Polymorphism, defined as the ability of a molecule (or a set of molecules) to adopt several packing arrangements, became, in the last decades, a field of research on its own. Among other advantages of studying polymorphic systems, one can cite the study of the influence of molecular packing on solid-state properties, a better understanding of nucleation and crystal growth mechanisms. These advantages became relevant due to their impacts on the control of bioavailability and processes in pharmaceutical industry. In the present work we study the polymorphism of a pharmaceutical substance, the modafinil, which is the active pharmaceutical ingredient (API) of the ProvigilÂ. Modafinil, whose chemical name and structural formula are, respectively, 2-[(diphenylmethyl)sulfinyl]acetamide and C15H15NO2S, is indicated in the treatment of narcolepsy, specifically the excessive daytime sleepiness (EDS), which is a narcolepsy side effect. Up to now, seven polymorphic forms of modafinil have been observed and the polymorphic forms I and III are the most stable ones. The determination of the crystalline structures of the forms I and III showed that there are two independent molecules, which are enantiomers, in each one of these polymorphs. Besides, modafinil has been crystallized in the forms R and S obtained after the separation of the enantiomers. DFT calculations were performed to investigate the conformational stability of the molecules of modafinil. The main torsions of the molecules were scanned in order to identify the stable conformations, which were compared with independent ones obtained from the crystalline structures determined experimentally. For each calculated conformation, we also calculated the vibrational spectra. These theoretical results were compared with the Raman spectra of the polymorph III of modafinil. In such a way, the main features of the vibrational spectra that allow the polymorph discrimination were correlated with molecular groups associated to these vibrational modes providing an insight into the intra- and intermolecular interaction associated to the polymorphism of modafinil. / O polimorfismo, definido como a habilidade de uma molÃcula (ou um conjunto de molÃculas) de adotar diferentes arranjos estruturais, tornou-se, nas Ãltimas dÃcadas, um campo de pesquisa bastante intenso. Dentre outras vantagens de estudar sistemas polimÃrficos, podemos destacar o estudo da influÃncia do empacotamento molecular nas propriedades de estado sÃlido, um melhor entendimento dos mecanismos de crescimento dos cristais. Estas caracterÃsticas ganharam relevÃncia devido a seu impacto no controle da biodisponibilidade e dos processos da indÃstria farmacÃutica. Neste trabalho, focamos nosso estudo no polimorfismo de uma substÃncia farmacÃutica, o modafinil, que à o ingrediente ativo no ProvigilÂ. O modafinil, cuja nomenclatura quÃmica e fÃrmula molecular sÃo, respectivamente, 2-[(difenilmetil)sulfinil]acetamida e C15H15NO2S, à indicado para o tratamento da narcolepsia, mais especificamente o "excesso de sono diurno", que à uma das conseqÃÃncias desta doenÃa. Atà agora, sete formas polimÃrficas do modafinil foram observadas, sendo as formas I e III as mais estÃveis. A determinaÃÃo da estrutura cristalina das formas I e III mostra que existem duas molÃculas independentes em cada um desses polimorfos, as quais sÃo enantiÃmeras. AlÃm disso, o modafinil tambÃm foi cristalizado nas formas R e S obtidas apÃs a separaÃÃo dos enantiÃmeros. Neste trabalho usamos cÃlculos de DFT para investigar a estabilidade conformacional do modafinil. As principais torÃÃes das molÃculas foram varridas com o objetivo de identificar as conformaÃÃes estÃveis, que foram entÃo comparadas com as molÃculas independentes observadas nas estruturas cristalinas determinadas experimentalmente. Para cada conformaÃÃo calculada, tambÃm determinamos o espectro vibracional. Esses resultados teÃricos foram comparados com o espectro Raman do polimorfo III do modafinil. As principais caracterÃsticas do espectro vibracional, que permitem a caracterizaÃÃo do polimorfo, foram relacionadas com os grupos moleculares associados aos modos normais de vibraÃÃo, fornecendo informaÃÃes sobre as interaÃÃes intra- e intermoleculares associadas com o polimorfismo do modafinil.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Nesta dissertaÃÃo sÃo apresentados resultados de espalhamento Raman em cristais de Ãcido DL-aspÃrtico sob diversas condiÃÃes de temperatura. O Ãcido DL-aspÃrtico (C4H7NO4) cristaliza-se no grupo espacial C2h6 com oito molÃculas por cÃlula unitÃria, existindo portanto 128 Ãtomos na cÃlula unitÃria que darÃo origem a 384 modos normais de vibraÃÃo. Destes um total de 192 modos sÃo Raman ativos, que poderiam ser observados nos espectros nÃo polarizados, mas que por diversos fatores apenas parte desses modos à observada. Fez-se a identificaÃÃo tentativa de todos os modos normais de vibraÃÃo que aparecem no intervalo espectral entre 50 e 3200cm-1 e um estudo com variaÃÃo de temperatura entre 10 e 433K. O intervalo compreendido entre 0 e 150 cm-1 à de extrema importÃncia para detecÃÃes de transiÃÃes de fase estrutural pois contÃm os modos de vibraÃÃo da rede. No caso do Ãcido DL-aspÃrtico ocorreu uma inversÃo de intensidade para os modos em 82 e 87 cm-1, considerando os extremos do intervalo de temperatura medido. Tal inversÃo foi interpretada como uma pequena mudanÃa conformacional, nada associado a transiÃÃo. Com exceÃÃo desse fato nÃo ocorreram anomalias, nem aparecimento ou surgimento de modos nessa regiÃo, o que apontou para a estabilidade do material. Outro evento ocorreu nessa regiÃo: as bandas em 116 e 132 cm-1, bastante distintas a baixÃssimas temperaturas (< 150 K) tornam-se indistinguÃveis a 200 K. Tal fato nÃo pode ser associado a uma transiÃÃo de fase pois o prÃprio alargamento das linhas, consequÃncia do aumento da temperatura, implica a superposiÃÃo dos modos. Some-se a isso o fato de que nas vibraÃÃes de torÃÃo do NH3 e rocking do CO2â (modos associados Ãs ligaÃÃes de hidrogÃnio) ter-se observado linearidade nas curvas