Este trabalho detalha o desenvolvimento de dois sistemas portáteis de detecção eletroquímica, desde sua construção até a aplicação das técnicas. As técnicas de detecção eletroquímica apresentam diversas vantagens, em relação a outros métodos de detecção, como boa sensibilidade, boa seletividade, ampla aplicabilidade e baixo custo de manutenção do equipamento. Neste trabalho foram aplicadas as técnicas de voltametria cíclica e voltametria por pulso diferencial. Os potenciostatos são os circuitos tipicamente utilizados para proceder a varredura de potencial em celas eletroquímicas, ao mesmo tempo em que fazem a leitura da corrente proveniente da reação. Estes circuitos geram tensão proporcional a corrente medida, através de amplificadores operacionais, cujo ganho é variado conforme a intensidade da corrente. Buscando conseguir um sistema sensível e seletivo foi desenvolvido um multipotenciostato, agregando quatro circuitos de potenciostato. As análises voltamétricas realizadas com esse sistema apresentaram resultados comparáveis a equipamentos comerciais, sendo limitados em correntes até unidades de micro-ampères. Visando atingir correntes ainda menores, desenvolveu-se um sistema que fosse menos influenciado por ruídos de diversas naturezas, isolando o circuito do potenciostato. Assim, utilizando um potenciostato opto-acoplado, foi possível detectar correntes da ordem de nano-ampères. Para a utilização destes potenciostatos foram utilizados dois tipos de interface. Utilizando sistemas de aquisição de dados comerciais e instrumentos virtuais, foi desenvolvida a interface de comunicação e controle do multipotenciostato. Buscando tornar todo o sistema de aquisição portátil, foi desenvolvido um sistema de aquisição microcontrolado dedicado, também interfaceado por instrumentos virtuais. Os sistemas desenvolvidos visam aplicações ambientais e biomédicas. / This work presents the development of two different portable electrochemical detection systems. Both systems are applicable in environment and biomedical areas. The electrochemical detection techniques have many interesting advantages, when compared to other detections techniques, such as good sensitivity, good selectivity, and low maintenance cost. The detections techniques used were cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry. Potentiostats are circuits used to scan potential in electrochemical cells while acquire the reaction current. Those circuits convert the measured current into voltage by operational amplifiers, whose gain changes with the current intensity. In order to achieve a selective and sensitive system, it was developed a multipotentiostat, joining four potentiostat circuits. The analysis done with this system showed results comparable to commercial equipments, but limited to microampere currents. Intending to detect lower currents, it was developed a noise-protected system, isolating the potentiostat. Therefore, using an optic-coupled potentiostat, it was detected nano-ampère currents. Two different interfaces were used to control these potentiostats. Using commercial data acquisition systems and virtual instruments, it was implemented a control and data view multipotentiostat interface. Aiming a whole portable acquisition system, it has been developed a dedicated microcontrolled acquisition system with also a virtual instrument interface.

Este trabalho detalha o desenvolvimento de dois sistemas portáteis de detecção eletroquímica, desde sua construção até a aplicação das técnicas. As técnicas de detecção eletroquímica apresentam diversas vantagens, em relação a outros métodos de detecção, como boa sensibilidade, boa seletividade, ampla aplicabilidade e baixo custo de manutenção do equipamento. Neste trabalho foram aplicadas as técnicas de voltametria cíclica e voltametria por pulso diferencial. Os potenciostatos são os circuitos tipicamente utilizados para proceder a varredura de potencial em celas eletroquímicas, ao mesmo tempo em que fazem a leitura da corrente proveniente da reação. Estes circuitos geram tensão proporcional a corrente medida, através de amplificadores operacionais, cujo ganho é variado conforme a intensidade da corrente. Buscando conseguir um sistema sensível e seletivo foi desenvolvido um multipotenciostato, agregando quatro circuitos de potenciostato. As análises voltamétricas realizadas com esse sistema apresentaram resultados comparáveis a equipamentos comerciais, sendo limitados em correntes até unidades de micro-ampères. Visando atingir correntes ainda menores, desenvolveu-se um sistema que fosse menos influenciado por ruídos de diversas naturezas, isolando o circuito do potenciostato. Assim, utilizando um potenciostato opto-acoplado, foi possível detectar correntes da ordem de nano-ampères. Para a utilização destes potenciostatos foram utilizados dois tipos de interface. Utilizando sistemas de aquisição de dados comerciais e instrumentos virtuais, foi desenvolvida a interface de comunicação e controle do multipotenciostato. Buscando tornar todo o sistema de aquisição portátil, foi desenvolvido um sistema de aquisição microcontrolado dedicado, também interfaceado por instrumentos virtuais. Os sistemas desenvolvidos visam aplicações ambientais e biomédicas. / This work presents the development of two different portable electrochemical detection systems. Both systems are applicable in environment and biomedical areas. The electrochemical detection techniques have many interesting advantages, when compared to other detections techniques, such as good sensitivity, good selectivity, and low maintenance cost. The detections techniques used were cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry. Potentiostats are circuits used to scan potential in electrochemical cells while acquire the reaction current. Those circuits convert the measured current into voltage by operational amplifiers, whose gain changes with the current intensity. In order to achieve a selective and sensitive system, it was developed a multipotentiostat, joining four potentiostat circuits. The analysis done with this system showed results comparable to commercial equipments, but limited to microampere currents. Intending to detect lower currents, it was developed a noise-protected system, isolating the potentiostat. Therefore, using an optic-coupled potentiostat, it was detected nano-ampère currents. Two different interfaces were used to control these potentiostats. Using commercial data acquisition systems and virtual instruments, it was implemented a control and data view multipotentiostat interface. Aiming a whole portable acquisition system, it has been developed a dedicated microcontrolled acquisition system with also a virtual instrument interface.

