The present thesis describes a novel photonic crystal platform dubbed the photonic nose, a color-based analogue of the human olfactory system. The platform is founded on a one dimensional photonic crystal architecture known as Bragg stacks, which are fabricated using bottom-up self-assembly approaches. Structural and compositional aspects of this novel class of photonic crystals are established that provide them with functionality and utility. Silicon dioxide, titanium dioxide, tin oxide, clays and zeolites are among the materials incorporated into one-dimensional photonic structures. Retention of materials functionality is demonstrated by vapor and liquid sensing experiments. This class of Bragg stacks displays well defined optical properties that have been thoroughly investigated by use of spectroscopic ellipsometry, as we demonstrate in a chapter dedicated to the technique. Utilizing conventional building blocks comprised of nanostructured silicon and titanium dioxide we discuss various aspects of technique pertaining single layered as well as multilayered films. In terms of practical applications these kinds of Bragg stacks show significant potential in areas such as display and sensors that exploit their vibrant and tunable colors. These colors are an important attribute of photonic crystals with bandgaps in the visible range and in this thesis work we present new approaches for characterizing photonic crystal color using well established methods from the field of color imagery. With this knowhow we have been able to assemble a pixilated array of chemically functionalized Bragg stacks in which each pixel responds differently to vapor phase analytes. The combinatorial response of the entire array enables a unique diagnostic fingerprint of a given analyte vapor as determined from color imagery and multivariate statistical methods of analysis. It was possible to discriminate between ethanol, butanol, hexanol, hexane, octane and decane. We also demonstrate the power of the photonic nose platform by distinguishing different bacteria from a photonic nose color analysis of the complex mixture of vapors in the bacteria culture headspace. Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, and Pseudomonas aeruginosa could be discriminated based on this technique.

The present thesis describes a novel photonic crystal platform dubbed the photonic nose, a color-based analogue of the human olfactory system. The platform is founded on a one dimensional photonic crystal architecture known as Bragg stacks, which are fabricated using bottom-up self-assembly approaches. Structural and compositional aspects of this novel class of photonic crystals are established that provide them with functionality and utility. Silicon dioxide, titanium dioxide, tin oxide, clays and zeolites are among the materials incorporated into one-dimensional photonic structures. Retention of materials functionality is demonstrated by vapor and liquid sensing experiments. This class of Bragg stacks displays well defined optical properties that have been thoroughly investigated by use of spectroscopic ellipsometry, as we demonstrate in a chapter dedicated to the technique. Utilizing conventional building blocks comprised of nanostructured silicon and titanium dioxide we discuss various aspects of technique pertaining single layered as well as multilayered films. In terms of practical applications these kinds of Bragg stacks show significant potential in areas such as display and sensors that exploit their vibrant and tunable colors. These colors are an important attribute of photonic crystals with bandgaps in the visible range and in this thesis work we present new approaches for characterizing photonic crystal color using well established methods from the field of color imagery. With this knowhow we have been able to assemble a pixilated array of chemically functionalized Bragg stacks in which each pixel responds differently to vapor phase analytes. The combinatorial response of the entire array enables a unique diagnostic fingerprint of a given analyte vapor as determined from color imagery and multivariate statistical methods of analysis. It was possible to discriminate between ethanol, butanol, hexanol, hexane, octane and decane. We also demonstrate the power of the photonic nose platform by distinguishing different bacteria from a photonic nose color analysis of the complex mixture of vapors in the bacteria culture headspace. Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, and Pseudomonas aeruginosa could be discriminated based on this technique.

