Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo628_1.pdf: 2760892 bytes, checksum: 4f4d01b62e823ef377d8dde927160f8b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Esta tese está dividida em duas partes. Na primeira parte da tese estudamos as propriedades ópticas não lineares de monocamadas de partículas de ouro com tamanhos nanométricos depositadas por sputtering DC e filmes finos com nanoestruturas de ouro/sílica com 1 micrômetro de espessura preparados por co-sputtering RF ambos os materiais depositados sobre substratos dielétricos. As propriedades ópticas não lineares destes materiais foram determinadas usando a técnica de varredura Z para um comprimento de onda de excitação de 800 nm com 150 fs de largura temporal do pulso. A técnica de varredura Z permite a determinação dos índices de refração e absorção não linear simultaneamente usando um único feixe. Devido ao uso de um laser com alta taxa de repetição (76 MHz), foi usada a técnica de varredura Z com controle do efeito térmico ou acumulativo, desenvolvida no nosso laboratório em 2007, que permite separar os efeitos não lineares de origem eletrônica (rápidos) dos demais efeitos (lentos). Para os filmes de ouro preparados pela técnica de sputtering, foram obtidos valores de n2 (índice de refração não linear) da ordem de 10−11 a 10−12 cm2/W bem como valores da ordem de 10−7 e 10−6 cm/W para o α2(índice de absorção não linear). Para os filmes preparados pela técnica de co-sputtering RF foram obtidos valores da ordem de 10−11 e 10−9 cm2/W para o n2. Os efeitos do tratamento térmico dos filmes na não linearidade óptica também foram explorados. Na segunda parte da tese foi estudado o impacto do uso da amplificação Raman em fibras ópticas no meio óptico de transmissão de um sistema híbrido de distribuição de sinais de radio frequência (RF) em médias e longas distâncias usando fibras ópticas. Este sistema chamado RF-sobre-fibra surgiu há algum tempo como alternativa para o crescente aumento das comunicações baseados em tecnologia como GSM, 3G, Wi-fi e WiMAX, que utilizam frequência de operação no intervalo de 1GHz a 10GHz. Medidas foram realizadas usando um amplificador Raman montado no laboratório e as figuras de mérito obtidas mostram que a amplificação Raman é uma técnica adequada para operar nestes tipos de sistema

Orientadores : Jose Mario Martinez, Ernesto Julian Birgin / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:34:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ventura_SergioDrumond_D.pdf: 4892489 bytes, checksum: 0e6518cb9d558ee6c6f229f4f806fc7b (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Dentre os problemas inversos, a estimativa de parâmetros topticos tem significativa importância no estudo das propriedades fisicas de peliculas finas. Embora conhecido e estudado, não existem na atualidade tecnicas definitivas para a resolução deste problema. Para o problema direto, formulas compactas foram desenvolvidas para contemplar o caso de multiplos filmes, além do caso de um filme apenas com dados de reflretância. O índice de refração, o coeficiente de absorção e a espessura de filmes finos foram recuperados utilizando para isso dados de transmissão e/ou reflexão para vários comprimentos de onda. A abordagem usada foi a de formular o problema inverso como um problema de otimização, via quadrados mínimos não-lineares. Váarios modelos distintos foram usados para lidar com o alto grau de indeterminação naturalmente oriundo deste tipo de problema. Testes numéricos foram realizados usando dados (de filmes) medidos e gerados numericamente, mostrando a eficácia das abordagens / Abstract: Among the inverse problems, the estimation of optical parameters has a great importance in the study of physical properties of thin problem. Up to the present time, there are no definitive techniques for the resolution of this problem. For the direct problem, compact fomulae were developed for the case of multiple films. The refractive index, the absortion coefficient and the thickness of thin filmes were retrieved using transmission and/or reflection data, for many different wavelengths. The approach used was to reformulate the inverse problem as an optimization problem, via nonlinear least squares. Many different models were used to deal with the high degree of underdetermination which naturally arises from this kind of problem. Numerical tests were performed using measured and numerical generated (film) data, thus proving the effciency of the methods / Doutorado / Otimização / Doutor em Matemática Aplicada

