Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A mais recente revoluÃÃo tecnolÃgica vem surgindo atravÃs de avanÃos na Ãrea da nanotecnologia, onde se destacam materiais nanomÃtricos como os nanotubos de carbono de parede simples (SWNTs). Esse novo material, descoberto em 1993, tÃm gerado grande interesse acadÃmico e industrial devido Ãs suas propriedades fÃsicas Ãnicas. Trabalhos recentes indicam que essas propriedades sÃo extremamente sensÃveis a diversos tipos de deformaÃÃo estruturais, como aquelas de natureza axial, radial e torcional. Neste trabalho estudamos teoricamente como a estrutura eletrÃnica dos SWNTs, e consequentemente suas propriedades, reagem à presenÃa de torÃÃo. Utilizamos o modelo Tight-Biding estendido (ETB) para calcular a estrutura de bandas dos tubos. A simulaÃÃo de torÃÃo à feita a partir de vÃnculos especÃficos que altera a componente angular dos vetores primitivos da rede do grafeno. Para obtermos a configuraÃÃo mais estÃvel dos SWNTs, utilizamos um mÃtodo denominado gradiente simples modificado de modo a minimizarmos sua energia total. Foi observado que nanotubos quirais apresentam um valor de torÃÃo diferente de zero, denominada torÃÃo natural, no seu estado fundamental. Essa torÃÃo decresce, de forma universal, com o inverso do cubo do diÃmetro. Por sua vez, a dependÃncia da torÃÃo natural com o Ãngulo quiral varia de acordo com a metalicidade do SWNT. As energias de transiÃÃo Ãtica para o tubo naturalmente torcionado e nÃo torcionado sÃo comparadas, sendo observado variaÃÃes de atà 50% no minigap de tubos metÃlicos. Por fim, discutimos quais as possÃveis implicaÃÃes da presenÃa da torÃÃo natural na ciÃncia por trÃs dessa nanoestrutura de carbono.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Dans cette thÃse, nous prÃsentons les rÃsultats de lâÃtude nanotubes de carbone double parois soumis à lâapplication de la pression hydrostatique à lâaide dâoutils expÃrimentaux et thÃoriques. En utilisant des calculs thÃoriques ab initio et avec des potentiels classique nous avons Ãtudià lâÃvolution structurelle sous pression de nanotubes de carbone et ses propriÃtÃs Ãlectroniques et vibrationnels. En parallÃle, nous avons Ãtudià des Ãchantillons de nanotubes de carbone en fagot (bundles) pures et chimiquement modifiÃs par le dopage (intercalation) avec des molÃcules de brome (Br2) lorsquâils sont ÃtÃs soumis à des conditions extrÃmes de pression trÃs ÃlevÃe en utilisant principalement la spectroscopie Raman. Des mesures de microscopie de transmission Ãlectronique (TEM), lâanalyse de composition chimique par spectroscopie de photon-Ãlectron par rayons-X (XPS) et lâabsorption des rayons X (XAS) ont Ãgalement Ãtà utilisÃes pour donner une interprÃtation complÃmentaire. Ces rÃsultats donnent une meilleure comprÃhension des effets chimiques sur le comportement de la structure des nanotubes de carbone sous contraintes de pression ÃlevÃes. Les propriÃtÃs vibrationnels de lâÃchantillon ont Ãtà observÃes jusquâà des pressions de 30 GPa en utilisant deux milieux de transmission de la pression: lâhuile de paraffine et du NaCl solide. En utilisant le spectre Raman des modes tangentiels (G band) et des modes de respirations radial (RBM), nous Ãtudions le comportement du nanotube interne par rapport à la stabilità du nanotube externe lorsquâil est soumis à la pression et ses implications pour le renforcement de la structure. Lâeffet de lâinclusion dâune espÃce à lâintÃrieur dâun nanotube est Ãgalement discutà par rapport à la stabilità du tube. Les propriÃtÃs Ãlectroniques, vibrationnels et structurales des molÃcules de brome intercalÃs dans les canaux interstitiels des fagot de nanotubes 1D a Ãtà Ãtudià et on a observà que la formation de chaines de poly anions Brn (n = 2,3,5) est prÃfÃrÃe mÃme sous haute pression. Le comportement des polyanions est encore profondÃment modifià lorsque la structure atteint la pression critique de collapse. Nous prÃsentons ensuite les rÃsultats de lâÃtude nanotubes de carbone double-parois soumis à des conditions de pressions et tempÃratures trÃs ÃlevÃs. Ces travaux ont Ãtà conduits avec lâobjectif dâobtenir de nouvelles structures à base de de carbone grÃce à le renforcement de la structure par le tube interne et en crÃant des liaisons sp3 entre les tubes, ce que peut Ãtre stimulà par lâaugmentation de tempÃrature dans des conditions extrÃmes de pression. DiffÃrentes expÃriences ont Ãtà rÃalisÃes à lâaide de la cellule Paris-Edimbourg qui peut conduire le systÃme `a un point spÃcifique