Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6312.pdf: 3069721 bytes, checksum: 5122b5e2eea2863f5030ec932e79395f (MD5) Previous issue date: 2014-07-11 / Financiadora de Estudos e Projetos / Strontium titanate (SrTiO3) is an n-type semiconductor with high chemical and photochemical stability. This wide band gap oxide has a band gap energy of about 3.2 eV as well as a favorable energy for photocatalysis. In this study, we demonstrate an alternative and superior method to produce Nb-doped and undoped SrTiO3 photoanode thin films based on a colloidal deposition process which possess good activity under standard solar illumination conditions. Methanol was used as hole scavenger and the results showed that the semiconductor liquid junction (SCLJ) charge accumulation is not an important mechanism to control the photocurrent density and overpotential. In addition, experimental results suggest that the dominance of photocurrent density is controlled by the potential at the surface space charge layer for the Nb-doped SrTiO3 and by recombination at the depletion layer for the undoped oxide. / O titanato de estrôncio é um semicondutor do tipo n com elevada estabilidade química e fotoquímica. Este óxido possui um band gap em torno de 3,2 eV, bem como uma energia favorável para fotocatálise. No presente estudo, nós demonstramos um método alternativo e superior para produzir fotoânodos de filmes finos de SrTiO3, dopados e não dopado com nióbio, com base em um processo de deposição coloidal que possui uma boa atividade em condições normais de iluminação solar. O metanol foi utilizado como eliminador de buracos e os resultados mostram que a acumulação de cargas na junção líquido-semicondutor (SCLJ) não é um mecanismo importante para controlar a densidade de fotocorrente e o sobrepotencial. Além disso, os resultados sugerem que o domínio da densidade de fotocorrente é controlada pelo potencial na camada da carga espacial da superfície para o SrTiO3 dopado com Nb e por recombinação na camada de depleção para o óxido não dopado.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5681.pdf: 28007078 bytes, checksum: df8980fedeed3307bcac84b27867350e (MD5) Previous issue date: 2013-10-15 / Universidade Federal de Sao Carlos / The molybdates with scheelite-type tetragonal structure is a family of inorganic materials that has received considerable attention since the discovery of their luminescent properties, with emission in the visible spectral region. In this work, barium strontium molybdate crystals, (Ba1-xSrx)MoO4, with the compositions (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1) were synthesized by co-precipitation method (drop by drop) in the presence of various solvents (water, 1,4-butanediol and diethylene glycol butyl ether) . The crystals obtained were structurally characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, M- Raman spectroscopy (M- Raman) and Fourier transform infrared (FT -IR) spectroscopy. The shape and size of the crystals were observed by means of field emission scanning electron microscopy (FE -SEM). The optical properties were investigated by ultraviolet-visible (UV Vis) absorption spectroscopy and photoluminescence (PL) measurements. The XRD patterns, M- Raman and FT- IR spectra showed that all crystals are monophasic with a scheelite-type tetragonal structure, belonging to the space group I41/a. The lattice parameters and atomic positions obtained by Rietveld refinement were employed to molding [BaO8], [SrO8] and [MoO4] clusters into the tetragonal lattice. The microscopy images showed that (Ba1-xSrx)MoO4 crystals with different concentrations (x) and synthesized with different solvents showed changes in size (micro and nanocrystals) and the shape (octahedron, flowers, balls and rods) crystals. Photoluminescent emission at room temperature in different regions of maximum intensity was assigned to different densities of intermediate electron levels (deep and shallow) located within the band gap as a consequence of the degree of order-disorder structural in the crystal lattice and defects on the surface of crystals. Finally, we discussed possible mechanisms to explain the behavior photoluminescent. / Os molibdatos com estrutura tetragonal tipo scheelita é uma família de materiais inorgânicos que tem recebido considerável atenção desde a descoberta de suas propriedades luminescentes, com emissões na região espectral do visível. Neste trabalho, cristais de molibdatos de bário e estrôncio, (Ba1-xSrx)MoO4, com as composições (x = 0; 0,25; 0,50; 0,75 e 1) foram sintetizados pelo método de co-precipitação (gota a gota) na presença de diversos solventes (água, 1,4-Butanodiol e dietilenoglicol butil éter). Os cristais obtidos foram estruturalmente caracterizados por difração de raios X (DRX), refinamento de Rietveld, espectroscopia M-Raman (M-Raman) e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IV). A forma e tamanho dos cristais foram observados por intermédio da microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FE-SEM). As propriedades ópticas foram investigadas por espectroscopia de absorção no ultravioleta e visível (UV-Vis) e medidas de fotoluminescência (FL). Os padrões de DRX, os espectros de M-Raman e FT-IV mostraram que todos os cristais são monofásicos com estrutura tetragonal tipo scheelita, pertencentes ao grupo espacial I41/a. Os parâmetros de rede e posições atômicas obtidos pelo Refinamento de Rietveld foram empregados para modelar os clusters [BaO8], [SrO8] e [MoO4] dentro da rede cristalina tetragonal. As imagens de microscopia indicaram que os cristais de (Ba1-xSrx)MoO4 com diferentes concentrações (x) e sintetizados com diferentes solventes apresentou modificações no tamanho (micro e nanocristais) e na forma (octaedros, flores, bastões e esferas) dos cristais. As emissões fotoluminescentes a temperatura ambiente em diferentes regiões de intensidade máxima, foi atribuída a diferentes densidades de níveis eletrônicos intermediários (rasos e profundos) localizados dentro do band gap, como consequência do grau de ordem-desordem estrutural na rede cristalina e defeitos nas superfícies dos cristais. Finalmente, foram discutidos possíveis mecanismos para explicar o comportamento fotoluminescente.