Orientador: Monica Alonso Cotta / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:49:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bortoleto_JoseRobertoRibeiro_D.pdf: 16802950 bytes, checksum: 1ef2bf92db0b00f30e5db9c5e3e3f34d (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho estudamos os mecanismos de crescimento durante a epitaxia de estruturas III-V baseadas na liga InP. Em particular, o principal objetivo foi correlacionar os mecanismos cinéticos durante a nucleação de nanoestruturas auto-formadas com as propriedades estruturais da camada que serve de substrato. Todas as amostras foram crescidas usando um sistema de epitaxia por feixe químico (CBE). De forma geral as amostras foram caracterizadas usando microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de elétrons de alta energia (RHEED) e difração de raios-X. Na primeira parte deste trabalho correlacionamos as mudanças morfológicas nos filmes homoepitaxiais de InP com o padrão de RHEED exibido durante o crescimento epitaxial. Mostramos que as mudanças morfológicas de 3D para 2D com os parâmetros de crescimento estão diretamente relacionadas com as reconstruções superficiais 2x1 e 2x4, respectivamente. Além disso, indicamos que a formação de defeitos morfológicos é devido à dimerização In-P, através da ativação local do mecanismo de bias na difusão. Por outro lado, também investigamos o efeito dos parâmetros de crescimento (temperatura, taxa de crescimento e quantidade de material) na nucleação e auto-formação de ilhas de InP sobre InGaP/GaAs. Na segunda parte desta tese concentramos nossa atenção no efeito das propriedades da camada buffer de InGaP sobre nanoestruturas auto-formadas, principalmente sobre a sua organização espacial. Para tanto, em primeiro lugar, investigamos as propriedades de bulk da liga de InGaP e a dependência com os parâmetros de crescimento. Nossos resultados mostram que o InGaP exibe tanto ordenamento atômico de rede quanto modulação de composição. Estes dois fenômenos estão correlacionados com o tipo de reconstrução superficial. Em específico, a liga de InGaP apresenta ordenamento CuPtB quando a superfície exibe reconstrução superficial 2x1, conforme descrito na literatura. Por outro lado, a reconstrução superficial 2x4 desempenha um papel importante no fenômeno de modulação de composição. De fato, tanto a modulação de composição quanto a morfologia superficial do filme depende dos mecanismos cinéticos de superfície, que envolvem tanto os átomos adsorvidos de In quanto de Ga. Por fim mostramos que a modulação de composição na liga de InGaP pode organizar espacialmente a nucleação de ilhas de InP em uma rede quadrada. Além disso, mostramos que é possível criar redes bidimensionais de pontos quânticos de InAs/GaAs a partir do arranjo espacialmente ordenado das ilhas de InP/InGaP / Abstract: In this work we study the growth mechanisms during epitaxy of III-V structures based on InP. The main goal was to correlate the kinetic mechanisms during nucleation of self-assembled nanostructures with the bulk properties of the buffer layer. All samples were grown by chemical beam epitaxy (CBE) and characterized using atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), reflection high-energy electron diffraction (RHEED) and X-ray diffraction. In the first part of this work we correlate the morphological changes in homoepitaxial InP films with the RHEED pattern during growth process. We show that the morphological transition from 3D to 2D with growth parameters is related to changes in surface reconstruction, from 2x1 to 2x4. Moreover, we point out that the formation of morphological defects is due to mixed In-P dimerization, via the local activation of the diffusion bias mechanism. On the other hand, we also investigate the influence of the growth parameters (temperature, growth rate and amount of deposited material) on the nucleation and selfassembly of InP islands grown on InGaP/GaAs layers. In the second part of this work we concentrate our attention on the InGaP bulk properties, and their effect on the self-assembled InP nanostructures, mainly regarding their spatial ordering. In this way, we first investigate the dependence of InGaP bulk properties with the growth parameters. Our results show that our InGaP layers exhibit atomic ordering as well as compositional modulation. Both phenomena are correlated to the surface reconstruction exhibited by the InGaP surface during growth process. The InGaP alloy presents CuPtB atomic ordering when the RHEED pattern shows 2x1 reconstruction, in agreement with reports in literature. On the other hand, the 2x4-type reconstruction plays an important role in the compositional modulation phenomena. Actually, both compositional modulation and surface morphology of InGaP films depend on surface kinetic mechanisms, and thus on In and Ga adatom mobilities. At last we show that the compositional modulation in the InGaP alloy can be used to organize spatially the InP islands in a square lattice. Moreover, we point out that it is possible to produce bidimensional lattices of