frequÃncia-temperatura. Por fim realizou-se um estudo de calorimetria diferencial de varredura, confirmando-se o que havia sido observado pela espectroscopia Raman â a estabilidade da estrutura em todo o intervalo de temperatura investigado. / This dissertation presents the results of Raman scattering in crystals of DL-aspartic acid under various temperature conditions. The DL-aspartic acid (C4H7NO4) crystallizes in space group C2h6 with eight molecules per unit cell, so there are 128 atoms in the unit cell that give rise to 384 normal modes of vibration. Of these modes a total of 192 modes are Raman active, which could be observed in not polarized spectra, but by various factors only some of these modes are observed. We did an attempt identification of all normal modes of vibration that appears in the spectral range between 50 and 3200cm-1 and a study with variation in temperature between 10 and 433 K. The interval between 0 and 150 cm-1 is extremely important for detection of phase transitions because it contains the structural modes of vibration of the lattice. In the case of DL-aspartic acid there was a reversal of intensity for the modes at 82 and 87 cm-1, in considering the extremes of temperature interval measured. This reversal was interpreted as a small conformational change, not associated with a phase transition. With exception of this reversal there were not anomalies, not appearance or disappearance of modes in this region, which pointed to the stability of the material. Another event occurred in this region: the bands at 116 and 132 cm-1, very different at very low temperatures (< 150 K) become indistinguishable at 200 K. This fact can not be associated with a phase transition because the broadening of bands, arising from increasing temperatures, implies the superposition of modes. Added to this there is the fact that the torsional vibrations of the NH3+ and rocking of CO2- (modes associated with hydrogen bonds) behaved linearly in frequency-temperature curves. Finally we did a study of differential scanning calorimetry, which confirmed what had been observed by Raman spectroscopy - the stability of the structure throughout the temperature range investigated.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho, cristais de l-glutamina (C5H10N2O3) foram submetidos à anÃlises atravÃs da tÃcnica de espectroscopia Raman. Inicialmente realizou-se uma identificaÃÃo tentativa de todas as bandas Raman e em uma segunda etapa obteve-se os espectros do material variando os parÃmetros termodinÃmicos de pressÃo hidrostÃtica e temperatura. A regiÃo espectral para os experimentos realizados em funÃÃo da pressÃo hidrostÃtica esteve entre 40 cm-1 e 3550 cm-1 e a variaÃÃo da pressÃo entre 0 GPa e 5,8 GPa. Os resultados mostram que o cristal de l-glutamina sofre uma transiÃÃo de fase estrutural reversÃvel em torno de aproximadamente 3,0 GPa. As medidas em funÃÃo da temperatura foram realizadas em duas polarizaÃÃes distintas na regiÃo espectral entre 30 cm-1 e 3600 cm-1 e no intervalo de temperatura entre 20ÂC e 140ÂC. Os resultados obtidos em funÃÃo da temperatura nÃo apresentam indÃcios de que o cristal de l-glutamina sofra uma tansiÃÃo de fase ou mudanÃas conformacionais em suas molÃculas na cÃlula unitÃria. / In this work, crystals of l-glutamine (C5H10N2O3) were subjected to analysis by Raman spectroscopy. Initially there was a identification attempt of all Raman bands and a second step we obtained the spectra of material ranging from the thermodynamic parameters of hydrostatic pressure and temperature. The spectral region for the experiments as a function of hydrostatic pressure was between 40 cm-1 and 3550 cm-1 and the variation of pressure between 0 GPa and 5.8 GPa. The results show that the crystal of l-glutamine undergoes a transition reversible structural phase around 3.0 GPa. Measures in function of temperature were made at two different biases in the spectral region between 30 cm-1 and 3600 cm-1 and in the temperature range between 20 ÂC and 140 ÂC. The results as a function of temperature does not provide evidence that the crystal of l-glutamine undergoes a transition phase or conformational changes in their molecules in the unit cell.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / A deuteraÃÃo de uma determinada amostra permite fazer a identificaÃÃo de vÃrios tipos de vibraÃÃes, comparando-se o espectro vibracional com o de uma amostra hidrogenada. Neste trabalho estudou-se o comportamento vibracional da L-valina-d8 (99,8 Ãtomo % D) atravÃs da tÃcnica de espectroscopia Raman. Inicialmente revisitou-se o assinalamento de todos os modos vibracionais ativos no Raman, comparando-se com um estudo previamente realizado. Em particular foram identificadas diversas bandas associadas a vibraÃÃes do tipo estiramento do NH3+ e estiramento do CH3, entre outros, que sÃo observadas na regiÃo entre 2000 e 2400 cm-1. Na segunda parte do trabalho foi realizado um estudo via espalhamento Raman dos modos vibracionais do cristal no intervalo de temperatura entre 100 e 300 K. Sabe-se da literatura que a L-valina hidrogenada apresenta uma transiÃÃo de fase em torno de 110 K. Uma vez que nos cristais deuterados as ligaÃÃes de hidrogÃnio via o efeito Uhbehlode tendem a ser mais fracas, uma anÃlise comparativa entre as amostras hidrogenada e deuterada se faz necessÃrio. Em particular, num estudo realizado na L-alanina descobriu-se que a deuteraÃÃo induz a formaÃÃo de uma nova fase em baixas temperaturas. No caso da L-valina, pelo menos no intervalo de temperatura investigado, nÃo foi possÃvel observar nenhuma mudanÃa nos espectros Raman que pudessem ser associadas a uma transiÃÃo de fase estrutural. De fato, tanto na regiÃo dos modos externos, quanto na regiÃo dos modos internos nenhuma grande modificaÃÃo à verificada. Isso implica que a estrutura da L-valina-d8 à estÃvel no intervalo de 100-300 K. Uma discussÃo acerca da diferenÃa do comportamento a baixas temperaturas dos cristais de L-valina e de L-alanina nas formas hidrogenadas e deuteradas à tambÃm fornecida no presente trabalho. / Deuteration