[pt] Neste trabalho inicialmente foram modeladas as estruturas do dendrímero PAMAM G4 em diferentes estados de protonação utilizando-se o programa Hyperchem. A seguir essas estruturas foram inseridas em uma caixa d’água e simuladas por dinâmicamolecular, tendo sido observado um aumento de volume do dendrímero à medida que o grau de protonação foi aumentado, com a formação de uma estrutura mais aberta comparativamente à do dendrímero não protonado. Uma vez conhecidas as topologias do dendrímero PAMAM em diferentes pH, foram incluídas moléculas de rifampicina nas cavidades existentes no interior do dendrímero em pH neutro simulado, através de um algoritmo desenvolvido com a finalidade de otimizar este encapsulamento, o que definiu como número máximo de 20 moléculas de rifampicina complexadas no interior do dendrímero e resultou em uma redução importante no custo computacional. Após estes acoplamentos pelo algoritmo desenvolvido, o complexo foi simulado através de dinâmica molecular tendo sido verificado que se mantinha estável em pH neutro ao longo do tempo.O estudo da possível liberação das moléculas de rifampicina do complexo rifampicina/PAMAM G4 por dinâmica molecular, mostrou que as moléculas de rifampicina são liberadas gradativamente em pH ácido. Os resultados computacionais foram validados por resultados experimentais obtidos em um trabalho desenvolvido em colaboração entre o IQ/UFRJ e o IPEC/FIOCRUZ, cujo objetivo foi caracterizar e determinar a atividade tuberculostática de complexos rifampicina/PAMAM G4. / [en] The structures of PAMAM G4 dendrimer in different protonation states were initially modeled using the program Hyperchem. After this procedure the structures were inserted in a box of water and simulated with molecular dynamics. Was observed an increase in volume of the dendrimer when degree of protonation was increased. Once known the topologies of PAMAM dendrimer at different pH, the rifampin was included in cavities of dendrimer in Neutral and low pH. Using an algorithm designed for the purpose of optimizing this encapsulation, were encountered 20 molecules inside the cavities of dendrimer. This procedure resulted in a low computational cost for molecular dynamics because the molecules were in a optimal position in the structure of dendrimer. After these couplings of the systems these were simulated with molecular dynamics for observation of capacity in transport of dendrimer these molecules in neutral pH and liberation in low pH. The study of the possible release of the complex molecules of rifampicin (rifampicin / PAMAM G4) showed that the molecules are released gradually of the structures at low pH. The computational results were validated by experimental results on the work developed in collaboration between IQ / UFRJ and IPEC / FIOCRUZ, whose objective was to characterize and determine the tuberculostatic activity of complex.

[pt] Partículas que apresentam dois lados com propriedades químicas distintas são chamadas de Janus, como uma referência ao deus de duas faces da mitologia Romana. A combinação de propriedades diferentes em um mesmo sistema vem se demonstrando interessante para inúmeras aplicações. Neste trabalho, nanopartículas de ouro anfifílicas foram sintetizadas através do recobrimento seletivo dos hemisférios do núcleo metálico, por dois polímeros, sendo um hidrofóbico e outro hidrofílico. Em seguida, foi realizado o crescimento preferencial de dióxido de titânio apenas na face com recobrimento hidrofílico. Os resultados obtidos pela caracterização estrutural e físico-química confirmaram a formação de nanopartículas de ouro com um hemisfério recoberto por dióxido de titânio de baixa cristalinidade e alta porosidade, provando seu caráter Janus. As nanopartículas Janus obtidas foram testadas como fotocatalisadores para produção de gás hidrogênio a partir da água. Os resultados mostraram sua atividade superior em relação a nanopartículas formadas apenas por titânia. Portanto, este estudo descreve uma nova estratégia para obtenção de nanopartículas Janus, que podem ser utilizadas para diferentes aplicações, e ainda demonstra sua importância nas áreas de catálise e de produção de gás hidrogênio como combustível renovável. / [en] Particles possessing two sides with different chemical properties are named Janus, as a reference to the double-faced god of Roman mythology. The combination of two different properties in the same system has been showing interesting for numerous applications. In this work, amphiphilic gold nanoparticles were synthesized by selectively coating the metallic nucleus hemispheres with two polymers, one hydrophobic and one hydrophilic. Then, a preferential growth of titanium dioxide over the hydrophilic face was performed. The results obtained by structural and physicochemical characterization confirmed the formation of gold nanoparticles with one hemisphere coated by titanium dioxide with low crystallinity and high porosity, proving the Janus character. The obtained Janus nanoparticles were tested as photocatalysts for hydrogen production from water. Results showed the superior activity in comparison to nanoparticles comprised only by titania. Thus, this study describes a new strategy to obtain Janus nanoparticles, which can be used for different applications and also demonstrates their importance in the fields of catalysis and production of hydrogen gas as renewable fuel.