Nesta tese analisamos o comportamento dinâmico, no espaço elos parâmetros, ele duas versões elo circuito eletrônico Double Scroll, descritas por sistemas, não integráveis, de equações diferenciais lineares por partes. A diferença entre esses circuitos reside na curva característica ela resistência negativa, uma contínua e a outra descontínua. O circuito Double Scroll é conhecido por apresentar comportamento caótico associado à existência ele órbitas homoclínicas. Desenvolvemos métodos numéricos para identificar distintos atratores periódicos e caóticos nesses circuitos. Realizamos um estudo completo elas variedades que esses sistemas apresentam, onde demonstramos que o circuito descontínuo não pode formar órbitas homoclínicas. Desenvolvemos um método geral para obter órbitas homoclínicas e heteroclínicas em sistemas lineares por partes. Esse método foi utilizado no circuito contínuo para identificar famílias ele órbitas homoclínicas no espaço elos parâmetros. Fazemos um estudo teórico sobre as órbitas homoclínicas, baseado no teorema ele Shilnikov, e determinamos a lei ele escala geral que descreve as acumulações elas infinitas órbitas homoclínicas no espaço elos parâmetros. Utilizando o método ele detecção ele órbitas homoclínicas, comprovamos, em distintos tipos ele órbitas homoclínicas, a validade dessa lei para o circuito Double Scroll contínuo. Além do mais, através da geometria apresentada pelas famílias ele órbitas homoclínicas que identificamos e ela teoria que permitiu demonstrar a lei ele escala, mostramos a existência ele estruturas ele órbitas homoclínicas que explicam o cenário homoclínico do espaço elos parâmetros. Essas estruturas estão presentes em todos os sistemas para os quais o teorema ele Shilnikov se aplica. Finalmente, sugerimos três experimentos para verificar a existência dessas órbitas e a relação delas com a dinâmica elo sistema. / In this thesis we study the dynamic behavior, in the parameter space, of two versions of the Double Scroll electronic circuit, whose flows are represented by piecewise non integrable systems. The difference between these circuits is the characteristic curves of the negative resistance, one continuous and the other discontinuous. The Double Scroll circuit is known to present chaotic behavior associated to the existence of homoclinic orbits. We develop numerical methods to identify periodic and chaotic attractors in these circuits. We present a complete study of these systems manifolds and demonstrate that the discontinuous circuit cannot form homoclinic orbits. We develop a general method to obtain homoclinic and heteroclinic orbits in piecewise linear systems. This method was used in the continuous circuit to identify homoclinic orbit families in the parameter space. We develop a theoretical study about the homoclinic orbits based on the Shilnikov theorem, determining a general scaling law that describes the accumulations of the infinity homoclinic orbits in the parameter space. Using the detecting homoclinic orbits method, we show the validity of this law for the continuous Double Scroll circuit. Moreover, combining the geometry of the homoclinic or bit families with the scaling law, we show the existence of homoclinic orbits structures of the homoclinic orbits that explain the homoclinic scenario in the parameter space. These structures are present in all systems for which we can apply the Shilnikov theorem. Finally, we suggest three experiments to verify the existence of these orbits and their relation with the system dynamics.

