Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Faculdade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-12-18T18:00:53Z No. of bitstreams: 1 2017_GersonFerreiraRocha.pdf: 698883 bytes, checksum: 3e7896258815ef5dc3d7bb165e01051b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-02-21T14:32:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_GersonFerreiraRocha.pdf: 698883 bytes, checksum: 3e7896258815ef5dc3d7bb165e01051b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-21T14:32:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_GersonFerreiraRocha.pdf: 698883 bytes, checksum: 3e7896258815ef5dc3d7bb165e01051b (MD5) Previous issue date: 2018-02-20 / Neste trabalho foi analisado a dinâmica de um pacote de onda eletrônico em uma rede cristalina unidimensional sob a influência de campo elétrico externo DC/AC e, para tanto, foi utilizado o modelo Tight-Binding para representar o pacote de onda eletrônico. Foram investigadas as circunstâncias em que os campos elétricos induzem a partícula a executar movimento oscilatório, as oscilações de Bloch, mantendo-se dinamicamente localizada; Para dar cabo de tal tarefa foram utilizadas as grandezas desvio quadrático médio, participação eletrônoca, centróide, e probabilidade de retorno. Além disso, foram investigados os efeitos da interação elétron-fônon sobre a dinâmica do pacote, com ênfase na formação e dinâmica de pólarons. / In this work was analyzed the dynamic of the electron wave packet in a one-dimensional crystalline network under the action of DC/AC electrical field, for this, we use the Tight-Binding model to represent the electronic wave packet. We investigated the circumstances in which the electric fields induce the particle to perform oscillatory motion, the Bloch oscillations, remaining dynamically localized; To accomplish such a task were used the mean square deviation, electronic participation, centroid, and probability of return. In addition, we investigated the effects of the electron-phonon interaction on the dynamics of the package, with emphasis on the polaron formation and its dynamics.

A água, conhecida como solvente universal, participa da maioria das reações químicas e composições biológicas, tem importância vital em nosso planeta, tornando a vida como conhecemos inconcebível sem a sua presença. Tais propriedades advêm da forma como as moléculas interagem entre si, e a principal ligação química existente é a ligação de hidrogênio. Portanto, compreender como ela acontece e ser capaz de manipulá-la pode ser considerada uma importante técnica na busca de novos comportamentos. Esta dissertação visa compreender como o campo elétrico nas suas variantes: direção, sentido e intensidade podem afetar a água. Sendo tal estudo realizado através de cálculos utilizando métodos de química quântica: Teoria do Funcional da Densidade e a Teoria de Perturbação Moller-Plesset de segunda ordem. Como resultado obteve-se que quando o campo elétrico é aplicado em uma direção e sentido fora do plano da ligação de hidrogênio, a estrutura inicial tende a se rearranjar produzindo uma estrutura mais fracamente ligada do que a ordinária. Quando aplicamos o campo no plano da ligação de hidrogênio, temos resultados mais pronunciados, sendo que, se o sentido for : Doador -> Receptor a estrutura resultante estará mais fracamente ligada e se o sentido for Receptor -> Doador a estrutura produzida estará mais fortemente ligada. Os resultados obtidos mostram também que tais mudanças acontecem principalmente devido a alterações eletrostáticas, como mudança na densidade de carga da ligação de hidrogênio. Também confirmou-se um ponto crítico no campo 0,15 V/Å, como sugerido na literatura. Esta singularidade foi atribuída neste trabalho à uma transição estrutural. O campo também modificou a importância das interações secundárias, principalmente entre os átomos de oxigênio, e ao desligá-lo, o sistema tende a voltar ao estado inicial. / The water is know as the universal solvent, part of most chemical reactions and biological compositions, it is vitally important to our planet, making life as we know it inconceivable without its presence. These properties arise from how the molecules interact, and the main existing chemical link is the hydrogen bond. Therefore, to understand how this happens and be able to manipulate it can be considered an important technique in the search for new behaviors. Thus, this paper aims to understand how the electric field in its variants: direction, sense and intensity can affect the water. This study is undertaken through calculations using quantum chemistry methods: Density Functional Theory and Moller-Plesset Perturbation Theory to Second Order. As a result was found that when the electric field is applied in direction and sense out of the plane of the hydrogen bond, the initial structure tends to rearrange itself to produce a more loosely bound than the ordinary. When the electric field is applied in the hydrogen bond plane, the have results obtained are more pronounced. Sense is: Donor -> Receiver initial structure will be more loosely connected and that when the sense is Receiver -> Donor initial structure will be tightly linked. Our results also show that such changes occur mainly due to electrostatic changes, mainly in the change in the charge density of hydrogen bond. It was also confirmed a critical point in the field 0, 15 V / Å, as suggested by Vegiri. This was attributed to a structural transition. The field also changed the importance of secondary interactions, especially between the oxygen atoms. And when the field is shutdown the system tends back to its to initial structure.