InAs/GaAs quantum dots starting from a template of laterally organized InP/InGaP nanostructures / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Oswaldo Luiz Alves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T15:27:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Teixeira_Zaine_M.pdf: 9473793 bytes, checksum: 6b829dd09f94ae4a06c1d74344817ce3 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Os óxidos do tipo pirocloro de Bi2MNbO7 (M = In, AI e Mn), obtidos via reação sólido-sólido, são descritos na literatura possuindo propriedades ópticas, eléctricas e magnéticas de grande interesse. Neste Trabalho, pela primeira vez, foram obtidos pós e filmes finos de óxidos mistos do tipo pirocloro de Bi2MNbO7 (M = AI, In, Mn e Mn0,5Fe0,5 pela técnica de decomposição de precursores metalorgânicos (MOD). Cabe destacar que os filmes destes compostos e os óxidos de Bi2Mn0,5Fe0,5NbO7 também são inéditos nesta Dissertação. A obtenção dos pós de Bi2MNbO7 via MOD apresentou como vantagens em relação à reação sólido-sólido, uma redução acentuada no tempo e temperatura de obtenção. A caracterização dos sólidos foi realizada através das técnicas de difratometria de raios X (XRD), espectroscopia Raman e espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS). Tais técnicas revelaram a formação de estrutura do tipo pirocloro, sendo que no caso dos compostos de Bi2InNbO7 e de Bi2AINbO7 observou-se impurezas de óxido de índio e óxido de alumínio, respectivamente. As deposições dos filmes foram realizadas empregando-se a técnica de dip coating em substrato de vidro borossilicato. A caracterização dos filmes por XRD, SEM e espectro de absorção no UV-Vis-NIR revelou que os filmes foram obtidos com pureza de fase cristalina, uniformes, com cIusters de dimensões nanométricas e excelente qualidade óptica, associada à baixa rugosidade, espessura uniforme e baixo espalhamento de luz. As espessuras calculadas por método óptico foram concordantes com os valores medidos por perfilometria. Observou-se um blue shift da energia da banda proibida para os filmes em função de espessuras menores, o que pode ser devido a interações filme-substrato e/ou devido a efeito quântico de tamanho. As medidas de condutividade elétrica, pelo método de quatro pontas, mostraram que apenas os filmes finos de Bi2MnNbO7 podem ser classificados como semicondutores. Por outro lado, os filmes de Bi2InNbO7 apresentaram comportamento anômalo durante as medidas de condutividade - decaimento acentuado da corrente com o tempo - sugerindo comportamento ferroelétrico. Tal trabalho pôde validar, mais uma vez, a obtenção de filmes multicomponentes pela técnica MOD, além de suscitar o interesse quanto às propriedades de filmes finos do tipo Bi2MNbO7, tais como: ópticas, elétricas e magnéticas. / Abstract: The mixed Bi2MNbO7 (M = In, AI e Mn) oxides, obtained by solid-state reaction, have been reported in the literature related to interesting optical, electric and magnetic properties. In this work, for the first time powders and thin films of pyrochlore BiMNbO7 (M =In, AI, Mn and Mn0.5Fe0.5) oxides were obtained through the MOD processo This is also the first work where such films were prepared, as well as the Bi2Mn0.5Fe0.5NbO7 powders. If compared to the solid-state reaction, the MOD process shows advantages such as lower temperature and time of synthesis of BiMNbO7 powders. The powders were characterised by X-ray diffractometry (XRD), Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). These techniques indicated that powders crystallize as pyrochlore type crystalline structure. However, indium and aluminum oxides were found as contaminants in Bi2lnNbO7 and Bi2AINbO7, respectively. The films were deposited on borosilicate glass substrates by the dip coating technique. The characterization of the films by XRD, SEM and UV-VIS-NIR absorption spectroscopy indicated that these samples were obtained as nanometric clusters with pyrochlore type structure single phase, in addition to a high homogeneity and excellent optical quality. The films thickness data calculated from the interference fringes of the absorption spectra were in accordance with the values measured by perfilometry. The films showed a blue shift of the band gap energy as a function of lower thicknesses, which may be due to changes in the film composition and/or three-dimension quantum size effects. The measurements of electrical conductivity by the four-probe method pointed out that only Bi2MnNbO7 films may be considered as semiconductors. The Bi2lnNbO7 films displayed anomalous electrical conductivity values suggesting a ferroelectric behavior. ln conclusion, this work has valídated the obtainment of these multicomponent films by the MOD process, wich showed interesting optical and electrical properties. / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