Apresentamos cálculos de primeiros princípios da geometria atômica, energia de formação e estrutura eletrônica para as impurezas substitucionais de oxigênio e nitrogênio em GaAs (\'O IND. aS1\'\'N IND.As \'e \'N IND. Ga\'). Também estudamos a geometria atômica e estrutura eletrônica dos complexos neutros formados pelas mesmas impurezas substitucionais e átomos de hidrogênio intersticial (\'O IND. As-H\',\'N IND. As-H\',\'N IND. Ga-H\', \'N IND. As-H IND.2\' e \'N IND. Ga-H IND 2\'). Nossos resultados para os centros \'O IND. As\'e \'N IND. Ga\', em diferentes estados de carga, mostram distorções Jahn-Teller as quais induzem estados de carga não estáveis, observando-se um comportamento U-negativo para cada centro. Entretanto para o centro \'N IND. As\' não foram observadas distorções. Em todos os sistemas estudados, as impurezas introduzem níveis profundos no gap. Para os complexos O-H e N-H foram encontradas várias configurações metaestáveis, correspondentes a diferentes posições de equilíbrio do átomo de hidrogênio, as quais apresentam energias entre 0.5 e 2.5 e V relativas à configuração estável. Na configuração estável do complexo \'O IND. As-H\', oxigênio não interage diretamente com hidrogênio, ligando-se a três gálios primeiros vizinhos. Entretanto para os complexos \'N IND. As-H\' e \'N IND. Ga\'-Hg\' é observada a formação de um dímero NH ligado à rede. Para os complexos N-\'H IND. 2\' também são encontradas várias configurações metaestáveis. O complexo\'N IND. As\'-\'H IND. 2\' apresenta uma configuração estável onde um dos hidrogênios forma o dímero NH, enquanto que o segundo fica ligado a um gálio primeiro vizinho, em simetria \'C IND. 3 v\'. Para o complexo \'N IND. Ga\'-\'H IND.2\' é observada a formação de uma molécula do tipo N\'H IND.2\', a qual também se liga à rede. As propriedades passivadora e ativadora do átomo de hidrogênio, como também sua interação com os níveis no gap, são discutidas para cada complexo / We report first-principles calculations of the electronic structure, atomic geometry and formation energy for the isolated oxygen and nitrogen substitutional impurities in GaAs (OA, NA, and Naa)· Also we performed electronic structure and atomic geometry calculations for the neutra! complexes formed by the same substitutional impurities and interstitial hydrogen atoms (O A,-H,NA,-H, Naa-H, Nk,-H2 and Naa-H2). Our results for the O ko and Naa centers for different charge states show Jahn-Telier distortions which induce unstable charge states, implying in a nega tive-U behaviour for each center. The NA-< center remains on-site for ali the charge states studied. Ali the substitutional impurity give rise deep leveis in the gap. For the 0-H and N-H complexes we found severa! metastable configurations related to different hydrogen equilibrium positions, with energies ranging from 0.5 to 2.5 eV relative to the stable configuration. The stable configuration for the O A,-H complex shows a weak interaction between oxygen and hydrogen, while for the NA,-H and Naa-H complexes it shows the formation of a N H dimer which is bonded to the lattice. For the N-H2 complexes we also found severa! metastable configuration. The stable configuration for the Nk,-H2 complex shows one H atom fonning a N H dimer wit.h nitrogen, while the second one bonds with a nearestneighbour Ga atom, in C3, symmetry. For the Naa·H2 complex we observed the formation o f a N H T like molecule ais o bonded to the lattice. The passivation and activation properties related to hydrogen atom and their interaction with the gap leveis are discussed.

Graduation date: 1996

Lubomyr S. Onyshkevych. / "July 9, 1957." "The work presented in this report was submitted as a thesis in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science, Department of Electrical Engineering, M.I.T., June 1957." / Bibliography: p. 61-63. / U.S. Army Signal Corps Contract No. DA36-039-sc-64637 Dept. of the Army Task 3-99-06-108 Project 3-99-00-100

Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2006. / Vita. Includes bibliographical references (p. 97-101).

Thesis (M.S.E.C.E.)--University of Delaware, 2009. / Principal faculty advisor: Javier Garcia-Frias, Dept. of Electrical & Computer Engineering. Includes bibliographical references.

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