Estudamos as propriedades eletrônicas, estruturais e hiperfinas, nos sítios de nitrogênio, para o composto imidazol nas fases gasosa e sólida. Utilizamos o método PAW que é um método ab initio all-electron, dentro da Teoria do Funcional da Densidade, através do código computacional CP-PAW. Nossos valores, tanto para a fase gasosa quanto para a fase cristalina do gradiente de campo elétrico no núcleo, de freqüência de acoplamento quadrupolar (ν) e parâmetro de assimetria (η) estão em ótima concordância com os resultados experimentais da literatura e são os primeiros resultados obtidos, por método ab initio no espaço recíproco, para os átomos de nitrogênio no imidazol cristalino. Utilizamos resultados da literatura e também aqui calculados para estudar a tendência de comportamento tanto de ν quanto de η para diferentes meros (um, dois, três, cadeia infinita) e cristal investigando, assim, a estreita influência das ligações de hidrogênio sobre os valores do Gradiente de Campo Elétrico nos núcleos de nitrogênio. / Here we study structural, electronic and hyperfine properties at the Nitrogen sites in imidazole in the gas and the crystal phases. We use the PAW method which is an ab initio all electron method in the framework of the Density Functional Theory, as embodied in the computer code CP-PAW. The results for quadrupole coupling (ν) and asymmetry parameter (η) at the gas and at the crystal phases are in excellent agreement with the experimental values in the literature. This is the first time that such calculations are performed for the crystalline imidazole through a reciprocal space approach. We also study the behavior of both ν and η trends studing diferent meres (one, two, three and infinite chain) and cristal to investigate the influence of hydrogen bonding on the Electric Field Gradient at the nucleus.

Estudamos as propriedades eletrônicas, estruturais e hiperfinas, nos sítios de nitrogênio, para o composto imidazol nas fases gasosa e sólida. Utilizamos o método PAW que é um método ab initio all-electron, dentro da Teoria do Funcional da Densidade, através do código computacional CP-PAW. Nossos valores, tanto para a fase gasosa quanto para a fase cristalina do gradiente de campo elétrico no núcleo, de freqüência de acoplamento quadrupolar (ν) e parâmetro de assimetria (η) estão em ótima concordância com os resultados experimentais da literatura e são os primeiros resultados obtidos, por método ab initio no espaço recíproco, para os átomos de nitrogênio no imidazol cristalino. Utilizamos resultados da literatura e também aqui calculados para estudar a tendência de comportamento tanto de ν quanto de η para diferentes meros (um, dois, três, cadeia infinita) e cristal investigando, assim, a estreita influência das ligações de hidrogênio sobre os valores do Gradiente de Campo Elétrico nos núcleos de nitrogênio. / Here we study structural, electronic and hyperfine properties at the Nitrogen sites in imidazole in the gas and the crystal phases. We use the PAW method which is an ab initio all electron method in the framework of the Density Functional Theory, as embodied in the computer code CP-PAW. The results for quadrupole coupling (ν) and asymmetry parameter (η) at the gas and at the crystal phases are in excellent agreement with the experimental values in the literature. This is the first time that such calculations are performed for the crystalline imidazole through a reciprocal space approach. We also study the behavior of both ν and η trends studing diferent meres (one, two, three and infinite chain) and cristal to investigate the influence of hydrogen bonding on the Electric Field Gradient at the nucleus.

