Síntese e funcionalização de NPs eletroativas para incorporação em filmes finos transparentes

Abstract

Atualmente, a maior parte da energia elétrica produzida é proveniente da queima de combustíveis fósseis, tornando necessário o desenvolvimento de novas formas de obtenção de energia, mais sustentáveis e com eficiências capazes de corresponder à demanda atual de energia. Sendo que os edifícios constituem os principais consumidores de energia, estão a ser investigadas novas tecnologias baseadas nos concentradores solares luminescentes (LSCs), as quais visam gerar energia elétrica através da energia solar em fachadas de edifícios sob a forma de janelas inteligentes. O presente estudo centrou se na (i) síntese de nanopartículas (NPs) de sílica oca com funcionalidade de barreira térmica(ii) funcionalização destas com lantanídeos para a respetiva conversão energética e (iii) incorporação destas em filmes biopoliméricos para funcionarem como guias de onda. Este estudo também teve como objetivo a otimização da dispersão destas NPs desenvolvidas e estudo da adição de um eletrólito. Posto isto, caracterizou-se morfologicamente, quimicamente e termicamente os materiais desenvolvidos, recorrendo às técnicas de Espetroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Análise Termogravimétrica (TGA), Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC), Dispersão de Luz Dinâmica (DLS), Microscopia Eletrónica de Transmissão por Varrimento (STEM), Microscopia Eletrónica de Varrimento acoplada a Espetrometria de Energia Dispersiva (SEM-EDS), Espetroscopia de Fluorescência, Espetroscopia Ultravioleta-visível e Infravermelho Próximo (UV-Vis NIR) e Espetroscopia de Impedância Complexa. De um modo geral, foram desenvolvidos com sucesso materiais funcionais para aplicações em janelas inteligentes. Os biopolímeros 3 (BP 3) e 4 (BP 4) demonstraram ser guias de onda ideais para implementação em LSCs. Através dos estudos de dispersão realizados foi possível verificar um progresso na dispersão das NPs desenvolvidas nos biopolímeros em estudo e a introdução do eletrólito nas respetivas matrizes mostrou ser uma mais-valia para incorporação em LSCs.

Currently, most of the electric power comes from burning fossils, making it necessary to develop new, more sustainable forms of energy generation with adequate efficiencies in line with the current energy demand. Considering that buildings are the main energy consumers, new technologies based on luminescent solar concentrators (LSCs) are being investigated, which aim to generate electricity through solar energy on building facades in the form of smart windows. The present study focused on (i) synthesis of hollow silica nanoparticles with thermal barrier functionality (NPs), (ii) their functionalization with lanthanides to the respective conversion of solar energy, and (iii) incorporation of these in biopolymeric films to work like waveguides. This study also had the objective of optimizing the dispersion of silica NPs and the study of the addition of an electrolyte. Subsequently, the morphological, chemical and thermal characterization of the developed materials was carried out, using the techniques of Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Light Scattering (DLS), Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM), Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), Fluorescence Spectroscopy, Ultraviolet visible and Near-infrared Spectroscopy (UV-Vis NIR) and Spectroscopy of Complex Impedance. Overall, functional materials have been successfully developed for smart window applications. The biopolymers 3 (BP 3) and 4 (BP 4) proved to be ideal waveguides for implementation in LSCs, through the dispersion studies carried out it was possible to verify progress in the dispersion of NPs developed in the biopolymers in study and the introduction of electrolyte in the respective matrices proved to be added value for incorporation into LSCs.