Este trabalho investigou a deposição de filmes finos de ferrita de bismuto (BFO) através da técnica spray pirólise utilizando sais inorgânicos como precursores em diferentes solventes e silício como substrato, visando a deposição em menor temperatura e a obtenção de diferentes morfologias de superfície. Para tanto, foram utilizados água, etilenoglicol e etanol/butil carbitol (1:1) como solventes na preparação da solução a ser aspergida. Foram realizadas deposições com diferentes temperaturas do substrato: 200, 250, 300 e 350ºC para cada solvente utilizado. A deposição de filmes BFO em baixas temperaturas (200ºC) favoreceu a formação de filme. Para o solvente etilenoglicol (maior ponto de ebulição), verifica-se a formação de filmes porosos, já para o solvente etanol/butil carbitol (1:1) foi verificada a formação de filmes densos com a presença de trincas. As análises termogravimétricas (ATG) e termodiferenciais (ATD) foram realizadas para os filmes como-depositados a 200ºC com diferentes solventes. Após a deposição, as amostras foram tratadas termicamente a 550ºC por 1h, visando a formação da fase cristalina BiFeO3 com estrutura romboédrica. Os filmes foram analisados por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram a obtenção da fase cristalina do BiFeO3 após o tratamento térmico a 550ºC/1h com a presença de fase secundária. As imagens de MEV evidenciaram a formação de filmes independente do solvente utilizado para a temperatura de 200ºC. Contudo, o aumento da temperatura promoveu a formação de partículas sobre o substrato e não uma formação contínua de filme, evidenciada pela composição elementar medida através de espectroscopia por energia dispersiva de raios X (EDX). A caracterização elétrica dos filmes foi realizada utilizando espectroscopia de impedância (EI) em função da temperatura, sendo observada maior condutividade para o filme depositado com etilenoglicol. A fase BFO não estequiométrica evidenciada por DRX pode explicar as diferentes condutividades elétricas mensuradas por EI quando utilizado diferentes solventes. As propriedades ópticas foram medidas utilizando-se espectroscopia de reflectância difusa, encontrando-se um band gap entre 2,23 – 2,26 eV. / This research investigated the deposition of thin films of bismuth ferrite (BFO) on silicon substrate using the spray pyrolysis technique based on inorganic salts as precursors. For this purpose water, ethylene glycol and ethanol/butyl carbytol (1:1) were used as solvents to prepare the solution for spraying. The depositions were carried out with different substrate temperatures for each solvent used: 200, 250, 300 and 350ºC. The film deposition at low temperatures (200°C) promotes the formation of cracks due to the arrival of the liquid state from droplets sprayed by the atomizer. When using solvent ethanol/butyl carbytol (1:1) the formation of dense films was verified for the different depositions. The thermal gravimetric (TGA) and differential thermal analysis (DTA) were performed for the as-deposited films at 200°C with different solvents for the study of possible reactions of thermal decomposition. The BFO films were heated at 550°C for one hour aiming to the formation of the crystalline state BiFeO3 with rhombohedral structure. The films were analyzed by Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) before and after treatment. The XRD showed the crystalline state obtained after the heat treatment at 550°C/1h. It was observed the formation of non-stoichiometric composition on the film. The SEM images showed formation of films regardless of the solvent used for the temperature to 200°C. However, the increase temperature promotes the formation of particles on the substrate. Applying the ethylene glycol solvent the formation of porous films appeared, since for ethanol/butyl carbytol (1:1) was observed the formation of dense films with the presence of cracks. The electrical characterization of the films will be performed using impedance spectroscopy (IS) coupled to a furnace in order to vary the temperature of the measures. The film deposited with ethylene glycol presents a major electrical conductivity than films deposited using ethanol/butyl carbytol or water. This behavior can be associated with a non-stoichiometric composition of BFO. Moreover, the optical properties were obtained by diffuse reflectance spectroscopy. The films present a band gap between 2.23 and 2.26 eV, approximately.

