53º Congresso Brasileiro de Quimica
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.