La lutte contre le terrorisme et le trafic de narcotiques sont devenus des enjeux sociétaux majeurs. Par exemple, l’identification rapide des colis piégés est aujourd’hui indispensable dans les lieux publics, motivant le développement de systèmes de détection de types nez électroniques. Ce travail de recherche, porte sur l’étude des transducteurs MEMS de type microleviers et SAW (surface acoustic wave), choisis parmi les différentes familles de biocapteurs existants pour leurs nombreux avantages tels que leur grande sensibilité à détecter tous types de molécules. Cette thèse est axée sur l’étude de ces deux types de MEMS en diamant combinés à des biorécepteurs olfactifs spécifiquement impliqués dans la perception et la reconnaissance des odeurs. Les propriétés physiques et chimiques exceptionnelles du diamant déposé sur leur surface ont permis le développement de détecteurs à la fois miniaturisés, robustes et sensibles. La chimie unique du diamant a permis en particulier d’immobiliser sur la surface de ces transducteurs différents types de biorécepteurs de type OBP (Odorant Binding Protein), MUP (Major Urinary Protein) et OR (récepteurs olfactifs) comme couche sensible. L’immobilisation de ces LBP sur les MEMS en diamant a été caractérisée par diverses techniques telles que la spectroscopie électrochimique d’impédance (EIS), la spectroscopie de fluorescence ou encore la spectroscopie XPS. Les performances des capteurs ont été suivies par vibrométrie laser dans le cas des microleviers et à l’aide d’un système d’acquisition commercial dans le cas des SAW, en mesurant les déplacements de fréquence de résonance lors d’exposition aux composés cibles. Une comparaison entre les différents types de LBP provenant de différentes espèces (mammifères, insectes) a été effectuée en termes de sensibilité lors d’exposition à des drogues et des composés explosifs. Les limites de détections (LOD) obtenues dans nos conditions de mesures se situent dans la gamme d’1µg jusqu’à 35 ng par exemple pour l’héroïne, en fonction des espèces cibles testées. La LOD du TNT est d’environ 100 ng. / Over the last decade, the need for resources devoted to counter terrorism as well as narcotic trafficking has grown. Thus the effective fight against those scourges requires the development of advanced physical and chemical detection systems and sensor systems such as electronic noses able to detect drugs and explosives compounds. In this context, ligand binding proteins (LBP) combined to diamond MEMS such as resonant microcantilevers and surface acoustic wave (SAW) sensors are foreseen as highly promising transducers for the design of label free biosensors in particular for the detection of small organic molecules. LBP are small proteins involved in the perception and recognition of odorant molecules. In this study, OBP (Odorant Binding Protein), MUP (Major Urinary Protein) and OR (olfactory receptor) were used to bind selected analytes. The carbon nature of diamond offers wide opportunities for stable grafting of such bioreceptors. The performances of these transducers present a real improvement in terms of speed, miniaturization and sensitivity. Immobilization of LBP on diamond transducers was investigated using fluorescence methods, electrical impedance spectroscopy (EIS) and X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS). The sensing performances of the resulting biosensors were assessed by monitoring the frequency shift in real time upon exposure to the target molecules. We compared different kind of LBP, coming from vertebrates, insects, mutant or wild type in terms of sensitivity, selectivity and for their capability to bind odors, explosive and drug compounds. Within our experimental conditions, the detection of a wide variety of drugs and explosives was possible in the concentration range typically from 1 µg to e.g. 35 ng in the case of heroin, depending on the test substances. The limit of detection of TNT compound is about 100 ng.

O trabalho desenvolvido consistiu na síntese eletroquíca de 4 polímeros conjugados da família dos PPVs, substituídos por cadeias laterais formadas por unidades - CORS (tioéster) com grupos R de comprimentos distintos. A caracterização desses polímeros foi feita por métodos espectroscópicos, análises térmicas e cromatografia por exclusão de tamanho. Os polímeros foram dopados com ácido canforsulfônico. Sensores foram construídos pela deposição de filmes poliméricos finos sobre eletrodos interdigitados. Suas respostas resistivas, frente à exposição aos vapores de substâncias voláteis, foram estudadas. Um equipamento foi desenvolvido para testar os sensores. Através dessa ferramenta, os sensores foram conectados a condutivímetros, cujas saídas foram lidas e digitalizadas por um microcontrolador, qeu enviou esses dados a um computador (PC). O conjunto de dados colhidos permitiu gerar gráficos de resposta vs. tempo e de PCA (análise das componentes principais), utilizados na avaliação da seletividade dos sensores. Os sensores foram expostos a ar saturado com vapores de compostos orgânicos voláteis. Os resultados mostraram que esses são capazes de distinguir os compostos testados. O arranjo de alguns sensores diferentes gerou padrões distintos de resposta para cada substância analisada, possibilitando o emprego de programas de reconhecimento de padrões na avaliação dos analitos. Em testes com odores mais complexos, os sensores foram expostos aos vapores de diversas marcas de café e de cerveja que evidenciaram a seletividade. O desempenho dos sensores em análises quantitativas foi avaliado por meio da exposição aos vapores de soluções alcoólicas aquosas. Foi verificada a sensibilidade dos sensores à quantidade de etanol presente nas soluções. Através do método de adição de padrão foi possível determinar o teor de etanol em bebidas alcoólicas comerciais. / The electrosynthesis of four conjugated polymers of the PPV family, presenting as side-chains -COSR (thioester) groups of different lengths, is described. These polymers were characterised spectroscopically, by thermal analyses and by size exclusion chromatography (SEC). The polymers were doped with 10-camphorsulfonic acid. Casting thin polymeric films onto interdigitated electrodes assembled sensors whose response and selectivity were evaluated by exposing them to volatile organic compounds (VOCs). The resistance over the contact pairs was continuously monitored with an accurate conductivity meter connected via an analogue-to-digital converter to a PC in which a software enabled plotting resistance vs. time graphs and PCA (principal component analysis) plots. The sensors were able to discriminate the tested VOCs showing a different response pattern for each compound. The sensors also exhibited good selectivity when exposed to complex odours as, for instance, different brands of coffee and beer. They were also tested in quantitative analyses allowing determination of the ethanol content in alcoholic drinks.

