Os diodos emissores de luz – Light Emitting Diodes – (LEDs) são uma fonte de luz que estão sendo introduzidas comercialmente, mas com discreta base científica nesta modalidade fototerapêutica. O presente estudo comparou os efeitos angiogênicos da luz laser coerente e colimada à luz LED ausente de coerência e colimação em feridas induzidas em ratos, com fluências diferentes. O modelo experimental consistia da indução de uma ferida circular no quadríceps de 120 ratos, utilizando um “punch" com 15 mm de diâmetro. Os animais foram divididos aleatoriamente em 5 grupos: laser (660 nm) e LED (635 nm), sendo cada um ajustado a 5 J/'CM POT.2' e 20 J/'CM POT.2', além do controle. Após 6 horas da indução das feridas, os grupos tratados recebiam aplicação pontual de contato, e irradiados a cada 24 horas. A angiogênese foi analisada por meio da histomorfometria (H.E), e a contração das feridas pelo software de planimetria, sendo estudados os resultados no 3º, 7º, 14º e 21º dias pós-lesão. Os achados da análise histológica no 3º dia foram determinantes para induzir uma grande eficiência na proliferação de vasos sanguíneos dos grupos tratados em relação ao controle, demonstrando uma taxa próxima da constante no 7º dia, e com discreto aumento no 14º dia, porém com destaque para a tecnologia LED a 5 J/'CM POT.2' (p '< OU =' 0,05). No 21º dia, os grupos fototratados com fluência de 5 J/'CM POT.2' apresentavam valores estatísticos com maior eficiência na angiogênese quando comparados com o grupo laser a 20 J/'CM POT.2, sugerindo que fluências elevadas podem induzir um processo do tipo saturação. Não ocorreu diferença da neovascularização no centro e nas margens da ferida (p '< OU =' 0,05), sugerindo que ocorria uma fotobiomodulação de toda a lesão, favorecendo o crescimento homogêneo dos vasos sanguíneos. Tanto o laser quanto o LED não apresentaram resultados significativos na redução da área das feridas. As fototerapias a laser e LED de baixa intensidade sugeriram que a coerência e a colimação não eram fatores decisivos para induzir alterações nas funções celulares, e sim a banda de absorção do espectro eletromagnético. Ambas as fontes de luz vermelha ajustadas a fluências de 5 J/'CM POT.2' podem demonstrar resultados expressivos no estímulo angiogênico em pele lesada / The light emitting diodes (LEDs) are a source of light that have been commercially introduced, but still with a lack in its scientific basis in this phototherapeutic modality. The present study compared the angiogenics effects of the laser and LED illumination in induced wounds in rat, with fluencies different. The experimental model consisted of the induction of a circular wound on the quadriceps of 120 rats, using a “punch" with 15 mm diameter. Animals were divided randomyzed in 5 groups: laser and LED each device with a dosage of 5 J/'CM POT.2' and 20 J/'CM POT.2', and control. After 6 hours of the induction of the wounds, the treated groups received contact of punctual application, and irradiated every 24 hours. The angiogenesis was studied through the histomorphometric (H.E) and the wounds contraction was photographed and analyzed in the planimetrical software in the 3rd, 7th, 14th and 21st lesion induced days. The discoveries of the histological analysis in the 3rd day revealed larger efficiency in the proliferation of the blood vessels in all irradiated groups in comparison to controls, being a rate near of the constant in the 7th day, following to discreet improves in the 14th, even so with prominence for the LED with 5 J/'CM POT.2'. In the 21st day, the groups phototreatment with fluence of 5 J/'CM POT.2' showed similar statistically values in the larger efficiency in the angiogenesis, when to compare to laser with 20 J/'CM POT.2', suggesting high fluencies can induced a saturation process. The average of the area reduction of the wound didn't present similar statistician values of the treated groups in relation to the control (p '< OU =' 0,05). The phototherapeutic laser and LEDs of low intensity they suggested that the coherence and the collimation were not decisive factors to induce alterations in the cellular functions, but the band of the spectrum electromagnetic. The both red source of light agreements to fluencies of the 5 J/'CM POT.2', they can demonstrate expressive results in the incentive ulcerated skin angiogenic

