Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-10-20T16:15:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_ModelagemEfeitosPlasmonicos.pdf: 3114372 bytes, checksum: cb026c4d61585b2d8cee51b195e59e46 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-10-22T13:24:08Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_ModelagemEfeitosPlasmonicos.pdf: 3114372 bytes, checksum: cb026c4d61585b2d8cee51b195e59e46 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-22T13:24:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_ModelagemEfeitosPlasmonicos.pdf: 3114372 bytes, checksum: cb026c4d61585b2d8cee51b195e59e46 (MD5) Previous issue date: 2014 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Metamateriais são meios artificiais estruturados para a obtenção de propriedades físicas não prontamente encontradas na natureza. Estes meios, em geral, são organizados periodicamente com uma célula unitária que possui dimensões menores que o comprimento de onda da radiação eletromagnética incidente. Esta característica permite que estes meios possam ser tratados como materiais homogêneos e, por conseguinte, descritos em termos de parâmetros constitutivos efetivos. Este trabalho realiza a modelagem analítica e numérica de um metamaterial nanoestruturado com inclusões metálicas. É desenvolvido um formalismo fundamentado no modelo de Maxwell-Garnett para descrever o índice de refração efetivo do metamaterial levando em conta a forma geométrica das nanopartículas e a natureza dos modos locais excitados. É evidenciado que estes modos correspodem a excitações plasmônicas superfíciais. Por meio da caracterização do metamaterial no domínio óptico, é investigado o potencial de tais meios para o desenvolvimento de sensores de índice de refração mais compactos e com valores de sensibilidade superiores aos encontrados em sistemas baseados unicamente em fibras ópticas. / Metamateriais are artificial media structured to obtain physical properties not readily found in nature. In general, these media are arranged periodically with a unit cell whose dimensions are smaller than the wavelength of the incident electromagnetic radiation. This characteristic allows dealing with such materiais as homogenized media, which means describing them by effective constitutive parameters. This work performs the analytical and numerical model of a metamaterial structured with metallic inclusions. It is implemented a formalism based on the Maxwell-Garnett approach in order to describe the effective refraction index of the metamaterial accounting for the geometry of the nanoparticles and the nature of excited local field modes. It is shown that these modes correspond to surface plasmon excitations. From the characterization of the metamaterial at the optical domain, it is investigated the potential of such medium to the construction of more compact refraction index sensors, with sensitivity values higher than the ones typically found in systems based exclusively on optical fibers.

Com os desenvolvimentos tecnológicos na área da nanociência e nanotecnologia pode se realizar novas pesquisas de fronteira. Entres estas pesquisas uma de muito interesse é sobre as interações nas escalas nanométricas e micrométricas. E com o desenvolvimento de novos equipamentos para esta área conseguimos observar e entender interações como entre a luz e materiais condutores como os metais. Esta interação produz ondas densas de elétrons, estas ondas são conhecidas como plásmons. Os estudos acerca dos plásmons estão sendo desenvolvidos desde os anos 80, e com as novas tecnologias podemos cada vez mais refinar e potencializar os resultados sobre estes assuntos. As pesquisas mais atuais sobre este tema veem gerando inúmeros desenvolvimentos nas áreas de gravação magneto-ótica, microscopia, detectores moleculares biológicos, entre outras. Os plasmons são oscilações que se confinam na superfície dos materiais, que têm como característica serem ondas evanescentes, por isso eles precisam ser observados em campo próximo. Com o intuito de observar e compreender a propagação destes plasmons de superfície (SPs) foi utilizado um microscópio ótico de varredura em campo próximo (SNOM). Este equipamento permite imagens óticas de campo próximo simultaneamente com imagens topográficas da superfície do material. Em trabalhos anteriores foi possível caracterizar a propagação dos SP em filmes de Ag e Au. Uma característica observada foi um padrão de oscilação ótica dentro da propagação dos SP. Visando entender esta oscilação, estudamos a influência da rugosidade dos filmes nesta oscilação dentro da propagação dos SP. Com o SNOM foi possível analisar a influência da rugosidade sobre a oscilação na propagação dos SP. Este tipo de oscilação já havia sido mostrado em artigos na literatura, porém nunca antes foi analisado em profundidade ou foi dada uma explicação clara para sua existência. Visando produzir filmes com rugosidades diferentes, foi utilizado um sistema de \"magnetron sputtering\" disponível no Laboratório de Materiais Magneticos da USP. Usando-se diferentes temperaturas de deposição e materiais codepositados se produziu filmes de rugosidades distintas. As rugosidades variaram de 1 nm à 40 nm, com isto se pode constatar que existe uma oscilação dentro da propagação dos SP que fica mais evidente, e sofre perturbações, conforme o filme é mais rugoso. Porém também foi observado que mesmo com filmes muito lisos esta oscilação permanece, podendo ser algo intrínseco da própria propagação do SP, e quanto maior rugosidade superficial mais intensa e irregular esta