[pt] A Nanotecnologia teve seus primeiros conceitos introduzidos pelo físico americano Richard Feynman em 1959, em sua famosa palestra intitulada There´s plenty of room at the bottom (Ainda há muito espaço sobrando no fundo). Já a Inteligência Computacional tem sido utilizada com sucesso em diversas áreas no meio acadêmico e industrial. Este trabalho investiga o potencial dos Algoritmos Genéticos na otimização e síntese de dispositivos e estruturas na área de Nanotecnologia, através de 3 tipos de aplicações distintas: síntese de circuitos eletrônicos moleculares, projeto de novos polímeros condutores e otimização de parâmetros de OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes). A síntese de circuitos eletrônicos moleculares é desenvolvida com base em Hardware Evolucionário (EHW - Evolvable Hardware) e tem como principais elementos dois dispositivos moleculares simulados em SPICE: o diodo molecular e o transistor molecular. O projeto de novos polímeros condutores é baseado em uma metodologia que combina uma aproximação tight-binding (hamiltoniano de Hückel simplificado) que representa a estrutura eletrônica de uma cadeia polimérica, empregando um AG com avaliação distribuída como mecanismo de síntese. Finalmente, a otimização de parâmetros de OLEDs é desenvolvida por meio de um método que modela o comportamento elétrico do dispositivo com multicamadas, onde cada camada possui uma proporção de MTE (material transportador de elétrons) e uma proporção de MTB (material transportador de buracos). As aplicações apresentam resultados que comprovam que o apoio de técnicas de Inteligência Computacional como os Algoritmos Genéticos no mundo nanométrico pode trazer benefícios para a criação e o desenvolvimento de novas tecnologias. / [en] The first Nanotechnology concepts were introduced by the American physicist Richard Feynman in 1959, in his famous lecture entitled There´s plenty of room at the bottom. Computational Intelligence has been successfully used in various areas in the academic and industrial worlds. This work investigates the potential of Genetic Algorithms in the optimization and synthesis of devices and structures in the Nanotechnology domain, by means of 3 types of distinct applications: synthesis of molecular electronic circuits, design of new conducting polymers and optimization of OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes) parameters. The synthesis of molecular electronic circuits is developed based on the Evolvable Hardware (EHW) paradigm and has as main elements two molecular devices simulated in SPICE: the molecular diode and the molecular transistor. The design of new conducting polymers is based on a methodology that combines an approximated tight-binding (simplified Huckel Hamiltonian) that represents the electronic structure of a polymer chain, using a GA with distributed evaluation as the synthesis mechanism. Finally, the optimization of OLEDs parameters is developed by means of a method that models the electric behavior of multi-layer devices, where each layer has a ratio of electron transport material (ETM) to hole transport material (HTM). The applications present results that demonstrate that the use of Computational Intelligence techniques, as Genetic Algorithms, in the nanometer world can bring benefits for the creation and development of new technologies.