In this work, the magnetization process and the magnetoimpedance effect in thin films with exchange bias were studied. We have investigated NiO/NiFe and NiFe/FeMn/Ta multilayer produced by magnetron sputtering on glass and Si(100) substrates, respectively. The exchange anisotropy in the NiO/NiFe samples were induced by a field cooling process, with a static magnetic field (2 kOe), from a temperature Tc > T > TN to the room temperature. In the NiFe/FeMn samples, the exchange anisotropy was induced during the deposition by application of a static magnetic field (460 Oe). The structural characterization was made by high angle x-ray diffraction in a q-2q setup and Cu-Ka radiation. The static magnetic characterization was performed by a VSM. The real and imaginary parts of the impedance were measured as a function of the current frequency (100kHz 1.8 GHz) and of the magnetic field intensity (± 300 Oe). The NiO multilayer was insensitive to the magnetoimpedance. The magnetoimpedance ratio was as large as 70 % in the NiFe/FeMn/Ta multilayer. On the other hand, the center of symmetry of the MI curves are shift of the position around H = 0 to H = Heb. The angular dependencies of the exchange bias field were calculated to prove the Mauri model to the exhange bias. The dispersion relation obtained by MI vs. f curves was fitting combined the Smit-Beljers approach to the FMR and mode s Mauri to the exchange bias. This fitting allowed that intrinsic parameters, such as the anisotropies of the system, were obtained. In summary, the MI and EB effects were grouped to origin a new magnetic system with singular magnetic characteristics. The MI curves are shift with respect to H = 0 and it allowed that the EB effect could be studied through the MI measurement. / Neste trabalho são investigados os processos de magnetização e a magnetoimpedância (MI) em filmes com exchange bias (EB). São estudados dois conjuntos de amostras: Ni50O50/Ni81Fe19 e Ni81Fe19/Fe50Mn50/Ta produzidas como bi e multi-camadas. As amostras foram produzidas por magnetron sputtering sobre substrato de vidro e Si (100), respectivamente. No primeiro caso a anisotropia de troca foi induzida após a deposição através de um processo de resfriamento em campo desde T > TN (onde TN é a temperatura de Néel do antiferromagneto) até a temperatura ambiente. No segundo caso o EB foi induzido durante o crescimento das amostras através da aplicação de um campo estático de 460 Oe. A caracterização estrutural das amostras foi feita via medidas de difração de raios-x XRD) a altos ângulos, utilizando uma configuração q-2q e radiação Cu-Ka. A caracterização magnética estática foi feita através de medidas de magnetização obtidas com um magnetômetro de amostra vibrante (VSM) que permite a aplicação de um campo em diferentes orientações em relação a uma direção de referência. As componentes resistivas e indutivas da impedância foram medidas em função da freqüência (100 kHz 1.8 GHz) e do campo estático (H = ± 300 Oe). As impedâncias das multicamadas de NiO foram praticamente insensíveis as variações de campo e de freqüência, devido principalmente as altas anisotropias e relativamente baixas espessuras destas estruturas. Variações de impedância de até 70 % foram obtidas com as multicamadas de iFe/FeMn/Ta. Além disso, as curvas de MI obtidas são inteiramente deslocadas da posição de simetria usual em torno de H = 0, para o caso de uma amostra com anisotropia uniaxial, para H = Heb (onde Heb é campo de bias obtido das curvas de magnetização estática pela medida do deslocamento do centro da curva de histerese). A dependência angular do campo de bias, em relação ao ângulo entre o campo estático (aplicado no plano do filme) e a direção preferencial da anisotropia (paralela à direção do campo de resfriamento) foi obtida. Os dados experimentais foram ajustados usando um modelo de Stoner-Wolfarth modificado pela inclusão de um temo de troca e de um termo associado à formação de uma parede de domínios no material antiferromagnético na expressão para a densidade de energia livre magnética. A relação de dispersão (fr vs. H) foi experimentalmente obtida dos espectros em freqüência da MI, os quais apresentam nítidas características associadas à ressonância ferromagnética (FMR). Do ajuste teórico da relação de dispersão utilizando a fórmula de Smit-Beljers, na qual a freqüência de ressonância é expressa em termo dos ângulos de equilíbrio da magnetização e das derivadas em segunda ordem da energia em relação a estes ângulos, parâmetros intrínsecos das amostras, tais como as anisotropias, foram estimados. Em suma, unindo o EB e a MI em um único sistema foram criadas amostras com características magnéticas singulares. As curvas de MI destas amostras são deslocadas em relação ao eixo dos valores de campo.