oscilação. / New border technology researches can be made from the technological developments in nanocience and nanotechnology, among which, the research on nanometric and micrometric scales is of great interest. With the development of new equipment for this area, we are able to observe and understand interactions between light and conductive materials, such as metals, for example. This interaction produces dense electron waves, these waves are known as Plasmon. Studies on Plasmon have been developed since the 1980\'s and, with the new technologies we can constantly refine and potentialize the results on this matter. The more recent researches on the theme have been generating innumerous developments in the areas of magneto-optical recording, microscopy, biological molecular detectors, among others. Plasmon\'s consist in confined oscillations in the surfaces of materials, characterized for being evanescent waves, for that reason they have to be observed in near field. In order to observe and comprehend the propagation of these Surface Plasmon (SP) a scanning near-field optical microscope (SNOM) was used. This equipment allows near field images to be formed concomitantly with topographic images of the material\'s surface. In previous works it was possible to characterize the propagation of the SP in Ag and Au films. One observed characteristic was an oscillation pattern within the SP propagation. Aiming to understand this oscillation, we studied the influence of the films rugosity on the oscillation within the propagation of the SP. With SNOM it was possible to analyze the influence of the rugosity on the oscillation within the propagation of the SP. This type of oscillation had already been observed in the literature, but it had never before been analyzed in depth or a clear explanation for its existence has been given. Aiming to produce films with different rugosities, a magnetron sputtering system was used. Using different deposition temperatures and co-deposited materials we produced films with different rugosities. The rugosities vary from 1 nm to 40 nm, with this we could note that there is an oscillation within the SP propagation which are more evident and suffer disturbances, as the film\'s rugosity increases. Although it was observed that even in very smooth films this oscillation remains, which can indicate an intrinsic character of the SP propagation and also, the larger the rugosity, more intense and irregular this oscillation.

Desde a sua origem nos laboratórios do Bell Labs, durante a década de 70, pinças ópticas vêm sendo investigadas, desenvolvidas e diversificadas por vários grupos nacionais e internacionais incluindo, nos últimos anos, o nosso departamento (Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação - SEL/EESC/USP) e, em particular, o Grupo de Telecomunicações a ele vinculado, com propostas de aplicações em óptica biomédica e medicina. Dada a importância deste assunto, o principal objetivo deste trabalho é estender a análise teórica de forças ópticas utilizando uma descrição simples, porém eficaz, e analítica de um feixe de Bessel truncado, isto é, gerado por abertura finita. Até onde sabemos, esta é a primeira tentativa de introduzir esta investigação dos feixes originais de Durnin na literatura, e, deste modo, temos a possibilidade de contribuir com uma análise inédita de um feixe de Bessel com características físicas reais. Com a modelagem matemática dos feixe de Bessel truncados em mãos, aplicamos o cálculo de forças nos regimes de óptica geométrica e de Rayleigh e analisamos o seu comportamento quando os feixes incidem em espalhadores dielétricos esféricos. Como resultado direto deste trabalho, publicamos dois artigos descrevendo as forças ópticas no regime de óptica geométrica e de Rayleigh que um feixe de Bessel truncado causa em uma partícula dielétrica esférica. Como resultados indiretos, publicamos dois artigos com os mesmos cálculos de forças, adotando classe de feixes chamada Frozen-Waves, que é uma superposição de feixes de Bessel de mesma frequência. / Since its origins at Bell Labs laboratories, during the 1970s, optical tweezers have been researched, developed and diversified by several research groups, both nationally and internationally, including in our department (Department of Electrical and Computing Engineering - SEL/EESC/USP), in particular the Telecom Group associated to it, with several proposals with applications of optical tweezers in different fields from medicine to biomedical optics. Given the importance of this field, our main goal is to extend the theoretical analysis of optical forces using a simplest - but effective - analytical description of truncated Bessel beams (i.e. beams that are generated by finite apertures). As far we know, this is the first attempt to introduce such analysis of the originals Durnin beams in the literature, thus, we may have the chance to contribute to an unpublished study of a truncated Bessel beam with real characteristics. With such mathematical model at hands, we calculate the forces exerted by the truncated Bessel beam in ray optics and Rayleigh regime and analyze their behavior when hits dielectric spherical particles. As direct result of this work, we have published two papers describing the optical forces in ray optics and Rayleigh regime that a truncated Bessel beam causes in a spherical dielectric particle. As indirect results, we have published two papers with the same force considerations, adopting a beam class called Frozen-Waves, which is a superposition of same frequency Bessel beams.

