Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/98009
Title: Materiais Ultrafinos para Produção de Ultrassons Induzida por Laser: Filmes de Dióxido de Titânio com Corante Adsorvido
Other Titles: Ultra-thin Materials for Laser-Induced Ultrasound Production: Titanium Dioxide Films with Adsorbed Dye
Authors: Pinto, Tiago Bonifácio
Orientador: Soares, Carlos Alberto Lourenço de Serpa
Keywords: Materiais Piezofotónicos; Ondas Fotoacústicas; Ultrassons induzido por laser; Filmes de Dióxido de Titânio; Altas frequências; Piezophotonic Materials; Photoacoustic Waves; Laser-induced ultrasounds; Titanium Dioxide Films; High Frequencies
Issue Date: 26-Nov-2021
Serial title, monograph or event: Materiais Ultrafinos para Produção de Ultrassons Induzida por Laser: Filmes de Dióxido de Titânio com Corante Adsorvido
Place of publication or event: Grupo de Química Medicinal - Laboratório de Fotomedicina e Reatividade
Abstract: Ao longo das últimas duas décadas, a procura por novos materiais capazes de converter luz em ondas de pressão tem sido intensificado, dado à sua aplicação em diversas áreas, como em diagnóstico por ultrassom, terapia por ultrassom ou em estética. Esses materiais, também designados por “materiais piezofotónicos”, convertem a energia de um pulso curto de laser em calor, gerando uma onda fotoacústica intensa através da expansão termoelástica do material. As ondas fotoacústicas são caracterizadas por altas pressões de pico (>1 MPa) e grandes larguras de banda (>100 MHz), usando fluências de baixa energia (<100 mJ cm-2).Este trabalho envolve a produção e a caracterização de novos materiais piezofotónicos, compostos por uma camada extremamente fina de dióxido de titânio (<5 μm), no qual é adsorvida 5,10,15,20-tetraquis(4-sulfonilfenil)porfirina de acetato de manganésio(III) (MnTPPS), uma molécula capaz de converter luz em calor, com uma camada de polímero aplicada sobre o filme. Foram realizadas várias experiências para caracterizar as altas frequências e pressões absolutas. Outros fatores associados à geração das ondas fotoacústicas, como a influência da espessura da camada de TiO2, a duração do pulso do laser ou a energia aplicada ao material também foram estudados. O uso de lasers com uma duração de pulso de 30 ps e 128 fs levantam as limitações associadas ao laser de 6 ns, permitindo que a geração da onda fotoacústica dependa apenas das propriedades intrínsecas dos materiais. Obtiveram-se larguras de banda de >130 MHz a -6 dB após excitação a 471 nm com um laser de nanossegundos e uma energia muito moderada (10 mJ cm-2), que são bastante notáveis. Para além disso, foram também obtidas pressões absolutas >0,5 MPa e eficiências de conversão de 10-5, que são comparáveis com alguns materiais reportados na literatura.Por último, estamos a aplicar estes materiais para estimar a espessura de objetos através da atenuação da onda fotoacústica, tirando partido das altas frequências que são geradas. Este é um projeto recente, mas a dependência direta entre o comprimento do percurso de propagação e o efeito exercido nas frequências mais altas revela potencial para sua aplicação em materiais muito finos.
Over the last two decades, the research for new materials capable of converting light into pressure waves has been intensified, due to their application in several areas, such as diagnostic ultrasound imaging, therapeutic ultrasound, or aesthetics. These materials, also called “piezophotonic materials”, convert the energy of a short laser pulse into heat, generating an intense photoacoustic wave through the thermoelastic expansion of the material. Photoacoustic waves are characterized by high peak pressures (>1 MPa) and large bandwidths (>100 MHz), using low energy fluences (<100 mJ cm-2).The present work involves production and characterization of new piezophotonic materials, composed of an extremely thin layer of titanium dioxide (<5 μm), where 5,10,15,20-Tetrakis(4-sulfonylphenyl)porphyrin manganese(III) acetate (MnTPPS), a molecule capable of converting light into heat, is adsorbed with a layer of a polymer applied over the film. Several optimization experiments were carried out to characterize the high frequencies and absolute pressures. Other factors associated with the generation of photoacoustic waves such the influence of the thickness of the TiO2 layer, the duration of the laser pulse or the energy applied to the material were also studied. The use of lasers with pulse durations of 30 ps and 128 fs overcome limitations associated with the 6 ns laser, allowing the generation of the photoacoustic wave to depend only on the intrinsic properties of the materials. We obtained bandwidths of >130 MHz at -6 dB after excitation at 471 nm with a nanosecond laser and a very moderate energy (10 mJ cm-2), which are quite remarkable. Furthermore, we also obtained absolute pressures >0.5 MPa and conversion efficiencies of 10-5, which are comparable to some materials reported in the literature.We are applying these new materials to estimating the thickness of objects through the attenuation of the photoacoustic wave, taking advantage of the high frequencies generated. This is a recent project, but the direct dependence between the length of the propagation path and the effect exerted at higher frequencies reveals potential for its application in very thin materials.
Description: Dissertação de Mestrado em Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/98009
Rights: openAccess
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