[pt] Neste trabalho é apresentado o estudo de três complexos tetrakis betadicetonatos de európio: Li[Eu(dbm)(4)].(4)H(2)O, TMPip[Eu(dbm)(4)] e Morf[Eu(dbm)(4)]. Todos os compostos foram caracterizados à temperatura ambiente por diversas técnicas, tais como absorção óptica, fotoluminescência estacionária (PL) e voltametria cíclica. Já os dispositivos eletroluminescentes orgânicos (OLEDs) baseados nestes materiais e fabricados por evaporação térmica resistiva foram caracterizados eletro-opticamente. Os espectros de PL dos compostos apresentaram as linhas características de emissão das transições (5)D(0)→(7)F(0-3) do íon európio, e não exibiram bandas relativas à emissão dos ligantes. Porém, comparações entre os espectros de PL dos materiais na forma de pó e de filme fino indicaram prováveis mudanças na estrutura dos compostos TMPip[Eu(dbm)(4)] e Morf[Eu(dbm)(4)]. Uma das possibilidades é a de que a deposição térmica estaria degradando estes materiais, dando origem às espécies tris beta-dicetonato. Os OLEDs com complexos de európio atuando simultaneamente como camada emissora e transportadora de elétrons apresentaram também, em seus espectros, os picos relativos às transições do íon Eu(3+). Para aumentar a eficiência luminosa dos dispositivos foi testada uma nova configuração, acrescentando-se uma camada bloqueadora de buracos e uma transportadora de elétrons. Esta nova arquitetura aprimorou o funcionamento dos OLEDs, cuja eletroluminescência (EL) passou a ser visível a olho nu. Por outro lado, ela causou o aparecimento de uma banda larga centrada em 480nm no espectro de EL. O estudo realizado para investigar a origem desta banda mostrou que ela é proveniente da emissão da camada bloqueadora de buracos. / [en] Rare-earth complexes present extremely sharp line emission making possible to use them in organic light-emitting devices (OLEDs) technology. This dissertation reports the study of three europium tetrakis beta-diketonate complexes: Li[Eu(dbm)(4)].(4)H(2)O, TMPip[Eu(dbm)(4)] and Morf[Eu(dbm)(4)]. UV-Vis absorption, photoluminescence (PL) and cyclic voltammetry measurements were used to characterize the complexes, at room temperature. The PL spectra displayed the characteristic europium narrow bands from (5)D(0)→(7)F(0-3) transitions and exhibited red color emission, without a contribution from ligand emission. However, a comparison between thin films spectra and powder spectra suggested probable changes in the TMPip[Eu(dbm)(4)] e Morf[Eu(dbm)(4)] complexes composition. One possibility is that the thermal deposition is causing degradation, breaking the tetrakis structure into tris beta-diketonate complexes. This hypothesis was investigated using TGA technique associated with FTIR analysis of chemical species. Europium complexes based OLEDs produced by thermal evaporation and using different device configuration were characterized by electroluminescence (EL) measurements. Bilayer OLEDs fabricated with a europium complex acting simultaneously as the emissive layer and as the electron transporting layer showed the bands from Eu(3+) transitions in the EL spectra. Another configuration was used to increase the device efficiency, adding a hole-blocking layer and an electron transporting layer. This new architecture improved the OLEDs performance, enabling the electroluminescence to be visible with the naked eye. On the other hand, it caused the appearance of a wide emission band centered at 480nm. A study performed about the source of this emission band showed that it was originated by the hole-blocking layer.