A utilização, em sistemas de comunicações ópticas, de formatos de modulação digitais é vista, atualmente, como uma forma promissora de aumentar a eficiência espectral, frente aos diversos efeitos de degradação do sinal em fibra óptica, sem alterar a infraestrutura já implantada. É neste contexto que surge a técnica OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) que estabelece sobreposição espectral das subportadoras e, desta forma, permite a transmissão dos dados em forma multiplexada com grande eficiência espectral. No presente trabalho, foi proposta a simulação da técnica OFDM com modulação QAM (quadrature amplitude modulation) no software Optisystem, versões 9.0 e 10.0. O objetivo principal da pesquisa é estudar algumas configurações de sistemas OFDM óptico, com detecção direta e coerente, visando avaliar seu desempenho sistêmico frente a efeitos de propagação. Usando as figuras de mérito BER e diagrama de constelação para estabelecer a meta de ótimo desempenho, analisamos a técnica OFDM com detecção coerente em configurações aplicáveis, principalmente, para redes ópticas de acesso com alcance estendido. Para validação dos resultados, são apresentados também estudos que relacionam as degradações do sinal em fibra óptica e a técnica OFDM. Estes resultados foram comparados com os existentes na literatura, apresentando boa concordância. / The development of digital modulation formats in optical communications systems is considered to be a promising way to increase the spectral efficiency and to combat the effects of signal degradation in optical fiber without changing the infrastructure already deployed. In this context, the technique called OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) establishes a particular spectral overlap of the subcarriers, which allows data transmission to be multiplexed with high spectral efficiency. The main objective of the research is to study some configurations of optical OFDM systems with direct detection and coherent in order to evaluate their performance against propagation effects. Using the figures of merit BER and constellation diagram to establish the goal of optimal performance, we analyze the OFDM technique with coherent detection in configurations more applicable for optical access networks with extended reach. To validate the results we also present some studies that relate the degradation of the signal in an optical fiber and the OFDM technique. These results were compared with those described in literature, showing good agreement.

A deficiência de ferro é a carência nutricional mais frequente no mundo, uma vez que a população de crianças é uma das que mais sofre com essa condição. É sabido que o desenvolvimento cerebral é determinado não apenas por um plano genético, mas sim por uma forte interação de fatores genéticos e ambientais. Evidências emergentes sugerem que a estimulação precoce pode oferecer grande eficácia terapêutica, uma vez que o cérebro é notavelmente responsivo a essa interação com o ambiente. Dado que a estimulação tátil (TS) tem sido previamente demonstrada ser uma abordagem terapêutica eficaz e com potencial aplicação em seres humanos, o objetivo deste estudo foi verificar se a exposição à estimulação tátil desde o dia pós-natal (P) 1 até P32 durante 3 min/dia, poderia ser utilizada para prevenir alterações estruturais do nervo óptico de ratos mantidos com uma dieta deficiente em ferro durante o desenvolvimento pós-natal. Foram utilizados 72 ratos machos recém-nascidos (Wistar), sendo que as ratas-lactantes foram mantidas com dieta isocalórica com 35mg/Fe por kg de ração (Grupo ANTS) ou com 4mg/Fe por kg de ração (Grupo DNTS) durante todo o período de lactação e os filhotes receberam a dieta de suas respectivas ratas-lactantes após o desmame (P22-32). Metade dos filhotes de cada grupo foi submetida à TS diária (Grupo ATS e DTS), durante todo o período experimental (P01-32). Foram realizadas análises estrutural e ultraestrutural, em 3 diferentes idades, para avaliar a integridade tecidual e também a fim de determinar se as mudanças observadas na citoarquitetura do nervo óptico foram significativamente diferentes entre os grupos e idades. Verificou-se que os animais mantidos com dieta deficiente em ferro apresentaram baixo peso corporal a partir do desmame, revelando uma curva de crescimento menos acentuada. A baixa concentração de hemoglobina e hematócritos indicam que esses animais sofreram com anemia severa em todos os períodos estudados. A análise ultraestrutural qualitativa mostrou que a deficiência de ferro imposta durante o período crítico do desenvolvimento leva a sérios danos as fibras das células ganglionares da retina, com efeitos sobre o envoltório de mielina que frequentemente apresentou afrouxamento lamelar e em idades mais avançadas foram encontradas degenerações mielínicas e axonais. A