allows the identification of several species of vibrations, through the comparison of vibrational spectra of the deutered and hydrogeneted samples. In this work we base studied the vibrational properties of L-valine-d8 (99,8 % atom % D) through the Raman spectroscopy technique. At first, the assignment of all Raman active vibratonal mades of L-valine was revisited, and a comparison with a previous work was done. In particular, several bands associated to stretching of NH_3^+ and stretching of CH3, among others, which are observed in the interval 2000 â 2400 cm-1 were assigned. In the second part of the work, again using Raman spectroscopy, it was studied the vibrational modes of the crystal in the temperature range 100 â 300 K. It is known from literature that hydrogenated L-valine undergoes a phase transition at about 110 K. It also known that in deuterated crystals hydrogen bands - through Ubbehlode effect â tend to be less strange and, as a consequence, a comparative analyses between the deuterated and hydrogenated samples is very important. In a previous work on L-alanine it was observed that deutaration induces a new phase at low temperatures. In the investigation on L-valine, at least in the temperature range studied, it was not possible to note any change in the Raman spectra which could be associated to a structural phase transition. Both in the external modes region any great change is verified. As a consequence, we can infer that L-valine-d8 is stable between 100 and 300 K. A discussion about the difference behaviors at low temperatures of L-valine and L-alanine (both deuterated and hydrogenated) is also furnished in the present work.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Os nanotubos de carbono apresentam extraordinÃrias propriedades fÃsico-quÃmicas que tÃm sido exploradas para aplicaÃÃes que vÃo desde a ciÃncia de materiais atà a biologia. No entanto, a maioria das aplicaÃÃes requer modificaÃÃes quÃmicas dos nanotubos de modo a explorar ao mÃximo seu potencial. Neste contexto, o desenvolvimento de protocolos de tratamento e de purificaÃÃo à muito importante. O objetivo deste estudo à contribuir para o entendimento de como a mudanÃa de uma variÃvel especÃfica, a temperatura, afeta as propriedades fÃsico-quÃmicas dos nanotubos de carbono de paredes mÃltiplas (MWNTs) durante a purificaÃÃo. Um grama (1g) de MWNTs (Ctube 100, CNT Co. Ltd., Incheon - CorÃia do Sul) foram submetidos a um refluxo de Ãcido nÃtrico 9 mol/L por 12 horas em temperaturas de 25ÂC, 75ÂC, 125ÂC e 175ÂC. ApÃs o refluxo, as amostras foram resfriadas em um banho tÃrmico, filtradas em condiÃÃes de vÃcuo com uma membrana de PTFE de 0, 2 Âm e lavadas com Ãgua deionizada atà que o pH neutro do filtrado foi atingido. Por Ãltimo, os MWNTs oxidados foram secos em vÃcuo durante 48 h. As tÃcnicas utilizadas neste trabalho para a realizaÃÃo das caracterizaÃÃes forneceram resultados que tratam desde caracterÃsticas macro e de superfÃcie atà as associadas ao nÃvel atÃmico. A estabilidade tÃrmica foi analisada por meio de medidas de TGA, uma vez que muitos dos grupos funcionais criados no tratamento sÃo termicamente instÃveis. A oxidaÃÃo resultante do tratamento introduz grupos polares na superfÃcie dos MWNTs e assim cria a estabilidade eletrostÃtica necessÃria para uma dispersÃo estÃvel em meio aquoso. A estabilidade foi avaliada para cada amostra por meio de medidas de potencial zeta. A quantidade e o tipo de resÃduos catalÃticos presentes nas amostras antes e depois do tratamento foram analisados atravÃs de medidas de EDX e UV-VIS. Medidas de espectroscopia Raman Confocal permitiram a anÃlise especÃfica dos defeitos estruturais criados sobre a superfÃcie dos tubos, em conseqÃÃncia do processo de oxidaÃÃo. Constatou-se que os experimentos Raman devem ser realizados sobre muitos pontos para poder acessar as propriedades mÃdias das amostras. A capacidade de adsorÃÃo da superfÃcie de cada amostra apÃs o tratamento foi inspecionada atravÃs de medidas de Ãrea superficial especÃfica (mÃtodo BET). Ao comparar os resultados de diferentes tÃcnicas, foi possÃvel acessar os efeitos da temperatura do tratamento sobre as propriedades fÃsico-quÃmicas relevantes, permitindo assim a obtenÃÃo de amostras bem caracterizadas que serÃo Ãteis para futuros estudos em Ãreas bio-relacionadas. / Carbon nanotubes exhibit remarkable physico-chemical properties which have been exploited for applications ranging from materials science to biology. However, most of the aplications requires the chemical modification of the nanotubes in order to exploit their maximum potential. In this context, the development of protocols for treatment and purification is very important. The purpose of this study is to contribute for the understand on how the change of a particular purification parameter, temperature, affects the physico-chemical properties of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) during the purification. One gram (1g) of MWNTs (Ctube 100, CNT Co. Ltd., Incheon - South Korea) were subjected to a reflux with nitric acid 9 mol/L for 12 hours at temperatures 25ÂC, 75ÂC, 125ÂC and 175ÂC. After refluxed, the samples were cooled down in a heat bath, filtered in vacuum condition using a PTFE membrane of 0, 2 Âm and washed with deionized water until the neutral pH of the filtrate was reached. Afterwards, the oxidized MWCNTs were dried in vacuum for 48 h. The experimental techniques used in this work to perform the samples characterization provide results that allow to get information from macro and surface characteristics to those associated with the atomic level. Thermal stability was analyzed by TGA measurements, since many of the functional groups created during the treatment are thermally unstable. Oxidation resulting from treatment introduces polar groups on the surface of MWNTs thus creating the electrostatic stability required for a stable dispersion in aqueous medium. The stability was evaluated for each sample by zeta potential measurements. The amount and type of catalytic residues present in the samples before and after treatment were analyzed by means of EDX and UV-VIS. Techniques confocal Raman spectroscopy measurements allowed the specific analysis of the structural defects created on the surface of the tubes as a consequence of oxidation process. It was found that Raman experiments should be performed on may points of the sample in order to access their average properties. The adsorption capacity of the surface of each sample after treatment, were inspected through specific surface area measurements (BET method). By comparing the results of different techniques it was possible to access the effects of temperature on the treatment on the relevant physico-chemical properties thus allowing us to have well characterized samples that will be useful for further studies in biorelated areas.