Neste trabalho estudou-se a influência da adição do SrO no comportamento varistor do TiO2. As concentrações utilizadas de SrO foram: 0,50, 1,00, 1,50 e 2,00 mol %. O processamento empregado foi o método convencional de mistura de óxidos, onde os reagentes foram submetidos ao moinho de bolas para homogeneização, utilizando PVA como agente plastificante. A sinterização, em forno convencional ocorreu nas temperaturas de 1200, 1300 e 1400oC durante 1 h com taxa de aquecimento e resfriamento de 5oC=min. Pelas imagens de MEV foi possível observar a evolução microestrutural das amostras com o aumento da temperatura de sinterização. Relacionando análises de MEV, densidade e dilatometria, foi possível se chegar a uma temperatura de sinterização considerada ideal para aplicação em sistemas varistores de 1400oC. Nas micrografias das amostras sinterizadas a 1400oC foi possível observar uma microestrutura com características morfológicas adequadas para varistores. Juntamente com a análise de EDS, acoplada ao MEV e mapeamento de raios X, identificou-se a presença de Sr na região do contorno de grão das amostras contendo 0,50 e 1,00 mol %, sendo que com a concentração de 1,00 mol % o Sr mostrou-se distribuído de maneira mais uniforme na região do contorno de grão. Para concentrações superiores a 1,00 mol %, ocorre a precipitação do Sr além do contorno de grão, a análise de EDS e mapeamento de raios X aponta além do Sr o O, indicando a formação de SrTiO3. As medidas elétricas em corrente contínua realizadas em temperatura ambiente apontam um melhor coeficiente não linear de 5,50 para composição contendo 1,00 mol % de SrO. Para o modelamento da barreira de potencial tipo Schottky foram realizadas medidas em CC (25 - 200oC), onde encontrou-se uma melhor relação altura/largura de barreira para a composição contendo 1,00 mol % de SrO, sendo proposto um modelo de barreira de potencial. Com as medidas em corrente alternada, foi possível identificar e mensurar a contribuição do grão e do contorno de grão. Também foi realizado tratamento em atmosfera oxidante, onde foi possível obter uma considerável melhora nas propriedades varistoras, a = 8,54, com a adsorção de O2 no contorno de grão. / In this work the influence of SrO in Varistor behavior of TiO2 is assessed. The used concentrations were SrO: 0.50, 1.00, 1.50 and 2.00 mol %. The applied process used conventional method of mixing oxides, where the reactants were subjected to a ball mill for homogenization using PVA as a plasticizer. The sintering was performed in conventional oven temperatures at the temperatures of 1200, 1300 and 1400oC for 1 h with heating and cooling rate of 5oC=min. From the SEM images, it is possible to identify the microstructural evolution of samples while the sintering temperature increases. Using SEM analysis, density and dilatometry, it is possible to obtain the optimal sintering temperature applied for varistors of 1400oC. In micrographs of the sintered samples at 1400oC it is identified a microstructure with suitable morphological characteristics for varistors. By the EDS analysis coupled to SEM X-ray mapping, is identified the presence of Sr in the grain boundary region samples containing 0.50 and 1.00 mol %, and the concentration of 1.00 mol % Sr appears to be more evenly distributed in the grain boundary region For concentrations higher than 1.00 mol %, the precipitation of Sr occurs beyond the grain boundaries, and the analysis of EDS X-ray mapping show points beyond Sr and O, indicating the formation of SrTiO3. The electrical measurements in DC held at room temperature showed an optical non linear coefficient of 5.50 for the composition containing 1.00 mol % of SrO. For the potential barrier modeling type Schottky, measures were carried out in DC (25 - 200oC) where a better height/width barrier was found with the composition containing 1.00 mol % of SrO, being proposed a potential barrier model. In alternating current measurements, it was possible to identify and evaluate the grain and grain boundary contribution. It was also performed treatment in an oxidizing atmosphere, where it was possible to obtain a considerable improvement in the varistor properties, a = 8.54, with adsorption of O2 in the grain boundary.