[pt] O objetivo da dissertação é propor um modelo analítico-prospectivo como ferramenta de apoio a processos decisórios em questões referentes à metrologia, normalização e regulação de nanomateriais no Brasil, baseando-se em referenciais internacionais e iniciativas em curso no mundo. No contexto do desenvolvimento da nanotecnologia no Brasil, a motivação da pesquisa é destacar a importância e os benefícios para o país da metrologia, normalização e regulação de nanomateriais, na perspectiva de aplicação do modelo pelos principais grupos de interesse comprometidos com o desenvolvimento responsável desses novos materiais. A metodologia compreende: (i) pesquisa bibliográfica e documental; (ii) levantamento de iniciativas referentes à metrologia, normalização e regulação de nanotecnologia em nível internacional; (iii) desenvolvimento de um modelo conceitual que integre as três funções – metrologia, normalização e regulação de nanomateriais; e (iv) elaboração do instrumento de pesquisa survey e da ferramenta para a construção de roadmaps estratégicos. Destacam-se como resultados: (i) visão global dos referenciais externos sobre metrologia, normalização e regulação de nanomateriais, em geral, e de nanopartículas, em particular; (ii) o modelo analítico-prospectivo; e (iii) o instrumento de pesquisa survey para a construção de indicadores nacionais e a ferramenta de construção de roadmaps estratégicos das atividades de metrologia, normalização e regulação de nanomateriais no Brasil. / [en] The main objective of this dissertation is to propose an analyticalprospective model as a tool to support decision-making processes concerning metrology, standardization and regulation of nanomaterials in Brazil, based on international references and ongoing initiatives in the world. In the context of nanotechnology development in Brazil, the motivation for carrying out this research is to identify potential benefits of metrology, standardization and regulation of nanomaterials production, within the perspective of applying the model in the country, by the main stakeholders in these areas. The methodology encompasses: (i) bibliographical and documental review on metrology, standardization and regulation of nanomaterials, in general, and nanoparticles, in special; (ii) review of international studies concerning dissertation’s central themes; (iii) development of a conceptual model that integrates the three functions - metrology, standardization and regulation of nanomaterials; (iv) development of a survey questionnaire and a strategic roadmapping tool. The main results can be summarized as follows: (i) an overview of international studies on metrology, standardization and regulation of nanomaterials, and nanoparticles, in special; (ii) the analytical-prospective model; and (iii) the survey questionnaire and the roadmapping tool for metrology, standardization and regulation of nanomaterials in Brazil, based on international references and ongoing initiatives in the world.

[pt] Uma célula solar de junção simples é formada por dois materiais semicondutores, um dopado tipo p e outro dopado tipo n. Apenas os fótons com energia maior ou igual ao gap de energia da célula solar são absorvidos e capazes de promover o elétron da banda de valência para a banda de condução, aproveitando apenas uma pequena parte do espectro solar. As células solares de banda intermediária (IBSC) são uma alternativa para aproveitar fótons com outras energias. Novas transições de energia são permitidas para o elétron, permitindo que fótons com energias menores sejam absorvidos pelo material. Para formar a banda intermediária, pontos quânticos de InAs/InGaP são frequentemente utilizados, pois apresentam um grande offset da banda de condução. No entanto, as energias ideais para uma IBSC não são atingidas. Outro sistema interessante, é utilizar pontos quânticos de InP/InGaP, podendo atingir o confinamento tipo II, onde o elétron está confinado dentro do ponto enquanto o buraco está confinado fora dele, resultando em uma separação espacial, nesse caso, a recombinação do par elétron buraco é indireta, diminuindo a probabilidade de recombinação e aumentando o tempo de vida do portador, consequentemente, aumentando a eficiência da célula solar. Neste trabalho, propomos a utilização de pontos quânticos de InAsP/InGaP para compor a banda intermediária da célula solar. O objetivo é criar uma banda intermediária com pontos quânticos tipo II e ao mesmo tempo atingir um grande offset da banda de condução. Realizamos simulações computacionais para pontos quânticos de InP e InAsxP1−x com barreira de InGaP, para estudar a influência que parâmetros como altura, largura e composição da liga (para os pontos de InAsP) tem na densidade de probabilidade da localização do elétron e do buraco, nas energias de transição e nos perfil das bandas de energia. Crescemos amostras com pontos quânticos de InP e InAsP sob diferentes condições de crescimento, realizamos medidas de difração de raios-x, microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de transmissão, medidas de fotoluminescência e fotoluminescência resolvida no tempo. / [en] A single-junction solar cell is formed by two semiconductor materials, one p-type, and another one n-type. Only photons with energy higher than or equal to the solar cell s energy gap are absorbed and able to promote electrons from the valence band to the conduction band harvesting only a small part of the solar spectrum. IBSC are an alternative way to harvest photons with other energies. New energy transitions are available to the electron, allowing photons with lower energies to be absorbed by the material. To form the intermediate band, InAs/InGaP quantum dots are often used due to their large conduction band offset. However, the ideal transition energies for the IBSC are not achieved with that heterostructure. One possible candidate to reach the ideal transition energies for the ISBC is the InP/InGaP quantum dots, which can achieve type II confinement, where the electron is confined inside the quantum dot while the hole is confined outside it, resulting in spatial separation. In this case, the recombination of the electron-hole pair is indirect, decreasing the probability of recombination and increasing the carrier lifetime, consequently increasing the efficiency of the solar cell. In this work, we propose the use of InAsP/InGaP quantum dots to engineer the intermediate band of the solar cell. The goal is to create an intermediate band with type II quantum dots while also achieving a large conduction band offset. We perform computational simulations for InP and InAsP quan- tum dots with InGaP as barrier to study the influence that parameters such as height, width and alloy composition (for InAsP quantum dots) have on the electron and hole location probability density, the transitions energy and the energy bands profiles. We grew samples with InP and InAsP quantum dots under different growth conditions. The samples were evaluated by x- ray diffraction, atomic force microscopy, transmission electron microscopy, photoluminescence and time-resolved photoluminescence measurements.