du diagramme de phase pT (pression x tempÃrature). Nos rÃsultats ont Ãtà discutÃs par rapport les connaissances actuelles avec une compilation des Ãtudes rÃcents pour les nanotubes de carbone soumis à des conditions extrÃmes. Plusieurs structures ont Ãtà proposÃes avec les nanotubes double-parois avec la possible formation aussi du graphite dÃsordonnÃ, diamant, nanotubes structurellement modifiÃs ou des nanotubes polymÃrises. Ces diffÃrentes structures ont Ãtà discutÃes en termes des rÃsultats obtenus dans ce travail aprÃs la caractÃrisation des Ãchantillons traitÃs dans la presse Paris-Edinburg. Ces idÃes sont le fondement de la possibilità de crÃer des nouvelles structures hybrides à base des nanotubes de carbone à double-parois. Dans ce cas, le tube externe participe activement pour le system à lâenvironnement chimique externe peut Ãtre à travers des liaisons sp3 et le tube interne pourrait servir de support mÃcanique pour tout le systÃme. / Nesta tese apresentamos os resultados referentes aos estudos de nanotubos de carbono de parede dupla submetidos à condiÃÃes de pressÃo hidrostÃtica usando ferramentas experimentais e teÃricas. A partir de cÃlculos teÃricos de propriedades estruturais e de estrutura eletrÃnica usando primeiros princÃpios e potenciais clÃssicos, estudamos a evoluÃÃo estrutural dos nanotubos de carbono e suas propriedades vibracionais em funÃÃo da pressÃo hidrostÃtica. Estudamos amostras de nanotubos de carbono em feixes bundles puros e modificados quimicamente atravÃs da dopagem (intercalaÃÃo) de molÃculas de bromo quando submetidos a condiÃÃes extremas de altas pressÃes, utilizando principalmente tÃcnicas de espectroscopia Raman. Medidas de Microscopia EletrÃnica de TransmissÃo (TEM), anÃlise de composiÃÃo quÃmica por XPS e absorÃÃo de raios-X foram utilizadas de forma complementar. Apresentamos a perspectiva de entender os efeitos quÃmicos sob o comportamento estrutural dos nanotubos de carbono ao aplicarmos altas pressÃes. As propriedades vibracionais dos nanotubos foram estudadas atà pressÃes de 30 GPa usando dois diferentes meios de transmissÃo de pressÃo: Ãleo de parafina e NaCl sÃlido. Estudamos o comportamento do nanotubo interno em relaÃÃo à estabilidade do nanotubo externo quando submetido a pressÃo e suas implicaÃÃes durante o colapso da estrutura. O efeito de incluir uma espÃcie no interior de um nanotubo tambÃm à discutido com respeito ao colapso. O comportamento eletrÃnico, vibracional e estrutural das molÃculas de Bromo intercaladas nos canais intersticiais 1D dos feixes de nanotubos foi estudado e observamos que a formaÃÃo de poliÃnions do tipo Brn (n=2,3,5) à preferencial mesmo no regime de altas pressÃes. AlÃm disso, o comportamento dos poliÃnions à profundamente modificado quando a estrutura atinge o colapso com o aumento da pressÃo aplicada. Apresentaremos tambÃm resultados de nanotubos de carbono de parede dupla sob condiÃÃes de altas pressÃes e altas temperaturas. Estes estudos foram conduzidos com o objetivo de obter novas estruturas de carbono atravÃs do colapso da estrutura e/ou criaÃÃo de ligaÃÃes sp3 entre os tubos, o qual à potencializado pelo aumento da temperatura em condiÃÃes extremas de pressÃo. Diferentes experimentos foram realizados usando a cÃlula Paris-Edinburg que à capaz de submeter um sistema à um ponto especÃfico do diagrama de fase p-T (pressÃo x Temperatura) ao mesmo tempo. Nossos resultados foram discutidos em termos do conhecimento atual na Ãrea e contribui com pontos adicionais no diagrama de fase para nanotubos de carbono. Diversas estruturas como grafite desordenado, diamante, nanotubos estruturalmente modificados e possÃveis formaÃÃes polimerizadas de nanotubos foram discutidas em termos dos resultados obtidos neste trabalho. Esses idÃias servem de base para a possibilidade de criaÃÃo de estruturas hÃbridas com os nanotubos de paredes duplas. Neste caso, o tubo externo participaria ativamente atravÃs do ambiente quÃmico externo a fim de obter ligaÃÃes do tipo sp3 e o tubo interno poderia servir de suporte para o sistema como um todo.