In thin films solar cells technology, many different materials have been used; however, toxic and expensive materials and techniques have been widely employed up to date. In this work, three different low/non-toxic materials were grown by means simple and cheap techniques.Cd1–xZnxS thin films with Zn concentrations of 0–5 at.% were analyzed. The effect of the addition of different molar Zn concentrations to the reaction mixture on the growth mechanism of Cd1–xZnxS thin films and the influence of these mechanisms on structural, optical and morphological properties of the films has been studied.Cd1–xZnxS thin films were synthesized by chemical bath deposition using an ammonia-free alkaline solution. Microstructural analysis by X-ray diffraction showed that all deposited films grew with hexagonal wurtzite structure and crystallite sizes decreased as the Zn concentration in the film increased. Optical measurements indicated a high optical transmission between 75 % and 90 % for wavelengths above the absorption edge. Band gap value increased from 2.48 eV to 2.62 eV, and the refractive index values for Cd1–xZnxS thin films decreased as the Zn increased. These changes in films and properties are related to a modification in growth mechanism of the Cd1–xZnxS thin films, with the influence of Zn(OH)2 formation being more important as Zn in solution increased.Characterization of ZnS thin films deposited by chemical bath in a non-toxic alkaline solution is reported. The effect of deposition technique (growth in several times) on the properties of the ZnS thin film was studied. The films exhibited a high percentage of optical transmission (greater than 80 %); as the deposition time increased a decreasing in the band gap values from 3.83 eV to 3.71 eV was observed. From chemical analysis, the presence of ZnS and Zn(OH)2 was identified and X-ray diffraction patterns exhibited a clear peak corresponding to ZnS hexagonal phase (103) plane, which was confirmed by electron diffraction patterns. From morphological studies, compact samples with well-defined particles, low roughness, homogeneous and pinhole-free in the surface were observed.On the other side, characterization of one-step electrodeposited CuInS2 thin films is reported. The effect of the complexing agent C8H5KO4 on the reduction potential of metallic ions, as well as the annealing conditions to avoid film oxidation was studied. From polarization curves, it was observed that C8H5KO4 is an appropriate complexing agent to bring the reduction potential of Cu2+ closer to In3+. XRD patterns showed films with hexagonal structure and no peaks attributed to oxide phases were observed, under a 95 % N2 + 5 % H2 atmosphere and using a carbon holder. However, others two weak peaks associated to Cu7S4 phase were identified. The CuInS2 thin films exhibited a band gap value of 1.50 eV, low optical transmission in the visible range, p-type conductivity and a charge carrier concentration of 2.3 × 10-18 cm-3. Finally, from morphological and chemical analysis, it was possible to observe a compact morphology and free of pinholes surface with a composition close to the stoichiometric one. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Orientador: Elidiane Cipriano Rangel / Banca: Célia Marina de Alvarenga Freire / Banca: Antonio Riul Júnior / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi na Unesp / Resumo: A liga de alumínio 2024 é largamente utilizda pelas indústris aeronátuca e automobilística devido a sua dureza e baixa densidade. No entanto, a presença de cobre em sua composição, torna a liga suscetível à corrosão estimulada por meios agressivos, como atmosfera salina ou rica em oxigênio atômico (baixa órbita da terra). A solução existente empregada para a proteção contra a corrosão é a cromatização, mas esse método gera grandes quantidades de efluentes e resíduos contendo 'Cr POT. 6+', altamente carcinogênico, tornando o estudo de novos materiais protetivos muito relevante. Neste trabalho, investigou-se a proteção contra a corrosão fornecida à liga de alumínio 2024 por filmes finos depositados utilizando PECVD (do inglês, Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) e IIDP (Implantação Iônica de Deposição por Imersão em Plasma). Em uma investigação inicial, filmes foram depositados sobre a liga a partir de plasmas de metano diluído em argônio, de acetileno diluído em argônio e de hexametildisiloxano (HMDSO), pela técnica convencional de PECVD. Em uma etapa subsequente do trabalho, filmes a partir de acetileno diluído em argônio foram preparados pela IIDIP e estudou-se a variação do tempo de deposição na proteção contra a corrosão. Desta forma, foram obtidos filmes aderidos ao substrato que promoveram um aumento na resistência à corrosão de 15 vezes em teste de névoa salina e de 20 vezes em ensaio de impedância. Finalmente, investigou-se o efeito da potência do sinal de excitação do plasma nas propriedades de filmes depositados a partir de misturas de hexametildisiloxano e oxigênio. Tais filmes apresentaram um aumento na resistência à corrosão em névoa salina de 36 vezes e em impedância de 240 vezes. A composição e estrutura química dos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The 2024 aluminum alloy is widely used by the aerospace and automotive industries due to its hardness and low density. However, the presence of copper in its composition makes the alloy susceptible to corrosion, which is stimulated by aggressive environments such as saline atmosphere or rich in atomic oxygen (at the low earth orbit). The existing solution used for protection against corrosion is the chromatizing, but this method generates large