FIMAT - Mestrado (Dissertações)

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Estudo de propriedades termodinâmicas e estruturais das redes unidimensionais.
(2022) Horta, Newton Fonseca; Colla, Thiago Escobar; Colla, Thiago Escobar; Bernardes, Américo Tristão; Rocha, Julio Cesar Siqueira; Rizzi, Leandro Gutierrez
Modelos unidimensionais servem de protótipo para uma diversidade de sis- temas de interesse em Física de Materiais. Sistemas de partículas portando dipolos elétricos ou magnéticos são estruturados na forma de cadeias que se orientam na direção de um campo externo aplicado. Além disso, muitos sis- temas intrinsecamente tridimensionais têm simetrias que permitem mapeá-los em sistemas unidimensionais equivalentes. Exemplos vão desde a estrutura de camadas em sistemas coulombianos de placas paralelas a cadeias poliméri- cas. A principal vantagem em descrever esses sistemas na forma de interações unidimensionais (em geral de curto alcance) é que o tratamento teórico é ex- tremamente simplificado em comparação aos sistemas tridimensionais, permi- tindo, em muitos casos, o uso de ferramentas analíticas tradicionais da Física Estatística. Apesar da baixa simetria, esses sistemas podem ser usados para abordar problemas de vital interesse na Física de Materiais, tais como o papel desempenhado por interações suaves de curto alcance na estrutura e formação de aglomerados macroscópicos em sistemas caracterizados por forças competi- tivas entre diferentes componentes. Nosso objetivo nesse trabalho é o de usar o formalismo clássico da matriz de transferência em redes unidimensionais para estudar a formação de aglomerados em sistemas binários com interações de curto alcance do tipo ultra-soft. Para isso, consideramos um sistema binário com interações atrativas/repulsivas de diferentes formas e intensidades entre as diferentes componentes. No formalismo do sistema de rede, as interações ultra- soft são introduzidas permitindo a ocupação de sítios individuais por múltiplas partículas, admitindo o estudo de sistemas cuja concentração média ultrapassa a condição de máximo empacotamento, levando à uma estruturação muito mais rica quando comparada aos sistemas com interações rígidas. Nossos resultados indicam uma rica estruturação de sistemas binários que podem ser ajustadas pelo grau de inter-penetrabilidade entre as partículas com interações atrativas.
Polarização de partículas e interfaces em meios dielétricos e eletrólitos.
(2024) Silva, Leonardo Araujo; Colla, Thiago Escobar; Colla, Thiago Escobar; Nunes, Maria Eugenia Silva; Bernardes, Américo Tristão; Santos, Alexandre Pereira dos
Interfaces e partículas polarizáveis estão presentes em muitos sistemas de re- levância na física, química e biologia. Em muitos casos, a polarização dessas superfícies se deve a uma descontinuidade dielétrica, quando a interface separa meios lineares com diferentes propriedades ópticas/dielétricas. Apesar de sua relevância, o estudo da polarização dessas interfaces é ainda incompleto, con- tendo muitas questões em aberto. Um exemplo simples consiste na interação entre esferas metálicas em meios eletrólitos ou dielétricos, cuja interação de curto alcance é ainda debatida na literatura. Entender a interação entre par- tículas polarizáveis requer, como um primeiro passo, conhecer a forma como cargas do meio induzem cargas de polarização nessas superfícies. O objetivo do presente trabalho é o de estudar as cargas de polarização, bem como as distri- buições iônicas de equilíbrio de eletrólitos ao redor de superfícies polarizáveis, planas ou esféricas. Para isso, adotamos a teoria clássica de Debye-Hückel, em combinação com o formalismo das funções de Green no contexto da eletrostá- tica.
Ultra capacitores : um estudo do desempenho de fortes correlações iônicas, aplicando Teoria Funcional da Densidade.
(2023) Braga, Otávio David; Colla, Thiago Escobar; Colla, Thiago Escobar; Bernardes, Américo Tristão; Almeida, Ive Silvestre de; Santos, Alexandre Pereira dos
A crescente demanda por dispositivos eletrônicos de alta eficiência e baixa degradação ambiental resultou, nas últimas décadas, na busca de alternati- vas para substituir os disopositivos de armazenamento usuais. Nesse sentido, dispositivos ultra-capacitores vêm ganhando crescente destaque devido às suas propriedades únicas, que os diferem de capacitores e baterias tradicionais. Esses sistemas são capazes de armazenar uma quantidade de energia muito superior à de capacitores usuais. Além disso, podem transferir essa energia de forma muito mais rápida e sustentável quanto comparados a baterias tradicionais. Apesar de seu rápido desenvolvimento e absorção em diversos ramos da in- dústria e tecnologia, muitos aspectos e propriedades desses sistemas precisam ainda de aprimoramentos e otimizações com vista em aplicações em diversas áreas da nano-tecnologia.Tendo em vista essas necessidades, o presente traba- lho tem por objetivo propor uma modelagem teórica capaz de elucidar o papel desempenhado por fortes correlações iônicas presentes nesses sistemas. Para isso, propomos um modelo que introduz efeitos de correlações eletrostáticas na teoria de Poisson-Fermi (PF), através da ideia de “buracos de correlação”, similares às exclusões posicionais no modelo de rede. Nossos resultados são comparados aos modelos tradicionais de Poisson-Boltzmann (PB) e PF, além de resultados obtidos no contexto da Teoria clássica do Funcional de Densidade (cDFT). Com isso, conseguimos destacar os papéis desempenhados pelas dife- rentes correlações em diversos níveis de aproximação, bem como seus efeitos nas curvas de capacitância desses dispositivos.