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A elucidaÃÃo da estrutura do aminoÃcido (C5H9NO4), molibidato (Na2MoO4) e tungstato (Na2WO4) de sÃdio, e Ãxidos nanomoldados (CeO2, ZrO2, TiO2 e Ce0,8Zr0,2O2) foi realizada atravÃs da espectroscopia Raman. O Ãcido L-glutÃmico (C5H9NO4) foi investigado atravÃs de experimentos de espectroscopia Raman, visando avaliar os efeitos da aplicaÃÃo da pressÃo hidrostÃtica em suas propriedades estruturais e vibracionais. As amostras monocristalinas foram obtidas atravÃs do mÃtodo de evaporaÃÃo lenta, gerando duas fases. Para a identificaÃÃo das referidas fases, foram realizados experimentos de difraÃÃo de raios-X (DRX), anÃlise tÃrmica (DSC), espectroscopia na regiÃo do infravermelho (FT-IR) e Raman. Esta Ãltima tÃcnica foi decisiva para a distinÃÃo das duas fases, de modo a complementar o DRX. Quando o Ãcido L-glutÃmico foi submetido a altas pressÃes, foram observado modificaÃÃes em sua estrutura; tais modificaÃÃes ocorridas foram no nÃmero de modos vibracionais e descontinuidade nas curvas nÃmero de onda vs pressÃo; as modificaÃÃes evidenciaram que o cristal da fase &#946; sofreu quatro transiÃÃes de fase estruturais desde a pressÃo ambiente atà 21,5 GPa. Para o cristal da fase &#945;, observou-se trÃs transiÃÃes de fase estruturais, desde a pressÃo ambiente atà 7,5 GPa. Na descompressÃo para a pressÃo ambiente, os espectros originais foram recuperados, indicando que as transiÃÃes de fase sÃo reversÃveis, para as referidas fases &#945; e &#946;. Os experimentos de espectroscopia Raman com variaÃÃo de temperatura dos materiais policristalinos Na2WO4 e Na2MoO4, foram realizados para se obter informaÃÃes sobre a estabilidade estrutural destes sÃlidos. A estabilidade da fase cÃbica dos sistemas Na2WO4 e Na2MoO4 foram verificadas e estes estudos indicaram que os cristais permanecem com tal fase no intervalo de 8-823 K e 15-773 K para Na2WO4 e Na2MoO4, respectivamente. Destaca-se, que sobre o cristal de Na2WO4 houve uma transiÃÃo de fase em 898 K aproximadamente. O cristal de Na2MoO4, por outro lado, exibiu trÃs transiÃÃes de fase em altas temperaturas, 783-803 K, 823-913 K e 943-950 K. Em ambos os cristais as transiÃÃes de fase sÃo de primeira ordem, e evidÃnciadas pelo comportamento dos modos Raman: o splitting de novos modos abaixo de 100 cm-1. Estas transiÃÃes foram relacionadas à inclinaÃÃo e/ou rotaÃÃes dos tetraedros WO4 e MoO4 que provocam uma desordem nos sÃtios WO4 e MoO4, os quais sÃo constituintes da estrutura Na2WO4 e Na2MoO4, respectivamente. A elucidaÃÃo da estrutura de Ãxidos nanoestruturados (monÃxidos e Ãxidos binÃrios) foi realizada por espectroscopia Raman. NanopartÃculas constituÃdas de CeO2, ZrO2 e TiO2, bem como nanoestruturas constituÃdas por CeO2-ZrO2 e Ce0,8Zr0,2O2 foram obtidos. As anÃlises de DRX, propriedades texturais e superficiais foram comparadas atravÃs da espectroscopia Raman, sendo que esta tÃcnica possibilitou a compreensÃo das propriedades estruturais das nanopartÃculas e nanoestruturas. Os referidos sÃlidos mostram ser ativos quando aplicados como catalisadores na desidrataÃÃo do glicerol a acroleina e 1-hidroxicetona, sendo a atividade catalÃtica relacionada à estrutura dos sÃlidos. / Structure determination of aminoacid (C5H9NO4), tungstate (Na2WO4) and molybdate (Na2MoO4), and MOx nanostructureed oxides was performed through Raman spectroscopy. L-glutamic acid was investigated by Raman spectroscopy with the aim of evaluating the effect of the hydrostatic pressure on their structural and vibrational properties. The nanocrystalline samples were obtained by slow evaporation method; and two polymorphic phases were produced. To identify the abovementioned phases, X-ray diffraction (XRD), thermal analysis (DSC), infrared spectra (FT-IR) and Raman spectroscopy experiments were performed. The latter was decisive to distinguish the two phases formed, and was complementary to XRD. When high pressures were applied, modifications in the L-glutamic acid structure were observed. Such a modification was due to vibrational and changes in the wavenumber versus pressure curves. These modifications evidenced that the &#946;-phase of the crystal had four structural phase transitions from room pressure to 21.5 GPa; for &#945;-phase crystal, there structural phase transitions from room pressure to 7.5 GPa. Decompression to room pressure provided the restored original spectra, which indicating that the phase transitions were reversible to the aforesaid phases. Variation of the temperature of the polycrystalline Na2MoO4 and Na2WO4 was performed to obtain information about the structural change occurred the solids. Cubic phase stability of the Na2MoO4 and Na2WO4 was verified and these studies indicated that the crystals maintained the cubic phase in the 8- 823 K and 15 â 773 K range for Na2MoO4 and Na2WO4 crystals, respectively; a first order transition phase was shown through the Raman modes behavior: the splitting of the new modes appeared below to 100 cm-1. These transitions were due to the disorders of MoO4 and WO4 sites from Na2MoO4 and Na2WO4 structure, respectively. The structure determination of nanostructured oxides (monoxides and binary oxides) was investigated by Raman spectroscopy. Nanoparticles mode of CeO2, ZrO2 and TiO2 as well as that of CeO2-ZrO2 and Ce0.08Zr0.2O2 were obtained. XRD analysis, textural and surface properties and Raman spectroscopy, being the latter responsible for a deeper understanding of the structural properties of the nanoparticles and nanostructure when applied as catalysts for glycerol dehydration to acrolein and 1-hydroxyacetone the solids were actives, and actively was related to the solids structure.