O interesse na pesquisa de Lasers randômicos, meios dispersivos com alto ganho, tem crescido nos últimos anos em virtude das novas possibilidades advindas ao se trabalhar com estes sistemas, como emissões em bandas com baixo ganho, bicromaticidade, localização da luz em meios difusos e sistemas ópticos mais compactos. Nesse trabalho serão discutidos temas como espalhamento da luz por partículas, intensidade de retroespalhamento, ganho em meios desordenados e as transições energéticas do neodímio, correlacionando as emissões características obtidas nos experimentos com a teoria. Quanto aos resultados será apresentado a primeira observação de laser randômico com nanopó de Nd:YVO4 através de análise do comportamento da emissão espectral e temporal oriunda da transição 4F3/24I11/2 (1064 nm). Os resultados apresentam outra forma de analisar a cinética temporal da emissão de laser randômico, permitindo uma separação da fração de emissão estimulada e espontânea e comparação desse resultado com o estreitamento sutil da largura de linha, típico de lasers randômicos. As conversões ascendentes e saturação de ETU (conversão ascendente por transferência de energia) serão analisadas na mesma amostra, sendo todos os ajustes provenientes da literatura e de fundamental interesse, principalmente por se tratarem de um mecanismo de perda em lasers operando na região do infravermelho. Por fim, a emissão característica será avaliada pela técnica CBS (retroespalhamento coerente) para determinação da coerência do laser emitido e localização da luz neste meio difuso, com os resultados comparados aos da simulação. / In the past few years, the interest in random lasers, which refer to lasing in disordered media where strong multiple scattering plays a constructive role instead of being only a loss factor, have received considerable attention due to its unique properties and its potential applications, such as emission at new, extremely low gain lines, simultaneous emission of several very different wavelengths at the same time, strong light localization and miniaturization. Single and multiple particle light scattering, backscattering intensity, light diffusion with gain and the energy level diagram of Neodymium will be presented in this current work, alongside with a parallel from the typical emission lines obtained experimentally with theory. The demonstration of random laser action in Nd:YVO4 nanopowder, by analyzing the spectral and temporal behavior from the 4F3/24I11/2 (1064 nm) transition is presented. A method that analyzes the decay kinetics after long-pulse excitation is used to determine the laser characteristics, allowing measuring the fractional contribution of spontaneous and stimulated emission in the samples backscattering cone, with is in agreement to the smoothing linewidth narrowing as a function of pump power typical from random lasers. Also the visible emission along a method to determine quantitatively the ETU (energy-transfer upconversion) rate is presented, which is particularly interesting, as is a mechanism that introduces a loss channel for devices emitting in the infrared region. At last, the coherent laser emission and light localization will be evaluated by using the CBS (coherent backscattering) technique in this diffusive media, in which the results are compared with simulation.

Das fundamentale Verständnis von Ladungsträgern in molekularen Halbleitern, die typischerweise als Polaronen bezeichnet werden, ist unverzichtbar, wenn es um das Design besonders leistungsfähiger (opto)elektronischer Bauelemente geht. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel ein umfangreiches Bild der Energetik von Polaronen in organischen Halbleitern zu erhalten. Zunächst geht es darum einen Probenaufbau zu finden, der es nicht nur ermöglicht Ladungsträger zu generieren, sondern auch ihre elektronische Struktur unter Verwendung von komplementären Photoemissionstechniken – Rötngen-, Ultraviolett- und inverse Photoelektronenspektroskopie - aufzuklären. Das Probenkonzept basiert darauf, dass molekulare Filme, die eine niedrigere Ionisierungsenergie als die Austrittsarbeit des zugrunde liegenden Substrates aufweisen, Fermi-level Pinning zeigen. In diesem Fall wären die höchsten besetzten Zustände der neutralen molekularen Schicht energetisch oberhalb des Substrat-Fermi-Levels angeordnet, wodurch zum Erhalt des elektronischen Gleichgewichts die Notwendigkeit für einen Ladungstransfer gegeben ist. Da die starke elektronische Kopplung zwischen Molekülen und Metallen die spektrale Information der Überschussladungsträger verändern könnte, wird die Metalloberfläche durch eine ultradünne Zwischenschicht passiviert. Die Ergebnisse zeigen, dass es durch die vorliegende starke on-site Coulomb Repulsion zur Aufspaltung des höchsten besetzen molekularen Niveaus in ein besetztes und ein unbesetztes Sub-niveau kommt. Dies widerspricht der seit Jahren etablierten Vorstellung von einem einfach besetzten Niveau in der Bandlücke des neutralen molekularen Halbleiters. Unter zusätzlicher Berücksichtigung der