Orientador: Carlos Lenz Cesar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:07:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_DiogoBurigo_M.pdf: 7702783 bytes, checksum: a49d734c4420be66d8e50ab224c6225f (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Pontos quânticos são nanocristais com diâmetros na escala de 10 a 100 Å. Por serem tão pequenos, elétrons e buracos sofrem um forte confinamento quântico, modificando as propriedades ópticas desses materiais. Seu uso como marcadores fluorescentes vem se mostrado de notável importância, pois os usados até então são, em geral, compostos orgânicos muito sensíveis à luz e ao meio ao qual são submetidos, além de serem citotóxicos e possuírem uma banda de absorção restrita para cada tipo de marcador. O ponto quântico por si só tem uma eficiência quântica pequena (menor que 20%) visto que, por tratar-se de uma estrutura nanoscópica, a razão entre sua área superficial e seu volume é muito grande, fazendo com que seus defeitos de superfície (dangling bonds) exerçam papel fundamental no processo de emissão, criando sub-níveis de energia, aumentando a banda de emissão do ponto quântico e a sua perda de energia. Além disto nanocristais de emissão no visível são constituídos de calcogenetos de cádmio, o que os torna muito tóxicos às estruturas biológicas envolvidas, caso este seja dissociado. A solução para estes dois problemas proposta e desenvolvida no nosso trabalho foi a encapagem do ponto quântico com uma camada de material inerte e resistente, no nosso caso o dióxido de silício. Neste trabalho de mestrado desenvolvemos o estudo de rotas simples para obtenção de pontos quânticos coloidais de CdSe e CdTe encapados com sílica, aumentando assim a estabilidade das partículas no meio e cuja principal aplicação foi seu uso como marcadores celulares fluorescentes. Dividimos esta dissertação basicamente em quatro partes: O capítulo 2 será devotado para o estudo tanto da modelagem do confinamento que o ponto quântico exerce sobre os elétrons e buracos quanto para as cinéticas da reação de formação das partículas coloidais. O terceiro capítulo foca os métodos de sínteses utilizadas para o trabalho, dando ênfase ao processo de silanização. No quarto capítulo apresentamos os resultados das medidas de caracterização e suas interpretações além de aplicações. E finalmente, o último capítulo apresenta nossas conclusões e perspectivas futuras para nosso trabalho / Abstract: Quantum dots are nanocrystals with diameters between 10 and 100 Å. Because they are so small, electrons and holes suffer a strong quantum confinement, modifying the optical properties of these materials. Their use as fluorescent markers have become very important, because the ones used until then, are, in general, organic compounds very sensitive to light and the media they are insert in. Besides, they are toxic and have a narrow and specific absorption band for each marker. The quantum dot itself has low quantum efficiency (less than 20%) and, how it is a nanoscopic structure the ration between its superficial area and volume is high, so the dangling bonds on the surface exert a fundamental hole in the emission process, creating energy sub-levels, increasing the emission band of the quantum dot and its energy loss. Besides nanocrystals that have emission in the visible band are usually made of cadmium calcogenides, what makes them harmful for live structures, if the atoms are dissociated from de quantum dot. The solutions for these two problems proposed and developed in our work was the quantum dot coating with an inert and resistant material, in our case, silica. In this masters work we developed the study of simple silanizations routes in order to obtain silica coated CdSe and CdSe quantum dots, and so increasing the particles environmental stability for mainly using them as fluorescent cell markers. We divided this dissertation basically in four parts: the chapter two is about the study of the quantum confinement and colloidal reactions kinetics. The third chapter deals with the synthesis methods as well the silanizations ones. In the fourth chapter we show the results obtained with its discussions. And the last chapter is devoted to the conclusion and perspectives of this work / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Carlos Lenz Cesar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T20:12:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_DiogoBurigo_D.pdf: 7807831 bytes, checksum: 390e528a067489b2db1d8e3cece5af0f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Pontos Quânticos (PQs) são nanocristais (mais comumente compostos de materiais