quantities of residues and effluents such as the 'Cr POT. 6+', which is highly carcinogenic, making of the study of new protective materials very relevant. This work proposes to investigate the protection against corrosion given to the 2024 aluminum alloy by thin films deposited on it utilizing PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) and IIPD (Ion Implantation Plasma Immersion and Deposition). Initially, films from methane diluted in argon, acetylene diluted in argon and hexamethyldisiloxane (HMDSO) were applied over the alloy using the conventional PECVD technique. From that, in a subsequent stage of work, films from acetylene diluted in argon were prepared by IIIPD to study the variation of deposition time in the protection against corrosion. In that way, films adhered to the substrate were obtained and promoted a 15 time increase in the corrosion resistance in salt sapray test and 20 time increase in the impedance test. Finally, it was investigated the effect of the power of plasma excitation signal on the properties of films deposited from mixtures of HMDSO and oxygen. These films showed a 36 time increase in corrosion resistance in salt spray and 240 time increase in impedance test. The chemical composition and structure were analyzed by Infrared spectroscopy. Corrosion resistance was evaluated in Salt Spray chamber, by reactive oxygen plasmas, by Electrochemical Impedance Spectroscopy and... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Elson Longo da Silva / Banca: Alberthmeiry Teixeira de Figueiredo / Banca: Alejandra Hortencia Miranda Gonzáles / Banca: Marcia Tsuyama Escote / Banca: Maria Fernanda do Carmo Gurgel / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caracter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Perovisquita é a estrutura mais comum vista nos materiais ferroelétricos, a qual tem sido amplamente utilizado na indústria de dispositivos nas últimas décadas. Dentre essa classe de materiais o PbTiO3 é um dos materiais extensamente estudado devido a sua ampla faixa de aplicações como, por exemplo, capacitores, sensores piroelétrico e piezelétricos, memórias ferroelétricas. A substituição do Pb2+ pelos íons Ba2+/Ca2+, Ba2+/Sr2+ e Ca2+/Sr2+ no siste ma PbtiO3, a qual conduziu a formação de sistemas PBCT, PBST e PCST, produziu varias mudanças nas propriedades elétricas e estruturais desses materiais. No entanto, poucos trabalhos têm sido dedicados a esses sistemas baseado numa incorporação complexa de dois diferentes íons no sítio A, com relação a um profundo estudo teórico e experimental. A caracterização experimental por difração de raios X, espectroscopia micro-Raman e FT-IR mostram uma diminuição no grau de tetragonalidade para esses materiais. Essa alteração estrutural em função dos substituintes foi também responsável pela diminuição do grau de polarização. Nesta tese, foi aplicado também o método computacional dos primeiros princípios para estudar esta importante classe de materiais. A estrutura eletrônica, energia do banc gap, a densidade e estados (DOS) nos cristais ferroelétricos PBCT, PBST e PCST foram estudadas usando a teoria do funcional de densidade combinada com B3LYP. Os resultados teóricos foram correlacionados com os resultados experimentais para investigar e interpretar melhor a influência dos pares de íons Ba/Ca, Ba/Sr e Ca/Sr na ferroeletricidade do sistema PT. Pela análise teórica o grau de polarização bem como de tetragonalidade diminuiu no sistema PCST comparado ao PBCT e PBST, devido à presença agora de um forte caráter de ligações iônicas dentro... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Perovskites are the most commonly seen ferroelectrics, which have been widely used in the industry of devices in the last few decades. In addition, Lead titanate (PbTiO3) is an extensively studied material wich a wide range of application, for intance as capacitors, piezoeletric and pyroelectric sensors and ferroelectric memories. The substitution of Pb2+ ions Ba2+/Ca2+, Ba2+/Sr2+ e Ca2+/Sr2+ ions in the PbTiO3 system, which leads to the formation of the PBCT, PBST e PCST systems, induces several change in the electric and structural properties of these materials. However, PBCT, PBST and PCST systems based on the complex incorporation of two different ions at site A have not been thoroughly investigated and the literature contains few reports concerning their experimental and theoretical study of these materials. The characterization with X-ray diffraction, Raman spectroscopy and spectroscopy techniques on the infrared region of these samples showed a decrease of the tetragonality degree. These structural modifications were also responsible by the decrease in the polarization degree of these samples. In this thesis, we also have applied first-principles computational methods to the study this important class of materials. The electronic structure, energy band structure, and density of states (DOS) in ferroelectric crystal PBCT and PCST are studied by using density functional theory (DFT) combined with the B3LYP. The theoretical results were correlated with experimentals results to investigate and interpret better the influence of pairs of ions Ba/Ca, Ba/Sr and Ca/Sr on the ferroelectricity of the system PT. By theoretical analysis the degree of polarization as well as ferroelectricity in the PCST decreased compared with the systems PBCT and PBST, due to the presence of strong ionic character in this crystal... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: José Humberto Dias da Silva / Banca: Mario Antonio Bica de Moraes / Banca: Jose Roberto Ribeiro Bortoleto / Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem carater institucional e integra as atividades de pequisa em materiais de diversos campi / Resumo: Semicondutores de gap largo são materiais de grande interesse devido às suas amplas aplicações tecnológicas. Entre os semicondutores de gap largo se destaca o GaN que apresenta características desejáveis para tais aplicações, como valor de energia de bandgap de 3,4 eV, alta condutividade térmica e alta dureza. As técnicas convencionais para a produção de filmes finos de GaN são a epitaxia por feixe molecular (MBE) e deposição de vapor químico de precursores metalorgânicos (MOVPE), porém tais técnicas possuem um elevado custo. Este trabalho discorre sobre a preparação e caracterização de filmes policristalinos de GaN pela técnica alternativa de RF magnetron sputtering reativo com diferentes temperaturas e tipos de substratos. Analisou-se o efeito da variação destes dois parâmetros sobre estrutura e propriedades ópticas destes filmes. Utilizou-se medidas de difração de raios-X, microscopia de força atômica, transmitância no ultravioleta/visível/infravermelho e espectroscopia de espalhamento Rutherford (RBS). As medidas realizadas reportaram que tanto a temperatura quanto o tipo de substrato influenciaram na textura de orientação, morfologia e propriedades ópticas dos filmes. Medidas de transmitância no infravermelho indicaram a presença de bandas relacionadas à contaminação com higrogênio e oxigênio em filmes depositados em temperaturas de substratos menores que 500ºC. As referidas contaminações são compatíveis com a análise residual da água detectada no sistema de deposições, e não foram observadas em temperaturas maiores de substrato. Os diafratogramas de raios-X revelaram que somente em temperaturas altas (Ts>500ºC) a textura de orientação dos filmes é influenciada pelo substrato utilizado, podendo apresentar indícios de crescimento epitaxial. As medidas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Wide bandgap semiconductor materials are of great interest due to the broad range of their technological applications. Among the wide bandgap semiconductor GaN stands out due to its desirable characteristics for such aplications as the value of energy bandgap of 3.4 eV, high thermal conductivity and high hardness. Conventional techniques for producing GaN thin films are the molecular beam epitaxy (MBE) and chemical vapor deposition of metalorganinc precursors (MOVPE), nevertheless these are high techniques. This work brings into focus the preparation and characterization of polycrystalline GaN films by the alternative technique of reactive RF magnetron sputtering with different temperatures and substrates. The effects of varying theses two parameters on structured and optical properties of these films were analysed. Therefore, X-ray diffraction, atomic force microscopy, optical transmittance in the ultraviolet/visible/infrared, and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) were used to characterize the samples. The results show that temperature, substrate type, and substrate orientation influence the texture, morphology and optical properties of the films. The X-ray diffraction patterns revealed that the orientation texture of films is influenced by the substrate used only at high substrate temperature (Ts>500ºC). This evidences a tendency of epitaxial growth. Besides, the atomic force microscopy at temperature above 500ºC showed that the surface morphology is different for amorphous and crystalline substrates. It also became evident that the decrease of deposition rate and bandgap of the films with increasing deposition temperature is possibly due to nitrogen deficiency by the high rate of desorption at these temperatures. In addition, measurements of trasmisttanc in the infrared Fourier Transform indicated the presence... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Clarissa de Almeida Olivati / Banca: Marli Leite de Moraes / Banca: Neri Alves / Resumo: Nas últimas décadas, a preocupação com os níveis de emissão de gases nocivos tem aumentado consideravelmente, levando os pesquisadores a desenvolver novos materiais, dispositivos e tecnologias para o seu controle. Neste vasto campo, os sensores feitos à base de camadas poliméricas condutoras vêm apresentando resultados promissores, o que pode possibilitar a construção de sistemas de medição e de análises mais eficazes e portáteis. Todavia, dois parâmetros críticos que determinam a função dos dispositivos de polímeros conjugados são sua estrutura química e sua nanoestrutura no estado sólido. As propriedades elétricas destes materiais são drasticamente alteradas devido ao acoplamento eletrônico entre as cadeias poliméricas, que é determinado pelo tipo de empacotamento e conformação no estado sólido. Além disso, os politíofenos possuem características vantajosas comparados aos demais polímeros conjugados, tais como: a facilidade de síntese química e a relativa facilidade de funcionalização de suas cadeias laterais. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho foi fabricar filmes Langmuir-Blodgett (LB), de derivados alquilados de politiofeno em sua forma regiorregular misturados com ácido esteárico (SA), de forma a obter filmes de boa qualidade, visando uma posterior caracterização elétrica e óptica, com aplicação de composto orgânico voláteis (VOCs). Foram fabricados filmes LB do poli(3-butiltiofeno), poli(3-hexiltiofeno), poli(3-octiltiofeno), contendo diferentes porcentagens de SA em sua composição, pois estes polímeros puros não apresentam boa deposição através da técnica LB. As isotermas de pressão dos filmes foram analisadas de modo a avaliar as características moleculares dos filmes, e determinação dos parâmetros de deposição destes. Estes filmes foram caracterizados opticamente por espectroscopia de absorção. Ultravioleta-Visível, possibilitando avaliar o crescimento dos... / Abstract: In recent decades, concern about the levels of emission of harmful gases has increased considerably, lealding the researchers to develop new materials, devices and technologies for its control. In this vast field, conductive polymer sensors have shown promising results, which can enable the construction of measurement and analysis systems more effective and portable. However, two critical parameters for organic devices are their chemical structure and their solid nanostructure. The electrical properties of these materials have been drastically altered due to electronic coupling between polymer chains which is determined by the type of packing and conformation in the solid state. Moreover, the polythiophenes possess advantageous characteristics compared to other conjugated polymers such as: ease of chemical synthesis and relative ease of functionalization of their size chains. In this context, the aim of this work was to fabricate Langmuir-Blodgett (LB) films of alkylpolythiophene derivates in its regioregular form mixed with stearic acid (SA), in order to obtain good quality films. These films were optical and electrically characterized, and also tested as active layer of volatile organic compounds (VOCs) sensors. LB films of poly(3-butylthiophene), poly(3-hexylthiophene) and poly(3-octylthiophere) containing different percentages of SA in its composition were fabricated, as these pure polymers don't show quality deposition by LB technique. The pressure isotherms of the films were analyzed to assess their molecular characteristics, and to determinate the deposition parameters. These films characterized optically by absorption spectroscopy Ultraviolet-Visible, allowing the evalution of the films growth and organization at the molecular level. Films morphology was analyzed through topographic images obtained in Atomic Force Microscope. LB films deposited onto interdigitated electrodes were used for investigation of electrical... / Mestre

Orientador: Carlos José Leopoldo Constantino / Banca: Luciano Caseli / Banca: Eloi da Silva Feitosa / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: O 17Þ - etinilestradiol (EE2) é um hormônio esteróide sintético com baixa solubilidade em água. A contaminação por esse estrogênio tem sua origem na contínua introdução em ambientes através do descarte inadequado de esgoto sanitário e industrial, como também pelo uso do lodo ativado de estações de tratamento de esgoto na agricultura. A exposição a esse composto vem sendo associada a causas de câncer de mama, infertilidade masculina e mutações em pequenos seres vivos, como peixes, cujos efeitos podem estar associados à interação do hormônio com a membrana celular. Assim, o estudo de modelos de membrana biológica na forma de filmes de Langmuir expostos ao EE2 na subfase foi realizado com o objetivo de avaliar a interação membrana/EE2 e gerar subsídios para o desenvolvimento de sensores para detectar tais substâncias em meio aquoso (língua eletrônica). Monocamadas compostas por moléculas antifilicas de diferentes cargas foram espalhadas sobre bubfase de ágau ultrapura contendo o EE2, sendo a interação membrana/hormônio estudada por meio das isotermas de pressão de superfície vs. área molecular média (isotermas л - A). Neste estudo foram utilizados os fosfolipídios dipalmitoil fosfatidil colina (DPPC), que é zwiteriônico, dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG), que é aniônico, e o surfactante brometo de dioctadecil dimetil amônio (DODAB), que é catiônico. O ácido esteárico (AE) foi utilizado como estudo complementar para se obter um melhor entendimento sobre a interação de DPPC com EE2. Todas as moléculas utilizadas como modelos de membranas apresentam interações com o EE2, de acordo com as isotermas л - A, o que foi confirmado por espectroscopia de reflexão e absorção no infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS). Os estudos mostraram que as interações ocorrem através de interações eletrostáticas, principalmente na região polar dos lipídios, envolvendo não somente... / Abstract: The 17 Þ - ethinyl estradiol (EE 2) is a synthetic steroid hormone with poor water solbility. Contamination by that estrogen has the origin in continuous introduction into aquatic environments through the improper disposal of domestic and industrial sewage, as well as the use of activated sludge wastewater treatment plants in agriculture. Exposure to this compound has been linked to breast cancer causes, male infertility and small mutations in living organisms such as fish, whose effects can be associated with the interaction of the hormone with the cell membrane. Thus, the study of membrane models in the form of Langmuir films exposed to EE2 in subphase was carried out to evaluate the interaction membrane/hormone. Monolayers composed of amphiphilic molecules with different charges were spread on ultrapure water subphase containing EE2, and the interaction membrane/hormone studied by surface pressure vs. mean molecular area isotherms (л - A isotherms). This study used the phospholipids dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC), which is zwitterionic, dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG), which is anionic, and the surfactant dimethyl dioctadecyl ammonium bromide (DODAB), which is cationic. The stearic acid (SA) was used to obtain a better understanding of the interaction of EE2 with DPPC and DPPG. All molecules used as membrane models presented interactions with EE2, according to л - A isotherms, which was confirmed by spectroscopic reflection and absorption in the infrared polarization modulation (PM-IRRAS). The studies have shown that interactions occur through electrostatic interations, especially in the polar region of lipids, involving not only cationic and anionic group but also the groups C=O and P=O the lipids with OH group of EE2 / Mestre