inter-site Coulomb Repulsion zwischen Molekülionen und neutralen Molekülen, sowie der Energieniveau Verbiegung kann schließlich ein vollständiges Bild entwickelt werden, das die etablierte Vorstellung der Energieniveaus von Ladungsträgern in molekularen Halbleitern ersetzen soll. / Understanding the nature of charge carriers in molecular semiconductors, typically termed "polarons", is indispensable for rational material design targeting future superior (opto-)electronic device performance. The present work addresses this fundamental issue to derive a comprehensive picture of polarons in organic semiconductors. Conceptual work is dedicated to identifying a sample structure, which allows both, deliberately generating charged molecules and applying the complementary photoemission techniques X-ray, ultraviolet and inverse photoelectron spectroscopy in order to assess the polaron energetics. The sample concept is based on the fact that molecular layers exhibiting an ionization energy lower than the work function of the supporting substrate show Fermi-level pinning. There, as the substrate Fermi-level is moved into the occupied density of states of the molecular adsorbate, electron transfer occurs from the molecules to the substrate. Because strong electron coupling between molecules and eg. metal surfaces might mask or alter the spectral information of excess charge carriers, such interaction needs to be inhibited by implementation of an ultrathin passivating interlayer. The comprehensive results provide evidence that the highest occupied molecular orbital level is split into an upper unoccupied and a lower occupied sub-level due to strong on-site Coulomb interaction. This finding is in marked contrast to what has been assumed for decades, where a singly occupied level was proposed to lie within the gap of the neutral molecular semiconductor. Moreover, taking into account the inter-site Coulomb interaction between molecular cations and surrounding neutral molecules, as well as energy-level bending, finally, a complete picture of the energetics associated with polarons in molecular semiconductors could be derived, which aims at replacing common perceptions.

This thesis gives a detailed description of the design and synthesis of new organic sensitizers for Dye sensitized Solar Cells (DSCs). It is divided in 7 chapters, where the first gives an introduction to the field of DSCs and the synthesis of organic sensitizers. Chapters 2 to 6 deal with the work of the author, starting with the first publication and the other following in chronological order. The thesis is completed with some concluding remarks (chapter 7). The DSC is a fairly new solar cell concept, also known as the Grätzel cell, after its inventor Michael Grätzel. It uses a dye (sensitizer) to capture the incident light. The dye is chemically connected to a porous layer of a wide band-gap semiconductor. The separation of light absorption and charge separation is different from the conventional Si-based solar cells. Therefore, it does not require the very high purity materials necessary for the Si-solar cells. This opens up the possibility of easier manufacturing for future large scale production. Since the groundbreaking work reported in 1991, the interest within the field has grown rapidly. Large companies have taken up their own research and new companies have started with their focus on the DSC. So far the highest solar energy to electricity conversion efficiencies have reached ~12%. The sensitizers in this thesis are based on triphenylamine or phenoxazine as the electron donating part in the molecule. A conjugated linker allows the electrons to flow from the donor to the acceptor, which will enable the electrons to inject into the semiconductor once they are excited. Changing the structure by introducing substituents, extending the conjugation and exchanging parts of the molecule, will influence the performance of the solar cell. By analyzing the performance, one can evaluate the importance of each component in the structure and thereby gain more insight into the complex nature of the dye sensitized solar cell. / QC 20110505