análise ultraestrutural quantitativa mostrou que a dieta deficiente em ferro leva a um atraso no processo de mielinização que pode ser parcialmente revertido pelo tratamento com estimulação tátil. Além disso, fica claro que as fibras de menor diâmetro são mais sensíveis às lesões geradas pela deficiência de ferro e também ao tratamento, enquanto que as fibras de maior diâmetro são afetadas de forma desproporcional tanto pela deficiência de ferro quanto pela estimulação tátil. As lesões sugerem que a transmissão dos sinais elétricos pode estar prejudicada, interferindo com as funções normais do sistema visual. / Iron deficiency has a critical impact on maturational mechanisms of the brain and the damage related to neuroanatomical parameters is not satisfactorily reversed after iron replacement. However, emerging evidence suggest that enriched early experience may offer great therapeutic efficacy in cases of nutritional disorders postnatally, since the brain is remarkably responsive to its interaction with the environment. Given the fact that tactile stimulation (TS) treatment has been previously shown to be an effective therapeutic approach and with potential application to humans, here we ask whether exposure to TS treatment, from postnatal day (P) 1 to P32 for 3 min/day, could also be employed to prevent neuroanatomical changes in the optic nerve of rats maintained on an iron-deficient diet during brain development. It was verified that the animals maintained with iron deficient diet presented low weight from the weaning, revealing a lower growth curve. The low concentration of hemoglobin and hematocrits indicate that these animals suffered from severe anemia in all studied periods. The qualitative ultrastructural analysis showed that the iron deficiency imposed during the critical period of development leads to serious damage to the fibers from retinal ganglion cells, with effects on the myelin sheath that frequently presented lamellar loosening and myelin degenerations and axonal at more advanced age. Quantitative ultrastructural analysis has shown that the iron deficient diet leads to a delay in the myelination process that can be partially reversed by treatment with tactile stimulation. In addition, it is clear that the smaller diameter fibers are more sensitive to the iron deficiency and also to the treatment, whereas the larger fibers are disproportionately affected by both iron deficiency and tactile stimulation. The lesions suggest that the transmission of electrical signals may be impaired, interfering with the normal functions of the visual system.

A presente pesquisa tem como intuito estabelecer um olhar sobre a produção de periódicos alternativos no campo das artes, que passaram a servir como suporte e como meio para muitos artistas veicularem suas poéticas e seus discursos a partir dos anos 1960 e 70. Associados ao estouro da comunicação, à busca por liberdades estéticas e às reivindicações sociopolíticas, o formato editorial em série propagou-se em contexto nacional e internacional, possibilitando trocas e diálogos entre distintas regiões. A atual pesquisa procurou dar destaque à produção brasileira dos anos 1970, tendo como objeto de análise os cartazetes periódicos Nervo Óptico, de Porto Alegre, criados por um grupo de artistas da cidade, entre eles, Vera Chaves Barcellos, e a revista Punho, de Recife, também produção coletiva de artistas e escritores, da qual Paulo Bruscky era o principal idealizador. Pretende-se com esse estudo, além de alcançar um melhor entendimento específico acerca dessas poéticas e suas conexões e abrir caminho para a compreensão de alguns fenômenos similares, perceber a importância do impresso como espaço de expressão e como prática participativa da edificação do pensamento contemporâneo. / This research is meant to provide a glimpse into the alternative periodicals production in the art field, which served as support and as media for many artists to transmit their poetry and speeches from the 1960s and 70s. Related to burst communication, the search for aesthetic liberties and socio-political demands, the editorial format in series spreads in national and international context, making possible exchanges and dialogues between different regions. The current research sought to highlight the Brazilian production of the 1970s, with the object of analysis Periodicals cartazetes Optic Nerve, of Porto Alegre, created by a group of city artists, among them Vera Chaves Barcellos, and handle magazine from Recife also collective production of artists and writers, that Paul Bruscky was the main proponent. The aim of this study, in addition to achieve a better understanding of these specific poetic and their connections, realize the importance of printed as a space for expression and as participatory practice of building of contemporary thought.