Orientador: Annete Gorenstein / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:04:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FigueroaCadillo_Robinson_D.pdf: 6828830 bytes, checksum: 25774e9d4bb796e5048a90db527b894e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Em dispositivos eletroquímicos como microbaterias ou dispositivos eletrocrômicos o catodo está presente na forma de filme fino. Com o objetivo de otimizar a performance de tais dispositivos, a pesquisa cientifica e tecnológica tem sido orientada na busca de novos materiais para o catodo. Este trabalho, contudo, propõe-se estudar a influencia da morfologia e da microestrutura do catodo no comportamento eletroquímico das microbaterias. O material escolhido foi o WO3. As amostras foram depositadas por sputtering reativo, e diversos parâmetros de deposição foram variados. Explorou-se a variação da potência durante a deposição e, trabalhou-se com o substrato inclinado, em modo estacionário ou rodante. Utilizaram-se diversas técnicas de caracterização. A técnica de Microscopia de Força Atômica (AFM) foi utilizada para analise de área da superfície, rugosidade, e tamanho de grão. A técnica de microscopia eletrônica MEV-FEG foi utilizada na analise da seção transversal dos filmes. O estudo eletroquímico por cronopotenciometria cíclica com limite de potencial permitiu a obtenção da capacidade de carga/descarga durante diversos ciclos. Foram obtidas amostras com e sem estrutura colunar; além disto, morfologias tipo hélice ou pilares foram conseguidas com rotação do substrato. A capacidade de carga depende fortemente do tipo de morfologia. Os melhores resultados foram obtidos com alta potência, para todas as estruturas / Abstract: In electrochemical devices like microbatteries or electrochromic devices, the cathode is present in thin film form. In order to optimize the performance of these devices, the scientific and technological research has been oriented in the search of new cathode materials. The aim of this work, however, is to study the influence of the cathode morphology and microstructure on the electrochemical behavior of microbatteries. WO3 was chosen as the thin film compound. The samples were deposited by reactive sputtering, and several deposition parameters were varied. The power during deposition was fixed in different values, and the samples were deposited with inclined substrates either stationary or rotating. Atomic Force Microscopy was used in order to obtain the surface area, roughness and grain size. Scanning electron microscopy was used in the analysis of the cross sections. The electrochemical study using chronopotentiometry with potential limits allowed the obtention of the charge/discharge capacity during several cycles. Depending on the deposition conditions, samples with or without columnar structures were obtained; also, helicoidal or pillar morphologies were attained with the rotation of the substrate. The charge capacity is strongly dependent on the morphology. The best results were obtained with high power, for all structures / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Luiz Carlos Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:12:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezGonzalez_Eugenio_D.pdf: 364438828 bytes, checksum: 833cf28a97722cd3503a95105edbd795 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Esta tese foi dedicada a fabricação de filmes finos, quantum dots e multicamadas de materiais semicondutores IV-VI pela técnica de "pulsed-laser deposititon"(PLD). Na primeira parte do trabalho é detalhada a construção de uma instalação "home made" para PLD. O arranjo experimental construído esta baseado fundamentalmente num sistema de câmara de vácuo bombeado até ~ 1 x 10-7 mbar mediante uma bomba turbo-molecular. A ablação do alvo é produzida utilizando o segundo harmônico de um laser Quantel Nd:Yag (532 nm, 5ns, 20Hz, 165mJ/pulso) operando em modo Q-Switch. O feixe laser pulsado é focalizado a 45° sobre o alvo mediante uma lente de 30 cm de foco. O suporte do alvo é mantido girando durante a ablação para evitar a deterioração do mesmo produzido pela irradiação múltipla do feixe no mesmo lugar. Posteriormente fabricamos e caracterizamos filmes finos de PbTe e HgTe pela técnica de PLD. Foi estudada a influência dos parâmetros de crescimento, tais como a distância alvo- substrato, a fluência do laser e a pressão do gás ambiente nas propriedades morfológicas dos filmes. Escolhendo os parâmetros de crescimento adequados, foram obtidos filmes policristalinos, altamente orientados a praticamente livres de "splashing". Foi feito um estudo da dinâmica de