Os objetivos do trabalho consistem em síntese e caracterização de três polímeros: poli(2,1,3-benzotiadiazol-4,7-ilenovinileno) (PBTDV), poli(2,1,3-benzotiadiazol-4,7-ilenovinileno-co-2-bromo-5-hexilóxi-p-fenilenovinileno (PBTDV-co-BHPPV) e poli(2-bromo-5-hexilóxi-p-fenilenovinileno) (BHPPV), sendo os dois primeiros inéditos; aplicação de polímeros condutores no desenvolvimento de um nariz eletrônico capaz de identificar madeiras; e aplicação de polímeros condutores em um sensor de pressão. Os polímeros foram preparados de maneira satisfatória via redução catódica de seus precursores tetra-halogenados, que forneceu produtos com rendimentos apreciáveis. Para o projeto do nariz eletrônico que pretende identificar madeiras, dois conjuntos de espécies de madeira foram estudadas: (a) mogno e cedro e (b) imbuia e canela-preta. O nariz eletrônico desenvolvido apresenta um conjunto de quatro sensores de gás, que foram construídos por meio da deposição de finos filmes de polímeros dopados sobre a superfície de eletrodos interdigitados. Esse conjunto de sensores foi desenvolvido com sucesso, sendo capaz de diferenciar as espécies de madeira com taxa de acerto de 100%. Por fim, foi desenvolvido também com sucesso um sensor de gás capaz de atuar como sensor de pressão. Esse dispositivo mostrou-se sensível à variação de pressão, do vácuo a ambiente, e os ensaios apresentaram boa reprodutibilidade. A resposta do sensor, frente à variação de pressão, é produto de interação(ões) entre a camada ativa do polímero utilizado (PHBPE, poli(4\'-hexilóxi-2,5-bifenilenoetileno)) e algum(ns) componente(s) do ar atmosférico ou da atmosfera particular do laboratório. Esse sensor é de fácil fabricação e barato (~ R$ 1,00), sendo possível sua aplicação como sensor para pressões menores do que a ambiente / The syntheses of three polymers via electrochemical reduction of their precursors are described. Two out of the three generated polymers have never been described before. An electronic nose was developed capable of identifying two pairs of wood species: (a) mahogany and cedar and (b) Brazilian walnut and black-cinnamon. The electronic nose consisted of four gas sensors, fabricated by the deposition of thin doped polymer films onto the surface of interdigitated electrodes. The device presented a rate of hits of 100% in 80 assays of identification of the above cited species. Finally, a gas sensor based on a conductive polymer and capable of acting as a pressure sensor was fabricated. The sensor was suitable for measuring air pressures in the range of 100 mmHg to 700 mmHg due to its sensibility to one or more specific compounds present in the air. The device is cheap, easy to fabricate and lasts for several months

O trabalho desenvolvido consistiu na síntese eletroquíca de 4 polímeros conjugados da família dos PPVs, substituídos por cadeias laterais formadas por unidades - CORS (tioéster) com grupos R de comprimentos distintos. A caracterização desses polímeros foi feita por métodos espectroscópicos, análises térmicas e cromatografia por exclusão de tamanho. Os polímeros foram dopados com ácido canforsulfônico. Sensores foram construídos pela deposição de filmes poliméricos finos sobre eletrodos interdigitados. Suas respostas resistivas, frente à exposição aos vapores de substâncias voláteis, foram estudadas. Um equipamento foi desenvolvido para testar os sensores. Através dessa ferramenta, os sensores foram conectados a condutivímetros, cujas saídas foram lidas e digitalizadas por um microcontrolador, qeu enviou esses dados a um computador (PC). O conjunto de dados colhidos permitiu gerar gráficos de resposta vs. tempo e de PCA (análise das componentes principais), utilizados na avaliação da seletividade dos sensores. Os sensores foram expostos a ar saturado com vapores de compostos orgânicos voláteis. Os resultados mostraram que esses são capazes de distinguir os compostos testados. O arranjo de alguns sensores diferentes gerou padrões distintos de resposta para cada substância analisada, possibilitando o emprego de programas de reconhecimento de padrões na avaliação dos analitos. Em testes com odores mais complexos, os sensores foram expostos aos vapores de diversas marcas de café e de cerveja que evidenciaram