Submitted by Ana Maria Fiscina Sampaio (fiscina@bahia.fiocruz.br) on 2013-04-19T16:45:21Z No. of bitstreams: 1 Diana Rodrigues de Cerqueira. Efeito antidipsogenico...pdf: 2541414 bytes, checksum: 91bafe7330198ea8c8a87c6c5f8f8fd6 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-19T16:45:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diana Rodrigues de Cerqueira. Efeito antidipsogenico...pdf: 2541414 bytes, checksum: 91bafe7330198ea8c8a87c6c5f8f8fd6 (MD5) Previous issue date: 2012 / Universidade Federal da Bahia. Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Pesquisas Gonçalo Moniz / Interleucina-1β (IL-1β) pode modular funções homeostáticas controladas pelo sistema nervoso central, incluindo a atividade do eixo hipotálamo-hipófise-adrenal, termorregulação, pressão arterial e comportamento ingestivo. Estudos anteriores do Laboratório de Neurociências mostram que IL-1β injetada no terceiro ventrículo cerebral inibe a ingestão de água em animais submetidos a diferentes protocolos e inibe o apetite por sódio em animais depletados deste íon. O núcleo pré-óptico mediano (MnPO) e o órgão subfornical (SFO) são áreas importantes no controle da homeostasia hidrossalina. Assim, a proposta deste estudo foi investigar o efeito de microinjeções de IL-1β no MnPO ou SFO sobre a ingestão de sal em animais depletados de sódio. Ratos Wistar (250-270g) foram anestesiados com cetamina/xilazina (80/7mg/kg) para cirurgia estereotáxica de implante de cânula guia no MnPO ou SFO. Quatro dias após a cirurgia os animais foram submetidos à depleção de sódio por injeções de furosemida (20 mg/kg, s.c) e mantidos com livre acesso a água destilada e dieta hipossódica. 24 horas após os animais receberam microinjeções de IL-1β, nas doses 1,6, 0,8 e 0,4 ng/rato. A ingestão de sal foi monitorada por 120 minutos e ao final das sessões experimentais, os animais foram anestesiados, submetidos à perfusão transcardíaca com salina 0,9% seguido de formol 10% e os encéfalos removidos para processamento histológico. Apenas os dados dos animais cuja cânula estava no MnPO ou SFO foram analisados. IL-1β injetada no MnPO e no SFO inibe a o apetite por sódio, em animais depletados deste íon, sendo o MnPO mais sensível a ação da IL-1β que o SFO. A ação da IL-1β no MnPO e no SFO no apetite por sódio foi específica e não associada a uma deficiência locomotora ou mal estar generalizado que impossibilitasse o animal a buscar da solução sacarina, uma vez que tanto a locomoção quanto a ingestão de sacarina 0,1% dos animais não foi alterada pela IL- 1β. Observou-se também aumento da temperatura corporal após tratamento com IL-1β, sendo a hipertermia mais expressiva após injeção no MnPO do que no SFO. Os resultados obtidos com este trabalho indicam que o MnPO é mais sensível a ação da IL-1β que o SFO e sugerem papel modulatório da IL-1β sobre a homeostasia hidrossalinana, mais especificamente, no apetite por sódio. / Interleukin-1β (IL-1β) may acts on the central nervous system integrating and modulating homeostatic functions including the activity of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis, control of blood pressure and body temperature and ingestive behavior. Previous data from our laboratory showed that intracerebroventricular injection of IL-1β inhibits sodium appetite. However, the action of IL-1β in specific brain areas controlling this behavior is unknown. It is well documented that MnPO and SFO is an important brain sites involved in the control of water and salt intake. Therefore, the purpose of this study was to investigate the effect of IL- 1β microinjections into MnPO or SFO on salt intake in sodium-depleted rats. Wistar male rats (240-270g) were implanted with guide cannula in the MnPO or SFO under anesthesia with ketamine/xylazine (80/7 mg/kg i.p). The animals were submitted to sodium depletion by injection of furosemide (20 mg/kg, sc) and maintained with free access to distilled water and low sodium diet. Salt intake was monitored for 120 minutes after microinjection and at the end of the experiments the animals were anesthetized, submitted to a transcardiac perfusions with saline followed by 10% formalin and have their brain removed for histological procedure. Only data from animals whose guide cannulas were in the MnPO or SFO were considered. The results show that microinjection of IL-1β into MnPO and SFO inhibits the hypertonic saline intake throughout the experimental session. The inhibitory effect of IL-1β in MnPO on salt intake was more intense than SFO. Furthermore, the inhibition of sodium appetite seems not to be due to inhibition of locomotor activity or to any change in palatability, since microinjections of IL-1β in MnPO or SFO failed to modify the intake of a 0.1% saccharin solution when the animals were submitted to a "dessert test" or to induce any significant locomotor deficit in the open-field test. It was also observed a rise in body temperature after treatment with IL-1β and this hyperthermia was more significant after injection into MnPO than SFO. The results of this study indicate that the MnPO is more sensitive to IL-1β in MnPO than SFO and suggest modulatory role of IL-1β in this site on hydrosaline homeostasis especially in sodium appetite.