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Design de nano-sistemas multi-metálicos para sensores ópticos

Processo: 18/10930-9
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
Vigência (Início): 06 de setembro de 2018
Vigência (Término): 05 de setembro de 2019
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Susana Inés Córdoba de Torresi
Beneficiário:Rafael Neri Prystaj Colombo
Supervisor no Exterior: John Justin Gooding
Instituição-sede: Instituto de Química (IQ). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Local de pesquisa : University of New South Wales (UNSW), Austrália  
Vinculado à bolsa:15/12786-4 - Superfícies micro e nanoestruturadas via eletroquímica: da morfologia às propriedades, BP.DD
Assunto(s):Materiais nanoestruturados   Eletrodeposição   Nanopartículas   Espectroscopia   Metais   Eletroquímica   Sensores

Resumo

Na última década, um esforço considerável foi empregado para o desenvolvimento de protocolos para engendrar plataformas SERS, utilizando estruturas metálicas de Ag, Au, Cu, óxidos ou grafeno. A potencialidade destes materiais é demonstrada pela intensificação de sinal Raman em até 10(10) times, entretanto, considerando a aplicação prática para amostras complexas, também é desejável a associação de vantagens adicionais como a resposta para uma ampla faixa de excitação com luz. Isso pode ser atingido com a utilização de nano-sistemas multi-metálicos na superfície, particularmente, com metais espacialmente isolados como Au, Ag e Cu, em que há grande importância na localização espacial, uma vez que múltiplas regiões de intensificação otimizada com lasers distintos seriam obtidos, resultando em versatilidade, intensificação, supressão de fluorescência e efeitos de ressonância em molécula de interesse, especialmente caso contenham regiões aromáticas ou heterocíclicas para adsorção. Espectros Raman poderiam, então, ser adquiridos com uma grande diversidade de opções, de uma baixa energia de excitação no Au a uma mais energética em Cu com lasers azuis/verdes em condições ressonantes.Acreditamos que esta versátil plataforma possa ser obtida combinando técnicas de eletrodeposição assistida por templates otimizadas na USP com eletroquímica ativada por luz, desenvolvido na UNSW.Como demonstrado previamente pelo candidato, uma metodologia simples para elaborar um sistema de nanoestruturas de Au com 200nm de diâmetro pode ser obtida em um substrato condutor pelo uso de uma máscara porosa de PMMA via spin-coating. O tamanho reduzido das estruturas é de grande importância para sensores e a eletroquímica surge como poderosa ferramenta para controlar a rugosidade necessária, adequando parâmetros cinéticos de deposição; Ao depositar metais dentro dos poros de uma máscara em um substrato condutor, porém, o processo ocorre sem resolução espacial, o que impede a deposição de outros metais separadamente em distintos poros na mesma superfície.Uma alternativa surge com o emprego de eletroquímica ativada por luz (LAE), técnica em que a eletroquímica pode ser espacialmente resolvida em um semicondutor utilizando luz. Isso foi demonstrado em soluções aquosas empregando silício modificado com monocamadas orgânicas em que (i) a interface pode ser alterada de isolante a condutora por estímulo inerentemente limpo e simples com alto controle espacial e temporal, (ii) a posição de cada elemento é livre de fatores geométricos pré-determinados.Neste projeto é proposto o uso de eletroquímica ativada por luz para a eletrodeposição de diversos metais em semicondutores com controle espacial, nesta combinação, a luz é o agente motriz da eletrodeposição de determinado metal a uma geometria bidimensional, além disso, novos processos podem ser efetuados subseqüentemente com outros metais. LAE já foi empregada com sucesso em polímeros e metais, entretanto, as dimensões dos depósitos são até o momento determinadas pela cinética de transportadores de carga na camada de depleção, que depende da área do spot a ser iluminado e da difusão lateral, que promove uniformidade insatisfatória e dimensões restritas à microescala. A associação proposta com templates poderia confinar o crescimento de metais a áreas restritas na nanoescala.