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-01-23T10:12:23Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Rodrigues Ramos - 2016.pdf: 3052351 bytes, checksum: 16f26e57dbbb19ea6adcdbf527260ad2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-01-23T10:12:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Rodrigues Ramos - 2016.pdf: 3052351 bytes, checksum: 16f26e57dbbb19ea6adcdbf527260ad2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T10:12:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rafael Rodrigues Ramos - 2016.pdf: 3052351 bytes, checksum: 16f26e57dbbb19ea6adcdbf527260ad2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-11-28 / Herein two solid state phenomena have been observed in two chalcones. Firstly, polymorphism has been found in (E)-1-(2-aminophenyl)-3-(3,4,5 trimethoxyphenyl)prop-2-en-1-one (1). This compound crystallizes with only one conformer rather than three in the known reported structure. In the polymorphs, the conformation of the phenyl ring bonded to carbonyl differs slightly. The intermolecular hydrogen bonding from NH2 is the main interaction responsible for polymorphism. Our polymorph is assembled only with weak N–H⋯π interactions instead of strong N–H⋯O and N–H⋯N ones observed in the known structure. DFT calculations reveal that the three conformers of the known polymorph deviate from the minimum energy conformation which is adopted in our crystal form to compensate for the absence of strong intermolecular contacts. Second, conformerism is reported for (E)-1-(3-hydroxyphenyl)-3-(4-nitrophenyl)prop-2-en-1-one (2). Three crystallographically independent molecules are found in the structure of 2: two of them are similarly planar with an anti conformation around the single bond between the carbonyl and α carbons while the third one is twisted, with its phenyl ring bonded to carbonyl rotated by ca. 60° besides presenting a syn conformation around the corresponding rotatable bond. Both conformational features are related to the crystal packing, allowing accommodation of twisted molecules onto the layers made up of hydrogen bonded planar molecules. Furthermore, our potential energy surface scans indicate that the planar and twisted conformations of the phenyl ring bonded to carbonyl are not compatible with the syn and ant iconformations of the chalcone skeleton. / Temos aqui dois fenômenos de estado sólido foram observados em duas chalconas. Inicialmente o polimorfismo foi encontrado no composto (E)-1-(2-aminofenil)-3-(3,4,5 trimetoxifenil)prop-2-en-1-ona (1). Este composto cristaliza em apenas um confórmero em vez de três relatados na estrutura conhecida. Nesses compostos polimórficos, a conformação do anel fenil ligado a carbonila difere ligeiramente. A ligação de hidrogênio intermolecular a partir de NH2 é a principal interação responsável pelo polimorfismo. Nosso polimorfo é montado apenas com interações fracas de N–H⋯π em vez de interações fortes N–H⋯O e N–H⋯N observadas na estrutura conhecida. Os cálculos DFT revelam que os três confórmeros do polimorfo conhecido se desviam da conformação de energia mínima adotada em nossa forma de cristal, para compensar a ausência dos fortes contatos intermoleculares. O conformerismo é relatado para o composto (E)-1-(3-hidroxifenil)-3-(4-nitrofenil)prop-2-en-1-ona (2). Esse composto apresenta três moléculas cristalograficamente independentes: duas delas são igualmente planares com uma conformação anti em torno da ligação simples entre os carbonos α e a carbonila, enquanto a terceira é torcida por 60° em seu anel fenil ligado a carbonila, apresentando também uma conformação sin em torno da ligação correspondente. Ambas características conformacionais estão relacionadas ao empacotamento do cristal, que permite acondicionar moléculas torcidas nas camadas formadas por moléculas planares ligadas ao hidrogênio. Além disso, as verificações das energias de superfícies potenciais indicam que as conformações planares e torcida localizada na ligação entre o anel fenil ligado a carbonila não são compatíveis com as conformações sin e anti presentes na conformação como todo da chalcona.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Com a finalidade do desenvolvimento de novos nanodispositivos, hà um grande interesse em conhecer as propriedades eletrÃnicas de materias nanoestruturados. Sobretudo, como modificar as propriedades eletrÃnicas de nanoestruturas jà bem conhecidas de forma controlada. Com este objetivo, muitas metodologias e experimentos tem sido desenvolvidos. Neste trabalho, estudamos de forma inteiramente atomÃstica atravÃs de simulaÃÃo computacional as propriedades eletrÃnicas, Ãpticas e vibracionais de (a) pontos quÃnticos esferÃricos maciÃos e ocos de silÃcio, (b) nanoflocos de grafeno e (c) cristais de Ãcido Ãrico anidro, mono e dihidratado utilizando mÃtodos de DinÃmia Molecular, SemiempÃrico, DFTB+ e DFT, para tanto utilizamos o programa AMPAC e os mÃdulos