SURFACE-ENHANCED RAMAN SCATTERING: METAL NANOSTRUCTURES COATED WITH LANGMUIR-BLODGETT FILMS

This review deals with surface-enhancved Raman scattering (SERS) employing Langmuir-Blodgett (LB) films, which serve as model systems for developing theoretical and experimental studies to elucidate the SERS effect. In addition, LB films have be used as integral parts of molecular architectures for SERS-active substrates. On the other hand, SERS and surface-enhaced resonant Raman scattering (SERRS) have allowed various properties of LB films to be investigated, especially those associated with molecular-level interactions. In the paper, emphasis is placed on single molecule detection (SMD), where the target molecule is diluted on an LB matrix of spectral silent material (low Raman cross section). The perspectives and challenges for combining SERS and LB films are also discussed.

On the energy transfer from a polymer host to the rhenium(I) complex in OLEDs

Photoluminescence and electroluminescence of PVK films doped with fac-[ClRe(CO)(3)(bpy)], bpy=2,2`-bipyridine, are investigated. Photoluminescence spectra of spin-coated PVK films (lambda(exc)=290 nm) exhibit a broad band centered at 405 nm. As the concentration of dopant increases, the polymer emission is quenched and a band at 555 nm appears (isosbestic point at 475 nm). In OLEDs with ITO/PEDOT:PSS/PVK/butylPBD/Al architecture doped with fac-[ClRe(CO)(3)(bpy)], the polymer host emission is completely quenched even at the lowest concentration of dopant. The electroluminescence spectra of the devices show that there is an efficient energy transfer from the host to the dopant, which exhibits a very intense emission at 580 nm. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Characteristics of thin cellulose ester films spin-coated from acetone and ethyl acetate solutions

Spin-coated films of cellulose acetate (CA), cellulose acetate propionate (CAP), cellulose acetate butyrate (CAB) and carboxymethylcellulose acetate butyrate (CMCAB) have been characterized by ellipsometry, atomic force microscopy (AFM) and contact angle measurements. The films were spin-coated onto silicon wafers, a polar surface. Mean thickness values were determined by means of ellipsometry and AFM as a function of polymer concentration in solutions prepared either in acetone or in ethyl acetate (EA), both are good solvents for the cellulose esters. The results were discussed in the light of solvent evaporation rate and interaction energy between substrate and solvent. The effects of annealing and type of cellulose ester on film thickness, film morphology, surface roughness and surface wettability were also investigated.

Development of Nanostructured Electrochemical Sensor Based on Polymer Film Nickel-Salen for Determination of Dissolved Oxygen

An amperometric oxygen sensor based on a polymeric nickel-salen (salen = N,N '-ethylenebis(salicydeneiminato)) film coated platinum electrode was developed. The sensor was constructed by electropolymerization of nickel-salen complex at a platinum electrode in acetonitrile/tetrabuthylamonium perchlorate by cyclic voltammetry. The voltammetric behavior of the modified electrode was investigated in 0.5 mol L-1 KCl solution in the absence and presende of molecular oxygen. A significant increased of cathodic peak current (at -0.20 vs. SCE) of the modified electrode with addition of oxygen to the solution was observed. This result shows that the nickel-salen film on the surface of the electrode promotes the reduction of oxygen. The reaction can be brought about electrochemically where in the nickel(II) complex is first reduced to a nickel(I) complex at the electrode surface. The nickel(I) complex then undergoes a catalytic oxidation by the oxygen molecular in solution back to the nickel(II) complex, which can then be electrochemically re-reduced to produce an enhancement of the cathodic current. The plot of the cathodic current versus the dissolved oxygen concentration for chronoamperometry (potential fixed = -0.20 V) at the sensor was linear in the concentration range of 3.95 to 9.20 mg L-1 with concentration limit of 0.17 mg L-1 O-2. The modified electrode proposed is useful for the quality control and routine analysis of dissolved oxygen in commercial water and environmental water samples. The results obtained for the levels of dissolved oxygen are in agreement with the results obtained with an O-2 commercial sensor. (C) 2011 Published by Elsevier Ltd.