Esta tese foi desenvolvida com o objetivo de propor metodologias para análises isotópicas de Sr com quantidades reduzidas de amostras e ácidos, com aplicações em foraminíferos, carbonatos e conchas continentais. Uma abordagem metodológica às análises isotópicas de Sr envolvendo microfósseis em estudos geológicos de bacias sedimentares distintas, com uma nova proposta de metodologia em comparação às usuais já em rotina, é discutida, bem como os resultados encontrados. Um valor de consenso para o NBS-987 é proposto. A quimioestratigrafia isotópica de Sr, C e O é aplicada ao estudo de carbonatos de uma bacia sedimentar petrolífera da Venezuela. A ênfase é dada à discussão dos isótopos radiogênicos de Sr aplicados à estratigrafia isotópica, e aos isótopos estáveis C e O, aplicados a variações climáticas e definição do ambiente de deposição da seção em estudo. Foi possível caracterizar um aumento da razão de Sr87/Sr86 por carreamento de Sr continental em um mar restrito, onde se instalou a Bacia do Maracaibo. Os dados δO18 e δC13 apontam para dois grupos (clusters) e variam de -3,76 a -11, e de -1,75 a -13,87, respectivamente. Um dos clusters (de δC13 = -2,5 ± 1,0 e de δ18O = -10,0 ± 1,5) ilustra a deposição marinha homogênea em condições tropicais, enquanto o segundo cluster reflete a ciclicidade provocada pela circulação do oceano Atlântico com água de mais fria ou clima com tendência de resfriamento. Os valores δC13 entre -2,5 ± 1,0 não se encaixam com a excursão significativa do isótopo de carbono como esperado para o evento anóxico oceânico (OAE). Na última parte deste trabalho, as razões isotópicas de Sr87/Sr86, C13/C12 e O18/O16 são aplicadas à Arqueologia. Um estudo envolvendo os resultados destes isótopos em conchas carbonáticas de três sítios arqueológicos distintos da Província Arqueológica de Lagoa Santa, em Minas Gerais, é apresentado e discutido. A aplicação da técnica de isótopos de estrôncio para estudos de migração em humanos e animais de sítios arqueológicos é revisada. / This thesis has been developed in order to propose methods for isotopic analysis of Sr with small amounts of samples and acids applied to forams, carbonate rocks and continental shells. A methodological approach to the Sr isotopic analyzes involving microfossils in geological studies of distinct sedimentary basins, with a proposed new methodology as compared to the usual routine is discussed, as well as the results. A consensus value for the NBS-987 is proposed. The chemostratigraphy isotopic Sr, C and O is applied to the study of carbonates from the hydrocarbon producing Maracibo Basin, Venezuela. Radiogenic Sr isotopes applied to high resolution stratigraphy and C and O stable isotope applied to climate variation and definition of depositional environment are herein discussed for the studied section. Higher 87Sr/86Sr ratios are present as result of influxo of continental Sr in a restricted sea, where formed the Maracaibo Basin. δ18O e δ13C data are divided in two groups (clusters) ranging from -3,76 to -11 and from -1,75 to -13,87, respectively. The main cluster (δ13C = -2,5 ± 1,0 and δ18O = -10,0 ± 1,5) suggests a homogeneous marine depositon under tropical conditions, whereas the second one reflects a cyclicity associted with Atlantic ocean circulation with cololer water or clima with cooling trend. δ13C values between -2,5 ± 1,0 do not support the so-called global Ocean Anoxic Event OAE3. The emphasis is on discussion and review of stable isotopes of C and O and the possible events that would be related to the last event of the anoxic Cretaceous period known as abbreviated OAE3. In the last part of this work, the isotopic ratios of 87Sr/86Sr, 18O/16O and 13C/12C are applied to archeology. A study of the results of these isotopes in carbonate shells of three distincts archaeological Provincial Archaeological Lagoa Santa, in Minas Gerais, is presented and discussed. The application of the technique of strontium isotopes for migration studies in humans and animals from archaeological sites is reviewed.

Neste trabalho é apresentada a construção da montagem de um sistema experimental para resfriar átomos de estrôncio. A construção do sistema está focada no estudo do espalhamento coletivo em nuvens atômicas frias e ultrafrias por meio da teoria de Mie. O estrôncio é um elemento que conta com dois estágios de resfriamento, o primeiro utilizando a transição forte entre estados singletos ¹S₀-¹P ₁ de Γ = (2 π)32 MHz, e o segundo com uma transição fraca entre estados singleto e tripleto ¹S₀-³P₁ de Γ = (2 π)7,5 MHz. O objetivo deste trabalho é a construção do sistema para resfriar átomos de estrôncio utilizando a primeira transição. A construção do sistema se apresenta em várias partes, primeiro a construção do um forno como fonte de vapor de estrôncio, onde o estrôncio metálico é aquecido até uma temperatura T = 600°C. O forno conta com um sistema de microtubos encarregados de colimar o feixe atômico, estes microtubos tem um diâmetro interno D ≈ 180µm e um comprimento de 8mm. Depois da implementação do forno e do sistema de microtubos foi medido o perfil de velocidades transversais e a divergência do feixe atômico que sai do forno. A largura tem um valor wr = (2π)108 MHze a divergência do feixe de α ≈4,12. A segunda parte do sistema conta com a construção do desacelerador Zeeman, responsável por desacelerar os átomos do feixe atômico utilizando um feixe laser contrapropagante de λ=461 nm, circularmente polarizado e com uma dessintonização utilizada, após a caracterização do sistema, de Δ=(-2π)580MHz. Os átomos sentiram os efeitos da força de pressão radiativa dentro de um tubo de comprimento de 0,28m. Para compensar o efeito Doppler causado pelo movimento dos átomos foi utilizado um arranjo de bobinas em configuração spin flip para gerar o campo. A terceira e principal parte do sistema foi a construção da armadilha magnetoóptica (AMO). Onde os átomos que saem do desacelerador Zeeman são confinados e resfriados pela combinação de seis feixes contrapropagantes, dos quais três são retrorefletidos utilizando a transição Γ=(2π)32MHz. A dessintonia dos feixes após da