do Materials Studio (Accelrys), o Forcite, CASTEP, Gulp e o Dmol3 que sÃo estados de arte em simulaÃÃes atomÃsticas. Do ponto de vista clÃssico utilizamos campos de forÃa Brenner, que permite a formaÃÃo e rompimento de ligaÃÃes covalentes; do ponto de vista quÃntico, utilizamos o mÃtodo do funcional da densidade e DFTB+ . No estudo dos pontos quÃnticos silÃcio obteve-se uma diminuiÃÃo do gap de energia em funÃÃo do aumento do raio para os pontos maciÃos, e comportamento contrÃrio para os pontos ocos, quando fixamos um ponto e variamos tÃo somente o raio do buraco. Para os nanoflocos de grafeno obteve-se por meio de DinÃmica Molecular a estabilidade das estruturas, averiguando que atà 1000K elas conservam sua forma plana; acima de 3400K as estruturas comeÃam a ter suas ligaÃÃes rompidas. Os gaps de energia HOMO-LUMO sÃo sensÃveis Ãs bordas. A anÃlise dos estados de spins revelou que somente os nanoflocos triangulares com borda zigzag possuem excesso de elÃtrons com spin alfa, dependente no entanto da simetria. Os modos de vibraÃÃo para estruturas com nC ~ 50 foram obtidas e observou-se que nanofloco retangular exibe bandas de abosorÃÃo em comum com nanoflocos zigzag em dois intervalos do espectro infravermelho. Finalmente para os cristais de Ãcido Ãrico, observou-se que os parÃmetros de rede para o cristal dihidratado sÃo menos coerentes com valores experiemntais. O gap do cristal de Ãcido Ãrico anidro e mono à direto (~ 3.18 eV e 3.16 eV, respectivamente) e do dihidratado à indireto (~ 2.89 eV). Os orbitais 2p sÃo os maiores contribuintes à densidade de estados. A Ãgua tem bastante influÃncia na banda de conduÃÃo do cristal dihidratado. Hà um comportamento anisotrÃpico quando do estudo das propriedades Ãpticas destes cristais ao longo de quatro direÃÃes de incidÃncia do campo elÃtrico, sendo a anisotropia mais acentuada para o dihidratado. As pesquisas realizadas enquadram-se na temÃtica de atuaÃÃo do Instituto de NanoBioEstruturas & SimulaÃÃoao NanoBioMolecular [NANO(BIO)SIMES], um dos Institutos Nacionais de CiÃncia e Tecnologia financiados pelo CNPq a partir do inÃcio de 2009, que visa desenvolver atividades de pesquisa e formaÃÃo de recursos humanos de alto nÃvel em nanobioestruturas e simulaÃÃo nanobiomolecular / There is a great interest in understanding the electronic properties of nano-structured materials aiming the development of new nano devices, especially how to modify the electronic properties of nano structures already known in a controlled manner. This work shows our studies, which were made in a pure atomistic way by computational simulation, on the electronic, optical and vibrational properties of (a) spherical quantum dots, silicon solid and hollow ones, (b) graphene nanoflakes and (c) crystals of uric acid, anhydrous, mono and dihydrate ones, using methods of Molecular Dynamics, Semiempirical, DFTB+ and DFT. We used the software called AMPAC and the modules of Materials Studio (Accelrys), the Forcite, CASTEP, Gulp and Dmol3 that are states of art in atomistic simulations. From the classical point of view we used Brenner force fields, which allow the formation and breaking of covalent bonds; and from the quantum dots of view, we used the method of density functional and DFTB+. In the study of silicon quantum dots, it was obtained a decrease of the energy gap due to the increase of the radius for massive dots, and contrary behavior to the hollow dots, when we fixed one point and varied only the radius of the hole. In relation to the graphene nanoflakes, it was obtained the stability of structures by the Dynamics Molecular, verifying that they keep their flattened form up to 1000 K; over 3400 K structures begin to have their links broken. The HOMO-LUMO energy gaps are sensitive to edges. Analysis of spin states revealed that only the triangular nanoflakes with zigzag edge have excess of electrons with alpha spin, however symmetry dependent. The modes of vibration for structures with nC ~ 50 were obtained and it was observed that rectangular nanoflake displays absorption bands in common with zigzag nanoflakes in two ranges of the infrared spectrum. Finally for the uric acid crystals, we observed that the lattice parameters for the dihydrate crystal are less consistent with experimental values. The gap of the crystal of uric acid, anhydrous and mono ones, is direct (~ 3.18 eV and 3.16 eV, respectively) and of the dihydrate is indirect (~ 2.89 eV). The 2p orbitals are the largest contributors to the density of states. Water has great influence in the conduction band of the dihydrate crystal. There is an anisotropic behavior in relation to the study of the optical properties of these crystals along four directions of incidence of the electric field, where the anisotropy is more accentuated to the dihydrate. The studies fit in the theme of the role of Instituto de NanoBioEstruturas & SimulaÃÃo NanoBioMolecular [NANO(BIO)SIMES], one of the National Institutes of Science and Technology funded by CNPq from the beginning of 2009, which aims to develop research activities and high-quality human resource training in nanobiostructures and nanobiomolecular simulation

