Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Materiais
TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÕES ESPECTROSCÓPICAS DE FILMES DE POLI(FLUORETO DE VINILIDENO) DOPADOS COM ÍONS NEODÍMIO
AUTORES: Aguiar, L.W. (UFGD) ; Caires, A.R.L. (UFGD) ; Botero, E.R. (UFGD) ; Falcão, E.A. (UFGD)
RESUMO: Nesse trabalho os filmes de Polifluoreto de Vinilideno (PVDF) foram sintetizados por cristalizaçao de solução e dopados com Óxido de Neodímio, de modo a se obter filmes em diferentes concentrações e com excelentes propriedades ópticas. Os filmes foram caracterizados por FT-IR, UV-Vis e espectrofluorometria, para verificação das propriedades estruturais e ópticas. Os resultados das análises de FT-IR permitiram determinar a fração de fase β e a incorporação do dopante na matriz polimérica. Já os espectros de absorção e fluorescência possibilitaram a identificação das transições eletrônicas e das bandas características do Neodímio, sendo observado alargamento da banda de emissão do PVDF. Com esses resultados o PVDF/Nd2O3 é um candidato potencial em aplicações ópticas.
PALAVRAS CHAVES: Óxido de Neodímio; PVDF; Fluorescência
INTRODUÇÃO: O polifluoreto de vinilideno (PVDF) ganhou atenção especial nas últimas décadas por apresentar propriedades ferroelétricas com altos coeficientes piezo e piroelétricos, descobertas no final da década de 70 (COSTA et al., 2009). Por conta do sucesso desses estudos, o PVDF é atualmente utilizado em várias aplicações industriais (MACKEY et al., 2011). Porém, alguns tipos de aplicações, dependem da fase cristalina predominante na matriz, já que o PVDF pode cristalizar-se em pelo menos quatro fases, conhecidas como α, β, γ e δ. A estrutura cristalina dessas fases fornece ao polímero propriedades características e portanto, aplicações distintas, como é o caso da fase β que é a mais desejável, por ser a fase em que ocorre a ferroeletricidade(COSTA et al., 2009). Recentemente, alguns estudos mostraram a obtenção do PVDF transparente na região visível do espectro eletromagnético, sendo utilizado em aplicações ópticas (OTSUKA E CHUJO, 2009).
Do mesmo modo, os íons Terras-raras são materiais que tem ganhado lugar de destaque em aplicações ópticas, por causa de suas propriedades fluorescentes. Estando entre elas, a utilização em vidros, cerâmicas e polímeros, para construção de meio ativo para laser de estado sólido, OLEDs e lâmpadas fluorescentes (MARLETTA et al., 2010). Para o caso do íon Nd3+ o efeito de luminescência é atribuído a transição 4f2 5d1 - 4f3 do estado excitado para o estado fundamental (QURESHI et al., 2007). Estudos recentes têm mostrado que o PVDF dopado com complexo de Neodímio pode ser um material usado como diodo emissor de luz (LED) como fonte de luz branca (CUI et al., 2011).
Sendo assim, este trabalho tem como objetivo sintetizar filmes de PVDF/Nd, utilizando técnicas espectroscópicas para caracterização.
MATERIAL E MÉTODOS: Os filmes poliméricos de PVDF dopados com Neodímio foram sintetizados a partir da dissolução de PVDF em dimetilformamida (DMF). Para tanto foi preparada uma quantidade de solução estoque de óxido de Neodímio também em DMF. Em seguida, retirou-se alíquotas da solução estoque de Nd3+ ao qual foram adicionadas em seis placas de petri contendo PVDF, para obtenção das concentrações de 0,0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 e 1,0% (m/m). Em que, após isso as amostras foram levadas para uma estufa a fim de eliminar o solvente para obtenção dos filmes. As medidas de Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) foram realizadas utilizando um equipamento JASCO FT / IR - 4100. Para tanto foram feitas 250 varreduras com uma resolução de 2 cm-1 no intervalo de 4000 a 500 cm-1. As medidas de absorção foram realizadas utilizando um espectrofotômetro Cary 50 Conc/Varian. Já as medidas de fluorescência foram realizadas com um Espectrofluorímetro portátil composto de dois lasers que operam a 405 nm e 532 nm, um monocromador (USB 2000 FL / OceanOptics), uma fibra do tipo "Y" e um laptop. Porém para as medidas de fluorescência apresentadas no presente trabalho foi utilizado apenas o laser de 405 nm.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os espectros de IV dos filmes PVDF e Nd-PVDF, são apresentados na Figura 1, em que é observado as bandas de absorção características do PVDF, a saber, os bandas principais da fase β (840 e 812cm-1) e fase α (614 e 763cm-1) (COSTA et al., 2009 E BORMASHENKO et al., 2004). Os filmes Nd-PVDF apresentam espectros semelhantes ao do PVDF, é observado presença de Nd na matriz a partir da amostra de 0,4%. As bandas do neodímio são 670 cm-1 que corresponde à ligação Nd-OH e em 855 cm-1 é referente à ligação Nd-O (MANUEL et al., 2012) Sendo que essas bandas são um indicativo da percolação entre os constituintes. Para a determinação da porcetagem de fase β fez-se uso do método proposto por (SALIMI, 2003), obtendo 72,5% de fase β para o filme de PVDF, alcançando 84% no filme Nd(1,0%)-PVDF, o que comprova que há predominância da fase β na matriz.
O espectro de absorção do PVDF (curva em preto do inset da Figura 2) apresenta um pico mais intenso em 240 e 335 nm, comportamento esse que pode estar relacionado à transição eletrônica que ocorre em fluorocarbonetos como resultado das ligações simples entre C-F (AHMED et al., 2013). Já os picos observados em 220, 290, 320 e 370 nm (curva em vermelho do inset da Figura 2) se referem às bandas de absorção do Óxido de Neodímio devidas às transições eletrônicas 4I9/2→2F5/2; 4I9/2→2D5/2; 4I9/2→2L17/2 e 4I9/2→4D3/2 + 4D5/2 (CARNALL et al., 1968). A Espectroscopia de fluorescência, figura 2, mostra que a incorporação do Neodímio induz um alargamento da banda. O filme exibe uma transição eletrônica de radiação com excitação em 405 nm (4I9/2→2D5/2), na faixa de 450 à 700 nm, que está relacionado às bandas de emissão 557 nm (2K13/2→4I9/2) e 620 nm (2K13/2→4I5/2)(CARNALL et al., 1968).
Figura 1.
Espectro no Infravermelho dos filmes de PVDF dopados com óxido de Neodímio.
Figura 2.
Espectro de fluorescência dos filmes de PVDF/Óxido de Neodímio. Inset: espectro de absorção no ultravioleta visível.
CONCLUSÕES: O presente trabalho mostrou a síntese de filmes poliméricos de PVDF dopados com óxido de neodímio. Com os resultados de espectroscopia no infravermelho observou-se o incremento da fase β na matriz polimérica. As medidas de Absorção no UV-Vis mostraram as bandas de absorção do polímero e do dopante, sendo possível determinar as transições eletrônicas ocorridas. Com as medidas de fluorescência foi observado que a incorporação do Neodímio causou alargamento da banda de emissão do PVDF. Com isso este material é um candidato em potencial para o uso em aplicações ópticas.
AGRADECIMENTOS: Os autores são gratos à CNPQ e CAPES pelo suporte dado à este trabalho.
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