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:41:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O Laboratório de Metrologia Nuclear (LMN) do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) desenvolveu recentemente o Sistema de Coincidência por Software (SCS), para a digitalização e registro dos sinais de seus sistemas de coincidências 4&pi;&beta;-&gamma; utilizados na padronização de radionuclídeos. O sistema SCS possui quatro entradas analógicas independentes que possibilitam o registro simultâneo dos sinais de até quatro detectores (vias &beta; e &gamma;). A análise dos dados é realizada a posteriori, por software, incluindo discriminação de amplitudes, simulação do tempo-morto da medida e definição do tempo de resolução de coincidências. O software então instalado junto ao SCS estabeleceu a metodologia básica de análise, aplicável a radionuclídeos com decaimento simples, como o 60Co. O presente trabalho amplia a metodologia de análise de dados obtidos com o SCS, de modo a possibilitar o uso de detectores com alta resolução em energia (HPGe), para padronização de radionuclídeos com decaimentos mais complexos, com diferentes ramos de decaimento ou com transições metaestáveis. A expansão metodológica tem suporte na elaboração do programa de análise denominado Coincidence Analyzing Task (CAT). A seção de aplicação inclui as padronizações do 152Eu (diferentes ramos de decaimento) e do 67Ga (nível metaestável). A padronização do 152Eu utilizou uma amostra de uma comparação internacional promovida pelo BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), podendo-se comparar a atividade obtida com o valores de laboratórios mundialmente reconhecidos, de modo a avaliar e validar a metodologia desenvolvida. Para o 67Ga, foram obtidas: a meia-vida do nível metaestável de 93 keV, por três diferentes técnicas de análise do conjunto de dados (&beta;pronto-&gamma;atrasado-HPGe, &beta;pronto-&gamma;atrasado-NaI e &beta;pronto- &beta;atrasado); as atividades de cinco amostras, normalizadas por Monte Carlo e as probabilidades de emissão gama por decaimento, para nove transições. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:07:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho foram estudados os níveis excitados do 193Ir produzidos a partir do decaimento &beta; do 193Os (T1/2 ~ 30h). Para a obtenção das amostras radioativas, ~ 5mg de Ósmio metálico (99% enriquecido em 192Os) foram irradiados no reator IEA-R1, sob um fluxo de nêutrons da ordem de 1012cm2 s1 e depois analisadas, empregando-se a técnica de espectroscopia &gamma; simples (unidimensional) com espectrômetro &gamma; de alta resolução, bem como as técnicas de espectroscopia de coincidência &gamma;&gamma; e de correlação angular direcional &gamma;&gamma; (&theta;) usando um sistema de aquisição multiparamétrica composto por 4 detectores HPGe. A partir destes dados, foi possível adicionar 28 transições a este esquema de decaimento, 11 das quais já eram conhecidas de outros estudos envolvendo reações nucleares, além de 17 observadas pela primeira vez. Também foram acrescentados 8 níveis excitados ao esquema de decaimento, sendo 3 conhecidos por outras reações e 5 completamente novos. Além disso, foi possível confirmar a suspeita encontrada na literatura de que os níveis a 848,93keV e 849,093keV são o mesmo, além de confirmar a existência de um nível excitado a 806,9keV. A análise de correlação angular direcional permitiu a definição do spin de do nível excitado a 874kev (5/2+), além de propor uma probabilidade de 79% do nível a 1078keV ter spin 5/2, e de restringir as possibilidades de spin para o nível novo a 960keV para duas (1/2 ou 3/2). Também foi possível determinar a razão de mistura multipolar (&delta;Ln+1/Ln) para 43 transições, sendo 19 pela primeira vez e praticamente todas as restantes com precisão melhor que a encontrada na literatura. Finalmente, foi feita uma tentativa de compreender o núcleo através de um modelo teórico, o qual reproduziu muito bem o estado fundamental e os dois primeiros estados excitados do 193Ir. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

O interesse na pesquisa de Lasers randômicos, meios dispersivos com alto ganho, tem crescido nos últimos anos em virtude das novas possibilidades advindas ao se trabalhar com estes sistemas, como emissões em bandas com baixo ganho, bicromaticidade, localização da luz em meios difusos e sistemas ópticos mais compactos. Nesse trabalho serão discutidos temas como espalhamento da luz por partículas, intensidade de retroespalhamento, ganho em meios desordenados e as transições energéticas do neodímio, correlacionando as emissões características obtidas nos experimentos com a teoria. Quanto aos resultados será apresentado a primeira observação de laser randômico com nanopó de Nd:YVO4 através de análise do comportamento da emissão espectral e temporal oriunda da transição 4F3/24I11/2 (1064 nm). Os resultados apresentam outra forma de analisar a cinética temporal da emissão de laser randômico, permitindo uma separação da fração de emissão estimulada e espontânea e comparação desse resultado com o estreitamento sutil da largura de linha, típico de lasers randômicos. As conversões ascendentes e saturação de ETU (conversão ascendente por