A água, conhecida como solvente universal, participa da maioria das reações químicas e composições biológicas, tem importância vital em nosso planeta, tornando a vida como conhecemos inconcebível sem a sua presença. Tais propriedades advêm da forma como as moléculas interagem entre si, e a principal ligação química existente é a ligação de hidrogênio. Portanto, compreender como ela acontece e ser capaz de manipulá-la pode ser considerada uma importante técnica na busca de novos comportamentos. Esta dissertação visa compreender como o campo elétrico nas suas variantes: direção, sentido e intensidade podem afetar a água. Sendo tal estudo realizado através de cálculos utilizando métodos de química quântica: Teoria do Funcional da Densidade e a Teoria de Perturbação Moller-Plesset de segunda ordem. Como resultado obteve-se que quando o campo elétrico é aplicado em uma direção e sentido fora do plano da ligação de hidrogênio, a estrutura inicial tende a se rearranjar produzindo uma estrutura mais fracamente ligada do que a ordinária. Quando aplicamos o campo no plano da ligação de hidrogênio, temos resultados mais pronunciados, sendo que, se o sentido for : Doador -> Receptor a estrutura resultante estará mais fracamente ligada e se o sentido for Receptor -> Doador a estrutura produzida estará mais fortemente ligada. Os resultados obtidos mostram também que tais mudanças acontecem principalmente devido a alterações eletrostáticas, como mudança na densidade de carga da ligação de hidrogênio. Também confirmou-se um ponto crítico no campo 0,15 V/Å, como sugerido na literatura. Esta singularidade foi atribuída neste trabalho à uma transição estrutural. O campo também modificou a importância das interações secundárias, principalmente entre os átomos de oxigênio, e ao desligá-lo, o sistema tende a voltar ao estado inicial. / The water is know as the universal solvent, part of most chemical reactions and biological compositions, it is vitally important to our planet, making life as we know it inconceivable without its presence. These properties arise from how the molecules interact, and the main existing chemical link is the hydrogen bond. Therefore, to understand how this happens and be able to manipulate it can be considered an important technique in the search for new behaviors. Thus, this paper aims to understand how the electric field in its variants: direction, sense and intensity can affect the water. This study is undertaken through calculations using quantum chemistry methods: Density Functional Theory and Moller-Plesset Perturbation Theory to Second Order. As a result was found that when the electric field is applied in direction and sense out of the plane of the hydrogen bond, the initial structure tends to rearrange itself to produce a more loosely bound than the ordinary. When the electric field is applied in the hydrogen bond plane, the have results obtained are more pronounced. Sense is: Donor -> Receiver initial structure will be more loosely connected and that when the sense is Receiver -> Donor initial structure will be tightly linked. Our results also show that such changes occur mainly due to electrostatic changes, mainly in the change in the charge density of hydrogen bond. It was also confirmed a critical point in the field 0, 15 V / Å, as suggested by Vegiri. This was attributed to a structural transition. The field also changed the importance of secondary interactions, especially between the oxygen atoms. And when the field is shutdown the system tends back to its to initial structure.