a seletividade. O desempenho dos sensores em análises quantitativas foi avaliado por meio da exposição aos vapores de soluções alcoólicas aquosas. Foi verificada a sensibilidade dos sensores à quantidade de etanol presente nas soluções. Através do método de adição de padrão foi possível determinar o teor de etanol em bebidas alcoólicas comerciais. / The electrosynthesis of four conjugated polymers of the PPV family, presenting as side-chains -COSR (thioester) groups of different lengths, is described. These polymers were characterised spectroscopically, by thermal analyses and by size exclusion chromatography (SEC). The polymers were doped with 10-camphorsulfonic acid. Casting thin polymeric films onto interdigitated electrodes assembled sensors whose response and selectivity were evaluated by exposing them to volatile organic compounds (VOCs). The resistance over the contact pairs was continuously monitored with an accurate conductivity meter connected via an analogue-to-digital converter to a PC in which a software enabled plotting resistance vs. time graphs and PCA (principal component analysis) plots. The sensors were able to discriminate the tested VOCs showing a different response pattern for each compound. The sensors also exhibited good selectivity when exposed to complex odours as, for instance, different brands of coffee and beer. They were also tested in quantitative analyses allowing determination of the ethanol content in alcoholic drinks.

Os objetivos do trabalho consistem em síntese e caracterização de três polímeros: poli(2,1,3-benzotiadiazol-4,7-ilenovinileno) (PBTDV), poli(2,1,3-benzotiadiazol-4,7-ilenovinileno-co-2-bromo-5-hexilóxi-p-fenilenovinileno (PBTDV-co-BHPPV) e poli(2-bromo-5-hexilóxi-p-fenilenovinileno) (BHPPV), sendo os dois primeiros inéditos; aplicação de polímeros condutores no desenvolvimento de um nariz eletrônico capaz de identificar madeiras; e aplicação de polímeros condutores em um sensor de pressão. Os polímeros foram preparados de maneira satisfatória via redução catódica de seus precursores tetra-halogenados, que forneceu produtos com rendimentos apreciáveis. Para o projeto do nariz eletrônico que pretende identificar madeiras, dois conjuntos de espécies de madeira foram estudadas: (a) mogno e cedro e (b) imbuia e canela-preta. O nariz eletrônico desenvolvido apresenta um conjunto de quatro sensores de gás, que foram construídos por meio da deposição de finos filmes de polímeros dopados sobre a superfície de eletrodos interdigitados. Esse conjunto de sensores foi desenvolvido com sucesso, sendo capaz de diferenciar as espécies de madeira com taxa de acerto de 100%. Por fim, foi desenvolvido também com sucesso um sensor de gás capaz de atuar como sensor de pressão. Esse dispositivo mostrou-se sensível à variação de pressão, do vácuo a ambiente, e os ensaios apresentaram boa reprodutibilidade. A resposta do sensor, frente à variação de pressão, é produto de interação(ões) entre a camada ativa do polímero utilizado (PHBPE, poli(4\'-hexilóxi-2,5-bifenilenoetileno)) e algum(ns) componente(s) do ar atmosférico ou da atmosfera particular do laboratório. Esse sensor é de fácil fabricação e barato (~ R$ 1,00), sendo possível sua aplicação como sensor para pressões menores do que a ambiente / The syntheses of three polymers via electrochemical reduction of their precursors are described. Two out of the three generated polymers have never been described before. An electronic nose was developed capable of identifying two pairs of wood species: (a) mahogany and cedar and (b) Brazilian walnut and black-cinnamon. The electronic nose consisted of four gas sensors, fabricated by the deposition of thin doped polymer films onto the surface of interdigitated electrodes. The device presented a rate of hits of 100% in 80 assays of identification of the above cited species. Finally, a gas sensor based on a conductive polymer and capable of acting as a pressure sensor was fabricated. The sensor was suitable for measuring air pressures in the range of 100 mmHg to 700 mmHg due to its sensibility to one or more specific compounds present in the air. The device is cheap, easy to fabricate and lasts for several months