Interface morphology snapshots of vertically segregated thin films of semiconducting polymer/polystyrene blends

We present atomic force microscopic images of the interphase morphology of vertically segregated thin films spin coated from two-component mixtures of poly[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene-vinylene] (MEH-PPV) and polystyrene (PS). We investigate the mechanism leading to the formation of wetting layers and lateral structures during spin coating using different PS molecular weights, solvents and blend compositions. Spinodal decomposition competes with the formation of surface enrichment layers. The spinodal wavelength as a function of PS molecular weight follows a power-law similar to bulk-like spinodal decomposition. Our experimental results indicate that length scales of interface topographical features can be adjusted from the nanometer to micrometer range. The importance of controlled arrangement of semiconducting polymers in thin film geometries for organic optoelectronic device applications is discussed. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Coordination of Eu3+ ions in siliceous nanohybrids containing short polyether chains and bridging urea cross-links

Infrared and photoluminescence spectroscopies have been used to investigate the local environment of the Eu3+ ions in luminescent sol-gel derived materials-di-ureasils-based on a hybrid framework represented by U(600). This host is composed of a siliceous backbone grafted, through urea cross-links, to both ends of polymer segments incorporating 8.5 oxyethylene repeat units. The active centers have been introduced as europium perchlorate, Eu(ClO4)3. Samples with compositions n = 232, 62, 23, 12, and 6 (where n denotes the ratio of (OCH2CH2) moieties per lanthanide ion) have been examined. The combination of the information retrieved from the analysis of characteristic bands of the FTIR spectra-the perchlorate and the Amide I/Amide II features-with that obtained from the photoluminescence data demonstrates that at compositions n = 232 and 62 the anions are free, whereas the Eu3+ ions are complexed by the heteroatoms of the polyether chains. At higher salt concentration, the cations are bonded, not only to the ClO4 - ions, but also to the ether oxygen atoms of the organic segments and to the carbonyl oxygen atoms of the urea linkages. The dual behavior of U(600) with respect to cation coordination has been attributed to the presence in this nanohybrid of strong hydrogen-bonded urea-urea structures, which, at low salt content, cannot be disrupted, thus inhibiting the formation of Eu3+-O=C(urea) contacts and promoting the interaction between the lanthanide ions and the (OCH2CH2) moieties. The present work substantiates the claim that the activation of the coordinating sites of the di-ureasil framework can be tuned by varying either the guest salt concentration at constant chain length or the length of the.organic segments at constant salt concentration. This relevant property opens challenging new prospects in the fields of application of this class of hybrids. © 2001 American Chemical Society.

Development and in vitro evaluation of coated pellets containing chitosan to potential colonic drug delivery

In this work pellets containing chitosan for colonic drug delivery were developed. The influence of the polysaccharide in the pellets was evaluated by swelling, drug dissolution and intestinal permeation studies. Drug-loaded pellets containing chitosan as swellable polymer were coated with an inner layer of Kollicoat® SR 30 D and an outer layer of the enteric polymer Kollicoat® MAE 30 DP in a fluidized-bed apparatus. Metronidazole released from pellets was assessed using Bio-Dis dissolution method. Swelling, drug release and intestinal permeation were dependent on the chitosan and the coating composition. The drug release data fitted well with the Weibull equation, indicating that the drug release was controlled by diffusion, polymer relaxation and erosion occurring simultaneously. The film coating was found to be the main factor controlling the drug release and the chitosan controlling the drug intestinal permeation. Coated pellets containing chitosan show great potential as a system for drug delivery to the colon. © 2012 Elsevier Ltd.

Luminescence Enhancement of Carboxyl-Coated CdTe Quantum Dots by Silver Nanoparticles

Metallic nanoparticles (NPs) have been used to improve the sensibility of biosensors and bioassays either by enhancing radiative emission or inducing quenching process on fluorescent probes. The aim of this research was to study the interaction of silver and silver-pectin NPs with water-dispersed carboxyl-coated cadmium telluride (CdTe) quantum dots (QDs). Metallic NPs were observed to change the emission of these fluorophores through local field effects. In a solution-base platform, an increase of 82 % was observed for the CdTe emission due to the interaction of QDs and silver-pectin NPs. QDs interaction with silver NPs without pectin was also investigated and a smaller emission enhancement of 20 % was detected. We observed that the NPs' nature and QDs' surface charge and concentration are important parameters for NPs-QDs interaction. Moreover, the presence of the pectin polymer shows to be a key component to the observed fluorescence enhancement. © 2013 Springer Science+Business Media New York.