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A mecÃnica quÃntica desempenha um papel fundamental na descriÃÃo e entendimento dos fenÃmenos naturais. De fato, os fenÃmenos que ocorrem em uma escala muito pequena (atÃmica ou sub-atÃmica) nÃo podem ser corretamente explicados fora do contexto da mecÃnica quÃntica. AlÃm disso, existem muitos fenÃmenos em escala macroscÃpica que revelam o comportamento quÃntico da natureza. Nesse sentido, podemos dizer que a mecÃnica quÃntica à a base de todo nosso atual conhecimento sobre os fenÃmenos naturais. O estado de uma partÃcula em quÃntica à descrito matematicamente pela sua funÃÃo de onda Ψ(r,t) e a evoluÃÃo temporal de Ψ(r,t) à governada pela EquaÃÃo de SchrÃdinger dependente do tempo. Dessa forma, podemos enunciar que o problema fundamental da mecÃnica quÃntica consiste em solucionar a EquaÃÃo de SchrÃdinger numa situaÃÃo arbitrÃria. Neste trabalho, estudamos uma tÃcnica numÃrica de soluÃÃo da EquaÃÃo de SchrÃdinger dependente ou independente do tempo conhecida como Split Operator. Essa tÃcnica utiliza formas aproximadas para a exponencial da soma de operadores que nÃo comutam para implementar o operador evoluÃÃo temporal, permitindo reduzir o processo de soluÃÃo da EquaÃÃo de SchrÃdinger a sucessivos processos de simples multiplicaÃÃo e de soluÃÃo de sistemas de equaÃÃes lineares tridiagonais, que podem ser facilmente realizados por um computador. O formalismo da tÃcnica em coordenadas cartesianas foi estudado em detalhes, onde mostramos como aplicÃ-lo para sistemas com condiÃÃes de com torno periÃdicas ou com condiÃÃes de contorno finitas. Utilizamos essa forma da tÃcnica para estudar o comportamento de um elÃtron confinado numa regiÃo de energia potencial aleatÃria, onde nos deparamos com o fenÃmeno de LocalizaÃÃo de Anderson. AlÃm disso, desenvolvemos a tÃcnica Split Operator em coordenadas generalizadas, aplicando-a para estudar o problema de um elÃtron confinado na superfÃcie de um cilindro. Os resultados obtidos numericamente concordam muito bem com os resultados obtidos analiticamente, mostrando que a tÃcnica Split Operator em coordenadas generalizadas nos leva a resultados confiÃveis. / Quantum mechanics plays a fundamental role in the description and understanding of the natural phenomena. Actually, the phenomena that take place in atomic and subatomic scale can not be well explained without the quantum mechanics approach. Furthermore, there are a lot of phenomena in macroscopic scale that reveals the quantum behavior of nature. In this sense, we can say that quantum mechanics is fundamental for the understanding of all natural phenomena. In Quantum Mechanics the state of a particle is mathematically described by the wave function Ψ(r,t) and its time evolution is governed by time-dependent SchrÃdinger equation. Thus, we can state that the fundamental problem of quantum mechanics is to solve the SchrÃdinger Equation in an arbitrary situation. In this work, we study a numerical technique to solve the time-dependent and time-independent SchrÃdinger Equation known as Split Operator technique. This aproach uses approximations for the exponencial of sum of operators that do not commute in order to implement the time-evolution operator. It makes possible to reduce the solution of the SchrÃdinger equation to a successive processes of multiplication and solution of tridiagonal system of linear equations. It can be easily performed using a computer. The technique was studied in detail using cartesian coordinates, and we also explained how to use the technique with periodic or finite boundary conditions. We make use this technique to study the behavior of an electron subjected to a random potential. In this situation we face the Anderson Localization phenomena. Furthermore, we developed the Split Operator technique using generalized coordinates, and studied the problem of an electron confined to a cylinder surface. It was verified that the numerical results agree with the analytical ones. So we can conclude that the Split Operator technique using generalized coordinates produce reliable results.