O presente trabalho estudou os efeitos das intera»c~oes hiper¯nas em dois sistemas de ¶oxidos: RCoO3 (R = Gd e Tb) com estrutura perovskita e ¯lmes ¯nos monocristalinos de HfO2 por meio da t¶ecnica de Correla»c~ao Angular Gama-Gama Perturbada (CAP), com o objetivo de fazer um estudo sistem¶atico do comportamento da varia»c~ao do gradiente de campo el¶etrico em fun»c~ao da temperatura. Para realiza»c~ao das medidas de intera»c~oes de quadrupolo el¶etrico utilizamos como de pontas de prova os n¶ucleos 111In ¡!111 Cd e o 181Hf ¡!181 Ta. As amostras de perovskitas foram confeccionadas por meio de um processo qu¶³mico denominado Sol-Gel e as an¶alises foram realizadas com aux¶³lio de difra»c~ao de raios-X. As pontas de prova foram inseridas nas solu»c~oes qu¶³micas durante o preparo das amostras. Os ¯lmes ¯nos foram fornecidos pelo Laborat¶orio de Intera»c~oes Hiper¯nas da Universidade de Lisboa e a ponta de prova de 181Hf foi ativada por meio da irradia»c~ao do ¯lme ¯no no reator IEA-R1 do IPEN no tempo adequado a espessura do ¯lme. As medidas foram realizadas na faixa de temperatura de 10 - 1560 K. Os resultados das medidas das amostras de perovskita indicam uma depend^encia do GCE com o s¶³tio de ocupa»c~ao dos ¶atomos da ponta de prova e uma varia»c~ao do GCE com a temperatura, que pode ser explicada por transi»c~oes de spins no ¶atomo de Co. As medidas do GCE dos ¯lmes ¯nos com mesma espessura apresentam uma segunda fra»c~ao, al¶em daquela correspondente a freqÄu^encia da HfO2 em amostras de bulk. / In the present work, the Perturbed Angular Gamma-Gamma Correlation technique (PAC) was used to measure the Electric Field Gradient (EFG) in two oxide systems: RCoO3 (R = Gd, Tb) perovskite oxide and HfO2 in order to study the behavior of the EFG as a function of temperature. Electric quadrupole hyper¯ne interaction measure- ments were carried out using 111In ¡!111 Cd and 181Hf ¡!181 Ta radioactive probe nuclei. The samples were prepared through a chemical route known as Sol-Gel technique and analyzed with x-ray di®raction. Both nuclei were introduced in to the perovskite samples during the chemical procedure. The thin ¯lms were provided by the Laboratory of Hyper¯ne Interactions at the University of 181Hf Lisbon and the probe nuclei was activated by the irradiation of the thin ¯lm in the reactor of IPEN IEA-R1 at an appropriate time regarding the thickness of the ¯lm. The measurements were taken in the temperature range from 4 K to 1560 K. The results for the perovskite oxides measurements show a site-dependence of the EFG with probe-nuclei occupation and a temperature dependence of EFG that can be explained if spins transitions in Co are considered. The results of EFG measurements in the 25 nm thin ¯lm of HfO2 show a second fraction besides that corresponding to bulk.

O presente trabalho estudou os efeitos das intera»c~oes hiper¯nas em dois sistemas de ¶oxidos: RCoO3 (R = Gd e Tb) com estrutura perovskita e ¯lmes ¯nos monocristalinos de HfO2 por meio da t¶ecnica de Correla»c~ao Angular Gama-Gama Perturbada (CAP), com o objetivo de fazer um estudo sistem¶atico do comportamento da varia»c~ao do gradiente de campo el¶etrico em fun»c~ao da temperatura. Para realiza»c~ao das medidas de intera»c~oes de quadrupolo el¶etrico utilizamos como de pontas de prova os n¶ucleos 111In ¡!111 Cd e o 181Hf ¡!181 Ta. As amostras de perovskitas foram confeccionadas por meio de um processo qu¶³mico denominado Sol-Gel e as an¶alises foram realizadas com aux¶³lio de difra»c~ao de raios-X. As pontas de prova foram inseridas nas solu»c~oes qu¶³micas durante o preparo das amostras. Os ¯lmes ¯nos foram fornecidos pelo Laborat¶orio de Intera»c~oes Hiper¯nas da Universidade de Lisboa e a ponta de prova de 181Hf foi ativada por meio da irradia»c~ao do ¯lme ¯no no reator IEA-R1 do IPEN no tempo adequado a espessura do ¯lme. As medidas foram realizadas na faixa de temperatura de 10 - 1560 K. Os resultados das medidas das amostras de perovskita indicam uma depend^encia do GCE com o s¶³tio de ocupa»c~ao dos ¶atomos da ponta de prova e uma varia»c~ao do GCE com a temperatura, que pode ser explicada por transi»c~oes de spins no ¶atomo de Co. As medidas do GCE dos ¯lmes ¯nos com mesma espessura apresentam uma segunda fra»c~ao, al¶em daquela correspondente a freqÄu^encia da HfO2 em amostras de bulk. / In the present work, the Perturbed Angular Gamma-Gamma Correlation technique (PAC) was used to measure the Electric Field Gradient (EFG) in two oxide systems: RCoO3 (R = Gd, Tb) perovskite oxide and HfO2 in order to study the behavior of the EFG as a function of temperature. Electric quadrupole hyper¯ne interaction measure- ments were carried out using 111In ¡!111 Cd and 181Hf ¡!181 Ta radioactive probe nuclei. The samples were prepared through a chemical route known as Sol-Gel technique and analyzed with x-ray di®raction. Both nuclei were introduced in to the perovskite samples during the chemical procedure. The thin ¯lms were provided by the Laboratory of Hyper¯ne Interactions at the University of 181Hf Lisbon and the probe nuclei was activated by the irradiation of the thin ¯lm in the reactor of IPEN IEA-R1 at an appropriate time regarding the thickness of the ¯lm. The measurements were taken in the temperature range from 4 K to 1560 K. The results for the perovskite oxides measurements show a site-dependence of the EFG with probe-nuclei occupation and a temperature dependence of EFG that can be explained if spins transitions in Co are considered. The results of EFG measurements in the 25 nm thin ¯lm of HfO2 show a second fraction besides that corresponding to bulk.