Inoculação com Azospirillum brasilense, fontes e doses de nitrogênio na cultura do milho em duas épocas de semeadura

Pós-graduação em Agronomia - FEIS

Cell Adhesion to Plasma-Coated PVC

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Liberação controlada de nutrientes e novos sistemas para avaliação de espécies químicas empregadas na fertilização

Pós-graduação em Química - IQ

Amperometric urea biosensors based on the entrapment of urease in polypyrrole films

Urease (Urs) was immobilized in electrochemically prepared polypyrrole (PPy) and the resulting films were characterized by cyclic voltammetry, scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and ultraviolet visible spectroscopy (UV-VIS). The enzymatic activity of Urs entrapped in the PPy matrix was confirmed by the catalytic conversion of urea into carbon dioxide and ammonia, when urea was detected amperometrically at different concentrations in standard samples and commercial fertilizers. The PPy/Urs biosensors exhibited selectivity, a relatively high efficiency at urea concentrations below 3.0 mmol L-1, and a sensitivity to urea of 2.41 mu A cm(-2) mmol(-1) L (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Functional polymer coatings — My-Patterning and My-Analysis

In dieser Arbeit werden Strukturen beschrieben, die mit Polymeren auf Oberflächen erzeugt wurden. Die Anwendungen reichen von PMMA und PNIPAM Polymerbürsten, über die Restrukturierung von Polystyrol durch Lösemittel bis zu 3D-Strukturen, die aus PAH/ PSS Polyelektrolytmultischichten bestehen. Im ersten Teil werden Polymethylmethacrylat (PMMA) Bürsten in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophospat ([Bmim][PF6]) durch kontrollierte radikalische Polymerisation (ATRP) hergestellt. Kinetische Untersuchungen zeigten ein lineares und dichtes Bürstenwachstum mit einer Wachstumsrate von 4600 g/mol pro nm. Die durchschnittliche Pfropfdichte betrug 0.36 µmol/m2. Als Anwendung wurden Mikrotropfen bestehend aus der ionischen Flüssigkeit, Dimethylformamid und dem ATRP-Katalysator benutzt, um in einer definierten Geometrie Polymerbürsten auf Silizium aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich eine bis zu 13 nm dicke Beschichtung erzeugen. Dieses Konzept ist durch die Verdampfung des Monomers Methylmethacrylat (MMA) limitiert. Aus einem 1 µl großen Tropfen aus ionischer Flüssigkeit und MMA (1:1) verdampft MMA innerhalb von 100 s. Daher wurde das Monomer sequentiell zugegeben. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Strukturierung von Oberflächen mit Hilfe einer neuen Methode: Tintendruck. Ein piezoelektrisch betriebenes „Drop-on-Demand“ Drucksystem wurde verwendet, um Polystyrol mit 0,4 nl Tropfen aus Toluol zu strukturieren. Die auf diese Art und Weise gebildeten Mikrokrater können Anwendung als Mikrolinsen finden. Die Brennweite der Mikrolinsen kann über die Anzahl an Tropfen, die für die Strukturierung verwendet werden, eingestellt werden. Theoretisch und experimentell wurde die Brennweite im Bereich von 4,5 mm bis 0,21 mm ermittelt. Der zweite Strukturierungsprozess nutzt die Polyelektrolyte Polyvinylamin-Hydrochlorid (PAH) und Polystyrolsulfonat (PSS), um 3D-Strukturen wie z.B. Linien, Schachbretter, Ringe, Stapel mit einer Schicht für Schicht Methode herzustellen. Die Schichtdicke für eine Doppelschicht (DS) liegt im Bereich von 0.6 bis 1.1 nm, wenn NaCl als Elektrolyt mit einer Konzentration von 0,5 mol/l eingesetzt wird. Die Breite der Strukturen beträgt im Mittel 230 µm. Der Prozess wurde erweitert, um Nanomechanische Cantilever Sensoren (NCS) zu beschichten. Auf einem Array bestehend aus acht Cantilevern wurden je zwei Cantilever mit fünf Doppelschichten PAH/ PSS und je zwei Cantilever mit zehn Doppelschichten PAH/ PSS schnell und reproduzierbar beschichtet. Die Massenänderung für die individuellen Cantilever war 0,55 ng für fünf Doppelschichten und 1,08 ng für zehn Doppelschichten. Der daraus resultierende Sensor wurde einer Umgebung mit definierter Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die Cantilever verbiegen sich durch die Ausdehnung der Beschichtung, da Wasser in das Polymer diffundiert. Eine maximale Verbiegung von 442 nm bei 80% Luftfeuchtigkeit wurde für die mit zehn Doppelschichten beschichteten Cantilever gefunden. Dies entspricht einer Wasseraufnahme von 35%. Zusätzlich konnte aus den Verbiegungsdaten geschlossen werden, dass die Elastizität der Polyelektrolytmultischichten zunimmt, wenn das Polymer gequollen ist. Das thermische Verhalten in Wasser wurde im nächsten Teil an nanomechanischen Cantilever Sensoren, die mit Poly(N-isopropylacrylamid)bürsten (PNIPAM) und plasmapolymerisiertem N,N-Diethylacrylamid beschichtet waren, untersucht. Die Verbiegung des Cantilevers zeigte zwei Bereiche: Bei Temperaturen kleiner der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) ist die Verbiegung durch die Dehydration der Polymerschicht dominiert und bei Temperaturen größer der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) reagiert der Cantilever Sensor überwiegend auf Relaxationsprozesse innerhalb der kollabierten Polymerschicht. Es wurde gefunden, dass das Minimum in der differentiellen Verbiegung mit der niedrigsten kritischen Temperatur von 32°C und 44°C der ausgewählten Polymeren übereinstimmt. Im letzten Teil der Arbeit wurden µ-Reflektivitäts- und µ-GISAXS Experimente eingeführt als neue Methoden, um mikrostrukturierte Proben wie NCS oder PEM Linien mit Röntgenstreuung zu untersuchen. Die Dicke von jedem individuell mit PMMA Bürsten beschichtetem NCS ist im Bereich von 32,9 bis 35,2 nm, was mit Hilfe von µ-Reflektivitätsmessungen bestimmt wurde. Dieses Ergebnis kann mit abbildender Ellipsometrie als komplementäre Methode mit einer maximalen Abweichung von 7% bestätigt werden. Als zweites Beispiel wurde eine gedruckte Polyelektrolytmultischicht aus PAH/PSS untersucht. Die Herstellungsprozedur wurde so modifiziert, dass Goldnanopartikel in die Schichtstruktur eingebracht wurden. Durch Auswertung eines µ-GISAXS Experiments konnte der Einbau der Partikel identifiziert werden. Durch eine Anpassung mit einem Unified Fit Modell wurde herausgefunden, dass die Partikel nicht agglomeriert sind und von einer Polymermatrix umgeben sind.

