Ressonância plasmônica

É um fenômeno que ocorre em nanopartículas de metais nobre (como o ouro, prata e cobre). Basicamente é uma interação entre a luz e a matéria. O que acontece é que a luz, uma onda eletromagnética consegue intimidar (no  bom

nanopartículas esféricas apresentam uma banda de ressonância, mas quando estão em forma de bastão uma segunda banda surge

sentido) os elétrons localizados na banda de valência do metal. Esses elétrons estão na superfície criando um mar de elétrons, ou uma nuvem  eletrônica se assim desejar.

Quando essa nuvem é tocada pela onda eletromagnética ela oscila. Imagine um balanço, que vai e vem. Para que você possa empurrar e levar o balanço o mais alto possível, você deve acompanhar o movimento. A nuvem ao redor da

Oscilação da nuvem eletrônica com a interação da luz.

partícula tem uma oscilação própria e o comprimento de onda que terá o mesmo “balanço” terá amplitude máxima, ou seja, será absorvido.

É devido a essa ressonância plasmônica que metais nobres em forma coloidal apresentam coloração diferente. Esse fenômeno nos permite caracterizar e identificar soluções de nanopartículas usando a técnica de espectroscopia no UV-Vis.

Quando nanopartículas de ouro começam a aglomerar, a coloração muda do vermelho para o azul e então é possível observar pequenos aglomerados.

A ressonância plasmônica é influenciada por condições que rodeiam a partícula, como o tipo de ligante (moléculas que interagem com as nanopartículas), solvente (mudando a constante dielétrica do meio) e geometria (mudando condições de energia na superfície da nanopartícula). Dessa forma podemos extrair informação úteis. Uma mudança de coloração causada pela adição de algum ligante na solução coloidal, pode indicar uma interação. O tipo de solvente em que as nanopartículas estão dispersas pode também deslocar o comprimento de onda de absorção máxima, ocasionado pelas características anteriormente apresentados

Referência:

EUSTIS, Susie. EL-SAYED, Mostafa. Why gold nanoparticles are more precious than pretty gold: Noble metal surface plasmon resonance and its enhancement of the radiative and nonradiative properties of nanocrystals of different shapes. Chemical Society Reviews. Vol. 35. p. 209-217. 2005

AS PECULIARIDADES DO OURO

O ouro como sabemos é amarelo. Uma barra de ouro é cara. É um metal inerte, ou seja, não reage. É pela sua capacidade de suportar a corrosão que é empregado em objetos duradouros (lembra dos dentes?).

Porém se diminuirmos o tamanho do ouro, diminuir até a escala nano, observaremos algumas peculiaridades do ouro. O ouro no tamanho de 10nm apresenta uma exótica coloração vermelha. Com esse tamanho aproximado ele também é bem reativo e consegue catalisar o metanol, por exemplo, na geração

Variação da coloração de GNP com a mudança do tamamnho

de energia elétrica por meio de energia química. Esse tipo de propriedade pode ser empregado na tecnologia das chamadas células a combustível.

Nanopartículas de ouro no tamanho de 20nm em solução coloidal apresentam coloração violeta. Essa mudança de cor se dá pela alteração das condições de superfície da nanopartícula. O que acontece é que a partícula metálica possui elétrons livres e na superfície da nanopartícula esses elétrons formam uma nuvem eletrônica que se move com a interação de uma onda eletromagnética (a luz!).

Com o aumento da nanopartícula essa superfície muda e, portanto a maneira em que essa nuvem eletrônica interage com a luz, também muda. Por isso ela muda de cor dependendo do tamanho. Essa interação da luz com os elétrons da superfície da nanopartícula é chamada de Ressonância Plasmônica.

O ouro em escala manométrica tem propriedades biológicas interessantes. Elas atuam como anti-inflamatório. Alguns fármacos são potencializados quando estão acopladas em uma nanopartícula de ouro.

De maneira geral, percebe-se que os materiais parecem possuírem um problema de identidade quando muda seu tamanho e é por isso que nanomateriais tem despertado tanto interesse.