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-02-03T16:38:23Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Marques Carvalho - 2016.pdf: 8020765 bytes, checksum: f0b8c59261d21ece55ce69b2145f6b4a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-02-06T09:43:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Marques Carvalho - 2016.pdf: 8020765 bytes, checksum: f0b8c59261d21ece55ce69b2145f6b4a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-06T09:43:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Marques Carvalho - 2016.pdf: 8020765 bytes, checksum: f0b8c59261d21ece55ce69b2145f6b4a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-12-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Lead-free multifunction composites are of great interest to the scientific community as they have several potential applications. Such composites were produced from the ferroelectric compound free of lead niobate and potassium sodium tantalate (KNNT) and the magnetic nanoparticles of cobalt ferrite (CFO). A particulate composite was then produced with the ferroelectric matrix and magnetic nanoparticles. First, the influence of the sintering temperature (950 and 1100 °C) on the ceramic densification process was investigated. Ceramics sintered at 950 °C showed very low density, unlike those sintered at 1100 °C, which have a density of 90%. The microstructure of the composites and how the magnetic particles are distributed in the matrix were investigated. The composites presented the perovskite, spinel and tungsten bronze structural phases; The lattice constant of all crystalline phases remained constant, so there was no migration of cations between the distinct phases. The value of the relative dielectric constant of the pure KNNT is 700, which is comparable to the values found in the literature. In the composites, the dielectric constant value decreases coherently with the amount of cobalt ferrite. The coercivity of the nanoparticles before and after the sintering is 1494 and 675 Oe, respectively, in the composites the value of coercivity remains constant. On the other hand, the saturation magnetization of nanoparticles before and after sintering is 63 and 68 emu/g, respectively. The value of the saturation magnetization reduces coherently with the amount of ferrite present in the other composites. In this way, it was shown that the electrical and magnetic properties coexist in the composite, since the magnetic properties depend exclusively on the cobalt ferrite. / Comp´ositos multifuncionais livre de chumbo s˜ao de grande interesse na comunidade cientif´ıca, pois possuem v´arias aplica¸c˜oes em potencial . Tais comp´ositos foram produzidos a partir do composto ferroel´etrico livre de chumbo niobato e tantalato de s´odio e pot´assio (KNNT) e as nano part´ıculas magn´eticas de ferrita de cobalto (CFO). Sendo ent˜ao produzido um comp´osito particulado com a matriz ferroel´etrica e as nanopart´ıculas magn´eticas. Primeiramente investigou-se a influˆencia da temperatura de sinteriza¸c˜ao (950 e 1100°C) no processo de densifica¸c˜ao das cerˆamicas. As cerˆamicas sinterizadas a 950°C apresentaram densidade muito baixas, diferentemente das sinterizadas a 1100°C que possuem densidade de 90%. Foi investigada a microestrutura dos comp´ositos e como as part´ıculas magn´eticas s˜ao distribu´ıdas na matriz. Os comp´ositos apresentaram as fases estruturais perovskita, espin´elio e bronze de tungstˆenio; o parˆametro de rede de todas as fases cristalinas se mantiveram constante, portanto n˜ao houve migra¸c˜ao de c´ations entre as fases distintas. O valor da constante diel´etrica relativa do KNNT puro ´e 700, que ´e compar´avel aos valores encontrados na literatura. Nos comp´ositos o valor da constante diel´etrica decresce, coerentemente, com a quantidade de ferrita de cobalto. A coercividade das nanopart´ıculas antes e ap´os a sinteriza¸c˜ao s˜ao 1494 e 675 Oe, respectivamente, nos comp´ositos o valor da coercividade se mant´em constante. Por outro lado, a magnetiza¸c˜ao de satura¸c˜ao das nanopart´ıculas antes e ap´os a sinteriza¸c˜ao s˜ao 63 e 68 emu/g, respectivamente. O valor da magnetiza¸c˜ao de satura¸c˜ao reduz coerentemente com a quantidade de ferrita presentes nos demais comp´ositos. Desta forma, mostrou-se que as propriedades el´etricas e magn´eticas coexistem no comp´osito, uma vez que as propriedades magn´eticas dependem exclusivamente da ferrita de cobalto.