caracterizados por diversas técnicas, tais como SEM, AFM, difracção de raio-X, TGA, DMA, ensaios de tracção e espectroscopia no visível. Estes filmes são altamente transparentes e apresentam melhores propriedades mecânicas e maior estabilidade térmica do que os correspondentes filmes sem reforço. Outra abordagem deste trabalho envolveu o revestimento de folhas de papel de E. globulus com quitosano e dois derivados, um derivado fluorescente e um derivado solúvel em água, numa máquina de revestimentos (‘máquina de colagem’) à escala piloto. Este estudo envolveu inicialmente a deposição de 1 a 5 camadas do derivado de quitosano fluorescente sobre as folhas de papel de forma a estudar a sua distribuição nas folhas em termos de espalhamento e penetração, através de medições de reflectância e luminescência. Os resultados mostraram que, por um lado, a distribuição do quitosano na superfície era homogénea e que, por outro lado, a sua penetração através dos poros do papel cessou após três deposições. Depois da terceira camada verificou-se a formação de um filme contínuo de quitosano sobre a superfície do papel. Estes resultados mostram que este derivado de quitosano fluorescente pode ser utilizado como marcador na optimização e compreensão de mecanismos de deposição de quitosano em papel e outros substratos. Depois de conhecida a distribuição do quitosano nas folhas de papel, estudou-se o efeito do revestimento de quitosano e do seu derivado solúvel em água nas propriedades finais do papel. As propriedades morfológicas, mecânicas, superficiais, ópticas, assim como a permeabilidade ao ar e ao vapor de água, a aptidão à impressão e o envelhecimento do papel, foram exaustivamente avaliadas. De uma forma geral, os revestimentos com quitosano e com o seu derivado solúvel em água tiveram um impacto positivo nas propriedades finais do papel, que se mostrou ser dependente do número de camadas depositadas. Os resultados também mostraram que os papéis revestidos com o derivado solúvel em água apresentaram melhores propriedades ópticas, aptidão à impressão e melhores resultados em relação ao envelhecimento do que os papéis revestidos com quitosano. Assim, o uso de derivados de quitosano solúveis em água em processos de revestimento de papel representa uma estratégia bastante interessante e sustentável para o desenvolvimento de novos materiais funcionais ou na melhoria das propriedades finais dos papéis. Por fim, tendo como objectivo valorizar os resíduos e fracções menos nobres da quitina e do quitosano provenientes da indústria transformadora, estes polímeros foram convertidos em polióis viscosos através de uma reacção simples de oxipropilação. Este processo tem também conotação "verde" uma vez que não requer solvente, não origina subprodutos e não exige nenhuma operação específica (separação, purificação, etc) para isolar o produto da reacção. As amostras de quitina e quitosano foram pré-activadas com KOH e depois modificadas com um excesso de óxido de propileno (PO) num reactor apropriado. Em todos os casos, o produto da reacção foi um líquido viscoso composto por quitina ou quitosano oxipropilados e homopolímero de PO. Estas duas fracções foram separadas e caracterizadas.