Orientador: Carlos José Leopoldo Constantino / Coorientador: Gustavo Fernandes Souza Andrade / Banca: Paola Corio / Banca: Clarissa de Almeida Olivati / Banca: Sérgio Antonio Marques de Lima / Resumo: Nesta tese filmes de Langmuir foram empregados para estudar a interação entre lipídios e um fungincida denominado carbendazim (MBC) e espectroscopia de impedância e espalhamento amplificado em superfície (SERS, do inglês, surface-enhanced Raman scattering) empregados na detecção deste fungicida. Os lipídios utilizados para formar os filmes de Langmuir forma brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB), brometo de didodecilmetilamônio (DDAB), 1,2-diplamitoil-sn-3-glicero-fosfatidilcolina (DPPC) e 1,2-dipalmitoil-sn-3-glicero-[fosfo-rac-(1-glicerol)] (DPPG) e o estudo da interação foi realizado com e sem MBC na subfase aquosa. Os resultados mostraram que o MBC interage fortemente com o DODAB e DDAB, moderadamente com o DPPC e fracamente com o DPPG, indicando que a interação é de origem eletrostática. Unidades sensoriais compostas por eletrodos interdigitalizados recobertos com filmes LbL de DODAB/NiTsPc e perileno/DPPG compuseram uma língua eletrônica capaz de distinguir diferentes concentrações de MBC em solução via espectroscopia de impedância. Analisamos individualmente cada unidade sensorial, a composta pelo filme LbL de DODAB/NiTsPc foi a que apresentou melhor desempenho frente ao MBC. Os estudos SERS foram realizados em três etapas. Na primeira, várias morfologias de nanopartículas foram sintetizadas e avaliadas quais apresentam melhor sinal SERS do MBC. Deste estudo ficou determinado que as nanopartículas esféricas de prata apresentaram o melhor sinal SERS do MBC. A interação do MBC com a superfície destas nanopartículas foi realizada a partir de espectros SERS do MBC em vários pHs. Cálculos teóricos foram utilizados para atribuição dos modos vibracionais do MBC e assim na interpretação dos resultados experimentais. De principal relevância, das espécies de MBC as formas neutra (MBC0) e desprotocolada (MBC) apresentam afinidade pela superfície de prata, originando assim sinal SERS. Por fim, o limite... / Abstract: This work Langmuir films were employed to study the interactions between lipids and a fungicide called carbendazin (MBC), impedance spectroscopy and surface-enhanced Raman scaterring (SERS) were used in the detection of this fungincide. The lipids employed to Langmuir films were dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB), didodecyldimethylammonium bromide (DDAB), 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) and 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phospho-(1'-rac-glycerol) (DPPG) with and without MBC in the subphase. The results show that the MBC interacts strongly with DODAB, moderately with DPPC and weakly to DPPG, indicating that it is electrostatic interaction. Sensor units composed of interdigitated electrodes coated with LbL films DODAB/NiTsPc and perilene/DPPG composed and electronic tonque able to distinguish different MBC concentrations in solution, via impedance spectroscopy. Analyzing each sensory unit, the composed with LbL film DODAB/NiTsPc showed the best performance. The SERS studies were performed in three stages. The first one, several morphologies of nanoparticles were synthesized and evaluated which lave better SERS signal of MBC. From this study it was concluded that the sherical nanoparticles of silver have better SERS signal of MBC and the subsequent results were obtained only with this nanoparticle. The interaction between MBC and surface of these nanoparticles was carried out by SERS spectra of MBC at several pHs. Here, theoretical calculations were used for assignment of vibrational modes of the MBC and thus help in the interpretation of experimental results. According to experimental and theoretical results neutrally (MBC0) and deprotonated (MBC) species have affinity for the silver surface and then show SERS signal. Finally, the MBC limit of detection was determined via SERS using a procedure which ensures that the reproducibility of the measurements, since SERS technique is not, yet, a routine analytical technique / Doutor

A geração de energia fotovoltaica continua em crescimento e por isso estudos relacionados à aplicação de diferentes tecnologias fotovoltaicas se tornam muito importantes. A tecnologia de células fotovoltaicas de silício cristalino representa a maior parte da aplicação de energia solar fotovoltaica atualmente. Os módulos com tecnologias de filmes finos foram apresentados ao mercado como uma nova geração de módulos e atualmente são referenciados como módulos fotovoltaicos de segunda geração. As tecnologias de filmes finos possuem algumas vantagens em relação ao silício cristalino, como por exemplo: menor quantidade de material, menor custo de produção e possibilidade de se produzir células e módulos flexíveis, embora em geral apresentem eficiências menores. Existem tecnologias de filmes finos aplicadas à geração fotovoltaica que apresentam instabilidade quando expostas à radiação solar, variando a potência gerada do módulo nas primeiras horas de exposição. Esses efeitos motivaram a padronização de um ensaio de exposição solar, do inglês light-soaking, que atualmente é