Rotas de encapsulamento via processos sol-gel no desenvolvimento de sensores termocrômicos

Abstract

O trabalho apresenta a avaliação do impacto da rota de síntese no termocromismo de materiais à base de cloreto de cobalto II encapsulados em sílica, utilizando diferentes rotas sol-gel. As propriedades morfológicas foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura, as propriedades texturais por porosimetria de N₂ e as propriedades termocrômicas por meio de um estudo da faixa de temperatura de transição. A análise estrutural foi realizada por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. A mudança de cor foi monitorada na faixa de temperatura de 60 a 100 °C. Os espectros de infravermelho de todos os materiais mostraram os picos característicos da inserção do cobalto na matriz de sílica (488 e 655 cm⁻¹). As micrografias e os dados obtidos pela porosimetria corroboram a afirmação de que houve encapsulamento do complexo de cobalto. O estudo de termocromismo, juntamente com o software DRS (Color), demonstrou o comportamento reversível dos materiais sintetizados, que trocam de cor em determinadas temperaturas e retornam às suas cores originais quando resfriados. Verificou-se que a rota sintética tem impacto direto no termocromismo do material, em sua morfologia, assim como na temperatura em que a transição ocorre. A rota ácida produziu um material com diferença de cor total de 18,45, com transição em 85 °C e uma superfície recoberta por grânulos de CoCl₂. O material gerado pela rota básica teve sua transição em 60 °C, com uma diferença de cor de 7,81 e uma superfície recoberta por aglomerados do complexo de cobalto. A rota silicato gerou um material com diferença de cor de 2,54, indicando que a transição não pode ser identificada sem o auxílio de equipamentos; a superfície continha CoCl₂ cristalizado. A rota fluoreto gerou um material com área específica elevada, diferença de cor de 9,41 e uma superfície sem sinais do complexo, o que indica que ele está internalizado.

The work presents an evaluation of the impact of the synthesis route on the thermochromism of materials based on cobalt(II) chloride encapsulated in silica, using different sol-gel routes. Structural properties were assessed by scanning electron microscopy, textural properties by N₂ porosimetry, and thermochromic properties through a study of the temperature transition range. Elemental analysis was conducted by infrared spectroscopy with Fourier transform. Color change was monitored within the temperature range of 60 to 100 °C. The infrared spectra of all materials showed characteristic peaks of cobalt insertion in the silica matrix (488 and 655 cm⁻¹). The micrographs and data obtained from porosimetry support the claim that the cobalt complex was encapsulated. The thermochromism study, along with the DRS (Color) software, demonstrated the reversible behavior of the synthesized materials, which change color at specific temperatures and revert to their original colors when cooled. It was found that the synthetic route has a direct impact on the thermochromism of the material, its morphology, as well as the temperature at which the transition occurs. The acidic route produced a material with a total color difference of 18.45, with a transition at 85 °C and a surface covered with CoCl₂ granules. The material generated by the basic route had a transition at 60 °C, a color difference of 7.81, and a surface covered with cobalt complex aggregates. The silicate route produced a material with a color difference of 2.54, indicating that the transition could not be identified without the aid of equipment; the surface contained crystallized CoCl₂. The fluoride route generated a material with a high specific surface area, a color difference of 9.41, and a surface without signs of the complex, indicating that it is internalized.