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho visa estudar as propriedades vibracionais dos cristais dos Ãcidos palmÃtico e esteÃrico via espectroscopia Raman. Inicialmente foi obtida a cristalizaÃÃo dos dois Ãcidos graxos utilizando o mÃtodo por evaporaÃÃo lenta do solvente usando dois solventes com nÃveis diferentes de polaridade (etanol e clorofÃrmio) em duas diferentes temperaturas sendo uma ~16 oC e a outra ~0 oC. Sendo assim, obtiveram-se cristais simples com duas formas polimÃrficas conhecidas na literatura como formas Bm e C, ambas na simetria monoclÃnica com grupo espacial P21/a (C52h) com Z=4, as quais foram confirmadas por meio da tÃcnica de difraÃÃo de raios X. Em seguida, com o intuito de avaliar a estabilidade termodinÃmica dos cristais escolhidos para este estudo, foram realizadas medidas de espectros Raman tanto em condiÃÃes ambiente como em baixas temperaturas e altas pressÃes. Primeiramente, com objetivo de se determinar os modos normais de vibraÃÃo do material, foram feitos experimentos de espectroscopia Raman polarizado nos cristais de Ãcidos esteÃrico e palmÃtico ambos na forma C em duas diferentes geometrias de espalhamento, neste caso, nas polarizaÃÃes Z(YY)Z e Z(XX)Z, na regiÃo espectral 30â3000 cm-1. Para isto, foram feitas as respectivas classificaÃÃes dos modos Raman ativos utilizando-se resultados disponÃveis na literatura especializada de molÃculas de Ãcidos esteÃrico, palmÃtico e olÃico e com auxÃlio de alguns aminoÃcidos. Como segundo propÃsito, estudou-se o comportamento dos espectros Raman (polarizados) do cristal de Ãcido esteÃrico na forma C como funÃÃo da temperatura desde a temperatura ambiente atà 8 K na regiÃo espectral 30â3000 cm-1. A partir das mudanÃas observadas em vÃrias regiÃes espectrais atravÃs do experimento de resfriamento, notou-se pelo menos duas transiÃÃes de fase para o cristal, Ãs quais propomos que sejam a primeira delas do grupo fator C2h para C2 (210â180 K) e a segunda transiÃÃo (30â8 K) deste Ãltimo grupo para outro correspondente a um de maior simetria. Adicionalmente, analisou-se a evoluÃÃo das bandas Raman variando a pressÃo de 0,0 GPa atà cerca de 9,5 GPa tambÃm do cristal de Ãcido esteÃrico na forma C em trÃs regiÃes distintas: 25â200 cm-1, 800â1200 cm-1 e 2800â3100 cm-1. Nesta etapa, verificaram-se modificaÃÃes muito claras nos modos externos (intermoleculares), assim como, nos modos internos da molÃcula (intramoleculares) dentro do intervalo de 0,0 atà ~2,5 GPa, as quais foram associadas à mudanÃas conformacionais; para valores acima atà 3,3 GPa em que o cristal deve sofrer uma transiÃÃo de primeira ordem; e entre 3,3 e 3,8 GPa, onde o mesmo sofre mais uma transiÃÃo de natureza conformacional. Adicionalmente, os estudos de espectroscopia Raman do cristal de Ãcido palmÃtico na forma C em altas pressÃes foram desenvolvidos na regiÃo espectral entre 25 e 3120 cm-1 variando a pressÃo de 0,0 atà 21,0 GPa. Foram observadas modificaÃÃes pronunciadas em todas as regiÃes do espectro medido, notadamente na regiÃo dos modos da rede cristalina. Tais modificaÃÃes, possivelmente estejam associadas à uma sÃrie de transiÃÃes de fase sofridas pelo cristal que podem ser traduzidas como transiÃÃes de primeira ordem e de segunda ordem que acontecem prÃximos (ou dentro) dos seguintes intervalos de pressÃo [0;1,0] GPa, [3,0;5,5] GPa e [5,5;9,7] GPa. AlÃm disso, as anomalias observadas somente nos modos internos ~14,0 GPa foram atribuÃdas à mudanÃas conformacionais e que talvez sejam decorrentes de rotaÃÃes na molÃcula; algumas modificaÃÃes observadas acima de 18,0 GPa foram consideradas como um inÃcio de um processo de perda da cristalinidade do material, mas de modo a permitir que o cristal volte a sua estrutura original à pressÃo atmosfÃrica. / In this work vibrational properties of crystals of palmitic and stearic acids have been studied by Raman spectroscopy. Initially we were able to crystallize the fatty acids using the method of slow evaporation of the solvent. Two solvents with different levels of polarity (ethanol and chloroform) were used at two different controlled temperatures at ~ 16 oC and another at ~ 0 oC. Thus, we obtained single crystals with two polymorphic phases known in the literature as Bm and C forms, both with monoclinic symmetry of space group P21/a (C52h ) with Z=4, which were identified by technique of X-ray diffraction. In order to evaluate the thermodynamic stability of the crystals obtained in this study, we measured Raman spectra at room conditions, low temperatures and high pressures. Firstly, in order to determine the vibration normal modes of the crystals of stearic and palmitic acids both in the C form, experiments were performed using polarized Raman spectroscopy at room conditions in two different scattering geometries, in this case, Z(YY)Z and Z(XX)Z at the spectral range between 30 and 3000 cm-1. The mode assignment of the observed bands associated to the Raman active modes was done based on Raman data correlations already published for compounds such as stearic, palmitic and oleic acids among others. Secondly, the behavior of the polarized Raman spectra of the stearic acid crystal in C form was studied as function of the temperature from room temperature down to 8 K in the 30-3000 cm-1 spectral region. From the changes observed in several spectral regions on cooling, it was noticed at least two phase transitions undergone by the crystal: a first transition is related to change of the point group C2h to C2 (210-180 K); and the second transition (30-8 K) from the latter group to another corresponding to a higher symmetry. Additionally, we analyzed the evolution of the Raman bands of the crystal of stearic acid in the C form by