expansão do plasma gerado pela ablação de PbTe através da análise da radiação emitida pela pluma. Medidas de espectroscopia de emissão óptica resolvida no tempo e no espaço revelaram a presença no plasma de espécies não ionizadas (PbI, TeI) e ionizadas uma vez (PblI, TelI). A velocidade das espécies não varia para pressões de argônio até 0,1 mbar, o qual sugere que a pluma se expande sem interações com as moléculas do gás ambiente nesta faixa de pressões. Para pressões acima de 0,5 mbar, aparece uma região de aumento na intensidade de emissão da pluma entre o alvo e o substrato. Esta região está associada ao aumento na densidade de espécies produzida por uma compressão da pluma. Foi proposto um modelo para explicar este fato. Finalmente reportamos a fabricação de multicamadas de SiO2 e QDs de PbTe. As nanopartículas do material semicondutor foram crescidas por "laser ablation" de um alvo de PbTe. A matriz vítrea foi fabricada pela técnica "Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition" (PECVD) utilizando o tetrametilortossilicato (TMOS) como precursor. A altemância entre as duas técnicas foi controlada por computador através de una interface usando o código Lab View. Imagens "cross section" de Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) mostram camadas de quantum dots separadas entre si por camadas de SiO2. Foi estudada a influência do tempo de crescimento e da fluência do laser na densidade, tamanho e distribuição de tamanho das nanopartículas. Embora a maior parte das partículas observadas por HRTEM apareceram orientadas na Jireção (200), o padrão de difração de elétrons da multicamada revelou que não existe orientação preferencial para o crescimento dos QDs. Foram medidas a absorção, a luminescência e o tempo de relaxação das multicamadas / Abstract: This thesis was dedicated to the fabrication of thin films, quantum dots and multilayer ofIV-VI semi conducting materiaIs by pulsed-Iaser deposition (PLD). In the first part we report on the construction of a "home made" facility for pulsed laser deposition. The basic experimental set-up fabricated for PLD consists of a vacuum chamber pumped to a base pressure of ~ 1 x 10-7 mbar by a turbo molecular pump. Laser ablation of the target is performed using the second harmonic of a Q-Switched Quantel Nd:Y AG laser (532 nm, 5ns, 20Hz, 1 65mJ/pulse). The pulsed laser beam is focused on an incidence angle of 45° on a target, using a 30 cm lens. The target holder is rotated around the target normal in arder to reduce target degradation by multiple irradiation of a single spot. Afterwards we report on the fabrication and characterization of PbTe and HgTe thin films by pulsed laser deposition in an argon atmosphere. The influence of the growth parameter like target-substrate distance, laser fluence, backing gas pressure and substrate temperature on the structural and morphological properties of the films was studied. Highly oriented, polycrystalline and almost splashing free films were fabricated provided the correct parameter were chosen. We also investigated the expansion dynamics of the plasma induced by the laser ablation of PbTe by analyzing the light emitted from the plume. Space and time-resolved optical spectroscopy measurements indicate the presence of both, neutral (PbI, TeI) and ionized (PbII, TeII) species. The velocities of the species remain unchanged for oxygen pressures up to 0.1 mbar, which suggest that the expansion of the plume occurs without further collisions with the foreign gas in this pressure range. For pressures of 0.5 an above, a region of increasing emission intensity between target and substrate is found when a gas environment is present. This region is related to an increasing of the species density and a compression of the plume. A model to explain this feature was proposed. Finally, we report on the fabrication of SiO2/PbTe multilayers. The gemi conducting nanoparticles were grown by laser ablation of a PbTe target. The glass matrix was fabricated by a plasma chemical vapor deposition (PECVD) method using tetramethoxysilane (TMOS) as precursor. This alternating growth was achieved with a computer-controlled interface using a Lab View code. Cross-section TEM image clearly showed QD' s layer well separated from each other with glass matrix layers. The influence of the ablation time and the laser fluence on the density and size distribution of the quantum dots was studied. Despite most of the nanoparticles observed by HRTEM were oriented in the (200) or (220) directions, electron diffiaction patterns of the multilayer reveal that there is no preferential orientation of the QD's. Absorption, photo