Os objetivos do presente trabalho consistem na síntese de dois polímeros - poli(2,1,3-benzotiadiazol-4,7-ilenovinileno-alt-9,9-n-dioctil-2,7-fluorenilenovinileno) (PBTDV-alt-PDO27FV) e poli[4,7-(2,1,3-benzotiadiazolileno)-alt-(2,5-dioctilóxi-1,4- fenilenovinileno)] (PBTDV-alt-PDOPPV) - cinco oligômeros - 4,7-bis(2-(9,9-n-dioctil-9H-fluoren-2-il)vinil)2,1,3-benzotiadiazol (FBF); 2,7-bis(2-(2,1,3-benzotiadiazol-4-il)vinil)9,9-n-dioctil-9H-fluoreno (BFB); 4-(2-(9,9-n-dioctil-9H-fluoren-2-il)vinil)2,1,3-benzotiadiazol (FB); 1,2-bis(9,9-n-dioctil-9H-fluoren)2-vinileno (FF) e 2,2\'-(2,2\'-(9,9-n-dioctil-9H-fluoreno)2,7-bis(vinileno)bis(9,9-n-dioctil-9H-fluoreno) (FFF) - e três small molecules - 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(6-fluoro-4-(5\'-hexil-[2\'-tiofeno-2\'-tiazol]-5-il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol (G37FBT); 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(6-fluoro-4-(2\'-isobutil-[5\',2\'-ditiazol])-5-il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol (J1) e 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(5\'-hexil-[2,2\'-bitiofeno]-5- bis(il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol) (J2) - seguida da aplicação desses materiais em dispositivos fotovoltaicos e magnetorresistivos e em sensores de gás. Os polímeros e oligômeros preparados são derivados de poli(p-fenilenovinileno) e contêm unidades de fluoreno e/ou 2,1,3-benzotiadiazol, tendo sido empregada, na etapa final de cada síntese, reação de Wittig visando ao acoplamento e à formação das duplas vinilênicas. As small molecules, preparadas por meio de sucessivas formações de organo-estananas e reações de Stille, também foram sintetizadas com sucesso e em rendimentos apreciáveis. A espécie J2 não foi preparada com sucesso, obtendo-se, em contrapartida, um análogo dessa molécula, que foi devidamente isolado e caracterizado. No que tange à aplicação dos materiais em dispositivos fotovoltaicos, os resultados até então obtidos mostraram-se inconclusivos, sendo digno de nota, no entanto, que o estudo continua sendo conduzido por colaboradores. O trabalho de aplicação dos materiais em dispositivos magnetorresistivos apresentou resultados interessantes para os oligômeros FBF, BFB, FFF e FF, visto que dispositivos fabricados a partir das referidas espécies mostraram variação em seus valores de corrente elétrica quando submetidos a campo magnético de 200 mT. Por fim, foram desenvolvidos narizes eletrônicos com duas finalidades distintas: (a) identificação de diferentes espécies de madeira de interesse ambiental e (b) estudo da influência da atividade física no indivíduo por meio da análise do suor. Os sensores de gás foram preparados por meio da deposição de finos filmes de materiais orgânicos conjugados dopados sobre a superfície de eletrodos interdigitados. No estudo acerca da identificação de espécies de madeira, a análise de leave-one-out revelou 100 % de taxa de acerto na diferenciação entre as espécies angelim, cedro-rosa, imbuia e perobinha. O estudo da influência da atividade física no indivíduo também se mostrou promissor na medida em que identificou os diferentes estágios do exercício físico com taxa de acerto de 93 %, também definida pela técnica estatística de leave-one-out. / The present work consists on the synthesis of two polymers - poly(2,1,3- benzothiadiazole-4,7-ylenevinylene-alt-9,9-n-dioctyl-2,7-fluorenylenevinylene) (PBTDV-alt-PDO27FV) and poly[4,7-(2,1,3-benzothiadiazole-ylene)-alt-(2,5-dioctyloxy-1,4-phenylenevinylene)] (PBTDV-alt-PDOPPV) - five oligomers - 4,7-bis(2-(9,9-n-dioctyl- 9H-fluorene-2-yl)vinyl)2,1,3-benzothiadiazole (FBF); 2,7-bis(2-(2,1,3- benzothiadiazole-4-yl)vinyl)9,9-n-dioctyl-9H-fluorene (BFB); 4-(2-(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene-2-yl)vinyl)2,1,3-benzothiadiazole (FB); 1,2-bis(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene)2- vinylene (FF) and 2,2\'-(2,2\'-(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene)2,7-bis(vinylene)bis(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene) (FFF) - and three small molecules - 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(6-fluoro-4-(5\'-hexyl-[2\'-thiophene-2\'- thiazole]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole (G37FBT); 