varying the pressure from 0.0 GPa up to about 9.5 GPa in three different spectral regions: 25-200 cm-1, 800-1200 cm-1 and 2800-3100 cm-1. With increase of the pressure, various modifications have been observed in both the external and the internal modes and they were understood as follows: from 0.0 up to ~2.5 GPa, the crystal presents conformational changes; for values above 3.3 GPa the crystal undergoes one first order phase transition; and between 3.3-3.8 GPa, it undergoes another phase transition of conformational nature. Additionally, Raman spectroscopy studies on palmitic acid crystal in the C form at high pressures have been performed in the spectral region between 25 and 3120 cm-1, by varying the pressure from 0.0 up to 21.0 GPa. Pronounced modifications were observed in all regions of the measured spectra, especially in the region of the lattice modes. Such modifications, are possibly associated with a series of phase transitions undergone by the crystal that can be understood as first and second order transitions that occurs near (or within) the following pressure intervals [0;1.0] GPa, [3.0;5.5] GPa and [5.5;9.7] GPa. Furthermore, anomalies are observed in internal modes at about 14.0 GPa; they were associated with conformational changes and possibly are related with rotations of the molecule. Some modifications above of 18.0 GPa were considered as beginning of a process of loss of crystallinity, although the process allows the crystal recovers its original structure at atmospheric pressure.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O avanÃo e o aperfeiÃoamento das tÃcnicas de sÃntese e manipulaÃÃo de materiais sÃo fundamentais para o entendimento de suas propriedades e das possÃveis formas de produÃÃo e utilizaÃÃo. PorÃm, no caso dos nanomateriais, principalmente, cujas extraordinÃrias capacidades sÃo bastante celebradas, problemas como defeitos estruturais, alto custo de obtenÃÃo e dificuldade de produÃÃo em larga escala ainda necessitam ser solucionados. Inserido neste panorama està o grafeno, um nanomaterial cuja morfologia bidimensional, constituÃda por Ãtomos de carbono dispostos de forma hexagonal, à responsÃvel por propriedades sem precedentes que apresentam revolucionÃria relevÃncia, tanto para a pesquisa bÃsica quanto para a pesquisa aplicada. Neste sentido, existem diferentes mÃtodos de sÃntese de grafeno, estando entre os mais vantajosos o mÃtodo de deposiÃÃo quÃmica em fase de vapor (Chemical Vapor Deposition - CVD). Este mÃtodo consiste na quebra das ligaÃÃes das molÃculas de um gÃs submetido a altas temperaturas de modo que os Ãtomos provenientes do gÃs sejam depositados sobre um determinado substrato. Neste trabalho, utilizou-se o mÃtodo CVD para a sÃntese de grafeno sobre substratos de silÃcio oxidado (Si/SiO2) recobertos por filmes de nÃquel (Ni) com, aproximadamente, 500nm de espessura, os quais funcionaram como catalisadores. O gÃs metano (CH4) foi utilizado como a fonte dos Ãtomos de carbono depositados e os processos de sÃntese tiveram diferentes conjuntos de parÃmetros executados. A sÃntese de grafeno pelo mÃtodo CVD teve como objetivo geral verificar os resultados divulgados na literatura e aperfeiÃoÃ-los, relacionando os parÃmetros utilizados nas sÃnteses e as caracterÃsticas dos filmes de Ni catalisadores com aquelas apresentadas pelos filmes de grafeno obtidos nos experimentos. As amostras foram caracterizadas por meio de Microscopia EletrÃnica de Varredura, Microscopia Ãptica e Raman Confocal e Microscopia de ForÃa AtÃmica. Em consistÃncia com os resultados publicados na literatura, observou-se que sÃo sintetizados filmes finos compostos por flakes de material grafÃtico com espessura nÃo uniforme, e que a obtenÃÃo de filmes mais uniformes à fortemente dependente da morfologia do filme catalisador. RegiÃes apresentando espectro Raman caracterÃstico de monocamadas de grafeno e de grafeno de poucas camadas foram maiores quando combinados o tratamento tÃrmico do filme de Ni com o baixo fluxo e menor tempo de exposiÃÃo ao CH4. Verificaram-se, ainda, variaÃÃes nos espectros Raman dos flakes. Estas variaÃÃes apresentaram-se mais intensas, quanto mais reduzido à o nÃmero de camadas de grafeno e incluem o aparecimento da banda D, alÃm do deslocamento dos picos, revelando a influÃncia dos substratos sobre os filmes sintetizados. Esta pesquisa considerou mÃtodos de estimativa do nÃmero de camadas por caracterÃsticas do espectro Raman, divulgados na literatura, aliados à anÃlise da espessura por AFM que mostraram ser possÃvel a sÃntese de monocamadas de grafeno. / The advancement and improvement of synthesis techniques and handling of materials are fundamental to understand their properties and possible forms of production and use. However, in the case of nanomaterials, problems such as structural defects, high cost and difficulty of achieving production on a large scale have yet to be solved. Inserted in this panorama is graphene, a two-dimensional nanomaterial whose morphology, consisting of carbon atoms arranged in hexagonal form, is responsible for unprecedented properties that have revolutionary relevance for both basic and applied research. There are different methods of synthesis of graphene. The method of Chemical Vapor Deposition (CVD) is among the most advantageous ones. This method consists in breaking the bonds of the molecules of a gas subjected to high temperatures so that the atoms from the gas are deposited on a given substrate. In this work, we used the CVD method for the synthesis of graphene on oxidized silicon substrates (Si/SiO2) coated with a 500 nm thick film of nickel (Ni), which served as the catalyst. Methane gas (CH4) was used as the source of the carbon atoms and the synthesis was carried out using different sets of parameters. Experiments were performed, firstly, using parameters es-tablished in the literature and the results were compared with those obtained by other authors. The influence of the synthesis parameters and the characteristics of the films of Ni catalysts on the properties of the graphene films was studied. The