00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - IF Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - FÍSICA - IF
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Estudo da fotoluminescência de pontos quânticos de carbono aminofuncionalizados submetidos à tratamento térmico em estado sólido
Título(s) alternativo(s): Study of photoluminescence of quantum amino-functional carbon points submitted to heat treatment in solid state
Autor(es): Albuquerque, Itiara Mayra Barbosa de
Primeiro Orientador: Fonseca, Eduardo Jorge da Silva
metadata.dc.contributor.referee1: Silva, Elaine Cristina Oliveira da
metadata.dc.contributor.referee2: Barbosa, Cintya D’Angeles do Espírito Santo
Resumo: Pontos quânticos de carbono (PQCs) são nanopartículas luminescentes de carbono, de dimensão zero, possuem um núcleo grafítico de carbono sp2 e uma superfície composta por grupos funcionais e heteroátomos, conhecidos como defeitos. A fotoluminscência dos PQCs é uma das propriedades mais exploradas pelos pesquisadores, pois é afetada por vários parâmetros, inclusive a temperatura. Neste trabalho, pontos quânticos de carbono nitrogenados (PQCs-N) foram sintetizados via hidrotermal a partir da quitosana e suas propriedades estruturais e fotoluminescentes foram estudadas em detalhes frente ao tratamento térmico pós síntese (TTS) no estado sólido. Além disso, buscou-se um melhor entendimento da física básica por trás dos mecanismos de fluorescência dessas nanopartículas antes e após o TTS no estado sólido, cujo estudo ainda encontra-se como um campo da ciência aberto a discussões. Os PQCs-N sintetizados apresentaram rendimento quântico de 4,36% e foram submetidos a ciclos de aquecimentos numa faixa de 30 °C a 180 °C enquanto sua fluorescência era analisada. Estudou-se ainda as propriedades físico-químicas e morfológicas das nanopartículas utilizando as técnicas de absorção UV-Vis, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e microscopia de força atômica (AFM). A partir dos resultados obtidos foi visto que o aquecimento causou mudanças irreversíveis na fluorescência dos PQCs-N. Ao realizar o primeiro ciclo do TTS nos PQCs-N no estado sólido foi observado um desvio para o vermelho, de aproximadamente 20 nm, na fluorescência de emissão (de 633 para 655 nm) com uma excitação de 532 nm. Por outro lado, para o segundo ciclo de aquecimento nenhum deslocamento foi observado e a emissão máxima permaceneceu em 655 nm. Essas alterações refletiram no espectro de absorção dos PQCs-N após o TTS que passou a apresentar uma nova componente de absorção em 350 nm, sugerindo a presença de novos estados de superfície relativos a grupos nitrogenados. Esse comportamento de desvio da emissão devido ao tratamento térmico também foi abservado nos PQCs-N em suspensão após TTS em mufla. Antes do TTS eles exibiam uma emissão dependente do comprimento de onda de excitação com fluorescência de emissão máxima em 436 nm quando excitados a 340 nm e passaram a ter ainda uma emissão dependente com máximo em 456 nm quando excitados a 380 nm. Além disso, as imagens de AFM indicaram que o tamanho dos PQCs-N não foi alterado com o TTS, apontando que o mecanismo de emissão não está relacionado ao efeito de confinamento quântico. Assim, o mecanismo de fluorescência dos PQCs-N estudados ocorre, principalmente, devido os grupos de superfície. O tratamento térmico nessas nanopartículas se mostrou uma via capaz de modificar a sua superfície acarretando mudanças na fluorescência.
Abstract: Carbon quantum dots (CQDs) are zero-dimensional luminescent carbon based nanoparticles, with a sp2 carbon core and a surface composed by functional groups and heteroatoms, known as defects. The luminescence of CQDs are the most explored photoluminescent properties by the researchers, because it is affected by many parameters, also the temperature. In this work, nitrogen carbon quantum dots (N-CDs), synthesized via hydrothermal from chitosan, and their structural and photoluminescents properties were studied in detail face with the post-synthesis heat treatment (TTS) in the solid state. Moreover, a better understanding of basic physics was sought behind the fluorescence mechanisms of these nanoparticles before and after TTS in the solid state, that is still considered a field open to discussions. The synthesized PQCs-N showed a quantum yield of 4.36 % and were subjected to heating cycles ranging from 30 circ C to 180 circ C while their fluorescence was analyzed. The physicochemical and morphological properties of nanoparticles were also studied using the techniques of UV-Vis absorption, infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR) and atomic force microscopy (AFM). From the obtained results, it was seen that the heating caused irreversible changes in the fluorescence of the N-CDs. When performing the first TTS cycle on solid PQCs-N, a redshift of approximately 20 nm was observed in the emission fluorescence (from 633 to 655 nm) with an excitation of 532 nm. On the other hand, for the second heating cycle, no shift was observed and the maximum emission remained at 655 nm. These changes reflected in the absorption spectrum of the N-CDs after the TTS that started to present a new absorption component at 350 nm, suggesting the presence of new surface states related to nitrogen groups. This behavior of deviation of emission due to heat treatment was also observed in N-CDs in suspension after TTS in muffle. Before the TTS they exhibited an emission dependent on the excitation wavelength with maximum emission fluorescence at 436 nm when excited at 340 nm and started to have a dependent emission with a maximum at 456 nm when excited at 380 nm. In addition, AFM images indicated that the size of the PQCs-N did not change with the TTS, pointing out that the emission mechanism is not related to the quantum confinement effect. Thus, the fluorescence mechanism of PQCs-Nestudates occurs mainly due to surface groups. Thermal treatment in these nanoparticles proved to be a pathway capable of modifying their surface and causing changes in CDs-N fluorescence.
Palavras-chave: Pontos quânticos de carbono
Fotoluminescência
Tratamento térmico
PQC-N
N-CDs
Photoluminescence
Thermal treatment
Surface
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::AREAS CLASSICAS DE FENOMENOLOGIA E SUAS APLICACOES
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: CESMAC
metadata.dc.publisher.department: Curso de Física
Citação: ALBUQUERQUE, Itiara Mayra Barbosa de. Estudo da fotoluminescência de pontos quânticos de carbono aminofuncionalizados submetidos à tratamento térmico em estado sólido. 2022. 55 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Física) – Instituto de Física, Curso de Física, Universidade Federal de Alagoas. Maceió, 2020.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/8629
Data do documento: 18-set-2020
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