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(6-fluoro-4-(2\'-isobutyl-[5\',2\'-dithiazole]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole (J1) and 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(5\'-hexyl-[2,2-bithiophene]-5-bis(yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole) (J2) - followed by the application of such materials in organic photovoltaics (OPV), magnetoresistive devices and gas sensors. The polymers and oligomers are all poli(p-phenylenevinylene)s derivatives containing 2,1,3-benzothiadiazole and/or substituted fluorene units in the main chain. Those materials\' preparation comprises a coupling Wittig reaction as the key step, through which the vinylenic bonds are formed. The small molecules mentioned above were synthesized by successive organostannane preparations followed by cross-coupling Stille reactions, leading to the target-compounds in considerably high yields. Although the route is a very useful methodology for synthesizing organic conjugated small molecules, J2 was not successfully prepared. The reaction led to a J2 analogue instead, that was properly isolated and characterized. The application of the cited materials in organic photovoltaics (OPVs) is still in progress, since the study has shown inconclusive results so far. The study of the organic magnetoresistive properties of the synthesized materials has led to interesting results for the oligomers FBF, BFB, FFF and FF. The devices containing those compounds in their active layers presented considerable variations in their electric current values when submitted to a magnetic field of 150 mT magnitude. Finally, electronic noses for two different applications were developed: (a) the identification of wood species that can be easily mistaken and (b) the study of exercise physiology through analyses of sweat samples. The gas sensors were prepared by the deposition of doped organic conjugated materials thin films onto the surface of intedigitated electrodes. The study on the differentiation of several species of wood showed 100 % rate of hits determined by leave-one-out statistics analysis. The study on the exercise physiology was also promising since it allowed the identification of the three different stages of the physical exercise with a 93 % rate of hits, also determined by leave-one-out methods. Thus, both studies suggest that the electronic nose can be a powerful tool to study many different targets in which the release of volatile compounds is involved

Os objetivos do presente trabalho consistem na síntese de dois polímeros - poli(2,1,3-benzotiadiazol-4,7-ilenovinileno-alt-9,9-n-dioctil-2,7-fluorenilenovinileno) (PBTDV-alt-PDO27FV) e poli[4,7-(2,1,3-benzotiadiazolileno)-alt-(2,5-dioctilóxi-1,4- fenilenovinileno)] (PBTDV-alt-PDOPPV) - cinco oligômeros - 4,7-bis(2-(9,9-n-dioctil-9H-fluoren-2-il)vinil)2,1,3-benzotiadiazol (FBF); 2,7-bis(2-(2,1,3-benzotiadiazol-4-il)vinil)9,9-n-dioctil-9H-fluoreno (BFB); 4-(2-(9,9-n-dioctil-9H-fluoren-2-il)vinil)2,1,3-benzotiadiazol (FB); 1,2-bis(9,9-n-dioctil-9H-fluoren)2-vinileno (FF) e 2,2\'-(2,2\'-(9,9-n-dioctil-9H-fluoreno)2,7-bis(vinileno)bis(9,9-n-dioctil-9H-fluoreno) (FFF) - e três small molecules - 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(6-fluoro-4-(5\'-hexil-[2\'-tiofeno-2\'-tiazol]-5-il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol (G37FBT); 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(6-fluoro-4-(2\'-isobutil-[5\',2\'-ditiazol])-5-il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol (J1) e 7,7\'-(4,4-bis(2-etil-hexil)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']ditiofen-2,6-diil)bis(5\'-hexil-[2,2\'-bitiofeno]-5- bis(il)benzo[c][1,2,5]tiadiazol) (J2) - seguida da aplicação desses materiais em dispositivos fotovoltaicos e magnetorresistivos e em sensores de gás. Os polímeros e oligômeros preparados são derivados de poli(p-fenilenovinileno) e contêm unidades de fluoreno e/ou 2,1,3-benzotiadiazol, tendo sido empregada, na etapa final de cada síntese, reação de Wittig visando ao acoplamento e à formação das duplas vinilênicas. As small molecules, preparadas por meio de sucessivas formações de organo-estananas e reações de Stille, também foram sintetizadas com sucesso e em rendimentos apreciáveis. A espécie