NANOTECNOLOGIA

Talvez a primeira pergunta que vem na cabeça de alguém leigo nesse assunto é: Por que me interessar por isso? De que me importa.

São excelentes perguntas. E vai de gosto de cada um. Mas saber como as coisas ocorrem é uma gratificação imensurável. Entender por que escolher a roupa que veste tem o mesmo sentido. E talvez saber como as coisas funcionam venha a ser o propósito da vida. Ou não.

Mas de qualquer maneira você não está aqui neste blog sobre nanociência (ou nanomateriais) por acaso. As possibilidades no meio quântico lhe trouxeram aqui. E vamos parar de enrolar.

Nanotecnologia pode ser definida por três características:

• Nanotecnologia é a pesquisa e desenvolvimento de tecnologia com materiais na escala de 1nm até 100nm.
• Nanotecnologia cria e usa nanoestruturas que possuem novas propriedades devido ao seu tamanho.
• Nanotecnologia é a manipulação de materiais e estruturas manométricas.

A Nanotecnologia possibilita projetar, criar, desenvolver, manipular, caracterizar nanomateriais que exibem novas propriedades. Tal é que em breve o modo de consumo da sociedade mudará (espero que para melhor). Em breve dispositivos terão melhores desempenhos, sensores a base de nanomateriais, celulares mais rápidos (principalmente baterias duráveis), câmeras fotográficas com lentes de alta definição, Hard Disc com mais capacidade de memória, detecção de doenças, monitor de pressão, etc.

A nanotecnologia está emergindo para que possamos viver melhor com a tecnologia do pequeno.

NANOMATERIAIS

Bem vindos ao mundo dos nanomateriais… Aqui você entrará em portal que dará acesso a um mundo que seus olhos não veem. Um mundo da qual você desconhece e se tiver interesse vai ficar surpreso que os nanomateriais estão mais perto de você do que você imagina.

O QUE SÃO NANOMATERIAIS?

Nanomateriais são materiais que em uma de suas dimensões está na escala manométrica, ou seja, tem um tamanho que pode variar de 1 a 100nm (1nm = a um bilionésimo de metro).

Comparação de tamanhos

Atualmente existe muito interesse nesse tipo de material porque nessa escala eles apresentam propriedades que na escala macro não apresentariam. Propriedade óptica, supercondutividade, catalítica, antimicrobiano, etc, as tornam no ponto de vista da aplicação, interessante (e curioso).

Nanopatículas podem apresentar diversas formas, como por exemplo, esférica, tubo, bastão, cúbica, triangular, estrela, etc. Os mais conhecidos são nanotubos de carbono, nanopartículas metálicas (tais como ouro, prata, cobre) e fulereno

Estrutura simulada do fulereno

que é uma alotropia do carbono.

POR QUE TANTO INTERESSE?

Essas propriedades únicas se dão pela alta área superficial que esses materiais apresentam nesta escala. As partículas possuem mais átomos em sua superfície e mais quinas, das quais diminui o número de coordenação fazendo esses átomos reagirem mais. Alguns dos nanomateriais são aplicadas como sensores e outras como catalisadores na geração de energia por meio de uma reação química, como é o caso de  nanopartículas de ouro.

As nanopartículas de ouro (comumente chamadas no âmbito cientifico de GNP) em sua escala macro, não apresentam quimissorção, ou seja, não adsorve átomos de oxigênio ou hidrogênio, fundamental para catálise. Mas na escala nanométrica por conter muitos átomos de ouro disponíveis para ligação química,

Solução coloidal de nanopartículas de ouro

são capazes de fazer ligação química mediante a orbital d do ouro com o orbital p do oxigênio. Esse tipo de ligação é possível com nanopartículas com tamanho médio de 5nm.

As aplicações de nanomateriais vão desde a geração de energia (que é o caso acima), como também na medicina (melhorando a eficiência de fármacos). De uma maneira geral, a nanotecnologia mudará a forma em que as pessoas consumirão. Em alguns anos teremos em nossas mãos a nanociência que não vemos a olho nu, mas que seus efeitos serão sentidos por você.