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de sensores químicos ópticos baseados no Interferômetro Mach-Zehnder (MZI) para aplicações em análises químicas e ambientais. Tais dispositivos foram implementados a partir da fabricação de guias de ondas sobre um substrato de silício monocristalino. Os guias de onda foram obtidos através da deposição de filmes finos de nitreto de silício (Si3N4) e óxido de silício (SiO2) obtidos por técnicas de deposição química a vapor (CVD) e pela oxidação térmica do substrato de silício. A definição destes guias de ondas para a implementação de sensores é feita por processos convencionais de litografia e corrosão. Os sensores químicos deste trabalho baseiam-se na interação do campo evanescente do modo que propaga-se no guia de onda exposto a algum composto químico na fase líquida ou gasosa. Tais sensores foram projetados, simulados e implementados para as seguintes aplicações: Medida da concentração de glicose em soluções; Medida de umidade por efeito de espalhamento; Detecção de vapores de compostos orgânicos voláteis (VOC\'s). As etapas de processo para a fabricação dos sensores químicos ópticos foram definidas a partir das simulações em óptica integrada e, após os processos de fabricação, os filmes obtidos foram caracterizados. Os filmes de Si3N4 SiO2 utilizados na fabricação do sensor óptico possuem uniformidade em espessura e homogeneidade quanto aos valores de índice de refração, baixa rugosidade superficial e baixos níveis de incorporação de água e ligações OH. No entanto, os valores de rugosidade e desuniformidade aumentaram significativamente após as etapas de corrosão úmida para a definição das estruturas dos sensores ópticos. Os guias de ondas implementados apresentaram um guiamento monomodo (TE0) e os valores de atenuação experimentais ficaram entre 2 e 20 dB/cm e dependem dos valores de rugosidade superficial e lateral dos guias de ondas e da desuniformidade dos filmes empregados. Com as medidas de concentração de glicose, verificou-se o funcionamento e a sensibilidade dos sensores químicos ópticos implementados, levantando-se curvas de variação da intensidade de saída do MZI em função do índice de refração de soluções de glicose padronizadas (dn/dc). Realizou-se medidas de umidade através da implementação de um sensor óptico simplificado que tem como princípio o efeito de espalhamento óptico. Como o espalhamento óptico depende da rugosidade e do contraste de índices de refração na interface exposta ao ambiente, foi possível detectar a quantidade de água presente no dispositivo. Posteriormente, analisou-se a aplicação de HMDS (Hexametildissilazana) como filme de adsorção de compostos orgânicos voláteis (VOC\'s). Os VOC\'s foram aplicados sobre os sensores químicos ópticos em forma de vapor e os resultados obtidos para n-Hexano e 2-Propanol mostraram uma boa reprodutibilidade e alta sensibilidade. / The aim of this work is the development of optical chemical sensors based on Mach-Zehnder Interferometer (MZI) for chemical and environmental analysis applications. Such devices were implemented with waveguides fabricated on a silicon substrate. The waveguides were obtained using silicon nitride (Si3N4) and silicon oxide (SiO2) films obtained by CVD (Chemical Vapor Deposition) and thermal oxidation of the silicon substrate. The waveguides and the optical sensors were fabricated using conventional lithograph and etching processes. The developed chemical sensors are based on the evanescent field interaction in a waveguide exposed to a liquid or gaseous phase of a chemical compound. Such optical sensor were designed, simulated and implemented for the following applications: Glucose concentration; Humidity measurement by scattering effect; Volatile organic compounds (VOC\'s) vapors detection. The process steps for the optical chemical sensor fabrication were defined during the integrated optical simulations and the films were characterized after the fabrication process