luminescence and relaxation time of the multilayer were also too measured / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Marisa Masumi Beppu / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T11:40:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vasconcellos_FernandodaCruz_D.pdf: 16906370 bytes, checksum: f307344fa0f9ccb976c0dbb73c5bf226 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O trabalho trata da produção de filmes nanoestruturados multicamadas de biopolímeros sobre substratos sólidos com a técnica de deposição layer-by-layer (LbL). A técnica de montagem layer-by-layer é uma ferramenta adequada para produção controlada de filmes de multicamadas com propriedades importantes tais como: a biocompatibilidade, a biodegrabilidade, a baixa toxicidade, a hidrofilicidade e a baixa citotoxicidade, concedendo a estes filmes grande versalitidade em suas aplicações. O foco principal da pesquisa foi estudar multicamadas dos polieletrólitos naturais quitosana e ácido hialurônico e sua aplicabilidade para: 1) promover a adesão de linfócitos B, 2) gerar superfícies antibacterianas. Os testes da preparação e o estudo da variação de parâmetros de montagem de filmes dos biopolímeros, assim como sua caracterização foram úteis para a avaliação dessas aplicações. O estudo também incluiu a produção de filmes multicamadas contendo outros biopolímeros (alginato de sódio e carboximetilcelulose), assim como polímeros sintéticos e nanopartículas. A caracterização dos filmes envolveu diversas técnicas de análise, dentre elas: microscopia de força atômica (MFA), que permitiu obter informações sobre a topologia e elasticidade dos filmes, e microbalança de cristal de quartzo com dissipação (QCM-D), que permitiu fazer uma análise em tempo real das características dos filmes durante a deposição dos biopolímeros. Os resultados obtidos neste trabalho mostram a viabilidade da fabricação de filmes multicamadas a base de biopolímeros para uso na imobilização de linfócitos B. Os resultados mapeiam e otimizam as variáveis de preparação dos filmes de multicamadas dos polieletrólitos (PEMs) de HA e CHI através do pH, força iônica, e última camada depositada, que influenciam a imobilização seletiva dos linfócitos. Estes filmes exploram as interações CD44-ácido hialurônico sem a necessidade de utilização de reações químicas agressivas e promovem a adesão seletiva de linfócitos assegurando a viabilidade, habilidade de replicação e funções dos linfócitos, após a imobilização. Filmes assim construídos tem aplicação em biossensores a base de células, engenharia do sistema imune, sistemas de diagnóstico e tratamento de doenças entre outras. Os resultados mostraram também que a técnica LbL é viável para a construção de superfícies antibacterianas. As propriedades antibacterianas e de imobilização de linfócitos da superfície desses filmes são passíveis de aplicações biotecnológicas / Abstract: This thesis is on the production of biopolymer nanostructured multilayered thin films deposited on solid substrates utilizing the layer-by-layer (LbL) deposition technique. The layer-by- layer deposition technique of assembly is a simple yet versatile and powerful tool for the controlled production of biopolymer multilayered thin films carrying important properties, such as: biocompatibility, biodegradability, low toxicity, hydrophilicity, low cytotoxicity, which entice them as candidates for a wide variety of applications. The main focus of the research was the study of natural biopolymer polyelectrolytes such as chitosan and hyaluronic acid, and their applicability in: 1) promoting the adhesion of B lymphocytes, and 2) generating antibacterial surfaces. The film preparation process in itself and the study of the film properties as a function of deposition parameters, such as pH and ionic strength, during assembly, were very important in tailoring the multilayer film for specific applications. The study also included the production of multilayered films composed by other biopolymers (sodium alginate, carboxymethylcellulose), as well as by synthetic polymers and nanoparticles. The characterization of the films involved various techniques, such as: atomic force microscopy (AFM) - which allowed the acquisition of information regarding film topology and elasticity, and the quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D), which permitted an analysis, in real time, of the film characteristics during deposition of the biopolymers. The results obtained in this work show the feasibility of fabricating multilayered thin films based on biopolymers for their use in the adhesion of B lymphocytes. The results map