J2 não foi preparada com sucesso, obtendo-se, em contrapartida, um análogo dessa molécula, que foi devidamente isolado e caracterizado. No que tange à aplicação dos materiais em dispositivos fotovoltaicos, os resultados até então obtidos mostraram-se inconclusivos, sendo digno de nota, no entanto, que o estudo continua sendo conduzido por colaboradores. O trabalho de aplicação dos materiais em dispositivos magnetorresistivos apresentou resultados interessantes para os oligômeros FBF, BFB, FFF e FF, visto que dispositivos fabricados a partir das referidas espécies mostraram variação em seus valores de corrente elétrica quando submetidos a campo magnético de 200 mT. Por fim, foram desenvolvidos narizes eletrônicos com duas finalidades distintas: (a) identificação de diferentes espécies de madeira de interesse ambiental e (b) estudo da influência da atividade física no indivíduo por meio da análise do suor. Os sensores de gás foram preparados por meio da deposição de finos filmes de materiais orgânicos conjugados dopados sobre a superfície de eletrodos interdigitados. No estudo acerca da identificação de espécies de madeira, a análise de leave-one-out revelou 100 % de taxa de acerto na diferenciação entre as espécies angelim, cedro-rosa, imbuia e perobinha. O estudo da influência da atividade física no indivíduo também se mostrou promissor na medida em que identificou os diferentes estágios do exercício físico com taxa de acerto de 93 %, também definida pela técnica estatística de leave-one-out. / The present work consists on the synthesis of two polymers - poly(2,1,3- benzothiadiazole-4,7-ylenevinylene-alt-9,9-n-dioctyl-2,7-fluorenylenevinylene) (PBTDV-alt-PDO27FV) and poly[4,7-(2,1,3-benzothiadiazole-ylene)-alt-(2,5-dioctyloxy-1,4-phenylenevinylene)] (PBTDV-alt-PDOPPV) - five oligomers - 4,7-bis(2-(9,9-n-dioctyl- 9H-fluorene-2-yl)vinyl)2,1,3-benzothiadiazole (FBF); 2,7-bis(2-(2,1,3- benzothiadiazole-4-yl)vinyl)9,9-n-dioctyl-9H-fluorene (BFB); 4-(2-(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene-2-yl)vinyl)2,1,3-benzothiadiazole (FB); 1,2-bis(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene)2- vinylene (FF) and 2,2\'-(2,2\'-(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene)2,7-bis(vinylene)bis(9,9-n-dioctyl-9H-fluorene) (FFF) - and three small molecules - 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(6-fluoro-4-(5\'-hexyl-[2\'-thiophene-2\'- thiazole]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole (G37FBT); 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(6-fluoro-4-(2\'-isobutyl-[5\',2\'-dithiazole]-5-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole (J1) and 7,7\'-(4,4-bis(2-ethyl-hexyl)-4H-silolo[3,2-b-:4,5-b\']dithiophene-2,6-diyl)bis(5\'-hexyl-[2,2-bithiophene]-5-bis(yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole) (J2) - followed by the application of such materials in organic photovoltaics (OPV), magnetoresistive devices and gas sensors. The polymers and oligomers are all poli(p-phenylenevinylene)s derivatives containing 2,1,3-benzothiadiazole and/or substituted fluorene units in the main chain. Those materials\' preparation comprises a coupling Wittig reaction as the key step, through which the vinylenic bonds are formed. The small molecules mentioned above were synthesized by successive organostannane preparations followed by cross-coupling Stille reactions, leading to the target-compounds in considerably high yields. Although the route is a very useful methodology for synthesizing organic conjugated small molecules, J2 was not successfully prepared. The reaction led to a J2 analogue instead, that was properly isolated and characterized. The application of the cited materials in organic photovoltaics (OPVs) is still in progress, since the study has shown inconclusive results so far. The study of the organic magnetoresistive properties of the synthesized materials has led to interesting results for the oligomers FBF, BFB, FFF and FF. The devices containing those compounds in their active layers presented considerable variations in their electric current values when submitted to a magnetic field of 150 mT magnitude. Finally, electronic noses for two different applications were developed: (a) the identification