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nesse trabalho realizamos cÃlculos ab initio em dois fÃrmacos, benzonidazol e mebendazol, usados no combate de infecÃÃes por parasitas. Os cÃlculos foram divididos em obtenÃÃo dos espectros vibracionais Raman e infravermelho, dinÃmica molecular e cÃlculo da distribuiÃÃo da energia potencial. Desenvolvemos o software PEDCALC para calcular a distribuiÃÃo da energia potencial e classificar os modos de vibraÃÃo. A classificaÃÃo dos modos de vibraÃÃo à realizada pela comparaÃÃo dos espectros calculados com espectros experimentais e a distribuiÃÃo da energia potencial. Mostramos que o software PEDCALC pode produzir resultados exatos da distribuiÃÃo da energia potencial, e, à ferramenta essencial na classificaÃÃo dos modos de vibraÃÃo de qualquer molÃcula. Realizamos cÃlculo de dinÃmica molecular no dÃmero de mebendazol para mostrar a troca de Ãtomos de hidrogÃnio entre seus monÃmeros, observamos assim a dinÃmica do tautomerismo dessa molÃcula. / In this work we performed ab initio calculations on two drugs, benzonidazole and mebendazole, used on the treatment of parasitic infections. The calculations were divided into obtaining the vibrational modes Raman and infrared spectra, molecular dynamics and calculation of the potential energy distribution. We developed the software PEDCALC to calculate the potential energy distribution and classify the vibrational modes. The classification of the vibrational modes is done by comparing the calculated spectra with experimental spectra and the potential energy distribution. We showed that software PEDCALC can produce accurate results of the potential energy distribution, and it is essential tool in the classification of vibrational modes of any molecule. We performed molecular dynamics calculations in the dimer of mebendazole to show the exchange of hydrogen atoms between its monomers, so we observed the dynamics of the tautomerism of this molecule.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Neste trabalho investigamos as propriedades vibracionais do molibidato de Ãtrio hidratado e anidro em funÃÃo da pressÃo hidrostÃtica. A anÃlise dos modos vibracionais mostra que esse material experimenta uma transiÃÃo de fase da estrutura ortorrÃmbica para uma fase de mais baixa simetria para valores de pressÃo em torno de 0,3 GPa, provavelmente monoclÃnica, antes de se transformar em uma estrutura com alto grau de desordem a partir de 2,4 GPa. A transiÃÃo estrutural da fase ordenada para a fase desordenada nÃo à reversÃvel, indicando que o material provavelmente entrou em um estado de amorfizaÃÃo. O comportamento dos modos vibracionais em funÃÃo da pressÃo à discutido tendo como base cÃlculos de dinÃmica de rede.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nos Ãltimos anos, numerosos avanÃos alcanÃados nas tÃcnicas de crescimento de materiais deram origem à formaÃÃo de vÃrias heteroestruturas de semicondutores, onde se podem confinar elÃtrons e buracos em uma ou mais direÃÃes, atravÃs de barreiras de potencial. Muitos pesquisadores recentemente tÃm estudado estruturas de baixas dimensionalidades, tais como pontos e fios quÃnticos, devido à sua importÃncia em inÃmeras aplicaÃÃes tecnolÃgicas em dispositivos opto-eletrÃnicos como, por exemplo, LASERS, sensores biolÃgicos, diodos e transistores. Um exemplo interessante que à alvo de estudo nesse trabalho à a estrutura chamada anel quÃntico, uma estrutura de confinamento tridimensional obtida apÃs um processo de annealing no crescimento de pontos quÃnticos. No estudo das propriedades opto-eletrÃnicos de anÃis quÃnticos, à de grande importÃncia calcular os nÃveis de energia dos portadores de carga e as funÃÃes de onda a fim de analisar os autoestados do sistema. Desse modo, resolvemos a equaÃÃo de SchrÃdinger independente do tempo para elÃtrons confinados em um anel quÃntico semicondutor na presenÃa de um campo magnÃtico, perpendicular ao plano do anel, utilizando a aproximaÃÃo da massa efetiva. Sob algumas aproximaÃÃes, consideramos que o confinamento dentro da regiÃo do anel à muito forte, tal que o problema à reduzido à variÃvel angular, onde a largura e altura contribuem somente com termos constantes para a energia total. Avaliamos numÃrica e analiticamente o problema do anel na ausÃncia de qualquer forÃa