previsto por uma norma internacional de qualificação de módulos fotovoltaicos (IEC 61646). Neste trabalho, desenvolveu-se uma metodologia para realizar o ensaio lightsoaking e construiu-se uma bancada de testes para obter resultados experimentais a partir de módulos expostos na cobertura do prédio anexo do LABSOL. Para isso, foi realizada uma análise de área livre de sombra disponível, bem como montada a estrutura metálica de sustentação para os módulos. Também foram instaladas resistências elétricas para dissipação de potência dos módulos e montado painel elétrico dentro do prédio centralizando as conexões necessárias. O experimento também contou com o desenvolvimento de um programa em linguagem Visual Basic® para interagir com os instrumentos de medição e realizar o monitoramento do ensaio. Neste trabalho foram ensaiados quatro módulos com diferentes tecnologias de filmes finos, as quais: silício amorfo com tripla junção, silício amorfo com uma junção, CIGS (Disseleneto de Cobre, Índio e Gálio) e por último dupla junção de silício amorfo com silício microcristalino. O experimento foi conduzido por 55 dias, sendo que a cada minuto o programa registrou dados de irradiância, irradiação acumulada e temperatura dos módulos. Ao final do experimento, os módulos receberam no total 347 kWh/m2 de irradiação e, durante o ensaio, foram realizadas ao todo 8 medições de curva característica corrente versus tensão para verificar o desempenho dos módulos. Antes e após a exposição, também foram realizadas medições em um simulador solar a fim de se obter medidas em condições controladas de temperatura e irradiância. Ao aplicar o critério de estabilização previsto na norma IEC 61646, verificou-se que todos os módulos o atenderam. Contudo, os módulos com tecnologia de uma junção de silício amorfo e com tecnologia de tripla junção de silício amorfo voltaram a apresentar degradação acima do máximo estabelecido pela norma IEC 61646 após continuarem expostos à radiação solar. Sendo assim, pode ser necessário alterar o critério para um maior valor de irradiação acumulada entre cada avaliação de degradação destes módulos, principalmente quando o ensaio é realizado com temperatura externa elevada. A metodologia mostrou que esse ensaio pode ser realizado em ambiente externo com luz natural de maneira prática e econômica, porém realizar as medições de curva característica com luz natural e temperatura não controlada implica em adicionar algumas incertezas ao ensaio. / The photovoltaic (PV) power generation continues to grow and so studies related to the application of different photovoltaic technologies become very important. The crystalline silicon solar cells technology is the most current application of PV power generation. The photovoltaic modules with thin film technologies were presented to the market as a new generation of modules and are currently referred to as second generation PV modules. The thin film technologies have some advantages compared to crystalline silicon, for example, less material, lower cost of production and ability to produce flexible cells and modules, although generally have lower efficiencies. There are thin film technologies for photovoltaic conversion that show instability when exposed to the sun, varying the power generated in the early hours of sun exposure. These effects led to the standardization of a sun exposure test, the light-soaking test, which is currently standardized by an international standard of qualification of photovoltaic modules (IEC 61646). In this study, we developed a methodology to perform the light-soaking test and built a workbench to obtain experimental results from PV modules set out in the LABSOL building. For this purpose, a shadow analysis was performed as well as the metal structure mounted to support the photovoltaic modules. Resistive loads were also installed in order to dissipate the power of the modules. An electrical panel was mounted inside the building to centralize the necessary connections. The workbench also included the development of a program in Visual Basic® to interact with the measuring instruments and carry out the monitoring of the experiment. In this work we tested four modules with different thin film technologies, including: triple junction amorphous silicon, single junction amorphous silicon, CIGS (Copper Indium Gallium Diselenide) and tandem junction of amorphous silicon and microcrystalline silicon. The experiment was conducted over 55 days, and every minute the program recorded irradiance data, accumulated irradiation and module temperature. At the end of the experiment, the modules received 347 kWh/m2 of irradiation. During the test, there were a total of 8 characteristic curve (I x V) measurements to verify the performance of the modules. Before and after exposure, were also performed measurements in a solar simulator. By applying the stabilization criteria presented in IEC 61646 it was found that all the modules have been considered stabilized. However, after being exposed to more hours of sunlight, the single junction amorphous silicon module and the triple junction amorphous silicon module presented degradation above the maximum established by IEC 61646 standard. Thus, it may be necessary to change the criteria for a higher value of accumulated irradiation between assessments of degradation of these modules, especially when the test is performed with high external temperature. The methodology showed that this test may be performed outdoors under natural light in a practical and economical way, but the characteristic curve measurements with natural light and uncontrolled temperature add some uncertainty to the test.