[pt] Esta Tese consiste na pesquisa, dimensionamento e desenvolvimento de estruturas de microondas que utilizam grafeno e nanotubos de carbono como componente fundamental. São apresentadas aplicações em dispositivos de micro-ondas e no domínio óptico, tais como filtros, conversores de frequência, antenas de microondas, absorvedores de microondas etc. Também são apresentados os resultados dos testes realizados em todos os dispositivos desenvolvidos. Alguns dispositivos contém inovações ainda não reportadas na literatura. / [en] This Thesis consists inthe research, dimensioning and design of microwave structures that use graphene and carbon nanotubes as fundamental component. Applications are presented in microwave devices and in the optical domain, such as filters, frequency converters, microwave antennas, microwave absorber etc. Besides that, the results of the tests performed in all designed devices are presented. Some devices have innovations not yet reported in the literature.

[pt] Este trabalho apresenta os resultados de um estudo que envolve a fabricação e a caracterização de dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs) baseados em complexos β-dicetonatos de terras-raras. O estudo se coloca como continuação lógica da linha de pesquisa em dispositivos eletroluminescentes baseados em íons terras-raras, começada alguns anos atrás neste grupo de pesquisa. Para a produção dos dispositivos foram empregadas várias técnicas de deposição de filmes finos, tais como deposição térmica resistiva, pulverização catódica assistida por plasma (rf-magnetronsputtering) e spin-coating. A síntese dos compostos orgânicos, bem como alguns estudos adicionais puderam ser realizadas através de colaborações com diversos grupos de pesquisas nacionais, os quais dispõem de recursos e capacitação em áreas complementares. Os complexos orgânicos estudados foram divididos em três conjuntos, que chamamos de sistemas. No sistema 1, estudou-se o complexo Eu(bmdm)3(ttpo)2, onde o ligante orgânico bmdm é um conhecido agente absorvedor de radiação UV bastante usado em protetores solares. Os OLEDs baseados neste complexo apresentaram intensa foto- e eletroluminescência com alta pureza de cor dada apenas pelas finas transições características do íon Eu3+. No sistema 2, estudou-se o complexo chamado de binuclear. Este composto tem dois núcleos terras-raras coordenados numa mesma molécula. O primeiro binuclear estudado, o complexo Eu(btfa)3 phenterpy Tb(acac)3, não apresentou as transições características dos íons Tb3+ e Eu3+ como era esperado inicialmente. Por outro lado, apresentou uma eletroluminescência sintonizável em duas situações distintas, a primeira em função da tensão aplicada e a segunda através de mudanças na arquitetura das camadas constituintes. Por causa desse efeito, mostramos a possibilidade de se construir um dispositivo OLED emissor de luz branca. Ainda nesse sistema, foram estudados OLEDs com complexos modificados quimicamente, chamados de binuclear 2 e trinuclear. O complexo binuclear 2 apresentou as linhas de emissão dos íons Tb3+ e Eu3+. Apesar de menos eficiente que o primeiro complexo binuclear, este estudo mostrou que através de manipulações moleculares (nanotecnologia) é possível sintetizar compostos capazes de emitir as linhas características de emissão dos íons terras-raras, ou seja, com um único complexo é possível obter duas emissões distintas. Por último, ainda como sistema 2, o complexo trinuclear, é uma mistura de compostos orgânicos contendo Tm, Tb e Eu e não formam uma única molécula, como no caso dos compostos binucleares. Este estudo foi iniciado recentemente e ainda não foi completamente explorado. Os primeiros testes mostraram que é possível usar este complexo também para fabricar OLEDs com