Nanoscopic studies of conjugated polymer blends by (electric) scanning probe microscopy

Conjugated polymers and conjugated polymer blends have attracted great interest due to their potential applications in biosensors and organic electronics. The sub-100 nm morphology of these materials is known to heavily influence their electromechanical properties and the performance of devices they are part of. Electromechanical properties include charge injection, transport, recombination, and trapping, the phase behavior and the mechanical robustness of polymers and blends. Electrical scanning probe microscopy techniques are ideal tools to measure simultaneously electric (conductivity and surface potential) and dielectric (dielectric constant) properties, surface morphology, and mechanical properties of thin films of conjugated polymers and their blends.rnIn this thesis, I first present a combined topography, Kelvin probe force microscopy (KPFM), and scanning conductive torsion mode microscopy (SCTMM) study on a gold/polystyrene model system. This system is a mimic for conjugated polymer blends where conductive domains (gold nanoparticles) are embedded in a non-conductive matrix (polystyrene film), like for polypyrrole:polystyrene sulfonate (PPy:PSS), and poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS). I controlled the nanoscale morphology of the model by varying the distribution of gold nanoparticles in the polystyrene films. I studied the influence of different morphologies on the surface potential measured by KPFM and on the conductivity measured by SCTMM. By the knowledge I gained from analyzing the data of the model system I was able to predict the nanostructure of a homemade PPy:PSS blend.rnThe morphologic, electric, and dielectric properties of water based conjugated polymer blends, e.g. PPy:PSS or PEDOT:PSS, are known to be influenced by their water content. These properties also influence the macroscopic performance when the polymer blends are employed in a device. In the second part I therefore present an in situ humidity-dependence study on PPy:PSS films spin-coated and drop-coated on hydrophobic highly ordered pyrolytic graphite substrates by KPFM. I additionally used a particular KPFM mode that detects the second harmonic electrostatic force. With this, I obtained images of dielectric constants of samples. Upon increasing relative humidity, the surface morphology and composition of the films changed. I also observed that relative humidity affected thermally unannealed and annealed PPy:PSS films differently. rnThe conductivity of a conjugated polymer may change once it is embedded in a non-conductive matrix, like for PPy embedded in PSS. To measure the conductivity of single conjugated polymer particles, in the third part, I present a direct method based on microscopic four-point probes. I started with metal core-shell and metal bulk particles as models, and measured their conductivities. The study could be extended to measure conductivity of single PPy particles (core-shell and bulk) with a diameter of a few micrometers.

