PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS DE TEOS/PVA DOPADOS COM DIFERENTES AZOCORANTES.
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PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS DE TEOS/PVA DOPADOS COM DIFERENTES AZOCORANTES. Lanzoni, Evandro M. 1 (IC); Donatti, Dario A. 1 (O); Mello, Thiago B. 1 (IC); Vollet, Dimas R. 1 (CO); Ruiz, Alberto I. 1 (CO) 1 UNESP - Universidade Estadual Paulista - IGCE - Departamento de Física - Rio Claro. Resumo As mais recentes pesquisas tecnológicas exigem materiais que não são encontrados na natureza e sim preparados utilizando diferentes técnicas. Materiais híbridos orgânico-inorgânicos (OIHM) podem ser preparados através do processo sol- gel e constituem uma alternativa para a produção de novos materiais. Esses híbridos combinam as vantagens do processo sol-gel com as características específicas dos polímeros orgânicos e, permitem o processamento de filmes finos sem fraturas ou fissuras. Os compostos azoaromáticos, conhecidos também como azocorantes, podem apresentar modulação no índice de refração óptico e no coeficiente de absorção, permitindo o aparecimento de propriedades ópticas com diversas aplicações. As modulações citadas ocorrem devido à existência de dois isômeros: trans (E) e cis (Z), cujo equilíbrio de suas populações podem ser alteradas por luz visível ou ultravioleta, via excitação das transições eletrônicas do grupo azo (-N=N-) (Fotoisomerização). O trabalho é dedicado à preparação e caracterização de filmes híbridos de sílica, utilizando como precursor do processo sol-gel o Tetraethoxysilane (TEOS) e a parte orgânica do polyvinylalcohol (PVA) em diferentes proporções, e dopados com os azocorantes: Methyl Orange (MO), Disperse Red 13 (DR13) e Disperse Red 19 (DR19). Todos os filmes híbridos (TEOS/PVA) e dopados com os azocorantes acima citados, apresentaram efeito fotocrômico reversível, quando iluminado por um curto período de tempo (~1 minuto) com luz branca (lâmpada halogena 100 W focalizada em 1 cm 2 ). Exposições por maiores períodos impediram a reversibilidade do processo. Utilizando a técnica de espectroscopia de absorção UV/Vis, foi possível identificar bandas de absorção, bem como a existência de efeitos fotocrômicos gerados pela fotoisomerização dos azobenzenos. O maior efeito fotocrômico foi observado no filme preparado a partir do azobenzeno Methyl Orange imerso na matriz Si/PVA = 1.33 em massa. Não observamos efeito fotocrômico em amostras livres de PVA. O próximo passo da pesquisa será utilizar a técnica de elipsometria para determinar o índice de refração e a espessura dos filmes, e a técnica holográfica, caracterizada pela mistura de duas ondas, para identificar possíveis efeitos fotorefrativos, que permitam gravar redes de difração de fase e amplitude em tempo real. Diagrama de preparo dos filmes Figura 1: Amostra Si/PVA = 2 em massa e dopada com Methyl Orange. Figura 2: Amostra Si/PVA = 1.33 em massa e dopada com Methyl Orange. 