emissão de cor branca, variando-se as quantidades relativas de Tm, Tb e Eu da mistura. Sabendo-se que os ligantes β-dicetonas são os responsáveis pela transferência de energia para os íons TR3+, através do efeito antena, o sistema 3, despontou como grande novidade, mostrando a construção de dispositivos eletroluminescentes baseados em complexos tetrakis(β-dicetonatos) de TR, ou seja, compostos que possuem quatro ligantes β-dicetonas coordenandos a um único íon TR. Com esse sistema conseguimos pela primeira vez uma emissão eficiente e pura das principais transições do íon Tb à temperatura ambiente. O trabalho apontou, também, que tanto a irradiação com luz UV, quanto a exposição aos agentes atmosféricos (oxigênio, água, umidade, etc.) contribuem para uma rápida degradação dos complexos orgânicos com conseqüente decaimento do desempenho dos dispositivos fabricados. Para tanto, iniciamos um estudo para investigar as causas da degradação de alguns dos compostos orgânicos utilizados na fabricação de OLEDs. Os estudos de fotoabsorção e fotoemissão realizados no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron foram fundamentais para uma maior compreensão destes efeitos. Os resultados deste estudo mostraram que as técnicas espectroscópicas empregadas neste trabalho podem ser utilizadas para se investigar a estrutura eletrônica, bem como a fotodegradação de compostos orgânicos usados na fabricação de OLEDs. Utilizando a espectroscopia de fluorescência, se estudou a viabilidade de se construir um dosímetro de radiação ultravioleta portátil e de uso pessoal usando um OLED cuja eletroluminescência é sensível à radiação UV. / [en] In this work we present the results of a study that involves the manufacture and the characterization of organic eletroluminescent devices (OLEDs) based on (beta)-diketonates Rare-Earth complexes. The investigation reported is a continuation of the research in electroluminescent devices based on rare-earth ions, started some years ago in our Group. For the production of the devices were applied several thin films deposition techniques: thermal resistive, rf-magnetronsputtering and spin-coating. The synthesis of organic compounds, as well some additional studies, were carried on through the collaboration with different brazilian research groups, which have resources and qualification in complementary areas. The organic compounds studied in this thesis have been divided in three groups, named systems. In system 1, the studied complex was Eu(bmdm)3(ttpo)2, where the organic bmdm ligand is a known UV sensitive material, frequently used in sunblockers. The OLEDs based on this complex presented intense photo- and electroluminescence with high pure color emission due to the almost atomic transitions characteristic of the Eu3+ ion. In system 2, a binuclear complex, represented by the molecular formula Eu(btfa)3 phenterpy Tb(acac)3 was studied. This complex has two rare-earth nuclei coordinated in the same molecule. The OLEDs based on this complex did not present the Tb3+ and Eu3+ characteristic transitions as expected. On the other hand, the complex gave us the possibility to develop an OLED with white color emission. Probably the major novelty of this thesis is represented by system 3. Indeed, knowing that the (beta)-diketone ligands are the main responsible for the RE3+ ions energy transference through the antenna effect, in system 3, we investigated the possibility to fabricate electroluminescent devices based on RE (beta)-diketonate tetrakis complexes, which have four coordinated (beta)- diketones ligand to an RE ion in order to enchance the energy transfer and the emission efficiency. With this system we obtained, for the first time, an efficient and pure Tb emission at room temperature.