of wood species that can be easily mistaken and (b) the study of exercise physiology through analyses of sweat samples. The gas sensors were prepared by the deposition of doped organic conjugated materials thin films onto the surface of intedigitated electrodes. The study on the differentiation of several species of wood showed 100 % rate of hits determined by leave-one-out statistics analysis. The study on the exercise physiology was also promising since it allowed the identification of the three different stages of the physical exercise with a 93 % rate of hits, also determined by leave-one-out methods. Thus, both studies suggest that the electronic nose can be a powerful tool to study many different targets in which the release of volatile compounds is involved

O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento de um dispositivo MOS como sensor de imagem química para a detecção e classificação de gases de hidrogênio e amônia através da técnica de escaneamento de luz pulsada (TELP). O dispositivo MOS foi fabricado sobre substrato de silício (100) e resistividade de 10 -cm. A porta do dispositivo foi constituída de um eletrodo bimetálico de Au-Pd com espessura nanométrica. Foi proposto um sistema automático de posicionamento X Y para o escaneamento do feixe de luz pulsada baseado no controle PID e no software Labview®. O processo de aquisição de dados foi também automatizado via instrumentação virtual definida pelo software Labview®. A partir das curvas CxV dos capacitores MOS foram extraídos os parâmetros estruturais dos dispositivos mostrando-se estes valores concordantes com os valores definidos no projeto inicial. Adicionalmente foi determinada a largura máxima da camada de depleção sendo este parâmetro importante na sensibilidade da resposta do sensor. O dispositivo MOS em ambiente inerte (N2) apresentou máxima sensibilidade de fotocorrente para polarização de 0,6 V correspondente à máxima largura de depleção. Em ambientes de H2 e NH3, o máximo de sensibilidade foi deslocado para tensões menores a 0,6 V atribuindo-se este fato à adsorção de átomos de Hidrogênio na interface metal/SiO2. As imagens químicas obtidas a partir da resposta do sensor MOS em modo de operação TELP para ambientes de H2 e NH3, respectivamente, apresentaram padrões característicos a cada tipo de gás independentemente da concentração utilizada permitindo a classificação plena destes gases. Os resultados obtidos no presente trabalho sugerem a possibilidade de implementação de um sistema de nariz eletrônico apenas utilizando um único sensor. / The aim of the present work is the development of a MOS device as a sensor of chemical image, for the detection and classification of hydrogen and ammonia gases, through the Scanning Light Pulse Technique (SLPT). The MOS device was fabricated onto silicon bulk (100) and resistivity of 10 -cm. The gate of the device was built from an Au-Pd bimetallic electrode, with nanometric thickness. It was proposed an X Y automatic position system for scanning the light pulsed beam, based on the PID control and on the Labview® software. The data acquisition process was also automated via virtual instrumentation defined by the Labview® software. From the C x V characteristic curves of the MOS capacitors, the device structural parameters were extracted, showing accordance with values defined in the initial project. Furthermore, it was determined the maximum depletion layer width. This parameter is important for the sensibility response of the sensor. The MOS device, in inert environment (N2), has shown photocurrent maximum sensibility for 0,6 V polarization, corresponding to the maximum depletion layer width. In H2 and NH3 environments, the maximum sensibility was dislocated for voltages lower than 0,6V, attributing it to the hydrogen atom adsorption at the metal/SiO2 interface. The chemical images obtained from the MOS sensor response, in SLPT operation mode for H2 and NH3 environments, respectively, showed characteristic patterns to each kind of gas, independent of the concentration used, allowing the complete classification of these gases. The results obtained in the present work suggest the possibility of implementing an electronic nose system, using only one sensor.