Soluções solitônicas em condensados de Bose-Einstein.
(2023) Barroso, Itauany do Nascimento; Velten, Hermano Endlich Schneider; Wamba, Étienne; Velten, Hermano Endlich Schneider; Oliveira, Alan Barros de; Moller, Natália Salomé
O condensado de Bose-Einstein é formado quando um gás bosônico é resfriado a uma tem- peratura próxima do zero absoluto. Quando isso ocorre, as propriedades quânticas que são microscópicas tornam-se macroscópicas, facilitando seu estudo. Nesta dissertação, estudare- mos ondas de matéria, no contexto de uma representação não-linear para os condensados de Bose-Einstein sendo submetidos a um potencial Kapitza de armadilha, que é um análogo quân- tico do pêndulo clássico invertido de Kapitza. Neste potencial foi adicionado um termo linear que, de certa forma, pode ser associado à interação gravitacional. Para isso, utilizaremos a equação não-linear de Schrödinger dependente do tempo, também conhecida como equação de Gross-Pitaevskii. Para encontrar as soluções analíticas, utilizaremos o método da função tangente hiperbólica estendida, conduzindo a soluções solitônicas. Por meio dessas soluções é possível analisar o impacto dos parâmetros do potencial Kapitza e do campo gravitacional na dinâmica solitônica do condensado.
Microtubo de fibra vegetal revestida com polímero condutivo para sensoriamento de amônia.
(2023) Souza, Mariana Tainná Silva; Bianchi, Rodrigo Fernando; Ferreira, Giovana Ribeiro; Bianchi, Rodrigo Fernando; Barboza, Ana Paula Moreira; Santos, Mirela de Castro
O desenvolvimento sustentável tornou-se uma questão mundial e, por isso, têm crescido a utilização de matérias primas naturais para o desenvolvimento de produtos tecnológicos. Este trabalho teve como objetivo principal preparar e empregar a fibra de Janaúba (FJ), recoberta com polianilina (PANI), como elemento ativo de sensoriamento de gás amônia, na faixa de 0 a 30 ppm. Para tal foram realizadas etapas desde a limpeza física e química das fibras até a caracterização elétrica do sistema. Os resultados obtidos mostraram a eficácia do compósito FJ/PANI como elemento ativo de sensoriamento de gás amônia na faixa estudada, apresentando sensibilidade de até 37 kΩ/ppm, destacando sua capacidade de reter a informação sobre a concentração do gás. Em termos estruturais, as técnicas aplicadas permitiram caracterizar as fibras, confirmando seu aspecto liso e tubular, com diâmetro médio inicial de (24 ± 6) μm e parede de espessura inferior a 1 μm. Ademais, as técnicas evidenciaram as alterações na conformação, diâmetro e rugosidade das fibras após tratamentos químicos, permitindo traçar uma relação entre esses efeitos e o recobrimento da fibra pelo polímero. Apesar dos tratamentos com álcool e acetona e soluções ácidas e alcalinas promoverem a aderência de um filme de PANI mais uniforme e espesso, foram as fibras não tratadas ou tratadas com água destilada e solução de Extran, à quente, que apresentaram maior sensibilidade ao gás, sendo justificada pela facilidade em alterar a quantidade de caminhos de percolação. Esses resultados promissores indicam o potencial dos sistemas FJ/PANI como sensores de gás de baixo custo, de fácil fabricação, de baixo impacto ambiental e alto valor agregado. Portanto, este estudo contribui para o desenvolvimento de materiais tecnológicos, utilizando matérias-primas naturais negligenciadas, como a FJ, para a criação de sensores efetivos e acessíveis. Os resultados obtidos abrem caminho para futuras pesquisas e aplicações práticas na área de monitoramento de gases, fornecendo uma alternativa viável e ambientalmente amigável para a detecção de amônia em diversos contextos industriais.
Estudo por Primeiros Princípios da Adsorção de moléculas em superfícies de Perovskitas de Iodeto de Chumbo e Metilamônio e o efeito da dopagem com metais de transição no mineral Clinocloro.