Em processos de crescimento de cristais pelo método de Czochralski, é observado que um campo elétrico aplicado ao cristal durante o processo de crescimento modifica a quantidade de dopante incorporada ao cristal. É desenvolvido um modelo, baseado na teoria de Burton, Prim e Slichter, levando-se em consideração as duas classes de material envolvidas, os óxidos e os semicondutores, e os efeitos produzidos pelo campo elétrico, eletromigração, subresfriamento constitucional, Efeito Peltier e efeito Seebeck. Resultados experimentais obtidos em crescimentos de LiNbO3:Cr2O3 e Si:Al são usados para aplicações do modelo / In crystal growth processes through the Czochralski method, it is observed that an electrical field applied to the crystal during the growth process modifies the quatity of the dopant incorporated to the crystal. A model is developed based on Burton, Prim and Slichter´s theory, taking into consideration two classes of materials, the oxides and the semiconductors, and the effects produced by the electrical field, electromigration, constitutional supercooling, Peltier Effect, Seebeck Effect. Experimental results obtained from the growth of the LiNbO3:Cr2O3 e Si:Al singlecrystals are used to the model application

O conceito de que estimulação elétrica promove o reparo de fraturas tem uma longa história, datada de 1812. O mecanismo pelo qual estimulação elétrica promove a osteogênese ainda é assunto de especulação científica, entretanto esse método não farmacológico, utilizado no presente trabalho, já mostrou efeitos positivos na promoção e estímulo da osteogênese. O presente trabalho objetivou analisar a influência da aplicação de campo elétrico pulsado nas características histológicas e propriedades mecânicas do tecido ósseo em osteotomias experimentais realizadas em tíbias de ratos. Foram utilizados 52 ratos com fraturas cirúrgicas unilaterais do terço médio da tíbia, sem lesão dos músculos e do periósteo. Os animais foram divididos em dois grupos: grupo controle, que não recebeu estimulação e grupo tratado com campo elétrico. Esses foram divididos em dois subgrupos: animais sacrificados no 19º pós-operatório e animais sacrificados no 27º pós-operatório. O membro fraturado foi tratado com campo elétrico pulsado com freqüência fundamental de 1,5 MHz e 200 \'mü\'s de largura de pulso, em sessões diárias de 20 minutos. Realizou-se radiografia desse membro no dia da cirurgia e do sacrifício. Após o tratamento sacrificaram-se os ratos e extraíram-se suas tíbias para a obtenção de material para a análise morfométrica e ensaio mecânico de flexão. Os ensaios biomecânicos revelaram que houve diferença significativa entre as médias dos grupos tratado 18 e 12 dias somente para a tensão, sendo esta maior para o grupo tratado 18 dias, para as demais propriedades mecânicas analisadas não houve diferença significativa. A análise morfométrica determinou que a relação entre os grupos controle 18 dias com tratado 18 dias bem como entre os grupos tratado 12 dias e tratado 18 dias das médias das áreas de osso formado apresentaram diferenças estatisticamente significantes. Esses resultados sugerem que existe um incremento na síntese de matriz orgânica no grupo tratado, não acompanhado linearmente pela síntese mineral. A diferença estatisticamente significativa nas tensões de ruptura, por outro lado, sugere que o aumento no grau de mineralização encontra-se em curso. / The concept that electrical stimulation promotes the repair of fractures has a long history, dated of 1812. The mechanism for which electrical stimulation promotes osteogenesis is still subject of scientific speculation, however that method non-pharmacological, used in the present work has already showed positive effects in the promotion and incentive of osteogenesis. The present work objectified to analyze the influence of the application of electric field pulsed in the histological characteristic and mechanical properties of the bone tissue in experimental osteotomy accomplished in tibias of rats. 52 rats were used with unilateral surgical fractures of