samples were characterized using Scanning Electron Microscopy, Confocal Raman and Optical Microscopy, and Atomic Force Microscopy. In agreement with results from the literature, it could be observed that thin films are synthesized and they are composed of graphitic flakes with a non-uniform thickness, which is strongly dependent of the morphology of catalyst film. Larger regions with characteristic Raman spectra of monolayer and few layer graphene could be obtained by combining thermal treatment of Ni film during the sputtering process with low gas flow and time of exposure to CH4 in the CVD experiment. Variations in the Raman spectra of the flakes could be observed, including the emergence of the D-band and the displacement of the peaks. These variations, which reveal the influence of substrates on the synthesized films, were more intense the smaller the number of graphene layers. Next, we combined methods reported in the literature for estimating the number of layers on the basis of the characteristics of the Raman spectra with AFM analysis to obtain the thickness of the graphene layer. The results obtained from our analysis show that monolayer graphene could be successfully synthesized in the experiments.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:44:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese-RosivaldoXavierSilva.pdf: 12741226 bytes, checksum: 7bc7743bfa3e2f958b913f2d67969531 (MD5) Previous issue date: 2015-12-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The RE2CoMnO6 (RE = La e Y) and Gd(Co0.5Mn0.5)O3 samples were obtained via modified Pechini method (MPM). Raman spectroscopy (RS), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, X ray powder diffraction, X ray photoelectron spectroscopy (XPS), SQUID and scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the samples, investigate structural and microstructural evolution, as well as evaluate their vibrational, magnetic and intrinsic dielectric properties. The impact of synthesis conditions on the structural ordering was investigated. We obtained a good control of structural order depending on the annealing temperature for LCMO. We observed an increase in the saturation magnetization, lifetime of the phonons and dielectric constant while suppression of anti-site defects and reduction of dielectric loss. Our investigations on polar phonons by FTIR revealed the extrinsic character of CDC effect on LCMO and clarified the contributions of phonons for dielectric constant in these systems. The temperature dependence Raman spectra of GCMO was investigated between 40 and 300 K and revealed an intriguing spin-phonon coupling, characterized by an increase in the energy of the most intense stretching mode near the magnetic transítion. The correlation between the Raman data and the magnetization suggests that the structure influences the magnitude of the spin-phonon coupling. Correlated analysis of LCMO, GCMO and YCMO systems show that all samples have vibrational properties quite similar. The intrinsic dielectric constants were obtained from the polar phonons dispersive parameters ε intr ̴ 15.8, 17.9 and 16.0, making the contributions to this value explicit, as well as the quality factors, reciprocal of dielectric losses , 𝑄𝑢×𝑓 ≈ 124,74 e 83 THz, extrapolated to microwave region at 10 GHz, to LCMO, GCMO and YCMO, respectively. XPS measures showed that oxidation state for Co and Mn ions are similar each another, being mostly Co2 + and Mn4 + for all investigated systems, however to GCMO, the spin-phonon coupling behavior and losses relatively large indicate that this compound has a high level of structural disordering. / Amostras de RE2CoMnO6 (RE = La e Y) e Gd(Co0.5Mn0.5)O3 foram obtidas pelo método Pechini modificado (MPM). Espectroscopia Raman (RS), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), magnetometria e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram utilizados para caracterizar as amostras, investigar evolução estrutural e microestrutural bem como avaliar suas propriedades vibracionais, magnéticas e dielétricas intrínsecas. O efeito da temperatura de tratamento térmico sobre o ordenamento estrutural foi investigado. Um bom controle do ordenamento estrutural em função da temperatura de tratamento térmico para o La2CoMnO6 (LCMO) foi obtido. Observa-se um incremento da magnetização de saturação, aumento do tempo de vida dos fônons, supressão de defeitos de anti-sítio, redução de perdas dielétricas e incremento da constante dielétrica. A investigação dos fônons polares via FTIR revelaram o caráter extrínseco da constante dielétrica colossal (CDC) no LCMO e explicitou as contribuições dos fônons para a constante dielétrica nesses sistemas. A dependência dos espectros Raman com a temperatura do Gd(Co1/2Mn1/2)O3 (GCMO) foi investigada entre 40 e 300 K revelando um acoplamento spin-fônon, caracterizado pelo incremento na energia do modo de estiramento mais intenso próximo à transição magnética. A correlação entre os resultados obtidos pela espectroscopia Raman e a magnetização sugere que a ordem estrutural influencia a magnitude do acoplamento spin-fônon. Análise correlacionada dos sistemas LCMO, GCMO e YCMO, mostram que todas as amostras apresentam características vibracionais bastante semelhantes. A partir dos parâmetros de dispersão dos fônons polares foram obtidas as constantes dielétricas intrínsecas ε intr ̴ 15,8, 17,9 e 16,0, explicitando as contribuições dos fônons para esses valores, e o fator de qualidade, recíproco da perdas dielétricas, 𝑄𝑢×𝑓 ≈ 124,74 e 83 THz, extrapolado para a região de micro-ondas em 10 GHz, para o LCMO, GCMO e YCMO, respectivamente. Medidas de XPS mostraram que os estados de oxidação dos íons de Co e Mn são semelhantes entre si, e principalmente do tipo Co2+/ Mn4+ para todos os sistemas estudados, sendo que para o GCMO, o acoplamento spin-fônon e as perdas dielétricas relativamente maiores indicaram que esse sistema possui elevada desordem estrutural.