(2022) Guallichico, Luis Antonio Guallichico; Matos, Matheus Josué de Souza; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Chacham, Helio; Matos, Matheus Josué de Souza; Azevedo, Sérgio André Fontes; Gomes, Lídia Carvalho
No presente trabalho, foi feito um estudo teórico por meio de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional de Densidade (DFT) como implementada no pacote de simulação computacional SIESTA das propriedades eletrônicas e ópticas de dos materiais distintos: uma perovskita ortorrômbica de iodeto de chumbo e metilamônio (MAPI) e uma amostra do mineral de clinocloro. O primeiro trabalho teve como motivação principal determinar o efeito de uma molécula de 4-tert-butilpiridina (TBP) e íons halogenetos(Cl−, I−, e Br−) quando adsorvida em slabs de MAPI com superfície terminada em iodeto de chumbo (PbI2) plana e iodeto de metilamônio (MAI). Começamos com a caracterização mecânica e eletrônica do bulk e determinamos os parâmetros de rede, a energia de coesão e o bulk modulus. Em seguida foram modelados os slabs com as diferentes superfícies. Inicialmente foram calculadas a estrutura de bandas e densidades de estados projetada (PDOS) para slabs de espessura 2×1, 3×2, 4×3 e 5×4. No entanto, visto que as propriedades eletrônicas desde tipo de slabs é independente da sua espessura, a investigação foi baseada em slabs 2×1 utilizando o funcional GGA-PBE. A adsorção da molécula de TBP e os íons halogenetos foi feita sobre um slab com superfície PbI2 sem defeitos e também contendo um defeito antisítio Pb-I. Já no caso de slabs com superfície MAI foi feita unicamente a adsorção da TBP em uma superfície sem e com a presença de um defeito tipo cluster de Pb. Os resultados mostram que a TBP e os íons halogenetos adsorvidos sobre um slab com superfície PbI2 sem defeitos produz uma mudança na distribuição de estados da banda de valência e condução e gera estados eletrônicos no meio do bandgap. Também, quando a TBP é adsorvida neste tipo de slab mas contendo um defeito antisítio Pb-I, a TBP não tem efeito nenhum nas propriedades eletrônicas. Neste caso, com a adição de um halogeneto os estados eletrônicos no meio do gap foram deslocados e ainda estados de nivel profundo perto do topo da banda de valência, foram suprimidos. Por fim, em slab com superfície MAI sem defeito na superfície, a adsorção da TBP não apresentou mudanças nas propriedades eletrônicas do slab. Já com a presença de um defeito tipo cluster de Pb, a TBP consegui passivar os níveis de defeitos no meio do gap em slabs 3×2. O segundo trabalho teve como motivação resultados experimentais, no quais em uma amostra do mineral de clinocloro foi evidenciada a presença de impurezas de metais de transição (TMs): Fe3+, Cr3+ e Mn3+. Os nossos resultados mostram que de fato a amostra de clinocloro estudada apresenta a coexistência de sítios de TMs em estados de carga distintos, assim como as transições de carga entre eles (F e3+ → F e2+). Além disso, o espectro de absorção obtida a partir da parte imaginaria da função dielétrica sugere uma mudança de cor do material quando adicionados os TMs, o que também foi evidenciado experimentalmente.
Polítropa quântica anisotrópica.
(2023) Trindade, Nadson de Jesus da Silva; Velten, Hermano Endlich Schneider; Velten, Hermano Endlich Schneider; Batista, Ronaldo Junio Campos; Fabris, Júlio César
A mecânica quântica de De Broglie-Bohm pode estabelecer uma conexão entre a Mecânica Quântica não-relativística com o movimento de partículas em Dinâmica dos Fluidos. De fato, essa interpretação mostra que um sistema quântico pode ser decomposto em um sistema hidrodinâmico, submetido a um potencial adicional, de origem quântica. Neste tipo de sistema podemos observar possíveis manifestações de fenômenos quânticos em objetos macroscópicos. Sabemos que para um fluido que obedece ao princípio de Pascal (tensões principais iguais), a pressão é tida como isotrópica. No entanto, conhecemos objetos com desvio de isotropia local como, por exemplo, Polítropas Anisotrópicas. Polítropas são configurações em equilíbrio hidrostático como, por exemplo, estrelas ideais. Podemos considerar uma grande diversidade de eventos físicos que dão origem a configurações anisotrópicas. Um possível grau de anisotropia em um sistema pode acontecer tanto em regimes de baixa ou alta densidade. A anisotropia pode provocar certas instabilidades em estruturas astrofísicas. Neste trabalho estudamos as propriedades físicas de um objeto que denominamos Polítropa Quântica Anisotrópica.
Estudo teórico experimental de nanocamadas de Antimônio.
(2023) Jammal, Nathany Ferreira; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Barboza, Ana Paula Moreira; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Oliveira, Alan Barros de; Pinto, Elisângela Silva
A promessa de encontrar uma nova e excitante física nos materiais bidimensionais (2D), a qual poderá levar a importantes aplicações em nanotecnologia, foi, e continua sendo, o motor para a investigação nesse campo em grande aceleração em nível mundial. Entretanto, quando falamos em materiais 2D semicondutores, enfrentamos restrições em suas aplicações, já que muitos possuem gaps de energia menores que 2,0 eV, o que limita muito suas aplicações, especialmente em dispositivos optoeletrônicos. Novos semicondutores 2D, como arseneno e antimoneno, que apresentam gaps maiores e alta estabilidade, foram previstos com base em cálculos por primeiros princípios. Curiosamente, embora As e Sb sejam normalmente semimetais, eles se tornam semicondutores com gaps indiretos de 2,49 e 2,28 eV respectivamente, quando esfoliados em uma camada atômica. Sob pequena tensão biaxial, estes materiais podem ser transformados de semicondutores de gap indireto para semicondutores de gap direto. Mudanças tão consideráveis na estrutura eletrônica poderiam abrir caminho para transistores com alta razão on/off baseados em materiais bidimensionais. A caracterização desses materiais é primordial para sua aplicabilidade: é extremamente importante compreender os efeitos, em escala atômica, produzidos por mecanismos externos em sua estrutura a fim de controlar suas propriedades. Neste trabalho, objetivamos estudar, teórica e experimentalmente, camadas de antimônio, na escala nanométrica, utilizando técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda e cálculos por primeiros princípios. Nos cálculos, procuramos por um efeito ou fenômeno que possa ser identificado nos experimentos de microscpopia subsequentes. Encontramos, de fato, que, diferententemente de outros materiais 2D, monocamadas de antimoneno podem se romper em um efeito relacionado à interação com outras moléculas via transferência de carga, e essa transferência de carga pode ser controlada por pressão. Nos experimentos, encontramos algumas situações que podem ser interpretadas no contexto dessas previsões teóricas.