steps. The Si3N4 and SiO2 films used in the optical sensor fabrication are uniform and homogenous (thickness and refractive index), with low surface roughness and low levels of water incorporation and OH bonds. However, the roughness values increased significantly after the etching process for the optical sensor structures definition. The implemented waveguides were singlemoded (TE0), with experimental attenuation values between 2 and 20 dB/cm, depending on the surface and sidewall roughness of the waveguide and of the films uniformity. The operation principle and the sensitivity of the optical chemical sensor were verified by glucose concentration measurements, by measuring the MZI output variation intensity as a function of the refractive index of the glucose standard solutions (dn/dc). As the light scattering depends of the roughness and the of refractive index difference between the exposed interface and the atmosphere, it\'s possible to measure the humidity or the amount of water in the interaction window. Afterwards, the detection of volatile organic compounds (VOC\'s) was done using a HMDS (Hexamethyldissilazane) layer to adsorb the VOC\'s. The VOC\'s vapor was applied on the optical chemical sensors and the results obtained for n-Hexane and 2-Propanol showed a good reproducibility and high sensitivity.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1999.pdf: 3939416 bytes, checksum: 033049fbd1ac0f0c70547f5f62450137 (MD5) Previous issue date: 2007-07-30 / Universidade Federal de Minas Gerais / In-line analysis equipments play an important hole in the study of polymer blends extrusion for supplying dynamic information concerning to the morphology of the dispersed phases, such as aspect ratio and size distribution of particles. Among them, the device whose operation is based on light scattering stand out for the versatility, fast data acquisition and for its non destructive operation. Since the morphologic characteristics of the polymer blends affects directly the properties of the material, we presented in this work an improvement of an optical detector based on low angle laser light scattering (LALLS), showing that this equipment is effective in the morphologic characterization of the dispersed phase in diluted polymer dispersions. The studied systems were composed by PS, PA6, Al2O3 and TiO2 embedded in PP matrix. During the extrusion several concentrations of dispersed phase were used in transient state. The LALLS prototype detector developed is effective in the characterization of polymer dispersed phases, based in their light scattering, as well as for ceramic dispersed phases, where the light extinction phenomena are governed by light diffraction. By improving the original acquisition system (hardware and software) and the interpretation of the data, we showed that the prototype is sensitive to the concentrations, particle size distribution and differences in the refraction indexes of the dispersed phase. / Equipamentos de análise in-line exercem um papel importante no estudo de extrusão de blendas poliméricas por fornecer informações dinâmicas a respeito da morfologia das fases dispersas, tais como razão de aspecto e distribuição de tamanho de partículas. Entre eles, os aparatos cujo princípio de funcionamento baseia-se em espalhamento de luz, destacam-se por sua versatilidade, rapidez na aquisição de dados e pelo seu caráter não invasivo. Sabendo que as características morfológicas da blenda polimérica são de suma importância nas propriedades do material, apresentamos neste trabalho o aprimoramento de um detector óptico baseado em espalhamento de luz laser de baixo ângulo (LALLS), mostrando sua eficácia na caracterização morfológica de fases minoritárias em dispersões poliméricas. Os sistemas estudados foram compostos por PS, PA6, Al2O3 e TiO2 imersos em uma matriz de PP. Durante a extrusão utilizamos várias concentrações de fase dispersa em modo transiente. Vimos que o protótipo do detector LALLS desenvolvido mostrou eficácia e reprodutibilidade tanto na caracterização de fases dispersas poliméricas, cujo princípio de funcionamento é baseado em espalhamento de luz, quanto para fases cerâmicas, onde os fenômenos envolvidos são governados por efeitos de difração de luz. Através do aprimoramento na coleta (hardware e software) e da interpretação dos dados, mostramos o quanto o protótipo apresenta-se sensível a concentrações, distribuição de tamanho das partículas com diferentes índices de refração de fase dispersa.