[pt] O desenvolvimento da Nanociência e da Nanotecnologia dependem em grande parte do avanço da Química Computacional. Nesse contexto, um dos conceitos mais importantes é o conjunto de funções de base. Essas são combinações lineares de funções que produzem uma solução aproximada da equação de Schrödinger para átomo de muitos elétrons e sistemas moleculares. A construção de funções de base é uma tarefa complexa e influencia a rapidez e a precisão de cálculos de estrutura eletrônica. Esse trabalho propõe uma metodologia baseada em Algoritmos Co-Evolucionários para realizar a parametrização e buscar a melhor forma de se utilizar primitivas gaussianas utilizadas em cálculos de estrutura eletrônica. Esta pesquisa avaliou diferentes formas de realizar a construção de funções de base com o emprego de Algoritmos Evolucionários. O trabalho apresenta uma metodologia inédita para realizar a construção de funções de base, que parametriza e distribui as primitivas gaussianas dentre os orbitais especificados. Como estudo de caso a ferramenta desenvolvida foi aplicada para construir funções de base para os seguintes átomos: B, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar. Em todos os casos, os resultados da aplicação metodologia que usa algoritmos co-evolucionários, foram superiores aos presentes na literatura. Com base na metodologia, é construído um sistema que torna viável a busca de funções de base que satisfaçam a um critério previamente especificado, no qual o usuário pode definir uma determinada precisão e a metodologia procura o número mínimo de parâmetros e a respectiva distribuição que aproxima a meta estabelecida. / [en] The development of nanoscience and nanotechnology has a strong dependency on the advance of computational chemistry. In this context, one of the most important concepts is the basis functions set. This linear combination of functions provides an approximate solution to Schrödinger equation for many electron atoms and molecular systems. The construction of basis function is a complex task and influences on the speed and precision of the electronic structures calculus Conventional non-linear programming techniques have been extensively used in parameterization, but they cannot be used to build a set of basis functions. This work intends to propose a methodology based in Evolutionary Algorithms to parameterize and search for the best way of using Gaussian primitives in calculus of electronic structure. The advantage of using evolutionary techniques is the ability to obtain good solutions for the continuous non-linear programming problems, which are at the same time discrete. Also, there are no necessary previous knowledge of good(standard) solutions for a certain problem. This work had evaluated different ways of build basis functions with the use of evolutionary algorithms. This essay inserts an unprecedented methodology in literature to perform construction of atomic basis functions. The tool developed here was applied to build the basis functions for the following atoms: B, C, N, O, F, Ne, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar. All cases of the applied methodology, which uses coevolutionary algorithms, present better results than the ones described in literature.

[pt] Esta tese investiga a Nanotecnologia Computacional Inteligente, isto é, o apoio de técnicas de Inteligência Computacional (IC) nos desafios enfrentados pela Nanociência e Nanotecnologia. Por exemplo, utilizam-se as Redes Neurais para construir sistemas de inferência capazes de relacionar um conjunto de parâmetros de entrada com as características finais das nanoestruturas, permitindo aos pesquisadores prever o comportamento de outras nanoestruturas ainda não realizadas experimentalmente. A partir dos sistemas de inferência, Algoritmos Genéticos são então empregados com o intuito de encontrar o conjunto ótimo de parâmetros de entrada para a síntese (projeto) de uma nanoestrutura desejada. Numa outra linha de investigação, os Algoritmos Genéticos são usados para a otimização de parâmetros de funções de base para cálculos ab initio. Neste caso, são otimizados os expoentes das funções gaussianas que compõem as funções de base. Em outra abordagem, os Algoritmos Genéticos são aplicados na otimização de agregados atômicos e moleculares, permitindo aos pesquisadores estudar teoricamente os agregados formados experimentalmente. Por fim, o uso destes algoritmos, aliado ao uso de simuladores, é aplicado na síntese automática de OLEDs e circuitos de Autômatos Celulares com Pontos Quânticos (QCA). Esta pesquisa revelou o potencial da IC em aplicações inovadoras. Os sistemas híbridos de otimização e inferência, por exemplo, concebidos para prever a altura, a densidade e o desvio padrão de pontos quânticos auto-organizáveis, apresentam altos níveis de correlação com os resultados experimentais e baixos erros percentuais (inferior a 10%). O módulo de elasticidade de nanocompósitos também é previsto por um sistema semelhante e apresenta erros percentuais ainda menores, entorno de 4%. Os Algoritmos Genéticos, juntamente com o software de modelagem molecular Gaussian03, otimizam