caracterização do sistema foi de Δ=(-2π)39MHz. Depois da construção do sistema foi feita a primeira caracterição da armadilha magneto-óptica de átomos de estrôncio 88 em nosso grupo, onde obtivemos a temperatura dos átomos na armadilha para o eixo vertical da expansão foi de Tv=4.7mK e para o eixo horizontal de TH=4mK. Também foi medido o tempo de carga dos átomos na armadilha tcarga=0.15s como bombeamento óptico de estado ³P₂-³D₂. O tempo de vida foi de 0.3s e 0.03s com e sem bombeamento óptico, respectivamente. / This work presents the construction of the assembly of an experimental system for cooling strontium atoms. The construction of the system is focused on the collective scattering in atomic cold cloud and ultra cold using the Mie theory. The strontium is an element that permits two stage of cooling, the first using the strong transition between singlet states ¹S₀-¹P₁ of Γ=(2π) 32 MHz, and a second stages is the weak transition between singlet and triplet states ¹S₀-³P₁ de Γ=(2π) 7.5MHz. The objective of this work is building the system for cooling strontium atoms using the first transition. The construction of the system is presented in several parts. First is described the construction of oven as vapor source strontium, where the strontium metal is heated to Temperature Range T = 600°C. The oven has a microtubule system responsible for collimating the atomic beam, these microtubules has an internal diameter of D ≈ 180µm and a length of 8mm. After implementation of the oven system and the microtubes were measured transverse velocity profile and the divergence of the atomic beam that leaves the oven, the width value was f wr=(2π)108MHzand beam divergence value was α ≈ 4,12. The second part of the system relies on the construction of the Zeeman slower responsible for decelerating the atoms of the atomic beam using a laser beam antipropagating of λ = 461 nm nm with a circularly polarized , the detuning used after of the characterization of the system was Δ = (2π)580 MHz. Atoms felt the effects of pressure force radiative within a tube length of 0.28m to compensate the Doppler shift due to motion a of atoms used an arrangement of coils in configuration \"spin flip\" to generate the magnetic field to compensate this effect. The third and main part of the system was the construction of magneto-optical trap (MOT), the atoms coming out of the Zeeman decelerator are confined and cooled by a combination of six counterpropagating beams, three of which are retro reflected using the transition Γ = (2π)32MHz, the detuning of the beam after the characterization of the system was Δ = (-2π) 39 MHz and the opposite polarization for each pair of beam in the same direction. After the construction of the system was made the first magneto-optical trap of strontium atoms 88, the temperature of the trap was atoms to the vertical he expansion was Tv = 4.7mK and the horizontal axis TH = 4 mK 4, also was measured loading time of the atoms in the trap tcharge = 0.15s as optical pumping state ³P₂- ³D₂. The lifetime with and without optical pumping was tlife = 0.3s and tlife = 0.03s respectively.

A cold atomic cloud is a versatile object, because it offers many handles to control and tune its properties. This facilitates studies of its behavior in various circumstances, such as sample temperature, size and density, composition, dimensionality and coherence time. The range of possible experiments is constrained by the specifications of the atomic species used. In this thesis presents the work done in the experiment for laser cooling of strontium atoms, focusing on its stability, which should provide cold and ultracold samples for the study of collective effects in light scattering. From the initial apparatus, innumerous changes were performed. The vacuum system got improved and now reached lower ultra high vacuum due to the pre-baking done to its parts and adding a titanium-sublimation stage. The quadrupole trap were improved by the design and construction of a new pair of coils. The stability of the blue, green and red laser systems and the loss prevention of laser light were improved, giving rise to a robust apparatus. Another important point is the development of homemade devices to reduce the costs and to be used as a monitor of different parts of an cold atoms experiment. From this homemade devices, we could demonstrate a dramatic linewidth narrowing by injection lock of an low cost 461 nm diode laser and its application to our strontium experiment. In the end, this improved experimental apparatus made possible the study of a new scattering effect, the mirror assisted coherent back-scattering (mCBS). / Uma nuvem atômica fria é um objeto versátil porque oferece muitas formas de controlar e ajustar suas propriedades. Isso facilita o estudo de seu comportamento em várias circunstâncias, tais como temperatura da amostra, tamanho e densidade, composição, dimensionalidade e tempo de coerência. A extensão de experimentos possíveis é limitada pelas especificações da espécie atômica utilizada. Nessa tese, eu apresento o trabalho feito em um experimento para resfriamento de átomos de estrôncio, focando em sua estabilidade, que deve gerar amostras frias e ultras-frias para o estudo de efeitos coletivos em espalhamento de luz. Do aparato inicial, inúmeras mudanças foram feitas. O sistema de vácuo foi melhorado e agora atinge vácuos ultra altos mais baixos, devido ao pré-cozimento feito em suas partes e a adição de um estágio de sublimação de titânio. A estabilidade e a prevenção de perdas de luz dos sistemas de laser azul, verde e vermelho foram melhorados, levando a um sistema mais robusto. Outro ponto importante é o desenvolvimento de dispositivos caseiros para reduzir os custos e para ser usado como monitor de diferentes partes de um experimento de átomos frios. Destes dispositivos, pudemos demonstrar a redução dramática da largura de linha de um diodo laser de 461 nm de baixo custo devido a estabilização por injeção. No fim, esse aparato experimental melhorado fez possível o estudo de um novo efeito de espalhamento, o retro espalhamento coerente da luz assistido por espelho.