Estudo sobre eficiência energética aplicada ao aproveitamento do potencial térmico durante o escoamento de escória em processos siderúrgicos.
(2022) Silva, Ismenia Cerqueira; Assis, Paulo Santos; Assis, Paulo Santos; Leal, Elisângela Martins; Castro, José Adilson de
O balanço do potencial térmico das escórias é importante nas análises de eficiência energética, pois serve para avaliar a disposição de calor para aplicação em determinados processos que permitem o reaproveitamento dessa energia térmica, a diminuição do consumo de outros combustíveis de maior custo durante um determinado processo siderúrgico, ou servindo para produção de energia elétrica e até mesmo para aplicação em outros processos industriais fora da siderurgia, favorecendo a diminuição de custos e a proteção ambiental. Este trabalho demonstra a possibilidade de reduzir o gasto de energia para geração de calor, trazendo a economia de recursos e evitando o aumento das emissões de gases de efeito estufa por meio da utilização do aporte térmico das escórias em temperatura aproximada de 1150ºC. Inserindo-as numa câmara de recuperação de calor que utiliza sopro de ar, é possível obter ar quente com uma temperatura de até 520 ºC e uma taxa de recuperação de calor da escória em torno de 76%. Sendo assim, é feito um balanço térmico do calor recuperado do ar quente de escórias numa câmara de recuperação, para posterior aplicação desse calor em um forno de recozimento de bobinas laminadas a frio. A quantidade de calor efetivo recuperado das escórias (1000 MJ/t escória) supera a quantidade de calor do ar de combustão de um forno para recozimento de bobinas, sabendo que um forno suporta em média 3 bobinas, e uma bobina pesa em torno de 3 toneladas, obtém-se a necessidade de uma quantidade de calor de 727 MJ do ar de combustão do forno, sendo assim, a quantidade de calor efetivo recuperado por uma tonelada de escória supera esse valor. Conforme o estudo realizado, uma massa de 3,96 t de escória permite gerar aproximadamente 3958 MJ, enquanto um forno de recozimento de bobinas a frio necessita de uma entrada total de calor de pelo menos 4781 MJ para um ciclo normal. A opção de utilização do aporte térmico dessa massa de escória permite gerar uma economia de aproximadamente R$ 346,73 para apenas um ciclo de recozimento de bobinas laminadas a frio. Além da economia de outros recursos energéticos e da redução de custos, também é possível considerar os ganhos ambientais referentes a esse processo de recuperação de calor, como a reintrodução de gases provenientes da escória diretamente no processo de queima do forno de recozimento de bobinas laminadas a frio. Sendo assim, esse processo de recuperação de calor cumpre bem os objetivos da eficiência energética.
Ondas ultrassônicas para o controle de Limnoperna fortunei – o mexilhão dourado.
(2022) Araújo, Gislaine Soares; Assis, Paulo Santos; Pelli, Afonso; Assis, Paulo Santos; Velten, Hermano Endlich Schneider; Hayashi, Carmino
O presente estudo se caracteriza como uma pesquisa experimental realizada em laboratório, com o objetivo de verificar possível efeito de ondas ultrassônicas no controle da invasão do Limnoperna fortunei (mexilhão-dourado). Foram realizados três experimentos contendo quantidades distintas de indivíduos e, para cada experimento, o aparelho sonicador foi utilizado na frequência de 40kHz. Adicionalmente, os procedimentos realizados variaram em tempo e dias de exposição dos indivíduos às ondas ultrassônicas. Os resultados apresentaram números variados para mortalidade e desacoplamento das amostras analisadas, havendo diferenças significativas referentes ao tempo de exposição por experimento e dias em que as amostras foram submetidas. Assim, o uso do ultrassom para a desincrustação e morte dos mexilhões dourados foi eficiente e pode ser uma alternativa ao controle da invasão do L. Fortunei.
Caracterização teórica de novas moléculas de β-Dicetonato de Difluoroboro Flavanona.