semicondutores) cujo tamanho é menor do o raio de Bohr de seu éxciton. Devido às suas dimensões reduzidas ocorre confinamento quântico dos portadores de carga que confere aos PQs propriedades ópticas diferentes do material bulk e que podem ser ajustadas através do tamanho. A relativa facilidade de ajuste das propriedades ópticas do material, conforme desejado, faz dos PQs excelente candidatos a uma infinidade de aplicações. Este trabalho, focado em PQs coloidais, explora três frentes do estudo destas nanoestruturas. Primeiro, discutimos os métodos de fabricação destes materiais e como atingir as propriedades ópticas desejadas. Os resultados experimentais de fabricação contemplam duas técnicas: um método aquoso e a fabricação de PQs coloidais por ablação a laser, síntese relativamente nova, mas que apresentou resultados muito promissores, como a obtenção de PQs de CdTe fluorescentes encapados com tiol e o sucesso na síntese de PQs de vários outros materiais usando a mesma montagem experimental. A segunda frente de trabalho desta tese lida com as aplicações biológicas dos PQs. O vasto histórico de colaborações na área das ciências da vida de nosso grupo de pesquisa motivou as aplicações de nossas amostras para este fim. São apresentados estudos de PQs de CdTe utilizados como marcadores fluorescentes em parasitos vivos, nos quais apresentamos protocolos de marcação e concentração adequada de PQs para a execução de estudos in vivo dos parasitos. Mesmo sendo exploradas há décadas, as propriedades dos PQs possuem muitos aspectos em aberto e ainda são objeto de controvérsia. A contribuição de nosso trabalho para esta discussão encontra-se na seção de caracterização. Neste trecho realizamos uma discussão sobre as modelagens dos níveis de energia dos PQs e o efeito do confinamento quântico nestes níveis. Na parte experimental, realizamos um trabalho de instrumentação, construindo uma plataforma de microscopia confocal com criostato, para que fosse possível a realização de medidas de fotoluminescência de excitação por absorção de dois fótons em função da temperatura. Esta medida permite o acesso a transições eletrônicas proibidas em processos de dois fótons. Sendo assim, este experimento permite visualizar um panorama mais completo da estrutura de bandas x dos PQs, contribuindo para o melhor entendimento do comportamento dos portadores no interior dos nanocristais / Abstract: Quantum dots (QDs) are nanocrystals (usually made out of a semiconductor material), whose exciton Bhor radius exceeds their size. The quantum confinement applied to its charge carriers, due to its reduced dimensions, induces in the QD the change of its optical properties that can be controlled by changing the QD¿s size. The relative easiness that one can design the material¿s optical properties makes the QDs an excellent candidate to myriad of applications. This work, focused in colloidal PQs, explores three fronts of these nanostructures¿ study. First of all, we discuss the fabrication methods of these materials and how to manage to reach its desired optical properties. The experimental results from fabrication processes reach two techniques: an aqueous method and the colloidal QDs fabrication by laser ablation, a relatively new synthesis route that presented very promising results, mainly concerning the versatility of this method in the choice of the QD material. The second front of work deals with the biological applications of the QDs. Our research group has a vast historic in collaborations in the biological field and was natural, thus, that our samples were tested if this finality. In this work it is presented studies that use our CdTe QDs samples as fluorescent marker in live parasites. It is also shown results that indicated the QDs doses which the biological structures can handle without substantial damage. Even though they have been explored for decades, the QDs¿ properties description still has several open questions. Our work¿s contribution to this matter is contained in the characterization sections. There, we firstly discuss the models used in the energy levels calculations and the influence of the quantum confinement in these levels. In the experimental bit, it is described the instrumentation work required to make possible measurements of photoluminescence excitation by two photon absorption processes. This measurement allows the access of forbidden electronic transitions by one photon absorption. With that, it is possible to construct a more complete scene of the QDs band structure, contributing to the better understanding of the behavior of the carriers inside the nanocrystals / Doutorado / Física / Doutor em Ciências