Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Físico-Química
TÍTULO: FOTOFÍSICA DAS UNIDADES CARBAZOL EM SOLUÇÃO E EM FILMES FINOS – O PAPEL DAS INTERAÇÕES INTER E INTRAMOLECULARES
AUTORES: Cordeiro, D.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Martins, T.D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS)
RESUMO: Com o objetivo determinar a influência das interações inter e intramoleculares
nas características fotofísicas e morfológicas de compostos derivados do
carbazol, foram preparadas soluções em diversas concentrações e, a partir delas,
filmes finos por distintos métodos. A fotofísica foi determinada por meio da
espectroscopia de fluorescência em condições fotoestacionárias e a morfologia dos
filmes, por meio da microscopia eletrônica de varredura e de microscopia de força
atômica, de modo a inferir sobre espessura e homogeneidade dos filmes obtidos por
técnicas distintas, a saber spin-coating e self-assemble.
PALAVRAS CHAVES: Fotofísica; Carbazol; Filmes Finos
INTRODUÇÃO: O processo físico que resulta da excitação eletrônica de uma molécula por meio
de radiação eletromagnética não ionizante, os chamados fótons, é chamado de
processo fotofísico (BIRKS, J.B.1970).A luminescência molecular é divida em
fluorescência e fosforescência dependendo de qual estado excitado está envolvido
no processo. Na fluorescência o estado excitado envolvido no processo é o
singleto e na fosforescência o estado excitado envolvido é o tripleto (WARDLE,
B.2009). Em consequência da retenção da orientação original, o retorno de uma
população que se encontra no estado excitado singleto para o estado fundamental
(que tem caráter singleto), é permitido e ocorre muito rapidamente (tempo de
vida na ordem de ns)(LAKOWICZ,J.R.2006).Materiais intrinsecamente luminescentes
encontram emprego na construção de diversos dispositivos eletro-ópticos como
sensores, displays, células solares, entre outros. Os derivados de carbazol,
neste tema, são compostos bastantes interessantes devido às suas propriedades de
transporte de carga positiva e de luminescência sintonizável. Conhecer os
aspectos que influenciam, portanto, a resposta luminescente em solução e no
estado sólido, como interações entre as moléculas e o solvente, entre as
próprias moléculas quando em solução e das cadeias poliméricas que contêm essas
unidades repetitivas, quando no estado sólido, é fundamental para determinar a
aplicação. Com este aspecto em mente é que o presente trabalho é proposto.
MATERIAL E MÉTODOS: Os materiais utilizados neste trabalho são: uma molécula derivada do carbazol, o
9-vinil carbazol e um polímero com unidade repetitiva 9-vinil carbazol o
Poli(vinil carbazol) – PVK. Soluções nas concentrações 10-3, 10-4, 10-5 e 10-6
mol L-1 da molécula e 10-5, 10-6, 10-7 e 10-8 mol L-1 do polímero foram
preparadas em Clorofórmio com o intuito de verificar a dependência do
comportamento fotofísico dessas estruturas com as interações intermoleculares
molécula-solvente e molécula-molécula, além das intramoleculares, para o
polímero. Estas informações são fundamentais para a escolha das soluções que
serão empregadas na confecção dos filmes finos. Filmes de espessura controlada
entre 50 e 120 nm dos compostos objeto de estudo serão preparados por duas vias.
1- Spin coating
Microvolumes das soluções eleitas são gotejadas sobre uma superfície de vidro e
óxido de índio e estanho (ITO) sobre vidro, em um spin coater, com velocidades
de rotação e tempos de rampa otimizados experimentalmente.
2- Auto-montagem (self-assembling)
Substratos de vidro e óxido de índio e estanho (ITO) sobre vidro foram
mergulhados nas soluções dos compostos de carbazol e dos contra-ions,
previamente escolhidas de acordo com sua resposta óptica, seguindo protocolo
desenvolvido durante o presente trabalho.O inerte Poli(metacrilato de metila)
foi usado como matriz no preparo de filmes finos da molécula 9-vinil carbazol e
no preparo de blendas com o polímero PVK.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Por meio dos espectros de fluorescência e de excitação, obtidos a partir das
soluções em concentrações distintas e dos filmes produzidos pelas distintas
técnicas, é possível observar deslocamentos espectrais e alterações nas larguras
de banda quando se compara os espectros obtidos das soluções diluídas e dos
filmes.
Devido ao fato de no filme, a mobilidade ser muito menor e variar com o aumento
da temperatura, é possível inferir sobre as conformações que resultam nos
deslocamentos espectrais.
Considerando-se que tanto em solvente, quanto em filme, o material luminescente
está confinado em um ambiente local, que gera uma estrutura de solvatação,
mantida unida por interações fracas, mas que são suficientes para formar uma
estrutura supramolecular que controla os processos fotofísicos, as diferenças
espectrais observadas são usadas para discrimar as forças de interação e seu
papel no controla da resposta óptica.
A aquisição das imagens de microscopia eletrônica de varredura e de força
atômica, fornece informações sobre a morfologia que, junto com as informações
espectroscópicas, permite a identificação das entidades luminescentes, bem como
sua conformação e as interações que as mantêm.
Espectro de Emissão dos Filmes Finos.
A figura ilustra as diferenças espectrais
observadas para a molécula 9-vinil-carbazol quando
em filme auto-montado.
Espectro de Emissão da solução.
A figura ilustra o espectro de emissão observado
para a molécula 9-vinil-carbazol quando em solução.
CONCLUSÕES: A metodologia de interpretação de dados espectroscópicos em combinação com as
informações de microscopias distintas é bastante eficaz para a descrição das
características das entidades luminescentes em soluções e em filmes finos. Foi
possível encontrar a identidade das entidades emissoras em solução e em filmes e a
descrição das forças inter e intra moleculares que são dominantes na obtenção das
estruturas supramoleculares. Embora com foco em derivados de unidade carbazol,
esta metodologia foi eficaz para a descrição das características de compostos que
variaram das moléculas ao polímero.
AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao CNPq e à Fapeg pelo apoio financeiro.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: 1- Birks, J.B., Photophysics of Aromatic Molecules, Wiley Interscience, London,
1970.
2- Lakowicz, J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. 3rd Ed, Springer Science Business Media, LLC: Baltimore, 2006.
3- Wardle, Brian. Principles and Applications of Photochemistry. 1ºed. 2009. Manchester Metropolitan University, Manchester, UK. Ed Wiley Lta.