(2023) Carvalho, Gabriel Luiz de; Matos, Matheus Josué de Souza; Matos, Matheus Josué de Souza; Postacchini, Bruna Bueno; Silveira Júnior, Orlando José
A caracterização teórica e experimental de moléculas orgânicas em Ciências dos materiais têm um imenso interesse científico e tecnológico pois visa compreender as propriedades da estrutura eletrônica de sistemas moleculares úteis no desenvolvimento de novos materiais para nanodispositivos como células solares, dispositivos optoeletrônicos, biossensores. Neste trabalho, através de métodos teóricos de primeiros princípios, podemos caracterizar compostos derivados do Boro por exemplo, como o BODIPY e β-dicetonato de Difluoroboro (BF2dbm) que exibem fortes características fotofísicas com elevados valores para os coeficientes molares de absorção. Utilizamos a Teoria do Fucional da Densidade (DFT) e sua extensão dependente do tempo (TDDFT) para investigar a estrutura eletrônica, o gap de energia, orbitais moleculares e as diferenças de orbitais em estados excitados utilizando o funcional híbrido B3LYP de uma familia de 9 moléculas inéditas. Os cálculos foram realizados considerando-se três diferentes solventes: Acetonitrila, Clorofómio e THF (Tetraidrofurano) com intuito de comparar com os dados experimentais. A abordagem TDDFT com a aproximação Tamm-Dancoff (TDA) ao se utilizar os solventes mostrou que a 1a banda de absorção (de mais baixa energia), é composta majoritariamente por transições do 1o ao 4o estado excitado (com exceção da molécula 4a que obteve até o 5o estado). Além disso, esta abordagem revelou que os cálculos TDDFT se apro- ximaram melhor dos valores experimentais do que os cálculos DFT. Também foram realizados cálculos de espectroscopia no infravermelho ativo para observar os modos normais de vibração considerando os diferentes grupos funcionais de cada molécula. Analisamos o gap de energia a partir dos espectros de absorção das 9 moléculas e detectamos a ocorrência do deslocamento batocrômico (Red Shift) e hipsocrômico (Blue Shift) devido a adição de solventes nos cálculos teóricos quando comparados com os cálculos em fase gasosa. Notamos também que os dados teóricos contendo solvente foram os que mais se aproximaram dos valores experimentais. Ana- lisamos também as energias de excitações dos orbitais de fronteira HOMO e LUMO que são responsáveis pela contribuição principal na transição eletrônica do estado fundamental para o 1o estado excitado, presente na primeira banda de absorção referente ao maior comprimento de onda em que as moléculas absorvem na região UV-Vis. Num estudo posterior, pretendemos estudar a formação de Dímeros com as moléculas 4a, 4c e 4e inicialmente, comparando com os valores experimentais afim de compreender o comportamento da estrutura eletrônica no estado sólido e a fim de entender seu comportamento em dispositivos eletrônicos.
Crescimento e caracterização de dissulfeto de molibdênio bidimensional por deposição química na fase vapor.
(2022) Alves, Vinícius Fonseca; Almeida, Ive Silvestre de; Barboza, Ana Paula Moreira; Almeida, Ive Silvestre de; Matos, Matheus Josué de Souza; Rezende, Natália Pereira
Os nanomateriais têm despertado o interesse em diversos campos de pesquisa devido às suas excelentes propriedades e potencialidade de aplicações. Esses materiais possuem no mínimo uma dimensão em escala nanométrica e podem ser obtidos de diferentes maneiras: esfoliação mecânica ou química diretamente de um mineral, ou podem ser sintetizados diretamente sobre substratos específicos. Neste trabalho visamos estabelecer as condições adequadas à síntese de poucas camadas de dissulfeto de molibdênio (MoS2), utilizando a técnica de deposição química em fase vapor, mais conhecida como CVD. Há vários estudos sobre o crescimento de MoS2, porém cada sistema necessita de seus próprios parâmetros, sendo necessário a adaptação dos mesmos para a produção de flocos de qualidade. A proposta envolve o estudo da síntese deste nanomaterial desde a escolha dos precursores (e parâmetros relevantes no processo), à caracterização óptica, elétrica e mecânica do mesmo. Para isso serão utilizadas técnicas de processamento de amostras, técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda como Microscopia de Força Atômica e Microscopia de Força Lateral (caracterizações mecânicas), além da Microscopia de Força Elétrica (caracterização elétrica) e Espectroscopia Raman para averiguação da qualidade e número de camadas dos flocos crescidos.
Estudo sobre a dopagem de diferentes fases de Nb2O5 utilizando a Teoria do Funcional da Densidade.
(2022) Lara, Ramon Silva; Matos, Matheus Josué de Souza; Galvão, Breno Rodrigues Lamaghere; Matos, Matheus Josué de Souza; Batista, Ronaldo Junio Campos; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho
O Brasil é um dos maiores produtores de nióbio do mundo e a pesquisa com esse material torna- se muito importante para encontrar nichos para sua aplicação. O pentóxido de nióbio (Nb2O5) contém grandes quantidades de nióbio. Este é um material semicondutor que possui diferentes fases. Existem pelo menos três polimorfos Nb2O5 importantes e sua cristalização depende se temos baixa(600 ◦C á 800◦C), média(800◦C á 950◦C) ou alta(acima de 1000◦C) temperatura. As fases em temperatura média são conhecidas como fase B e para temperatura alta temos a fase H. No processo de síntese desses materiais, é possível que existam átomos metálicos dopantes como Co e Ni. Aqui, apresentamos um estudo utilizando a teoria do funcional da densidade so- bre a estrutura eletrônica e propriedades estruturais e energéticas das fases B e H dopadas com átomos de cobalto e níquel. Nossos cálculos são baseados na teoria do funcional da densidade como implementada no código SIESTA. Na primeira parte do estudo, discutimos as proprieda- des estruturais e energéticas das fases do Nb2O5 puras. Os resultados obtidos na primeira parte estão de acordo com que já existe na literatura. A energia de formação das fases B e H dife- rem em apenas 0,2 eV e, de acordo com nossos cálculos, a fase B é a mais estável em T=0. Também descobrimos que a lacuna de energia desses materiais é de aproximadamente 1,5 eV. Para Nb2O5 / H e Nb2O5 / B dopado com átomos de cobalto, surgem estados de defeito loca- lizados próximos ao mínimo da banda de condução (CBM) e ao máximo da banda de valência (VBM). Por outro lado, para dopagem com átomos de níquel, os estados de defeito surgem no meio do gap. Outro resultado foi obtido realizando cálculos com efeito de polarização do spin, indicando a componente de spin que participa da criação de estados, quando a nióbia é dopada.