Este trabalho investigou a deposição de filmes finos de ferrita de bismuto (BFO) através da técnica spray pirólise utilizando sais inorgânicos como precursores em diferentes solventes e silício como substrato, visando a deposição em menor temperatura e a obtenção de diferentes morfologias de superfície. Para tanto, foram utilizados água, etilenoglicol e etanol/butil carbitol (1:1) como solventes na preparação da solução a ser aspergida. Foram realizadas deposições com diferentes temperaturas do substrato: 200, 250, 300 e 350ºC para cada solvente utilizado. A deposição de filmes BFO em baixas temperaturas (200ºC) favoreceu a formação de filme. Para o solvente etilenoglicol (maior ponto de ebulição), verifica-se a formação de filmes porosos, já para o solvente etanol/butil carbitol (1:1) foi verificada a formação de filmes densos com a presença de trincas. As análises termogravimétricas (ATG) e termodiferenciais (ATD) foram realizadas para os filmes como-depositados a 200ºC com diferentes solventes. Após a deposição, as amostras foram tratadas termicamente a 550ºC por 1h, visando a formação da fase cristalina BiFeO3 com estrutura romboédrica. Os filmes foram analisados por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram a obtenção da fase cristalina do BiFeO3 após o tratamento térmico a 550ºC/1h com a presença de fase secundária. As imagens de MEV evidenciaram a formação de filmes independente do solvente utilizado para a temperatura de 200ºC. Contudo, o aumento da temperatura promoveu a formação de partículas sobre o substrato e não uma formação contínua de filme, evidenciada pela composição elementar medida através de espectroscopia por energia dispersiva de raios X (EDX). A caracterização elétrica dos filmes foi realizada utilizando espectroscopia de impedância (EI) em função da temperatura, sendo observada maior condutividade para o filme depositado com etilenoglicol. A fase BFO não estequiométrica evidenciada por DRX pode explicar as diferentes condutividades elétricas mensuradas por EI quando utilizado diferentes solventes. As propriedades ópticas foram medidas utilizando-se espectroscopia de reflectância difusa, encontrando-se um band gap entre 2,23 – 2,26 eV. / This research investigated the deposition of thin films of bismuth ferrite (BFO) on silicon substrate using the spray pyrolysis technique based on inorganic salts as precursors. For this purpose water, ethylene glycol and ethanol/butyl carbytol (1:1) were used as solvents to prepare the solution for spraying. The depositions were carried out with different substrate temperatures for each solvent used: 200, 250, 300 and 350ºC. The film deposition at low temperatures (200°C) promotes the formation of cracks due to the arrival of the liquid state from droplets sprayed by the atomizer. When using solvent ethanol/butyl carbytol (1:1) the formation of dense films was verified for the different depositions. The thermal gravimetric (TGA) and differential thermal analysis (DTA) were performed for the as-deposited films at 200°C with different solvents for the study of possible reactions of thermal decomposition. The BFO films were heated at 550°C for one hour aiming to the formation of the crystalline state BiFeO3 with rhombohedral structure. The films were analyzed by Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) before and after treatment. The XRD showed the crystalline state obtained after the heat treatment at 550°C/1h. It was observed the formation of non-stoichiometric composition on the film. The SEM images showed formation of films regardless of the solvent used for the temperature to 200°C. However, the increase temperature promotes the formation of particles on the substrate. Applying the ethylene glycol solvent the formation of porous films appeared, since for ethanol/butyl carbytol (1:1) was observed the formation of dense films with the presence of cracks. The electrical characterization of the films will be performed using impedance spectroscopy (IS) coupled to a furnace in order to vary the temperature of the measures. The film deposited with ethylene glycol presents a major electrical conductivity than films deposited using ethanol/butyl carbytol or water. This behavior can be associated with a non-stoichiometric composition of BFO. Moreover, the optical properties were obtained by diffuse reflectance spectroscopy. The films present a band gap between 2.23 and 2.26 eV, approximately.