400 500 600 -0,02 0,00 0,02 S em Luz Luz B ranca 10m in Luz B ranca 20m in Luz B ranca 30m in Luz B ranca 40m in V ariação da D en sid ad e Ó p tica C om p rim ento de O n d a (n m ) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 D en sid ad e Ó p tica S i/P V A = 1,33 em M assa 400 500 600 -0,01 0,00 0,01 S em Luz Luz B ranca 10m in Luz B ranca 20m in Luz B ranca 30m in V a ria ç ã o da D e n s id a d e Ó p tica C om p rim ento de O n d a (n m ) 0,1 0,2 0,3 0,4 D e n s id a d e Ó ptica S i/P V A = 2 em M assa 400 500 600 -0,008 -0,004 0,000 0,004 S em Luz Luz B ranca 10 m in Luz B ranca 20 m in Luz B ranca 30 m in Luz B ranca 40 m in V ariação da D en sid ad e Ó p tica C om p rim ento de O n d a (n m ) 0,00 0,15 0,30 0,45 D en sid ad e Ó p tica S i/P V A = 4 em M assa Resultados: A técnica de preparação de filmes se mostrou eficiente, pois os filmes ficaram homogêneos sem fraturas ou trincas. As medidas de Absorção UV/Vis e sua variação na presença de luz, foram obtidas com o espectrofotômetro Varian-Cary-50. Para identificar os efeitos fotossensíveis, adotamos a banda de absorção observada na ausência de luz como sendo a linha de base do espectrofotômetro. Todos os filmes híbridos compostos de Si/PVA e dopados com os azocorantes acima apresentaram efeito fotocrômico. As figuras de 1 a 4 exibem os espectros de absorção observados na ausência de luz e sua variação em função do tempo de iluminação com luz branca (100W /1cm 2 ). As amostras dopadas MO e DR13 mostraram comportamentos semelhantes com aumento de absorção na região de maior energia da banda de absorção e decréscimo na região de menor energia. A amostra dopada com DR19 apresenta efeito fotossensível evidenciando somente diminuição da banda de absorção . Experimental : Conclusão : O efeito fotocrômico observado em nossas amostras é devido a alteração do equilíbrio de isômeros em configurações “cis” e “trans” na presença de luz. O maior efeito fotocrômico foi observado na região de 500nm para o filme preparado a partir do azobenzeno Methyl Orange imerso na matriz Si/PVA = 1.33 em massa. Em todos os casos o decréscimo na banda de absorção na presença de luz é devido a diminuição do número de isômeros em configuração “trans”. O oposto ocorre devido ao aumento de isômeros em configuração “cis”. O próximo passo da pesquisa será utilizar a técnica de elipsometria para determinar o índice de refração e a espessura dos filmes, e a técnica holográfica, caracterizada pela mistura de duas ondas, para identificar possíveis efeitos fotorefrativos, que permitam gravar redes de difração de fase e amplitude em tempo real. Figura 3: Amostra Si/PVA = 4 em massa e dopada com Disperse Red 13 (DR13). Figura 4: Amostra Si/PVA = 4 em massa e dopada com Disperse Red 19 (DR19). 400 500 600 -0,006 -0,004 -0,002 0,000 S em Luz Luz B ranca 5 m in Luz B ranca 15 m in Luz B ranca 25 m in V a riaç ão da B an d a d e A bsorção C om p rim ento de O n d a (n m ) 0,0 0,1 0,2 0,3 B an d a d e A bsorção S i/P V A = 4 em m assa
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Lanzoni, Evandro M. 1 (IC); Donatti, Dario A. 1 (O); Mello, Thiago B. 1 (IC); Vollet , Dimas R. 1 (CO); Ruiz, Alberto I. 1 (CO) 1 UNESP - Universidade Estadual Paulista - IGCE - Departamento de Física - Rio Claro. Resumo - PowerPoint PPT Presentation
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PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS DE TEOS/PVA DOPADOS COM DIFERENTES AZOCORANTES.
Lanzoni, Evandro M.1(IC); Donatti, Dario A.1(O); Mello, Thiago B.1(IC); Vollet, Dimas R.1(CO); Ruiz, Alberto I.1(CO)1UNESP - Universidade Estadual Paulista - IGCE - Departamento de Física - Rio Claro.