Investigação da Banda G em dobras de grafeno por Simulações de Dinâmica Molecular.
(2022) Mateus, Rafael Rodrigues; Oliveira, Alan Barros de; Oliveira, Alan Barros de; Batista, Ronaldo Junio Campos; Wardil, Lucas Lages
O grafeno é um material bidimensional que foi obtido experimentalmente pela primeira vez em 2004 e, desde então, tem sido bastante pesquisado devido ao fato de apresentar algumas propriedades de interesse como por exemplo sua grande área superficial e sua alta mobilidade de cargas. Além disso, ele apresenta uma gama de possíveis aplicações como exemplo cé- lulas solares e supercapacitores. O grafeno pode apresentar em sua estrutura rugas e dobras que podem surgir de maneira natural no material e que, por sua vez, podem vir a modificar algumas das propriedades do grafeno planar como por exemplo sua resistência a compressão e deformação e sua afinidade química. Experimentalmente, uma das técnicas mais empregadas no estudo do grafeno tem sido a espectroscopia Raman, que não danifica a amostra e é capaz de nos fornecer informações como dopagem, número de camadas de grafeno, deformações e defeitos na estrutura, por meio da análise das bandas características do grafeno como banda G, D e 2D, advindas dos modos vibracionais do material. Análises dos modos vibracionais do grafeno também podem ser realizadas de maneira teórica empregando simulações compu- tacionais, e seus resultados podem vir a contribuir com a compreensão dos resultados obtidos com a espectroscopia Raman. Tendo isso em vista nosso trabalho propõe investigar, por meio do emprego de simulações de dinâmica molecular clássica, o comportamento da banda G de estruturas compostas por grafeno mono e multicamadas, correlacionando com deformações na estrutura (dobras) e presença ou ausência de substrato, por meio da análise do stress e do strain observados nas estruturas. Durante nosso trabalho, nós utilizamos o software LAMMPS para realizações das simulações de dinâmica molecular. Como potencial interatômico foi utilizado o potencial AIREBO na maior parte de nossas simulações, sendo algumas das simulações feitas com potencial híbrido nas quais foram empregados tanto AIREBO quanto Lennard-Jones. Para análise do stress e do strain foi empregado o software OVITO que nos permitiu, por meio de mapas de cores, observar o comportamento de ambos em nossas estruturas. Nossos resultados nos mostraram que grafeno mono e multicamadas estão sujeitos a strain de compressão e de estiramento na direção das dobras. Apesar disso a relação entre o strain local e a banda G não se mostrou de fácil compreensão, o comportamento observado não era aquele esperado por nós quando comparados aos do grafeno planar (deslocamento do pico da banda G para a direita de- vido à aplicação do strain de compressão e, deslocamento do pico da banda G para a esquerda devido à presença de strain de estiramento). A investigação da presença e ausência do substrato na região das dobras nos mostrou que sua presença era capaz de causar maiores deformações nestas regiões, o que levava a alterações da banda G, principalmente para as folhas mais inter- nas. Os resultados obtidos para as folhas mais internas não se mostraram frutos somente da presença do substrato nas regiões das dobras.
Desenvolvimento e caracterização de cerâmicas de dióxido de titânio dopadas com nióbio e lantânio.
(2022) Sales, Joel Neto Bispo de; Manhabosco, Taíse Matte; Freitas, Antonio Evangelista de; Manhabosco, Taíse Matte; Rêgo Segundo, Alan Kardek; Righi, Ariete
O TiO2 é um material versátil com potencial para uma ampla gama de aplicações tecnológicas como catalisadores, sensores e antenas de Microfita. Neste trabalho, TiO2 co-dopado com Nióbio (Nb+5) e Lantânio (La+3) foi produzido através de uma reação de estado sólido a 1350°C em atmosfera de ar e nitrogênio (N2). As amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), difração de raios X (DRX) e medidas de permissividade elétrica. As imagens SEM mostram a redução no tamanho do grão com a adição de dopantes. As amostras sinterizadas em N2 não apresentaram boa densificação devido à evaporação incorreta do ligante PVA. Por meio de espectroscopia de espalhamento Raman, através da análise da largura a meia altura dos picos do espectro, os resultados confirmaram a co-dopagem das amostras com La e Nb. O DRX também confirmou a dopagem com La e Nb e a presença de uma fase secundária nas amostras. O analisador de impedância identificou um aumento significativo na permissividade elétrica para amostras sinterizadas em ar e N2. A permissividade colossal ainda não foi alcançada. No entanto, nossos resultados podem indicar que, melhorando o processo de síntese de TiO2 por reação no estado sólido, existe a possibilidade de obter uma permissividade colossal. Foi identificada uma tangente de perda próxima de zero, o que permite a aplicação deste material para diversas aplicações na indústria de dispositivos eletrônicos.
Caracterização de sulfeto de antimônio bidimensional por microscopia de varredura por sonda.