O ranelato de estrôncio é uma droga encontrada nas farmácias com o nome de Protos®, sendo bastante consumida na forma de chás para o tratamento da osteosporose, uma patologia do tecido ósseo ligada ao metabolismo de reabsorção óssea e a produção de osteoblastos (células precursoras da matriz óssea). Sua estrutura inusitada apresenta um anel tiofeno com quatro grupos carboxílicos e um grupo nitrila, lembrando o complexante clássico EDTA. Essa semelhança inspirou o desenvolvimento desta tese, visando entender a química do íon ranelato na presença do estrôncio e outros íons metálicos, e dessa forma, obter indícios de como pode atuar ao nível molecular no organismo. Com esse objetivo, a molécula foi criteriosamente estudada baseada em espectroscopia (RMN, FTIR, Raman, EDX e Vis-UV), difração de raiosX de pó, espectrometria de massa, e modelagem molecular (MM+, ZINDO/S, DFT, TD-DFT). Ao longo do trabalho, observou-se que em meio ácido, sob exposição direta ao sol ou irradiação UV, havia a formação de uma coloração azul intensa, chamando a atenção para uma nova espécie, ainda não reportada na literatura. Esse produto mostrou ser bastante estável, particularmente sob luz solar, contrastando com a maioria dos corantes orgânicos convencionais. Os espectros de RMN e de massa indicaram a formação de um novo corante bistiofeno, envolvendo o desprendimento fotoquímico de CO2 via descarboxilação do grupo ligado ao carbono 5 do anel, seguido pela dimerização. Por outro lado, na presença de íons de ouro(III), o ranelato reage rapidamente produzindo suspensões vermelhas de nanopartículas de ouro, que permanecem estáveis por longo tempo, especialmente no caso dos sais de sódio e lítio. As reações ocorrem espontaneamente à temperatura ambiente, e a cinética foi investigada espectrofotometricamente variando a proporção ouro/ranelato (em mol) de 8:1 a 1:8. As partículas formadas foram monitoradas por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução. Por analogia com o método de Turkevich, a reação parece envolver a oxidação do íon ranelato por AuIII, produzindo compostos com AuI e convertendo o grupo carboxilato em CO2. É possível que o AuI permaneça ligado covalentemente ao anel tiofeno, coordenando-se pelo átomo de carbono 5. Nessa forma, o composto pode iniciar a nucleação das nanopartículas por meio de reações redox sucessivas com as espécies AuIII existentes, e desproporcionamento de AuI em Au0 e AuIII. Em condições próximas da equimolar são formadas partículas esféricas, enquanto que com excesso de AuIII, partículas anisotrópicas foram observadas. No presente estágio, a química do íon ranelato ainda é muito incipiente, mas já é possível vislumbrar sua exploração em diversas áreas da química, indústria de corantes além de novas aplicações medicinais. / Strontium ranelate is a drug commercially available in Brazil as Protos®. It is widely consumed as tea infusions for the treatment of osteosporosis, a disease of the bone tissues related to the bone resorption and osteoblast replication. Its peculiar structure is composed by a central thiophene ring, exhibiting four carboxylate groups and a nitrile moiety, resembling the classical metal chelating agent EDTA. Such analogy inspired the present thesis, aiming the understanding of its chemistry in the presence of metal ions such as lithium, sodium and strontium, and expecting to provide some clues for its action in the organism. In this way, the molecule was extensively studied based on spectroscopy (NMR, FTIR, Raman, EDX and VisUV), powder X-ray diffraction, mass spectrometry, and molecular modeling methods (MM+, ZINDO/S, DFT and TD-DFT). In acidic solution, under direct solar or UV irradiation, a deep blue color was observed, calling our attention for its conversion into a new species not yet reported in the literature. This product was remarkably stable, particularly to sun light, in contrast to most conventional dyes. Our research based on NMR and mass spectra indicated the formation of a new bisthiophene dye, by the photochemical release of the carboxylate group bound at the C5 atom of the ring, followed by dimerization. On the other hand, in the presence of gold(III) ions, ranelate reacts rapidly yielding red nanoparticle suspensions which remain stable in the case of its sodium and lithium salts, but turning into blue and precipitating in the case of the strontium species. The reactions proceed spontaneously at room temperature and the kinetics were investigated spectrophotometrically by varying the ranelate/gold molar ratio from 8:1 to 1:8, and monitoring the generated nanoparticles by HRTEM. By analogy with the citrate method developed by Turkevich, the reaction seems to involve the oxidation of the ranelate ion by AuIII, yielding AuI species and converting carboxylate group into CO2. Presumably, the AuI ion remains covalently attached to the thiophene ring by coordinating to the C5 atom. In this way it can act as a nucleation center for the formation of nanoparticles by means of successive redox and disproportionation reactions with the remaining AuIII species. Under nearly equimolar conditions, spherical nanoparticles are preferentially formed. At high AuIII concentrations, formation of anisotropic gold nanoparticles is observed. The chemistry of the ranelate ions is yet at very beginning, but exciting perspectives can already be seen in chemistry, medicine and in dyes industry.