Compósitos de polímeros naturais e nanopartículas metálicas

Esta tese descreve diversas estratégias de preparação assim como a caracterização de nanocompósitos com base em distintos biopolímeros. Em particular foi estudada a incorporação de nanopartículas (NPs) metálicas, nomeadamente de Ag, Cu e Au. Estes nanomateriais apresentam um potencial prático enorme em diversas áreas, no entanto foi investigada especificamente a sua aplicação como materiais antimicrobianos. No primeiro capítulo apresenta-se uma revisão bibliográfica, onde são realçados os principais tópicos discutidos ao longo da tese. Inicialmente apresenta-se uma contextualização deste trabalho sendo seguidamente apresentadas algumas considerações sobre nanocompósitos e o seu impacto tecnológico atual. Em seguida, descrevem-se as vantagens do uso de NPs como cargas nos materiais compósitos especificamente no caso de bionanocompósitos. Foi focado o uso da celulose como matriz uma vez que foi o composto “base” usado neste trabalho. Fez-se a descrição exaustiva das metodologias existentes na literatura para a preparação dos nanocompósitos celulósicos com diferentes NPs metálicas assim como das respetivas aplicações. Dentro das aplicações, foi dado especial destaque às propriedades antimicrobianas dos materiais preparados seja a nível da sua atividade antibacteriana ou antifúngica. Esta introdução privilegia o trabalho relacionado diretamente com os sistemas descritos nos capítulos subsequentes. No segundo capítulo apresentam-se os resultados obtidos para nanocompósitos de prata em matriz celulósica. Através do uso de metodologias, tais como a síntese in situ e a pós-deposição, foram preparados diversos materiais usando dois substratos celulósicos distintos nomeadamente a celulose vegetal e bacteriana. Estes nanocompósitos foram caracterizados em termos da sua morfologia e composição química, verificando-se a importância destas características na sua atividade antibacteriana. Foi verificado que nanocompósitos com teores de Ag de 5 x 10-4 (% m/m) são suficientes para obter atividade antibacteriana. A libertação de Ag(I) foi estudada em alguns destes materiais de modo a tentar perceber o mecanismo subjacente a este tipo de nanocompósitos. No terceiro capítulo é apresentado o estudo de NPs coloidais de Ag e Au como cargas para a preparação de nanocompósitos à base de quitosano nãomodificado e modificado quimicamente (derivado solúvel em água e derivado anfifílico). Foram preparados filmes finos de espessura de 9-14 μm, caracterizando-se as suas propriedades óticas e antibacterianas. As propriedades óticas foram ajustadas, quer pela variação do teor de NPs de Ag (0,3-3,9% m/m) ou pela utilização de amostras de NPs com distribuição de tamanho de partícula distinta. Foi investigada a atividade antibacteriana tanto para bactérias Gram-negativas (Klebsiella pneumoniae e Escherichia coli) como para Gram-positivas (Staphylococcus aureus). Para nanocompósitos preparados com o quitosano não modificado verificou-se uma dependência em função do teor de Ag. No caso do uso de derivados modificados, os materiais preparados mostraram uma eficiência superior, mesmo sem NPs de Ag. No quarto capítulo é apresentada a síntese e caracterização de nanocompósitos de pululano e NPs de Ag. Neste estudo é avaliada a atividade antifúngica dos filmes compósitos preparados contra o Aspergillus niger usando protocolos padrão. Estes materiais foram preparados na forma de filmes (66-74 μm de espessura) por evaporação de solvente da mistura de pululano e coloides de Ag. Foi observado o aumento da inibição do fungo na presença dos nanocompósitos, tendo sido pela primeira vez mostrado o efeito disruptivo destes materiais sobre os esporos do A. niger através da análise das imagens de SEM. Este efeito ocorre na presença dos filmes devido à presença das cargas de NPs de Ag dispersas no pululano. O desenvolvimento de materiais de papel com NPs de Cu é um desafio devido à propensão destas espécies em oxidar sob condições ambiente. No quinto capítulo é descrita pela primeira vez o estudo comparativo do crescimento e estabilidade de NPs de Cu em celulose vegetal e bacteriana. Para além disso foi avaliado o uso de nanoestruturas com diferentes dimensionalidades como cargas, nomeadamente nanoesferas e nanofios. Foi observado que o uso de nanofios aumenta a resistência à oxidação destes nanocompósitos para tempos de exposição ao ar mais prolongados. As matrizes celulósicas apresentam comportamento distinto no crescimento e/ou adsorção das NPs de Cu. A celulose bacteriana foi o substrato mais eficiente para retardar a oxidação das NPs. A atividade antibacteriana destes nanocompósitos foi avaliada. Ao longo desta dissertação são apresentados métodos distintos para a obtenção de nanocompósitos com base em biopolímeros e NPs metálicas. Estes estudos permitiram não só a preparação de novos nanocompósitos mas também compreender e otimizar os mecanismos subjacentes à sua preparação. Ao mesmo tempo, este trabalho contribuiu para a transferência de tecnologia e conhecimento entre a área da Nanotecnologia e a área dos materiais derivados de fontes renováveis. As propriedades apresentadas por estes nanomateriais mostraram a sua possível aplicação como novos materiais antimicrobianos, no entanto é possível antecipar futuras aplicações em outras áreas tecnológicas.

PET-SWNT nanocomposites through ultrasound assisted dissolution-evaporation

Poly(ethylene terephthalate) (PET) based nanocomposites have been prepared with single walled carbon nanotubes (SWNTs) through an ultrasound assisted dissolution-evaporation method. Differential scanning calorimetry studies showed that SWNTs nucleate crystallization in PET at weight fractions as low as 0.3%, as the nanocomposite melt crystallized during cooling at temperature 24 °C higher than neat PET of identical molecular weight. Isothermal crystallization studies also revealed that SWNTs significantly accelerate the crystallization process. Mechanical properties of the PETSWNT nanocomposites improved as compared to neat PET indicating the effective reinforcement provided by nanotubes in the polymer matrix. Electrical conductivity measurements on the nanocomposite films showed that SWNTs at concentrations exceeding 1 wt% in the PET matrix result in electrical percolation. Comparison of crystallization, conductivity and transmission electron microscopy studies revealed that ultrasound assisted dissolution-evaporation method enables more effective dispersion of SWNTs in the PET matrix as compared to the melt compounding method

Investigations on the structural, optical and Magnetic properties of nanostructured cerium oxide in pure and doped forms and its polymer nanocomposiets

This thesis Entitled INVESTIGATIONS ON THE STRUCTURAL, OPTICAL AND MAGNETIC PROPERTIES OF NANOSTRUCTURED CERIUM OXIDE IN PURE AND DOPED FORMS AND ITS POLYMER NANOCOMPOSITES.Synthesis and processing of nanomatelials and nanostmctures are the essential aspects of nanotechnology. Studies on new physical properties and applications of nanomaterials and nanostructures are possible only when nanostructured materials are made available with desired size, morphology,crystal structure and chemical composition.Recently, several methods have been developed to prepare pure and doped CeO2 powder, including wet chemical synthesis, thermal hydrolysis, flux method, hydrothermal synthesis, gas condensation method, microwave technique etc. In all these, some special reaction conditions, such as high temperature, high pressure, capping agents, expensive or toxic solvents etc. have been involved.Another hi gh-li ght of the present work is room temperature ferromagnetism in cerium oxdie thin films deposited by spray pyrolysis technique.The observation of self trapped exciton mediated PL in ceria nanocrystals is another important outcome of the present study. STE mediated mechanism has been proposed for CeO2 nanocrystals based on the dependence of PL intensity on the annealing temperature. It would be interesting to extent these investigations to the doped forms of cerium oxide and cerium oxide thin films to get deeper Insight into STE mechanism.Due to time constraints detailed investigations could not be canied out on the preparation and properties of free standing films of polymer/ceria nanocomposites. It has been observed that good quality free standing films of PVDF/ceria, PS/C61‘l8, PMMA/ceria can be obtained using solution casting technique. These polymer nanocomposite films show high dielectric constant around 20 and offer prospects of applications as gate electrodes in metal-oxide semiconductor devices.