transferência de energia) serão analisadas na mesma amostra, sendo todos os ajustes provenientes da literatura e de fundamental interesse, principalmente por se tratarem de um mecanismo de perda em lasers operando na região do infravermelho. Por fim, a emissão característica será avaliada pela técnica CBS (retroespalhamento coerente) para determinação da coerência do laser emitido e localização da luz neste meio difuso, com os resultados comparados aos da simulação. / In the past few years, the interest in random lasers, which refer to lasing in disordered media where strong multiple scattering plays a constructive role instead of being only a loss factor, have received considerable attention due to its unique properties and its potential applications, such as emission at new, extremely low gain lines, simultaneous emission of several very different wavelengths at the same time, strong light localization and miniaturization. Single and multiple particle light scattering, backscattering intensity, light diffusion with gain and the energy level diagram of Neodymium will be presented in this current work, alongside with a parallel from the typical emission lines obtained experimentally with theory. The demonstration of random laser action in Nd:YVO4 nanopowder, by analyzing the spectral and temporal behavior from the 4F3/24I11/2 (1064 nm) transition is presented. A method that analyzes the decay kinetics after long-pulse excitation is used to determine the laser characteristics, allowing measuring the fractional contribution of spontaneous and stimulated emission in the samples backscattering cone, with is in agreement to the smoothing linewidth narrowing as a function of pump power typical from random lasers. Also the visible emission along a method to determine quantitatively the ETU (energy-transfer upconversion) rate is presented, which is particularly interesting, as is a mechanism that introduces a loss channel for devices emitting in the infrared region. At last, the coherent laser emission and light localization will be evaluated by using the CBS (coherent backscattering) technique in this diffusive media, in which the results are compared with simulation.

Les travaux présentés s'inscrivent dans les thèmes de l'électronique moléculaire et de la conversion photovoltaïque. Nous étudierons plus précisément les interactions électroniques à l'interface entre l'électrode anodique et une fine couche de polyoxométallates, POM. Nous dédirons le premier chapitre à une structure de POM qui sera étudiée en détail. Nous démontrerons que dans des conditions de concentration, recuit thermique appropriées la couche atteint un haut degré d'organisation la rendant conductrice. Après une analyse XPS/UPS fine nous montrons que les mécanismes de conduction prennent place sur la couche externe du POM dans les oxygènes lacunaires. De plus ces lacunes d'oxygène génèrent des états autorisés dans le gap interdit sous le niveau de Fermi. Une deuxième étape du travail consistera a étudié les effets des contreions sur la structure électronique précédemment décrite. Dans ce chapitre démontrons que les contreions, souvent décrits comme des espèces spectatrices, influence grandement le comportement électronique d'une espèce de POM. Puis nous étudierons l'impact de la nature du métal constituant le polyoxométallate. Enfin nous ferons dans un dernier chapitre une synthèse des résultats obtenus qui nous permettrons de conclure au regard des hypothèses formulées en présentant des tests de validation photovoltaïques. / In this work, the main objective were to understand the electronic processes of polyoxometalates solid films at an indium tin oxide interface. A well-organized polyoxometalate film was deposited onto ITO and with an appropriate annealing process a highly ordered conductive surface was observed. The anisotropic morphology has been proved to be able to optimize electrical/electronic properties and further improve hole transport in organic photovoltaic devices by inserting as anode interfacial layer. We demonstrated the conductivity took place at the outer shell of the polyoxometalate due to oxygen vacancies which generate very localized gap state. We pursue the study by investigating the counter-ions (K+, Li+ and H+) effect on the identical polyoxoanion [P2W18O62]6-. We show it can not only influence the film aggregation mechanism, but allow tuning the density of gap states. The substitution of tungsten, especially by molybdenum, result in a more favorable energy level alignment from ITO and P3HT, i.e. desirable position and higher density of gap states. In a last we integrated the polyoxometalate in organic solar cells to prove the previous demonstration.