Produção e caracterização de filmes finos nanocompósitos de Au-Ag dispersos numa matriz dielétrica, com efeito de ressonância de plasmão de superfície localizado

Abstract

As nanopartículas de metais nobres, como o ouro (Au) e a prata (Ag), começaram a ser usados há muitos séculos, proporcionando cores diferentes nas janelas das catedrais medievais e em taças romanas antigas. Hoje em dia, o interesse em materiais nanocompósitos contendo nanopartículas de metais nobres, incorporados em matrizes dielétricas, está relacionado com a sua potencial utilização numa ampla gama de aplicações tecnologicamente avançadas. A investigação deste potencial tem sido direcionada para a deteção ambiental e biológica, e para o desenvolvimento de novas cores para revestimentos funcionais. A maior parte destas aplicações baseiam-se no chamado efeito de ressonância de plasmões de superfície localizados. Este fenómeno físico depende do tipo das nanopartículas de metais nobres, da sua distribuição, do tamanho e forma, bem como das características dielétricas da matriz onde se encontram dispersas. Este trabalho foi desenvolvido no âmbito de um projeto financiado pela Comissão Europeia (Nano4color). Teve como objetivo principal estudar e correlacionar as alterações morfológicas e estruturais, resultantes da incorporação de nanopartículas de Au e/ou Ag, e do tratamento térmico realizado, nas propriedades óticas dos filmes finos de forma a desenvolver uma nova gama de cores para revestimentos funcionais De forma a verificar de que forma as mudanças no tamanho, forma e distribuição das nanopartículas representam parâmetros fundamentais para a otimização das propriedades dos materiais plasmónicos, um conjunto de três sistemas, com diferentes concentrações de Ag, de Au e de Ag / Au disperso(s) em dióxido de titânio (TiO2), foram preparados. Os filmes finos foram depositados por pulverização catódica reativa por descarga magnetrão de corrente contínua. Posteriormente, as amostras depositadas foram submetidas a um tratamento térmico ao ar com o objetivo de promover a aglomeração de nanopartículas de Au, de Ag e de Ag/Au. Demonstrou-se que a concentração de Ag, Au ou de Ag/Au, bem como os tratamentos térmicos realizados, afetam a cor e propriedades óticas dos filmes produzidos.

Nanoparticles of noble metals, such as gold (Au) and silver (Ag), began to be used for centuries, providing different colors on the windows of medieval cathedrals and ancient Roman glasses. Nowadays, the interest in materials nanocomposites containing nanoparticles of noble metals, embedded in dielectric matrices, is related to its potential use in a wide range of technologically advanced applications. The investigation of this potential has been directed to environmental and biological detection, and to develop new colors for functional coatings. Most of these applications are based on the localized surface plasmon resonance. This physical phenomenon depends on the type of nanoparticles of noble metals, their distribution, size and shape, as well as the dielectric characteristics of the matrix where they are scattered. This work was developed under a project funded by the European Commission (Nano4color). Had as main objective study and correlate the morphological and structural changes resulting from the incorporation of Au nanoparticles and/or Ag, and the heat treatment performed in the optical properties of thin films in order to develop a new range of colors for functional coatings in order to check how changes in size, shape and distribution of the nanoparticles represent basic parameters for optimizing material properties plasmónicos , a set of three systems, with different concentrations of Ag, Au and Ag/Au dispersed on titanium dioxide (TiO2), have been prepared. The thin films were deposited by reactive sputtering by DC magnetron discharge. Subsequently the deposited samples were subjected to a thermal treatment in air in order to promote the agglomeration of Au nanoparticles, Ag and Ag / Au. It was demonstrated that a concentration of Ag, Au or Ag/Au, as well as the heat treatments carried out, affect the color and optical properties of films produced.