externa, obtendo o Efeito Aharonov-Bohm, no qual o espectro de energia oscila periodicamente com a variaÃÃo do campo magnÃtico. Estudamos tambÃm os efeitos de potenciais perturbativos no espectro de energia de anÃis quÃnticos. Primeiramente, consideramos o caso de um potencial gerado pela aplicaÃÃo de um campo elÃtrico no plano do anel. Encontramos soluÃÃes analÃticas e numÃricas para o problema do anel com e sem um campo magnÃtico axial. Mostramos que a presenÃa de campo elÃtrico ergue a degenerescÃncia angular dos estados de energia do elÃtron, suprimindo as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm para os nÃveis mais baixos de energia. Investigamos tambÃm as influÃncias no espectro de energia devido à presenÃa de uma ou mais impurezas positivas localizadas de maneira simÃtrica e assimetricamente ao longo do anel. Para N impurezas igualmente espaÃadas, observamos as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm para os estados de menor energia e a formaÃÃo de sub-bandas de energia compostas por N estados, enquanto para sistemas assimÃtricos o efeito nÃo foi visto e os estados que formam as sub-bandas nÃo mais se cruzam. De maneira anÃloga ao caso das impurezas, vimos que a presenÃa de superredes de poÃos de potenciais quadrados acopla os estados de energia em sub-bandas, devido à simetria rotacional do anel quÃntico. Analisamos tambÃm o comportamento das 'minibandas', formadas pelos estados ligados da superrede, com relaÃÃo ao confinamento do potencial e comparamos o espectro de energia com a variaÃÃo do campo magnÃtico para um e mais poÃos quadrados. Por fim, discutimos os efeitos no espectro de energia do exciton no anel quÃntico devido à presenÃa de um campo elÃtrico e de uma impureza negativa. Mostramos que os estados de mais baixa energia do exciton nÃo oscilam quando consideramos o potencial coulombiano de interaÃÃo elÃtron-buraco, mas a presenÃa de uma impureza em certas localizaÃÃes ergue as oscilaÃÃes Aharonov-Bohm, que podem ser suprimidas pela adiÃÃo do campo elÃtrico no plano do anel. Expomos assim o comportamento instÃvel das oscilaÃÃes nas energias excitÃnicas na presenÃa de perturbaÃÃes.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Este trabalho apresenta o estudo da sÃntese de nanopartÃculas de ferritas de nÃquel e de cobalto usando o mÃtodo sol-gel proteico. Inicialmente, Ã resgatado o mÃtodo do grÃfico de Williamson-Hall na anÃlise dos dados de difraÃÃo de raios X. Este mÃtodo permite calcular o tamanho mÃdio de partÃcula e a microdeformaÃÃo. Ferritas de nÃquel apresentaram tamanhos de partÃculas que crescem com o aumento da temperatura de calcinaÃÃo. NanopartÃculas de ferrita de nÃquel foram caracterizadas por espectroscopia MÃssbauer. As amostras calcinadas a 400 ÂC apresentaram comportamento superparamagnÃtico ao passo que aquelas calcinadas em temperaturas superiores apresentaram comportamento magnÃtico. As ferritas de cobalto foram caracterizadas usando difraÃÃo de raios X, espalhamento de raios X a baixo Ãngulo e medidas de magnetizaÃÃo. As ferritas de cobalto nÃo apresentaram comportamento superparamagnÃtico. Na sÃntese das ferritas de cobalto, alguns parÃmetros associados com o controle do processo foram estudados: temperatura de calcinaÃÃo, tempo de calcinaÃÃo, taxa de aquecimento/resfriamento. Deduziu-se a relaÃÃo de cada parÃmetro com o controle do tamanho de partÃcula e das propriedades das ferritas de cobalto. / In this work we present the study of the synthesis of nanosized nickel and cobalt ferrites by sol-gel proteic method. This work revisited the method of X-ray powder diffraction analysis known as Williamson-Hall plotting. This method provides size-strain studies in nanoparticles samples. Nickel ferrites has presented particle sizes that increase when the calcination temperature increases. Nickel ferrites nanoparticles were characterized by MÃssbauer spectroscopy. Sample calcined at 400ÂC has presented superparamagnetic properties and those calcined at higher temperatures behavior as magnetic materials. Cobalt ferrites nanoparticles were charcterized by X-ray powder diffraction, small angle X-ray scattering e magnetization. Cobalt ferrites has not presented superparamagnetic behavior. For the synthesis of cobalt ferrites some parameters that are important to the process control were studied: calcination temperature, calcination time, heat rate. We have shown the relation among those parameters and the particle size and properties control to the cobalt ferrite nanoparticles.