Síntese, Propriedades Ópticas e Aplicações de Vidros e Vitro-Cerâmicas com Nanopartículas Dispersas de Semicondutor ou Híbridas de Semicondutor-metal.

• Processo: 18/04113-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2018
• Data de Término da vigência: 29 de junho de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Ana Candida Martins Rodrigues
• Beneficiário: Nilanjana Shasmal
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/07793-6 - CEPIV - Centro de Ensino, Pesquisa e Inovação em Vidros, AP.CEPID
• Bolsa(s) vinculada(s): 21/06927-5 - Síntese e desenvolvimento de quantum dots semicondutores e nanocristais de perovsquita em vidros e vitrocerâmicas para aplicações fotônicas, BE.EP.PD
• Assunto(s): Propriedades ópticas Fluorescência Vitrocerâmica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: fluorescência | nano partículas híbridas | nano-particulas | Propriedades Ópticas | vidros dopados com semicondutores | Vitrocerâmicas | vidros e vitrocerâmicas

Resumo

Uma nanopartícula (NP) pode ser definida como um material com um tamanho menor que 100 nm e com propriedades diferentes daquelas do mesmo material em escala macroscópica. As NP de semicondutores possuem propriedades ópticas ajustáveis devido à discretização dos seus níveis de energia. NPs metálicas exibem características peculiares de absorção de energia devido à oscilação coletiva dos elétrons na superfície metálica (plasmon).A combinação de um metal e um semicondutor no mesmo nanocristal é de interesse tanto do ponto de vista fundamental como tecnológico. Esses nanocristais híbridos (HNPs), compostos de metais semicondutores e nobres poderão não só combinar as propriedades únicas do metal e do semicondutor, mas também gerar novos fenômenos coletivos baseados em interações de superfície, que poderão ocorrer na interface semicondutor-metal. Compreender as interações metal-semicondutor e como elas dependem do tamanho, forma, composição e espaço entre os segmentos metálicos e semicondutor da NP, é de fundamental importância para uma variedade de aplicações que vão desde a fotocatálise, optoeletrônica e fotovoltaica até a rotulagem biológica e nanomedicina.Essas HNPs são materiais promissores para uma ampla área de aplicação, sendo que a geração de HNPs em vidro pela técnica clássica de melt-quenching (fusão e resfriamento rápido) ainda não foi reportada. Essa proposta traz potenciais aplicações ainda não exploradas na área de fotônica. A dopagem de vidros por NP de semicondutores já foi explorada com sucesso, gerando resultados promissores. Por exemplo, foi encontrada fotoluminescência visível (PL) que pode ser controlada pelo tamanho das NPs, e por tratamento térmico do vidro precursor. A dopagem de vidros por NPs de metais também é bem conhecida. Um aumento na intensidade de PL de íons terras raras foi observado na presença de NP metálicas em concentrações específicas, sendo que este efeito pode ser otimizado quando o vidro é tratado termicamente, para se obter vitrocerâmicas. Assim, a ideia da utilização de nanopartículas híbridas de metal-semicondutores (HNPs) em vidros representa uma boa chance de sucesso. Em vista do exposto acima, os principais objetivos do presente projeto podem ser especificados como: i) geração de semicondutores (como CdS, CdSe, etc.) e de HNP de metal semicondutor (usando metais como Ag, Au) em uma matriz vítrea de baixa energia de fônon, por diferentes métodos de síntese, ii) tratamento térmico dos vidros em estudo, visando a obtenção de vitrocerâmicas, e análise da evolução das propriedades ópticas em função da cristalização da matriz vítrea, iii) incorporar, nos vidros e vitrocerâmicas, íons de terra-raras adequados, em diferentes concentrações e estudar o efeito das nanopartículas híbridas (HNPs) nas propriedades de fotoluminescência. .Para preparar vidro dopado com nano-partículas híbridas de metal-semicondutor, podem ser aplicados dois métodos: i) um método de duas etapas, em que as NPs semicondutoras e as hibridas metal-semicondutor podem ser preparadas separadamente e, em seguida, incorporadas em uma matriz de vidro adequada, ii ) um método em uma única etapa, em que as nanopartículas semicondutoras e híbridas semicondutor-metal podem ser geradas in-situ na matriz de vidro durante o processo de fusão.Os resultados esperados incluem: i) geração de PL visível, que pode ser aplicada no campo de dispositivos optoeletrônicos de alto desempenho, ii) na presença de nanopartículas metálicas a PL pode exibir um aumento de 10-20 vezes na intensidade da radiação emitida, dependendo do tamanho e da forma das NPs, efeito extremamente útil em várias aplicações fotônicas, iii) a intensidade de PL pode ser ajustada por diferentes tratamentos térmicos, iv) geração de diodos emissores de luz brancos (WLED) por combinação adequada de dopantes, v) maiores frequências para "up and down conversation", muito úteis em aplicações de células solares.

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SHASMAL, NILANJANA; FARIA, WALTER JOSE GOMES JUSTE; SERBENA, FRANCISCO CARLOS; DE CAMARGO, ANDREA SIMONE STUCCHI; RODRIGUES, ANA CANDIDA MARTINS. Remarkable photoluminescence enhancement and tuning in Eu/CdS co-doped chloroborosilicate glass-ceramics. CERAMICS INTERNATIONAL, v. 48, n. 12, p. 12-pg., 2022-06-15. (18/04113-8)

SHASMAL, NILANJANA; FARIA, WALTER JOSE GOMES JUSTE; DE CAMARGO, ANDREA SIMONE STUCCHI; RODRIGUES, ANA CANDIDA MARTINS. Significant enhancement in Eu3+/Eu2+ emissions intensity by CdS quantum dots, in chloroborosilicate glasses. Journal of Luminescence, v. 243, p. 12-pg., 2022-03-01. (18/04113-8)

SHASMAL, NILANJANA; GOMES JUSTE FARIA, WALTER JOSE; STUCCHI DE CAMARGO, ANDREA SIMONE; MARTINS RODRIGUES, ANA CANDIDA. Enhancement in green and NIR emissions of Er3+ by energy transfer from ZnSe nanoparticles in borosilicate glass. Journal of Alloys and Compounds, v. 863, MAY 15 2021. (18/04113-8)

SHASMAL, NILANJANA; DE CAMARGO, ANDREA SIMONE STUCCHI; RODRIGUES, ANA CANDIDA MARTINS. Effect of thermal treatment on ZnSe quantum dots and energy transfer in borosilicate glasses doped with ZnSe and Er3+/ZnSe. Journal of Non-Crystalline Solids, v. 612, p. 11-pg., 2023-04-26. (18/04113-8, 13/07793-6)