the medium third of the tibia, without lesion of the muscles and of the periosteum. The animals were divided in two groups: group control, that didn\'t receive stimulation and treated group with electric field. These were divided in two subgroups: animals sacrificed in the 19th after operation and animals sacrificed in the 27th after operation. The fracture member was treated with electric field pulsed with fundamental frequency of 1,5 MHz and 200 \'mü\'s of pulse width, in daily sessions of 20 minutes. The x-ray of that member took place in the day of the surgery and of the sacrifice. After the treatment the rats were sacrificed and their tibias were extracted for the material obtaining for analysis morfometric and mechanical rehearsal of flexion. The mechanical rehearsals revealed that there was only significant difference among the averages of the treated groups 18 and 12 days for the tension, the treated group 18 days had a larger tension, for the other analyzed mechanical properties there was not significant difference. The averages of the moment of inertia and area went significantly larger for the treated group 18 days compared with the respective averages of the control group controls. The treated group 12 days presented averages significantly larger when compared to the properties: moment of inertia, neutral line and area with the control group 12 days. These results suggest that an increment exists in the synthesis of organic matrix in the treated group, not accompanied lineally by the mineral synthesis. The difference significant statistic in the rupture tensions, on the other hand, suggests that the increase in the mineralization degree meets in course.

Acredita-se que sinais elétricos endógenos afetem remodelamento, metabolismo, reparo e crescimento ósseos. Existe uma ampla literatura que trata do efeito de sinais elétricos externos sobre as respostas de síntese, mitogênese e proliferação em osteoblastos e células ósseas in vitro. Acredita-se que as respostas fisiológicas ao estimulo elétrico sejam devidas a mecanismos celulares que envolvem variações na concentração citosólica de cálcio. No presente estudo esse efeito celular foi observado através da estimulação direta, por campo elétrico de intensidade fisiologicamente significativa de 10mV/cm e frequência 1,5 MHz, de células ósseas em cultura primária obtidas a partir da calota calvária de ratos da raça Sprague-Dawley. Os mecanismos de transdução do campo elétrico são investigados pela mensuração em tempo real do efeito do campo elétrico na concentração citosólica de Ca2+ utilizando-se técnica de fluorescência de Fura-2, em um sistema que permite a medida em células individuais. As estimulações elétricas resultaram em variações significativas na concentração de cálcio citosólico. Mais especificamente, observou-se um aumento na amplitude e na duração das oscilações de cálcio iônico, com tempos de latência variáveis para as células estudadas. / Endogenous electrical signals have been thought to affect bone remodeling, metabolism, healing and growth. Much literature exists concerning the effect of external electrical signals on synthetic, mitogenic, and proliferative responses of osteoblasts or osteoblast-like cells in vitro. Physiological responses to electrical stimulation are thought to be due to cellular mechanisms involving cytosolic calcium concentration changes. In this study this cellular effect was observed by directly stimulating primary culture bone cells from Sprague-Dawley rat calvaria at physiological significant field strength of 10 mV/cm and frequency 1,5 MHz. Electric field transduction mechanisms are investigated by measuring the real-time electric field effect on cytosolic Ca+2 concentrations using Fura-2 fluorescence technology in a system capable of measurement on a cell-by-cell basis. The electrical stimulations resulted in significant changes in cytosolic calcium concentration. More specifically, an increase was noted in calcium oscillation amplitude and duration, and a variable response latency period for the cells studied.