Esta tese foi desenvolvida com o objetivo de propor metodologias para análises isotópicas de Sr com quantidades reduzidas de amostras e ácidos, com aplicações em foraminíferos, carbonatos e conchas continentais. Uma abordagem metodológica às análises isotópicas de Sr envolvendo microfósseis em estudos geológicos de bacias sedimentares distintas, com uma nova proposta de metodologia em comparação às usuais já em rotina, é discutida, bem como os resultados encontrados. Um valor de consenso para o NBS-987 é proposto. A quimioestratigrafia isotópica de Sr, C e O é aplicada ao estudo de carbonatos de uma bacia sedimentar petrolífera da Venezuela. A ênfase é dada à discussão dos isótopos radiogênicos de Sr aplicados à estratigrafia isotópica, e aos isótopos estáveis C e O, aplicados a variações climáticas e definição do ambiente de deposição da seção em estudo. Foi possível caracterizar um aumento da razão de Sr87/Sr86 por carreamento de Sr continental em um mar restrito, onde se instalou a Bacia do Maracaibo. Os dados δO18 e δC13 apontam para dois grupos (clusters) e variam de -3,76 a -11, e de -1,75 a -13,87, respectivamente. Um dos clusters (de δC13 = -2,5 ± 1,0 e de δ18O = -10,0 ± 1,5) ilustra a deposição marinha homogênea em condições tropicais, enquanto o segundo cluster reflete a ciclicidade provocada pela circulação do oceano Atlântico com água de mais fria ou clima com tendência de resfriamento. Os valores δC13 entre -2,5 ± 1,0 não se encaixam com a excursão significativa do isótopo de carbono como esperado para o evento anóxico oceânico (OAE). Na última parte deste trabalho, as razões isotópicas de Sr87/Sr86, C13/C12 e O18/O16 são aplicadas à Arqueologia. Um estudo envolvendo os resultados destes isótopos em conchas carbonáticas de três sítios arqueológicos distintos da Província Arqueológica de Lagoa Santa, em Minas Gerais, é apresentado e discutido. A aplicação da técnica de isótopos de estrôncio para estudos de migração em humanos e animais de sítios arqueológicos é revisada. / This thesis has been developed in order to propose methods for isotopic analysis of Sr with small amounts of samples and acids applied to forams, carbonate rocks and continental shells. A methodological approach to the Sr isotopic analyzes involving microfossils in geological studies of distinct sedimentary basins, with a proposed new methodology as compared to the usual routine is discussed, as well as the results. A consensus value for the NBS-987 is proposed. The chemostratigraphy isotopic Sr, C and O is applied to the study of carbonates from the hydrocarbon producing Maracibo Basin, Venezuela. Radiogenic Sr isotopes applied to high resolution stratigraphy and C and O stable isotope applied to climate variation and definition of depositional environment are herein discussed for the studied section. Higher 87Sr/86Sr ratios are present as result of influxo of continental Sr in a restricted sea, where formed the Maracaibo Basin. δ18O e δ13C data are divided in two groups (clusters) ranging from -3,76 to -11 and from -1,75 to -13,87, respectively. The main cluster (δ13C = -2,5 ± 1,0 and δ18O = -10,0 ± 1,5) suggests a homogeneous marine depositon under tropical conditions, whereas the second one reflects a cyclicity associted with Atlantic ocean circulation with cololer water or clima with cooling trend. δ13C values between -2,5 ± 1,0 do not support the so-called global Ocean Anoxic Event OAE3. The emphasis is on discussion and review of stable isotopes of C and O and the possible events that would be related to the last event of the anoxic Cretaceous period known as abbreviated OAE3. In the last part of this work, the isotopic ratios of 87Sr/86Sr, 18O/16O and 13C/12C are applied to archeology. A study of the results of these isotopes in carbonate shells of three distincts archaeological Provincial Archaeological Lagoa Santa, in Minas Gerais, is presented and discussed. The application of the technique of strontium isotopes for migration studies in humans and animals from archaeological sites is reviewed.

Ceramic nanopowders of strontium aluminate (SrAl2O4) were produced via the Sol-Gel Proteic method. In the present work we are investigating the influence of the conditions used to produce the samples on the concentration of both phases and the influence of that on the optical properties of doped SrAl2O4 samples. When doped with rare earths (RE) ions, SrAl2O4 has attracted much attention due to its potential applications as materials that exhibit long lasting phosphorescence (LLP). The SrAl2O4 presents two crystallographic phases, a monoclinic and an hexagonal one, with a reversible phase transition at approximately 650º C, as reported by the literature. The samples were analyzed through the techniques of X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Excited Optical Luminescence (XEOL), radioluminenscence (RL) and X-Ray Absorption Spectroscopy (XAS). XRD analyses showed that the cooling rate has influence on the concentration of the monoclinic and hexagonal phases. The pure and Dy doped samples showed higher amount of monoclinic phase when produced with cooling rate of 10º C/min, while for the Eu doped samples, the cooling rate of 2º C/min induced the stabilization of higher amounts of monoclinic phase. This resulted can be interpreted in terms of the energetic cost involved in stabilization of the two crystalline phases including also the energetic cost of defects created by the dopants. The luminescent properties are influenced by the monoclinic to hexagonal phases concentration ratios in the samples. It was found that the dependence of the radioluminescent intensity on the concentration of the crystalline phases is defined by the specific properties of defects induced by the dopants and their environment in each crystalline phase. RL combined with XEOL and luminescence decay time excited by