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metadata.dc.type: Tese
Title: Propriedades fototérmicas de nanofluidos plasmônicos obtidos por síntese fotoquímica
metadata.dc.creator: Ribeiro, Karen Cristiane
metadata.dc.contributor.advisor1: Gómez, Sergio Leonardo
metadata.dc.contributor.referee1: Bonvent, Jean-Jacques
metadata.dc.contributor.referee2: Poletti, Martin Eduardo
metadata.dc.contributor.referee3: Pessoa, Christiana Andrade
metadata.dc.contributor.referee4: Souza, Gelson Biscaia de
metadata.dc.description.resumo: Os nanofluidos são coloides estáveis de nanopartículas que têm aplicações em muitos campos, indo desde a engenharia, como na melhoria de geração de energia solar, até na medicina, como agentes teranósticos ou marcadores ópticos para avaliação da presença de antígenos em amostras biológicas. Para tais aplicações, nanopartículas metálicas são as mais desejáveis, devido a uma propriedade óptica denominada ressonância de plasmon de superfície localizado (LSPR), que é a excitação coletiva dos elétrons da banda de condução devido a interação com radiação eletromagnética incidente. Para metais nobres, essa ressonância ocorre na faixa do visível do espectro eletromagnético e propriedades como forma, tamanho e agregação das partículas afetam a largura e posição da banda de absorção de LSPR do nanofluidos plasmônicos. Com isso, o controle de tamanho e forma de nanopartículas durante a síntese se faz necessário na obtenção de nanfoluidos plasmônicos. Na síntese de nanoparticulas, duas abordagens podem ser utilizadas: top down e bottom up. Na abordagem top down podemos citar a ablação a laser como um exemplo de obtenção de nanopartículas, e na abordagem bottom up podemos citar a redução química. Mas nos últimos anos o interesse em sínteses empregando uma fonte de luz para excitar soluções com precursores tem se destacado pelo seu fácil arranjo e possibilidade de controle de tamanho e forma das partículas através da energia que é fornecida para a solução. Nesta tese, a influência do comprimento de onda de excitação da luz utilizada na produção de nanopartículas é explorada e a influência do tamanho e concentração das nanopartículas no índice de refração não-linear (n2) que caracteriza propriedade óptica de terceira ordem das amostras obtidas. A técnica empregada neste trabalho para avaliar o índice de refração não-linear no nanofluidos obtidos pela síntese fotoquímica foi a automodulação espacial de fase (SSPM), um método simples e eficaz que mede n2 com base na formação de anéis de difração em função de potência do laser contínuo utilizado para excitar os nanofluidos. Os resultados obtidos pela espectroscopia no ultravioleta visível (UV-Vis) e por microscopia eletrônica de transmissão (MET) indicam que o comprimento de onda de excitação exerce influência direta na forma e aglomeração das nanopartículas obtidas pelo método fotoquímico. As soluções obtidas por irradiação nos comprimentos de onda de 395 nm e 473 nm apresentaram partículas com formas mais bem definidas e tamanhos entre 10 e 25 nm e menor aglomeração em comparação as obtidas com os comprimentos de onda de 530 nm e 650 nm. A cinética de nucleação da AuNPs obtidas pelo método fotoquímico empregado neste trabalho apresentam uma curva sigmoidal quando observadas as absorbâncias do picos de plasmon de superfície de cada solução obtida, estando de acordo com o modelo teórico de Finke-Watzky ou modelo de dois passo F-W. Na caracterização fototérmica através da técnica de SSPM, os nanofluidos obtidos pelos comprimentos de onda mais curtos apresentaram valores de n2 em módulo do que os nanofluidos obtidos por exposição a comprimentos de onda maiores. Esse resultado indica a melhora na resposta ótica quando as soluções são obtidas através de irradiação com maior energia fornecida pela fonte de luz.
Abstract: Nanofluids are stable colloids of nanoparticles that have applications in many fields, ranging from engineering, such as improving solar energy generation, to medicine, as theranostic agents or optical markers for evaluating the presence of antigens in biological samples. For such applications, metallic nanoparticles are the most desirable, due to an optical property called localized surface plasmon resonance (LSPR), which is the collective excitation of conduction band electrons due to interaction with incident electromagnetic radiation. For noble metals, this resonance occurs in the visible range of the electromagnetic spectrum and properties such as particle shape, size and aggregation affect the width and position of the LSPR absorption band of plasmonic nanofluids. Therefore, controlling the size and shape of nanoparticles during synthesis is necessary to obtain plasmonic nanoparticles. In the synthesis of nanoparticles, two approaches can be used: top down and bottom up. In the top down approach we can mention laser ablation as an example of obtaining nanoparticles, and in the bottom up approach we can mention chemical reduction. But in recent years, interest in syntheses using a light source to excite solutions with precursors has stood out due to their easy arrangement and possibility of controlling the size and shape of the particles through the energy that is supplied to the solution. In this thesis, the influence of the excitation wavelength of the light used in the production of nanoparticles is explored and the influence of the size and concentration of the nanoparticles on the nonlinear refractive index (n2) that characterizes the third-order optical property of the obtained samples. The technique used in this work to evaluate the nonlinear refractive index in nanofluids obtained by photochemical synthesis was spatial self-phase modulation (SSPM), a simple and effective method that measures n2 based on the formation of diffraction rings as a function of the power of the continuous laser used to excite nanofluids. The results obtained by ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy and transmission electron microscopy (TEM) indicate that the excitation wavelength has a direct influence on the shape and agglomeration of the nanoparticles obtained by the photochemical method. The solutions obtained by irradiation at wavelengths of 395 nm and 473 nm showed particles with better defined shapes and sizes between 10 and 25 nm and less agglomeration compared to those obtained at wavelengths of 530 nm and 650 nm. The nucleation kinetics of the AuNPs obtained by the photochemical method used in this work show a sigmoidal curve when observing the absorbances of the surface plasmon peaks of each solution obtained, which is in line with the theoretical Finke-Watzky model or two-step F-W model. In the photothermal characterization using the SSPM technique, the nanofluids obtained at the shorter wavelengths showed higher n2 values than the nanofluids obtained by exposure to longer wavelengths. This result indicates an improvement in the non-linear optical response when the solutions are obtained through irradiation with greater energy provided by the light source.
Keywords: nanofluidos plasmônicos
ressonância de plasmon de superfície localizado
automodulação espacial de fase
índice de refração não-linear
plasmonics nanofluids
nanofluids, localized surface plasmon resonance
spatial self-phase modulation
nonlinear refractive index
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Setor de Ciências Exatas e Naturais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências
Citation: RIBEIRO, Karen Cristiane. Propriedades fototérmicas de nanofluidos plasmônicos obtidos por síntese fotoquímica. 2023. Tese (Doutorado em Ciências) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2023.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4128
Issue Date: 15-Dec-2023
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