Preparação de materiais nonoestruturados para óptica não linear

Abstract

Foram desenvolvidos três sistemas nanoestruturados contendo nanopartículas (NP) de prata cuja resposta óptica não linear foi engrandecida devido à excitação de plasmons superficiais nas NP. O primeiro material foi formado de NP de dióxido de titânio (TiO2), NP de prata, e corante-laser rodamina 610 em matriz de PVA. Sabe-se que materiais contendo dióxido de titânio e rodamina quando bombeados pelo segundo harmônico de um laser de Nd:YAG podem emitir laser devido ao corante e devido ao espalhamento múltiplo da emissão fluorescente no interior da amostra. Nós adicionamos NP de prata a este sistema para investigar a possibilidade de se obter um material com melhor eficiência devido à influência de plasmons superficiais das nanopartículas de prata. A suspensão coloidal de prata utilizada no primeiro experimento foi caracterizada antes e depois do tratamento a laser por espectroscopia de absorção óptica e microscopia eletronica de transmissão de para se evidenciar as mudanças estruturais das partículas. As NP de prata obtidas pela metodologia de ablação apresentaram uma dispersividade estreita o suficiente para os experimentos, porém nenhuma diminuição significativa no limiar do laser de corante no meio espalhador foi observada utilizando-se o compósito corante/ partículas de TiO2/ PVA/ NP de prata. O segundo material foi produzido para possíveis aplicações em áreas biomédicas. Este material foi constituído de uma estrutura formada por NP de sílica (caroços), para serem recobertas por nanocascas metálicas de ouro. Variando a espessura da casca metálica é possível ajustar a freqüência dos plasmons superficiais numa larga faixa espectral, desde o visível até o infravermelho próximo. Para o melhor conhecimento da composição química das partículas de sílica foi utilizada a técnica de mapeamento elementar por microscopia eletrônica de transmissão. Esta técnica possibilita a determinação dos elementos químicos existentes em uma quantidade pequena de partículas, permitindo a obtenção de informações sobre, os grupos orgânicos que podem ter ficado presos no interior das partículas ou em sua superfície. Estas informações foram importantes para as etapas subseqüentes. A funcionalização das partículas de sílica constitui uma etapa intermediária indispensável na formação das nanocascas que dependem de como se encontram as superfícies das partículas de sílica. Foi então utilizada a espectroscopia de transmitância na região do infravermelho para corroborar as análises de microscopia eletrônica. Após a formação da casca foram feitas análises de campo claro e campo escuro para caracterizar os resultados. Conseguimos dominar a técnica de síntese de formação das partículas de sílica no que diz respeito às dimensões e dispersividade, fatores importantes para a obtenção controlada de nanocascas metálicas. Em adição a isto, conseguimos controlar os processos de funcionalização e formação de nanoilhas na superfície dos caroços de sílica. O estágio final que consiste na coalescência das nanoilhas e a conseqüente formação da nanocasca ainda não foi completado. O terceiro material teve sua produção motivada pelas aplicações em estudos de ótica não linear. Após a produção deste material, formado por um polímero (matriz hospedeira) e NP de prata, foi possível medir o índice de refração não linear e o coeficiente de absorção não linear das amostras em questão. Este material foi obtido com uma metodologia muito simples onde o controle do crescimento das partículas foi conseguido utilizando-se radiação eletromagnética ou por meio de aquecimento. Na caracterização do polímero utilizado como hospedeiro para o crescimento de NP de prata foram utilizadas as técnicas de análise termogravimétrica, análise térmica diferencial e ressonância magnética nuclear. Para a identificação das partículas crescidas no interior da matriz polimérica foram utilizados espectros de absorção óptica e microscopia eletrônica de transmissão na região de campo claro. O polímero escolhido (poliéster ortoftálico) apresenta excelentes propriedades ópticas na região do visível. Demonstramos neste trabalho que é possível crescer nanopartículas metálicas em uma matriz de poliéster com pequena a moderada dispersividade. Em uma medida preliminar observou-se que este material nanoestruturado apresenta uma alta resposta não linear sendo promissor para estudos de óptica não linear