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-14T13:06:39Z No. of bitstreams: 1 TeseAMCS.pdf: 12834976 bytes, checksum: f37e04e7bd14b94b91c24c7b3f48e5ff (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:46:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseAMCS.pdf: 12834976 bytes, checksum: f37e04e7bd14b94b91c24c7b3f48e5ff (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:46:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseAMCS.pdf: 12834976 bytes, checksum: f37e04e7bd14b94b91c24c7b3f48e5ff (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T13:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseAMCS.pdf: 12834976 bytes, checksum: f37e04e7bd14b94b91c24c7b3f48e5ff (MD5) Previous issue date: 2015-03-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A novel slit-die flow cell is presented for the evaluation of extrusion thermo-mechanical history on the flow character of polymers. The rheo-optical concept is claimed once both flow-birefringence and rheological character of polystyrene are probed during the process. To accomplish this task, three pressure gauges are flush-mounted along the channel of the slit-die to determine the pressure drop of the flowing polymer. Moreover, borosilicate optical windows are adjusted into two different sites in-between the pressure transducers. Thus, one could assess the rheo-optical responses at two different entrance lengths. When studying polystyrene melt, the flow birefringence measurements showed different molecular orientation levels along the channel axial direction, being slightly lower in the second section next to the slit die outlet. The viscosity values measured in-process were lower at the second section of the slit-die. In addition, they were well below that calculated from rotational rheometry. By following the time-temperature superposition, the melt temperatures assessed in real time were found to be considerably higher than those chosen as the set points. This was ascribed to viscous dissipation generated mainly at the extrusion barrel boundaries. The real time assessment of polymer melt by the use of thermocouples agreed with estimated ones from reduced variables method. On the other hand, temperature increments were found to be a function of the mass flow. This is not taken into account on bench techniques due to isothermal flow assumption. Rheo-optical measurements carried out at both steady state and transient mass flow procedure showed that polystyrene behaves as a thermo-rheological material and, apparently, the stress optical rule holds for the processing conditions investigated given the independence of the flow-birefringence versus stress curve slopes with feed rate and temperature set-points. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma matriz de fenda instrumentada para avaliar a influência das condições termomecânicas do processo de extrusão dupla rosca no fluxo dos polímeros. A birrefringência de fluxo e as características reológicas do polímero são calculadas a partir dos dados obtidos no exato momento do processamento. Três transdutores de pressão foram montados ao longo do canal da matriz para permitir a determinação das quedas de pressão geradas pelo fluxo polimérico. Janelas ópticas de borossilicato foram ajustadas à matriz de fenda em dois sítios distintos. Ao se estudar o fluxo de poliestireno por birrefringência de fluxo foi possível verificar níveis de orientação distintos ao longo do canal, sendo maior para a primeira seção próxima a entrada da matriz. A caracterização reológica em tempo real sugere que as viscosidades nas duas seções analisadas são diferentes. Estas estavam bem abaixo dos valores experimentais obtidos por reometria rotacional. As estimativas de temperatura pelo princípio da superposição tempo-temperatura indicam que esta disparidade é função da liberação de energia interna na forma de calor gerada pelo histórico termomecânico no processo de extrusão, em função da dissipação viscosa. A medida da temperatura do fundido em tempo real pelo uso de termopares na região interna da matriz e em sua saída corroboram os dados estimados pelo método de redução de variáveis. No entanto, o aumento de temperatura é função da vazão mássica trabalhada, mostrando ainda mais característica térmica não uniforme do processo de extrusão. Os dados reo-ópticos obtidos no estado estacionário e no transiente de vazão mássica demonstram que o poliestireno usado é um material termoreologicamente simples e que, aparentemente, a regra do coeficiente de tensão óptica é válida nas condições trabalhadas, dado a independência da inclinação da curva de birrefringência de fluxo versus tensão na parede com a vazão e com a temperatura.