X-ray pulses showed that the Dy ion participates actively in the luminescent process and this is an important factor in the LLP mechanism of SrAl2O4 / Neste trabalho, foram produzidos nanopós cerâmicos de aluminato de estrôncio (SrAl2O4) através do método Sol-Gel Protéico. Investigamos a influência das condições de produção das amostras nas concentrações de ambas as fases e nas propriedades ópticas das amostras dopadas. Quando dopado com terras raras, o SrAl2O4 tem atraído muita atenção devido ao seu grande potencial em aplicações práticas como material que apresenta fosforescência com longa duração (LLP). SrAl2O4 apresenta duas estruturas cristalográficas, hexagonal e monoclínica, com transição reversível reportada na literatura em 650º C. As amostras foram analisadas através das técnicas de Difração de Raios X (DRX), Microscopia eletrônica de Varredura (MEV), Luminescência Óptica Excitada com raios X (XEOL), radioluminescência (RL) e Espectroscopia de absorção de raios X (XAS). As análises de difração de raios X mostram que a taxa de resfriamento influencia na concentração das fases monoclínica e hexagonal. As amostras puras e dopadas com Dy apresentaram maior quantidade de fase monoclínica quando produzidas com taxa de resfriamento de 10º C/min e as amostras dopadas com Eu, com taxa de 2º C/min induziu a formação da fase monoclínica. Este resultado pode ser interpretado em termos do custo energético envolvido na estabilização das duas fases cristalinas e do custo energético dos defeitos gerados pelos dopantes. As propriedades luminescentes são influenciadas pela razão das fases monoclínica e hexagonal presentes na amostra. Foi possível determinar que o comportamento da resposta radioluminescente em função da concentração das fases cristalinas é na verdade definida pelas propriedades específicas dos defeitos induzidos pelos dopantes e pelo ambiente cristalino que estes se encontram na estrutura do SrAl2O4. As medidas de RL, combinadas com a XEOL e o decaimento da luminescência excitada por pulsos de raios X foi possível mostrar que o Dy, ao contrário de modelos propostos na literatura, não é um mero coadjuvante, mas participa ativamente do processo de emissão luminescente definindo as propriedades da LLP para o material.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, the mechanisms of doping and the co-doping Sr4Al14O25 with divalent and trivalent rare earths ions, were studied using static computer modeling techniques. A set of potential parameters was developed that is able to reproduce the Sr4Al14O25 with a maximum lattice parameters difference of 2% and the involved metal oxides crystal structures with a maximum lattice parameters difference of 3%. Having achieved a reliable parameterization of the materials, defects could be modeled in the Sr4Al14O25 matrix. The possible mechanisms of the trivalent rare earth incorporation were studied and five mechanisms were proposed. For all of them, solution energies were calculated using two different approaches: the infinite dilution method, where only one defect is created in an infinite crystalline lattice, and the ideal solution method, that takes into account the defect concentration within the limits where no interaction between defects is considered. In the infinite dilution method, the solution energy values showed that the trivalent rare earths are divided in two groups: one group that goes from Lu3+ to Dy3+, at 0K, or from Lu3+ tol Gd3+, at 293K, which preferentially incorporated by isovalent substitution in one of the Al6 sites in octahedral coordination, and a second group that goes from Tb3+, at 0K, or Eu3+, at 293K, to Ce3+, which are dissolved in the matrix via aliovalent substitution in the Sr site, with a charge compensation mechanism given by O2- ions in interstitial positions. Pr3+ ions at 0K, is the only exception to this behaviour where Al vacancy or interstitial O2- can be the charge compensation defect. All solution energies for this method are positive values and show some reasonable difference between them. Ce3+ had the lowest solution global energy, showing this ion to be easily incorporated in the matrix. As for the ideal solution method, the solution energies can also be divided in two groups, as before but with no dependence on the temperature The Pr3+ ion is again an exception to this behavior. The ideal solution method has the advantage that all solution energies depend on the concentration of the dopants and this allows a rough evaluation of the solubility limit for each defect type. Using this method, the maximum rare earth doping concentration would be around 0.03%. Based on the results of the trivalent ions doping mechanism, some proposals to the trivalent reduction mechanism in the matrix were formulated. Each one of these mechanisms is governed by a solid state solution reaction and the solution energies were calculated using the associated energy balance equations. vi Several atmospheres were considered and both the infinite dilution and the ideal solution methods were used to calculate the solution energy. Both show the same behavior, except when the reducing environment is a mixed atmosphere, which is justified by the different quantities of gases used in each method. The results showed that the reduction is easier for the Eu3+ than for the other trivalent ion and that CO is the best atmosphere to promote this reduction, while the N2 atmosphere has a low reducing efficiency, which is in agreement to the results found in the literature. Concerning the environment close to the dopants, we concluded that the substitution of the Eu2+ at the Sr site does not modify the site significantly It was also studied the presence of a codoping ion in the matrix near Eu2+ doping ion. Three mechanisms were proposed and the solution energies were calculated. These results showed that the solution energy values have