ResumoAs mais recentes pesquisas tecnológicas exigem materiais que não são encontrados na natureza e sim preparados utilizando diferentes técnicas. Materiais híbridos orgânico-inorgânicos (OIHM) podem ser preparados através do processo sol-gel e constituem uma alternativa para a produção de novos materiais. Esses híbridos combinam as vantagens do processo sol-gel com as características específicas dos polímeros orgânicos e, permitem o processamento de filmes finos sem fraturas ou fissuras. Os compostos azoaromáticos, conhecidos também como azocorantes, podem apresentar modulação no índice de refração óptico e no coeficiente de absorção, permitindo o aparecimento de propriedades ópticas com diversas aplicações. As modulações citadas ocorrem devido à existência de dois isômeros: trans (E) e cis (Z), cujo equilíbrio de suas populações podem ser alteradas por luz visível ou ultravioleta, via excitação das transições eletrônicas do grupo azo (-N=N-) (Fotoisomerização). O trabalho é dedicado à preparação e caracterização de filmes híbridos de sílica, utilizando como precursor do processo sol-gel o Tetraethoxysilane (TEOS) e a parte orgânica do polyvinylalcohol (PVA) em diferentes proporções, e dopados com os azocorantes: Methyl Orange (MO), Disperse Red 13 (DR13) e Disperse Red 19 (DR19). Todos os filmes híbridos (TEOS/PVA) e dopados com os azocorantes acima citados, apresentaram efeito fotocrômico reversível, quando iluminado por um curto período de tempo (~1 minuto) com luz branca (lâmpada halogena 100 W focalizada em 1 cm2). Exposições por maiores períodos impediram a reversibilidade do processo. Utilizando a técnica de espectroscopia de absorção UV/Vis, foi possível identificar bandas de absorção, bem como a existência de efeitos fotocrômicos gerados pela fotoisomerização dos azobenzenos. O maior efeito fotocrômico foi observado no filme preparado a partir do azobenzeno Methyl Orange imerso na matriz Si/PVA = 1.33 em massa. Não observamos efeito fotocrômico em amostras livres de PVA. O próximo passo da pesquisa será utilizar a técnica de elipsometria para determinar o índice de refração e a espessura dos filmes, e a técnica holográfica, caracterizada pela mistura de duas ondas, para identificar possíveis efeitos fotorefrativos, que permitam gravar redes de difração de fase e amplitude em tempo real.
Diagrama de preparo dos filmes
Figura 1: Amostra Si/PVA = 2 em massa e dopada com Methyl Orange.
Figura 2: Amostra Si/PVA = 1.33 em massa e dopada com Methyl Orange.
400 500 600
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Sem Luz Luz Branca 10 min Luz Branca 20 min Luz Branca 30 min Luz Branca 40 min
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Si/PVA = 4 em Massa
Resultados:A técnica de preparação de filmes se mostrou eficiente, pois os filmes ficaram homogêneos sem fraturas ou trincas. As medidas de Absorção UV/Vis e sua variação na presença de luz, foram obtidas com o espectrofotômetro Varian-Cary-50. Para identificar os efeitos fotossensíveis, adotamos a banda de absorção observada na ausência de luz como sendo a linha de base do espectrofotômetro. Todos os filmes híbridos compostos de Si/PVA e dopados com os azocorantes acima apresentaram efeito fotocrômico. As figuras de 1 a 4 exibem os espectros de absorção observados na ausência de luz e sua variação em função do tempo de iluminação com luz branca (100W /1cm2). As amostras dopadas MO e DR13 mostraram comportamentos semelhantes com aumento de absorção na região de maior energia da banda de absorção e decréscimo na região de menor energia. A amostra dopada com DR19 apresenta efeito fotossensível evidenciando somente diminuição da banda de absorção .
Experimental:
Conclusão: O efeito fotocrômico observado em nossas amostras é devido a alteração do equilíbrio de isômeros em configurações “cis” e “trans” na presença de luz. O maior efeito fotocrômico foi observado na região de 500nm para o filme preparado a partir do azobenzeno Methyl Orange imerso na matriz Si/PVA = 1.33 em massa. Em todos os casos o decréscimo na banda de absorção na presença de luz é devido a diminuição do número de isômeros em configuração “trans”. O oposto ocorre devido ao aumento de isômeros em configuração “cis”. O próximo passo da pesquisa será utilizar a técnica de elipsometria para determinar o índice de refração e a espessura dos filmes, e a técnica holográfica, caracterizada pela mistura de duas ondas, para identificar possíveis efeitos fotorefrativos, que permitam gravar redes de difração de fase e amplitude em tempo real.
Figura 3: Amostra Si/PVA = 4 em massa e dopada com Disperse Red 13 (DR13).
Figura 4: Amostra Si/PVA = 4 em massa e dopada com Disperse Red 19 (DR19).
400 500 600
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Sem Luz Luz Branca 5 min Luz Branca 15 min Luz Branca 25 min
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