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-03-31T14:30:36Z No. of bitstreams: 1 vanessaaparecidaferreira.pdf: 9577737 bytes, checksum: e1c35053ce9fcc426eee1d371014e5d9 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T02:58:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vanessaaparecidaferreira.pdf: 9577737 bytes, checksum: e1c35053ce9fcc426eee1d371014e5d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T02:58:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vanessaaparecidaferreira.pdf: 9577737 bytes, checksum: e1c35053ce9fcc426eee1d371014e5d9 (MD5) Previous issue date: 2013-12-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O entendimento dos processos que envolvem a magnetização de ferromagnetos torna-se cada vez mais necessário frente às recentes aplicações tecnológicas em mídias magnéticas, cabeças de leitura e escrita e MRAMs. O estudo de nanofios magnéticos revela a presença de paredes de domínios do tipo vórtice ou transversal que podem ser transportadas para diferentes regiões sem deformação, tendo assim um grande potencial para aplicações tecnológicas. A manipulação da parede de domínio no nanofio é feita através da aplicação de campos magnéticos ou correntes de spin-polarizado. Controlar o movimento das paredes de domínio nos nanofios magnéticos é fundamental a sua aplicabilidade em tecnologias de memórias e dispositivos lógicos. Neste trabalho, usando simulações numéricas, apresentamos um estudo da dinâmica da parede de domínio transversal “head-to-head” em nanofios magnéticos de Permalloy-79. Em nossas simulações os nanofios são modelados por uma hamiltoniana que leva em consideração a interação de troca e a interação dipolar, e a dinâmica do sistema é regida pelas equações de Landau-Lifshitz-Gilbert. A parede de domínio se move sob a ação de pulsos de campo magnético aplicado na direção do eixo do nanofio. Desta forma, analisamos a influência da espessura e largura do nanofio e da amplitude de campo magnético no valor da velocidade da parede de domínio. Propomos a inclusão de uma impureza magnética pela alteração da constante de troca J para J0 entre o sítio com a impureza magnética e seus vizinhos. A impureza magnética pode se comportar como um sítio de aprisionamento da parede de domínio ou como um sítio de espalhamento, dependendo da variação da constante de troca J0 em relação ao seu valor de referência J. Este comportamento pode ser de grande interesse no controle da posição da parede de domínio. Estudamos o comportamento do potencial de interação entre a impureza e a parede de domínio. Variando-se a posição da impureza percebemos que a energia de interação aumenta quando ela se encontra próxima ao polo sul da parede de domínio transversal, favorecendo o aprisionamento ou a repulsão da parede. Observamos que a impureza magnética afeta a velocidade da parede de domínio. Realizamos um estudo sobre o campo magnético necessário para a liberação de uma parede de domínio que se encontra aprisionada em uma impureza magnética. Estabelecemos uma relação entre este campo magnético e a largura do nanofio. Observamos também que sob a aplicação de um pulso de campo magnético acima do campo de Walker, a parede de domínio pode inverter sua polaridade ao atingir a impureza e inverter o sentido de sua propagação. Nossos resultados mostram que uma potencial aplicação tecnológica em dispositivos de memória pode ser o uso de impurezas magnéticas inseridas litograficamente em nanofios magnéticos para o controle da posição das paredes de domínio. / The understanding of the processes involving the magnetization of ferromagnets becomes increasingly necessary in the face of recent technological applications in magnetic media, reading and writing heads and MRAMs. The study of magnetic nanowires reveals the presence of vortex domain walls or transverse domain walls that can be transported to different regions without deformation, generating a great potential for technological application. The domain wall manipulation in the nanowire is made by applying a magnetic field or spin-polarized current. Controlling the movement of domain walls in magnetic nanowires is fundamental to its applicability in memory technologies and logic devices. In this work, using numerical simulations, we present a study of the dynamics of the “head-to-head” transverse domain wall in magnetic nanowires made of Permalloy-79. In the simulations the nanowires are modeled by a Hamiltonian that takes into account the exchange interaction and dipolar interaction and the dynamics of the system is governed by Landau-Lifshitz-Gilbert equations. The domain wall moves under the influence of pulses of magnetic field. Thus, we analyzed the influence of the thickness and width of the nanowire and the amplitude of the magnetic field in the domain wall velocity. We propose the inclusion of a magnetic impurity by changing the exchange constant J to J0 between a site with impurity and its neighbors. The magnetic impurity can behave like a pinning or scattering site to the domain wall depending on the variation of the exchange constant J0 in relation to the value of reference J. This behavior can be of great interest to control the position of the domain wall. We studied the behavior of the interaction potential between impurity and domain wall. Varying the position of the impurity we observed that the interaction energy increases when it is near to the south pole of the domain wall favoring the pinning or scattering of the wall. We observed that the magnetic impurity affects the domain wall velocity. We performed a study of the magnetic field required for depinning the domain wall which is pinned to a magnetic impurity. We established a relation between the depinning magnetic field and the width of the nanowire. We also observed that under the influence of a pulse of magnetic field above the Walker field the domain wall can reverse its polarity when achieving attractive impurity and reverse the direction of propagation. We believe that a potential technological application in memory devices can be the use of magnetic impurities lithographically inserted in magnetic nanowires to control the positions of the domain walls.