Grupos de Pesquisa

Grupo de Materiais Coloidais


Histórico

O Grupo de Materiais Coloidais (GMC) foi criado no IQSC em 2008 com a contração do Prof. Dr. Laudemir Carlos Varanda. O principal objetivo do GMC é o desenvolvimento de novas rotas sintéticas de colóides e nanomateriais envolvendo rigoso controle de tamanho, forma, estrutura cristalina, composição química e auto-organização de nanopartículas para diversas aplicações. Atualmente, os principais temas abordados pelo GMC, incluem: nanopartículas metálicas, dispersões coloidais, tamanho e forma de partículas, distribuição de tamanho, estabilidade de colóides, materiais magnéticos, propriedades magnéticas, estruturais e engenharia de superfície de materiais magnéticos. Os remas visam a aplicação de nanopartículas em áreas de alta-tecnologia como por exemplo, aemazenamento de informações (gravação magnética) e biomedicina.

Infraestrutura

O Grupo conta com laboratório com os equipamentos básicos para o desenvovimento de síntese para obtenção de materiais nanoparticulados. No que tange a caracterização, a mesma é realizada com equipamentos constante no Campus da USP de São Carlos e, diversas técnicas de caracterização encontram-se disponíveis em outras instituição e utilizadas graças às cooperações existentes.

Linhas de Pesquisa

1. Nanotecnologia - Nanomateriais Magnéticos Funcionalizados para aplicação biomédica e biotecnológica

O interesse reside em aliar os avanços da nanotecnologia para o desenvolvimento de nanobiossensores que possibilitem diagnósticos e tratamentos contra vários tipos de patologia. Pretende-se promover o recobrimento das nanopartículas magnéticas (óxidos e metálicas) com moléculas biocompatíveis e/ou biosseletivas visando sua utilização em análise, segurança e controle de alimentos, detecção de analitos específicos, controle ambiental e aplicações biomédicas, nessa última, ressaltando aplicações em rastreamento e mapeamento de áreas do corpo humano através de imagem por ressonância magnética, liberação controlada de drogas em áreas específicas do corpo humano, tratamento de câncer através de hipertermia, radioterapia, separação de células e reparo de tecidos. Vários tipos de macromoléculas, naturais e sintéticas, são utilizadas para promover a funcionalização das nanopartículas, além de se aproveitas técnicas de sínteses para modificar as macromoléculas com grupos que a tornem, por exemplo, luminescente permitindo sua utilização como sinalizadores. Desta forma, é possível aliar em uma mesma nanopartícula diversas e distintas funções tornando-a um nanosensor multifuncional.


2. Química de Materiais - Nanomateriais: síntese, caracterização e aplicações de materiais em escala nanométrica

Estudo de sínteses e estabilidade de materiais em escala nanométrica através do desenvolvimento de novas rotas sintéticas e da modificação e aperfeiçoamento de outras já existentes, para a produção de nanopartículas através de métodos químicos tipo botton-up . Tais modificações visam a obtenção de nanopartículas de alta qualidade com composição e estrutura bem definidas e homogeneidade de tamanho e forma, objetivando a obtenção de materiais nanoestruturados e auto-organizados. Dentre os nanomateriais estudados destacam-se os materiais magnéticos na forma metálica/bimetálica (Fe, Pt, Pd, Co. Ni. Cu e suas combinações), bem como os óxidos inorgânicos, principalmente àqueles a base de Fe, além de outros metais e óxidos não-magnéticos como Au e Ag. O estudo das propriedades desses nanomateriais, sobretudo às magnéticas, pode permitir sua aplicação em diversas áreas tecnológicas através da sua utilização na construção de diferentes dispositivos.


3. Química de Colóides e Interfaces Preparação e caracterização de nanomateriais híbridos

Nanopartículas magnéticas uniformes com tamanho controlado possuem elevada área de superfície caracterizada principalmente por apresentar defeitos promovidos pela não homogeneidade nas ligações dos átomos que constituem a superfície. Esse fenômeno se reproduz em elevada energia de superfície que pode ser minimizada pela adsorção química ou física de moléculas orgânicas, biológicas, poliméricas, macromoléculas e compostos inorgânicos, promovendo o que atualmente é denominado de engenharia de superfície . A modificação adequada dessa superfície com as moléculas de interesse é utilizada para a produção de nanoestruturas tipo casca-caroço (core-shell), camada por camada (layer-by-layer) que permitem a dequação e ou modificação das propriedades das nanopartículas. Adicionalmente, o controle da camada de recobrimento no que se refere à natureza e tamanho das moléculas ou compostos, às vezes denominados de espaçadores, permite a obtenção de sistemas auto-organizados em duas e três dimensões com diferentes arranjos estruturais constituindo os materiais auto-organizados (self-assembled) e nanoestruturas de superrede (superlattice nanostructure). Ainda, é possível funcionalizar as nanopartículas com moléculas biocompatíveis e biosseletivas para uma variedade de aplicações biomédicas e biotecnológicas.


4. Nanotecnologia de gravação - Nanomateriais Magnéticos auto-organizados e nanoestruturados para aplicação em sistemas de gravação magnética de ultra-alta densidade (Tbits/inch square)

A utilização de sistemas auto-organizados de nanopartículas metálicas parece vir a constituir a próxima geração de sistemas de gravação magnética denominados de ultra-alta densidade (Self-Ordered Magnetic Arrays SOMA). O objetivo dessa linha é a preparação de nanopartículas magnéticas metálicas de FePt monodispersas e algumas ligas ternárias envolvendo a base FePt e elementos como Co, Cu e Ni através da metodologia conhecida como processo poliol modificado com o intuito de modular as propriedades magnéticas desses materiais. As nanopartículas serão utilizadas na formação de sistemas de nanoestruturas auto-organizadas em duas e três dimensões através da utilização de moléculas orgânicas adsorvidas na superfície das mesmas atuando como espaçadores interpartículas. Devido à sua estrutura, essas partículas apresentam anisotropia magnetocristalina e podem ser utilizadas em gravação magnética perpendicular em sistemas de ultra-alta densidade de gravação, Ainda, sistemas nanoestruturados em três dimensões vislumbrando aplicação em memórias de volume magnéticas. Uma variação da utilização de nanopartículas na forma esférica é a preparação de nanofios de FePt os quais aliam as propriedades anisotrópicas de forma e magnetocristalina intensificando a potencial aplicação nos sistemas de gravação.


5. Química de Materiais estudos estruturais em nanopartículas metálicas e recobertas com óxidos em estruturas do tipo casca-caroço (core-shell)

Estudo da estrutura atômica de nanopartículas metálicas, sua relação com efeitos de tamanho e forma e a influência nas demais propriedades, principalmente magnéticas. Analisar os efeitos de recobrimento da superfície metálica com óxidos magnéticos, suas interações magnéticas decorrentes desse recobrimento e como tais interações afetam as propriedades magnéticas, visando modular as propriedades magnéticas para aplicações em nanobiomedicina e nanobiotecnologia.

Técnicas Empregadas

Difratometria de Raios X - DRX
Microscopia Eletronica de Varredura - MET
Microscopia de Força Atômica - MFA
Microscopia de Força Magnética - MFM
Espectroscopia de Energia Dispersiva de Elétrons - EDS
Espectroscopia de Fotocorrelação e Potencial de Superfície - PCS, Potencial Zeta
Espectroscopia Vibracional na Região do Infravermelho - IV
Espectroscopia Raman
Espectroscopia Mössbauer
Magnetometria de Amostra Vibrante - VSM e SQUID
Absorção Atômica e de Plama - ICP

Grupo

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Integrantes