Revestimentos decorativos pelo efeito SPR obtido pela adição de Au a matrizes dieléctricas

Abstract

A SPR (ressonância dos plasmões de superfície) originada pela introdução de nanopartículas metálicas em matrizes dieléctricas possui um elevado leque de aplicações, sendo alvo de uma actividade intensa de investigação. De modo a tirar partido da forte extinção da luz em certas gamas do visível que estes sistemas proporcionam, foi objectivo deste trabalho desenvolver revestimentos nanocompósitos com efeito SPR para aplicações decorativas. Para tal, recorreu-se à técnica de pulverização catódica reactiva para depositar os revestimentos nanocompósitos consistindo em nanopartículas de Au dispersas em matrizes de WO3 e Al2O3. Por outro lado, pela aplicação de tratamentos térmicos pós-deposição foi promovido o crescimento das nanopartículas de Au. A incorporação crescente de diferentes teores em Au na matriz permitiu a presença de nanopartículas com tamanhos maiores. Além disso, os tratamentos térmicos influenciaram com sucesso o crescimento das nanopartículas de Au na matriz, permitindo alterar a posição, forma e intensidade dos picos de SPR e, onsequentemente, a coloração obtida para as amostras. Contudo, também as propriedades estruturais e dieléctricas da matriz foram afectadas pela temperatura de recozimento, como por exemplo um aumento do índice de refracção que promoveu um deslocamento da posição dos picos de SPR para o “vermelho” (sistema W-O+Au). Nos resultados alcançados houve por isso um efeito combinado entre o crescimento das nanopartículas e a variação do índice de refracção da matriz. Através da variação de três parâmetros, matriz, composição química e temperatura de recozimento, foi possível depositar revestimentos nanocompósitos de WO3+Au e AlO+Au com diferentes cores pelo ajuste dos picos de SPR das nanopartículas de Au.

The deposition of thin films consisting of metallic clusters embedded in dielectric matrixes can originate a strong SPR (Surface Plasmon Resonance) signal that has a wide range of applications, being the subject of an intense research nowadays. The main idea of this research work was to utilize the strong extinction of light that arises in these systems in certain zones of the visible spectrum for decorative coatings. Nanocomposite coatings consisting of Au clusters embedded in a WO3 or Al2O3 matrix were prepared by reactive sputtering with different Au contents. The higher the Au contents in the coatings the larger the nanoparticles were. By further annealing these samples at increasing temperatures, the Au segregation in the matrix was promoted. Both events permit to determine the SPR peak position along with its shape and intensity and, consequently, the optical properties of the coatings. Moreover, the thermal treatments also influenced the optical characteristics of the matrix, e.g. the refractive index was increased, leading to the redishing of the SPR position. Thus, the final results attained in the SPR peak shape, intensity and position for each case were mainly due to a combined effect between the Au cluster size and the refractive index of the oxide matrix. By varying the three major experimental parameters, the oxide matrix, the Au composition and the annealing temperature, it was possible to achieve nanocomposite coatings of WO3+Au and AlO+Au with different colours by tailoring the SPR peak shape and position.