(2022) Benedito, Atália Júlio; Barboza, Ana Paula Moreira; Pinto, Elisângela Silva; Barboza, Ana Paula Moreira; Soares, Jaqueline dos Santos; Barcelos, Ingrid David
Materiais em escala nanométrica apresentam diferentes propriedades se comparados às suas propriedades em escala macroscópica. Tais propriedades podem estar intercaladas entre aquelas associadas ao nível atômico (ou molecular). Logo, há um grande desenvolvimento de novos materiais nanoestruturados, não só na área de pesquisa acadêmica, como também, em setores que empregam alta tecnologia, na indústria eletrônica, aeroespacial e de embalagens, por exemplo. Uma linha de pesquisa que vem crescendo na área científica são os chamados materiais bidimensionais. A inspiração para a busca por novos materiais nessa dimensão se deve ao interesse na descoberta de propriedades capazes de modificar sistemas que conhecemos atualmente. Este projeto buscou investigar, pela primeira vez, um novo material bidimensional: o sulfeto de antimônio (Sb2S3) utilizando principalmente técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda. O objetivo foi verificar desde os processos de obtenção do material, na escala nanométrica, até o estudo de suas propriedades morfológicas, elétricas e ópticas. Os resultados alcançados nos permitem afirmar que o sulfeto de antimônio bidimensional tem grande potencial para aplicações em dispositivos fotossensíveis na escala nanométrica.
Obtenção, estudo cristaloquímico e investigação de propriedades fluorescentes de novos sistemas multicomponentes contendo ácido pícrico e derivados nitrogenados.
(2021) Moura, Ana Luiza de Souza; Correa, Rodrigo de Souza; Correa, Rodrigo de Souza; Carvalho Júnior, Paulo de Sousa; Clavijo, Juan Carlos Tenorio
A química supramolecular, ou a “química além da molécula”, consiste no estudo e na montagem de sistemas baseados nas interações intermoleculares, as ligações não-covalentes, que ocorrem entre as moléculas, sendo então responsáveis pela estrutura e organização dessas moléculas no espaço. Um tipo de sistema que é construído a partir dessas interações, são os sistemas multicomponentes, sólidos cristalinos que podem ser sais ou cocristais. No presente trabalho foram obtidos cinco novos sais de picrato contendo compostos nitrogenados, sendo eles ADA-AP.H2O, PPY-AP, DPK-AP, BBBPY-AP and DPO-AP, onde AP significa ácido pícrico, ADA é amantadina, PPY é 4-pirrolidinilpiridina, DPK é 2,2’-dipiridil cetona, BBBPY é 4,4’-diterc-butil-2,2’-bipiridina e DPO é 2,5-difeniloxazol. Os materiais foram obtidos por meio de recristalização em acetonitrila, envolvendo a proporção 1:1 de ácido pícrico e derivado nitrogenado. Os cinco compostos obtidos foram caracterizados por ponto de fusão e por espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e visível (UV-vis) e espectroscopia de absorção na região do infravermelho (IV). Todas as estruturas cristalinas foram elucidadas pela técnica de difração de raios X por monocristal (DRX), permitindo confirmar a estrutura proposta. Os dados de DRX fornecem informações importante sobre a natureza molecular dos materiais. Observou-se que em todos os casos estudados, houve a formação de sais, oriundos da transferência de um hidrogênio do ácido pícrico para o derivado nitrogenado. Detalhes sobre as interações intermoleculares das cinco novas espécies foram estudadas pelas análises das superfícies de Hirshfeld e dos gráficos de fingerprint 2D. Por fim, estudos por espectroscopia de fluorescência estacionária revelou que apenas o composto DPO-AP apresenta um comportamento fluorescente diferente, frente a presença do ácido pícrico. Isto revela que o derivado nitrogenado DPO pode vir a atuar com um sensor para detecção de ácido pícrico. Estudos mais detalhados serão realizados para melhor entender este comportamento.
Propriedades fotofísicas de derivados de Benzazol e os mecanismos de supressão da fluorescência por fulerenos.
(2022) Guaje, Cristian Ferney Alvarez; Cazati, Thiago; Postacchini, Bruna Bueno; Cazati, Thiago; Almeida, Ive Silvestre de; Vieira, André Alexandre
A estrutura química das moléculas orgânicas conjugadas estabelece afinidade com suas propriedades fotofísicas, essa relação favorece a caracterização de novas moléculas para determinar qualidades que facilitam sua aplicação e fabricação de dispositivos optoeletrônicos. Neste contexto, este trabalho apresenta o estudo das propriedades fotofísicas de três moléculas inéditas derivadas fluorescentes de Benzazol, constituídas por um heteroátomo central de enxofre, ou oxigenio ou nitrogênio (AB-S, AB-O, AB-N). As propriedades fotofísicas das moléculas derivadas de Benzazol foram estudadas em líquido (solução) e sólido (filme) à temperatura ambiente, usando espectroscopia de absorção, fluorescência estacionária e fluorescência resolvida no tempo. Essas moléculas apresentam absorção na região do visível, elevados valores de eficiência quântica de fluorescência e decaimentos radiativos monoexponencial (um único tempo de vida de estado excitado). O trabalho também apresenta o estudo das interações intermoleculares entre essas moléculas fluorescentes e os fulerenos. A fluorescência dos compostos em solução de tolueno com diferentes concentrações de fulerenos C60 e derivado solúvel Pyrrolidine trisacid ethyl ester (C72H19O6N) (PyC60) foi suprimida por mecanismos simultâneos (dinâmico e estático) de supressão. A constante de supressão de fluorescência (Ksv) e os raios das esferas efetivas de supressão foram obtidas a partir dos gráficos de Stern-Volmer. Os valores de energia dos orbitais moleculares (HOMO, LUMO) das moléculas foram estimados usando Voltametria (VC). Os resultados obtidos demonstram características importantes para o uso dessas moléculas em dispositivos eletrônicos ˆ orgânicos de conversores de energia solar.