os parâmetros de funções que geram expoentes de primitivas gaussianas de funções de base para cálculos hartree-fock, obtendo energias menores do que aquelas apresentadas nas referencias. Em outra aplicação, os Algoritmos Genéticos também se mostram eficientes na busca pelas geometrias de baixa energia dos agregados atômicos de (LiF)nLi+, (LiF)n e (LiF)nF-, obtendo uma série de novos isômeros ainda não propostos na literatura. Uma metodologia semelhante é aplicada em um sistema inédito para entender a formação de agregados moleculares de H2O iônicos, partindo-se de agregados neutros. Os resultados mostram como os agregados podem ser obtidos a partir de diferentes perspectivas, formando estruturas ainda não investigadas na área científica. Este trabalho também apresenta a síntese automática de circuitos de QCA robustos. Os circuitos obtidos apresentam grau de polarização semelhante àqueles propostos pelos especialistas, mas com uma importante redução na quantidade de células. Por fim, um sistema envolvendo Algoritmos Genéticos e um modelo analítico de OLEDs multicamadas otimizam as concentrações de materiais orgânicos em cada camada com o intuito de obter dispositivos mais eficientes. Os resultados revelam um dispositivo 9,7% melhor que a solução encontrada na literatura, sendo estes resultados comprovados experimentalmente. Em resumo, os resultados da pesquisa permitem constatar que a inédita integração das técnicas de Inteligência Computacional com Nanotecnologia Computacional, aqui denominada Nanotecnologia Computacional Inteligente, desponta como uma promissora alternativa para acelerar as pesquisas em Nanociência e o desenvolvimento de aplicações nanotecnológicas. / [en] This thesis investigates the Intelligent Computational Nanotechnology, that is, the support of Computational Intelligence (CI) techniques in the challenges faced by the Nanoscience and Nanotechnology. For example, Neural Networks are used for build Inference systems able to relate a set of input parameters with the final characteristics of the nanostructures, allowing the researchers foresees the behavior of other nanostructures not yet realized experimentally. From the inference systems, Genetic Algorithms are then employees with the intention of find the best set of input parameters for the synthesis (project) of a desired nanostructure. In another line of inquiry, the Genetic Algorithms are used for the base functions optimization used in ab initio calculations. In that case, the exponents of the Gaussian functions that compose the base functions are optimized. In another approach, the Genetic Algorithms are applied in the optimization of molecular and atomic clusters, allowing the researchers to theoretically study the experimentally formed clusters. Finally, the use of these algorithms, use together with simulators, is applied in the automatic synthesis of OLEDs and circuits of Quantum Dots Cellular Automata (QCA). This research revealed the potential of the CI in innovative applications. The hybrid systems of optimization and inference, for example, conceived to foresee the height, the density and the height deviation of self-assembled quantum dots, present high levels of correlation with the experimental results and low percentage errors (lower to 10%). The Young’s module of nanocomposites is also predicted by a similar system and presents percentage errors even smaller, around 4%. The Genetic Algorithms, jointly with the package of molecular modeling Gaussian03, optimize the parameters of functions that generate exponents of primitive Gaussian functions of base sets for hartree-fock calculations, obtaining smaller energies than those presented in the literature. In another application, the Genetic Algorithms are also efficient in the search by the low energy geometries of the atomic clusters of (LiF) nLi +, (LiF) n and (LiF) nF-, obtaining a set of new isomers yet not propose in the literature. A similar methodology is applied in an unpublished system for understand the formation of molecular cluster of ionic H2O from neutral clusters. The results show how the clusters can be obtained from different perspectives, forming structures not yet investigate in the scientific area. This work also presents the automatic synthesis of robust QCA circuits. The circuits obtained present high polarization, similar to those proposed by the specialists, but with an important reduction in the quantity of cells. Finally, a system involving Genetic Algorithms and an analytic model of multilayer OLEDs optimize the concentrations of organic material in each layer in order to obtain more efficient devices. The results reveal a device 9.7% better that the solution found in the literature, being these results verified experimentally. In summary, the results of the proposed research allow observe that the unpublished integration of the techniques of Computational Intelligence with Computational Nanotechnology, here named Intelligent Computational Nanotechnology, emerges as a promising alternative for accelerate the researches in Nanoscince and the development of application in Nanotechnology.