the same behavior showed by the trivalent ions, except by the co-dopant Eu3+ ion in the interstitial oxygen mechanism. The lowest energy values were obtained with a CO reducing atmosphere. Comparing the solution energies, it can be said that the mechanism in which the trivalent ion occupies the Al3+ site is more likely to happen with ions from Lu3+ until Sm3+, except at 0K, where the Sm3+ has more than one possibility. The Nd3+, Pr3+ and Ce3+ ions have preference for the compensation mechanism with interstitial oxygen. In all these cases the minimized structures around the isovalent substitution defects showed that the distance between the Eu2+, at the Sr site, and the M3+ ions, at the Al site, is rather small and that supports the direct charge exchange mechanim proposed by Nakazawa et. al. [1] to explain the phosphorescence mechanism in this matrix. On the other hand, for the cases where the aliovalent substitituion defect is formed with compensations by interstitial O2- ions, the distance between the Eu2+ and M3+ sites are large enough to avoid direct charge exchanges. / Neste trabalho foram estudados os mecanismos de dopagem e codopagem do Sr4Al14O25 com íons terras raras trivalentes e divalentes, utilizando a técnica da modelagem computacional estática. Um conjunto de parâmetros de potenciais foi desenvolvido para que fosse capaz de reproduzir o Sr4Al4O25 com uma diferença máxima nos parâmetros de rede de 2% e as estruturas cristalinas dos óxidos metálicos envolvidos tivessem uma diferença máxima nos parâmetros de rede de 3%. Após encontrarmos uma parametrização confiável dos materiais, pudemos modelar os defeitos na matriz Sr4Al14O25. Os possíveis mecanismos de incorporação dos terras trivalentes foram estudados e cinco mecanismos foram propostos. Para todas as energias de solução foram calculadas usando duas abordagens diferentes: o método de diluição infinita, onde admitimos que somente um defeito fosse criado em uma rede cristalina infinita, e o método de solução ideal, que leva em conta a concentração do defeito dentro do limite que não exista interação entre os defeitos. No método de diluição infinita, as energias de solução mostram que as terras raras trivalentes se dividem em dois grupos: um primeiro que vai do Lu3+ até o Dy3+, à 0K, ou até o Gd3+, à 293K, que são incorporados preferencialmente via substituição isovalente num dos sítios de Al6 em coordenação octaédrica, e um segundo grupo que vai do Tb, à 0K, ou do Eu3+, á 293K, até o Ce3+ que são dissolvidos na matriz via substituição aliovalente no sítio de Sr, com o mecanismo de compensação de cargas dado pela formação de um O2- no interstício. O íon de Pr3+ na temperatura de 0K é a única exceção neste comportamento, aqui a vacância de Al ou O2- intersticial podem ser os defeitos de compensação de carga. Todas as energias de solução para este método são positivas e apresentam uma diferença razoável entre eles. A menor energia de solução global foi a do Ce3+, revelando que este ion pode ser mais fácil de ser incorporado na matriz. Quanto ao método de solução ideal, as energias de solução podem também ser dividida em dois grupos como antes, mas sem a dependência da temperatura, o íon de Pr3+ é novamente exceção para este comportamento. O método de solução ideal tem vantagem que todas as energias de solução depende da concentração dos dopantes e isso permite uma avaliação do limite de solubilidade para cada tipo de defeito. Usando este método, a máxima concentração de dopagem. Usando este método obtemos a concentração máxima de 0,03% para a dopagem dos íons terra raras. Baseados nos resultados obtidos para os mecanismos dopagem com íons trivalentes, algumas propostas para os viii mecanismos de redução do íon trivalente na matriz foram feitas. Cada um dos mecanismos é regido por uma reação de estado sólido e as energias de solução foram calculadas com base nas equações de balanço energético associadas. Várias atmosferas foram consideradas e ambos os métodos foram usados para calcular as energias de solução. Ambos os métodos mostram o mesmo comportamento, exceto o ambiente redutor tem atmosfera mista, justificado pelas diferentes quantidades de gases usadas em cada método. Os resultados mostram que o íon de o íon de Eu3+ é o mais provável de reduzir e que a atmosfera de CO é a mais indicada para redução dos íons enquanto a atmosfera de N2 não se mostrou eficiente para a redução, este resultado está de acordo com o encontrado na literatura. Quanto ao ambiente próximo ao dopante, podemos concluir que a substituição do íon de Eu2+ pelo íon de Sr não modifica de forma significativa. Foi também estudado a presença do codopante na matriz em uma região próximo ao dopante Eu2+. Os resultados mostram que os valores da energia de solução tem comportamento semelhante ao mostrado pelos íons trivalentes, exceto pelo codopante Eu3+ no mecanismo por oxigênio intersticial. As menores energias foram obtidas com atmosfera redutora de CO. A comparação das energias de solução mostrou que o mecanismo cujo íon trivalente ocupa o sítio de Al3+ tem maior probabilidade de acontecer para os íons Lu3+ ao Sm3+, exceto a 0K onde há uma divisão na preferência do Sm3+. Os íon de Nd3+,Pr3+ e Ce3+ tem preferência pelo mecanismo com compensação de um Oxigênio intersticial. Em todos estes casos, as estruturas minimizadas em torno do defeito de substituição isovalente mostram que a distancia entre o Eu2+, no sitio do Sr, e os íons M3+, no sitio do Al, é bastante pequena o que está de acordo com o mecanismo de troca direta de cargas proposto por Nakazawa et. al.[1] para explicar o mecanismo de fosforescência nesta matriz. Por outro lado, para o caso onde o defeito de substituição aliovalente é formado com compensação pelo O2- intersticial, as distâncias entre os sítios ocupados pelos dopantes Eu2+ e M3+ são grandes demais para permitir a troca direta de cargas.