Eletrodeposição de hidroxiapatita com incorporação de nanoestruturas de nitreto de boro hexagonal.
(2021) Teles, Juliana Maria Silva; Manhabosco, Taíse Matte; Sousa, Edésia Martins Barros de; Manhabosco, Taíse Matte; Righi, Ariete; Alvarenga, Érika Lorena Fonseca Costa de
A hidroxiapatita (HA) é o principal constituinte da fase inorgânica do osso e responsável pela rigidez da matriz óssea. Diante disso, a hidroxiapatita é um biomaterial clinicamente aceito em implantes ortopédicos e dentários. Entretanto, por ser um material cerâmico, sua fragilidade e propensão ao desgaste limita seu uso nestes tipos de aplicações. Pesquisas recentes mostram que a incorporação de uma segunda fase nanoestruturada é capaz de proporcionar melhorias nas propriedades mecânicas da matriz (HA). Neste contexto, este trabalho propõe aprimorar as propriedades mecânicas da HA incorporando nanoestruturas de nitreto de boro hexagonal (h- BN), tais como nanotubos (BNNT) e nanofolhas (BNNS) sem detrimento às propriedades anticorrosivas. Revestimentos de HA pura e de HA com incorporação das nanoestruturas de h- BN foram obtidas através de eletrodeposição pulsada sobre substrato de liga de magnésio AZ31. Foram empregadas as técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Espectroscopia por transformada de Fourier na região do Infravermelho (FTIR), Espectroscopia Raman, Polarização Potenciodinâmica e Ensaio de Desgaste. As imagens ao microscópio eletrônico de varredura revelaram que os revestimentos de HA depositados por 40 minutos sobre substrato alcalinamente tratado apresentam uma morfologia mais adequada e com placas de revestimento sobrepostas. Os resultados obtidos por espectroscopia Raman confirmam que as nanoestruturas de h-BN foram incorporadas com sucesso aos revestimentos de HA. Revestimentos com incorporação de 0,01 g/l de nanotubos de nitreto de boro hexagonal (BNNT) apresentaram resultados promissores quanto à resistência à corrosão e ao desgaste quando comparados aos revestimentos sem incorporação de nanoestruturas. Desta forma, a incorporação de BNNT como uma segunda fase de reforço apresentam potencial para proporcionar melhorias nas propriedades mecânicas e anticorrosivas dos revestimentos de HA.
Eletrodeposição de revestimentos compósitos de hidroxiapatita/óxido de grafeno sobre substrato de liga de magnésio.
(2021) Carneiro, Larissa da Silva; Manhabosco, Taíse Matte; Soares, Jaqueline dos Santos; Manhabosco, Sara Matte; Manhabosco, Taíse Matte; Barboza, Ana Paula Moreira; Alvarenga, Érika Lorena Fonseca Costa de
A elevada taxa de envelhecimento populacional demanda uma particular atenção devido ao aumento significativo de doenças que acometem o sistema esquelético, sendo necessário intervenção médica no reparo e reconstrução de estruturas ósseas. Diante desse cenário, a aplicação do Magnésio e suas ligas vêm sendo estudada como implantes metálicos biodegradáveis, apesar de sua alta taxa de corrosão em condições fisiológicas. Com o intuito de minimizar este problema, revestimentos de hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2) vêm sendo amplamente empregados devido sua biocompatibilidade. Neste trabalho, objetiva-se o aumento da resistência à corrosão e ao desgaste de liga de magnésio AZ31 pela eletrodeposição pulsada de revestimentos de hidroxiapatita com a incorporação de óxido de grafeno nas seguintes concentrações de 0,1 g/L, 0,01 g/L e 0,001 g/L. Para a análise dos revestimentos realizou-se a microscopia de varredura eletrônica, espectroscopia Raman, difração de raios X, ensaio de polarização potenciodinâmica e ensaio de desgaste. As imagens ao microscópio eletrônico de varredura revelaram que os revestimentos de hidroxiapatita pura depositados por 40 minutos sobre substrato de liga de magnésio com tratamento térmico alcalino apresentam morfologia mais adequada ao se comparar com os revestimentos depositados por tempo de 30 e 60 minutos sobre os substratos tratados em meio ácido e meio térmico alcalino. Os resultados de espectroscopia Raman dos revestimentos apresentam o pico de maior intensidade em 960cm-1 , típica da hidroxiapatita e as bandas D e G que são características do óxido de grafeno. A difratometria de raios X confirmou a estrutura cristalina da hidroxiapatita. Dentre os revestimentos compósitos com diferentes concentrações de óxido de grafeno, verificou-se que a incorporação de 0,1 g/L desse material conduz a uma morfologia com menor ocorrência de trincas e melhor interligação da matriz de hidroxiapatita, além de um aumento na resistência à corrosão em comparação ao substrato puro e uma redução no dano de desgaste (largura das trilhas de desgaste) de 10%. Porém, os resultados da polarização potenciodinâmica dos revestimentos de hidroxiapatita pura evidenciaram uma superior resistência à corrosão ao se comparar com os revestimentos compósitos. Dessa forma, este trabalho apresenta uma contribuição no estudo de revestimentos de ligas metálicas para aplicações biomédicas, uma vez que apresenta revestimentos cerâmicos e compósitos que podem ser utilizados para melhorar a resistência à corrosão e desgaste de ligas de magnésio.

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