Tailoring molecular weight of the conjugated model polymer MEH-PPV and its structure-property relations

In der vorliegenden Arbeit wurden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen des konjugierten Modell-Polymers MEH-PPV untersucht. Dazu wurde Fällungs-fraktionierung eingesetzt, um MEH-PPV mit unterschiedlichem Molekulargewicht (Mw) zu erhalten, insbesondere MEH-PPV mit niedrigem Mw, da dieses für optische Wellenleiterbauelemente optimal geeignet ist Wir konnten feststellen, dass die Präparation einer ausreichenden Menge von MEH-PPV mit niedrigem Mw und geringer Mw-Verteilung wesentlich von der geeigneten Wahl des Lösungsmittels und der Temperatur während der Zugabe des Fällungsmittels abhängt. Alternativ dazu wurden UV-induzierte Kettenspaltungseffekte untersucht. Wir folgern aus dem Vergleich beider Vorgehensweisen, dass die Fällungsfraktionierung verglichen mit der UV-Behandlung besser geeignet ist zur Herstellung von MEH-PPV mit spezifischem Mw, da das UV-Licht Kettendefekte längs des Polymerrückgrats erzeugt. 1H NMR and FTIR Spektroskopie wurden zur Untersuchung dieser Kettendefekte herangezogen. Wir konnten außerdem beobachten, dass die Wellenlängen der Absorptionsmaxima der MEH-PPV Fraktionen mit der Kettenlänge zunehmen bis die Zahl der Wiederholeinheiten n  110 erreicht ist. Dieser Wert ist signifikant größer als früher berichtet. rnOptische Eigenschaften von MEH-PPV Wellenleitern wurden untersucht und es konnte gezeigt werden, dass sich die optischen Konstanten ausgezeichnet reproduzieren lassen. Wir haben die Einflüsse der Lösungsmittel und Temperatur beim Spincoaten auf Schichtdicke, Oberflächenrauigkeit, Brechungsindex, Doppelbrechung und Wellenleiter-Dämpfungsverlust untersucht. Wir fanden, dass mit der Erhöhung der Siedetemperatur der Lösungsmittel die Schichtdicke und die Rauigkeit kleiner werden, während Brechungsindex, Doppelbrechung sowie Wellenleiter-Dämpfungsverluste zunahmen. Wir schließen daraus, dass hohe Siedetemperaturen der Lösungsmittel niedrige Verdampfungsraten erzeugen, was die Aggregatbildung während des Spincoatings begünstigt. Hingegen bewirkt eine erhöhte Temperatur während der Schichtpräparation eine Erhöhung von Schichtdicke und Rauhigkeit. Jedoch nehmen Brechungsindex und der Doppelbrechung dabei ab.rn Für die Schichtpräparation auf Glassubstraten und Quarzglas-Fasern kam das Dip-Coating Verfahren zum Einsatz. Die Schichtdicke der Filme hängt ab von Konzentration der Lösung, Transfergeschwindigkeit und Immersionszeit. Mit Tauchbeschichtung haben wir Schichten von MEH-PPV auf Flaschen-Mikroresonatoren aufgebracht zur Untersuchung von rein-optischen Schaltprozessen. Dieses Verfahren erweist sich insbesondere für MEH-PPV mit niedrigem Mw als vielversprechend für die rein-optische Signalverarbeitung mit großer Bandbreite.rn Zusätzlich wurde auch die Morphologie dünner Schichten aus anderen PPV-Derivaten mit Hilfe von FTIR Spektroskopie untersucht. Wir konnten herausfinden, dass der Alkyl-Substitutionsgrad einen starken Einfluss auf die mittlere Orientierung der Polymerrückgrate in dünnen Filmen hat.rn