out and optimize the preparation of polyelectrolyte multilayered (PEMs) composed of HA and CHI through the variation of pH, ionic strength, and choice of last layer deposited, all factors that influence the selective immobilization of lymphocytes. These films explore the CD44- hyaluronic acid interactions without the use of aggressive chemical reactions to promote the selective adhesion of lymphocytes, maintaining their viability, meaning, maintaining their ability to replicate and their native functions after being immobilized. The results also show the feasibility of the LbL technique in producing biopolymer films having antibacterial properties. Both film characteristics - the adhesion and the antibacterial properties - find applicability in the area of bionanotechnology. These films may be used in the fabrication of cell based sensors, in immune system engineering, in diagnostics systems and in disease treatments, among others / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Marisa Masumi Beppu / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:04:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_MarianaAgostinide_D.pdf: 3647517 bytes, checksum: a0e6d1b53849e9a302a2f7d322f2e8b7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste estudo, a fibroína de seda foi explorada no preparo de materiais micro e nanoestruturados, em estruturas bi- e tridimensionais, visando o uso em biomateriais. Para isto, foi estudada a incorporação de microfibras de fibroína em hidrogéis de colágeno, formando uma estrutura 3D, e a formação de filmes ultrafinos contendo fibroína pelo método layer-by-layer. No primeiro caso, a fibroína de seda foi explorada como um material promissor para reforçar mecanicamente os hidrogéis de colágeno devido às suas ótimas propriedades mecânicas e também por apresentar citocompatibilidade adequada com diversos tipos de células. Os resultados mostraram uma boa interação entre as microfibras de fibroína e as fibrilas de colágeno, além de melhorias na resistência mecânica dos hidrogéis. Os hidrogéis contendo fibroína foram capazes não somente de manter o desempenho biológico do colágeno, mas de melhorar a proliferação celular. Os resultados obtidos sugerem que hidrogéis de colágeno podem ser microestruturados com fibroína de seda e representam um material promissor para uso em engenharia tecidual vascular. Já para o caso dos filmes ultrafinos (2D), foi estudada a formação dos mesmos através do método conhecido como layer-by-layer, pela técnica de imersão de substrato em solução polimérica. Como pares catiônicos foram estudados a quitosana e o hidrocloreto de poli(alilamina), sendo possível controlar a formação de fibrilas nanométricas de fibroína de seda através da variação do par polimérico. Fibrilas alinhadas de fibroína foram observadas no filme layer-by-layer com quitosana, porém no filme com hidrocloreto de poli(alilamina) não foram observadas fibrilas. A densidade de cargas do par polimérico é a característica que governa a formação de fibrilas na escala nanométrica. A etapa de secagem entre cada camada também é fundamental para a formação e estabilização dos filmes, que apresentaram coexistência de conformação molecular seda I e seda II. A viabilidade celular permaneceu entre 90 e 100% em todos os filmes estudados, porém o padrão de topografia imposto pelas fibrilas de fibroína não orientou o crescimento e adesão celular. Filmes finos multicamadas nanoestruturados com fibroína de seda possuem aplicação potencial na área biomédica, como recobrimentos e superfícies funcionais / Abstract: In this study, silk fibroin was explored in the preparation of micro and nanostructured materials, in bi- and tridimensional structures, aiming the use in the biomaterials field. For that, the incorporation of fibroin microfibers in collagen hydrogels forming a 3D structure was studied. We also studied the formation of ultrathin films containing fibroin by the layer-by-layer method. In the first case, the silk fibroin was explored as a promising material to mechanically reinforce collagen hydrogels due to its good mechanical properties and also for having cytocompatibility adequate with several cell types. The results showed a good interaction between fibroin microfibers and collagen fibrils, as well as improvements in the mechanical resistance of the hydrogels. The hydrogels containing fibroin were capable to maintain the biological behavior of collagen and also to improve cell proliferation. The results suggest that collagen hydrogels can be microstructured with silk fibroin and represent a promising material for use in vascular tissue engineering. In the case of the ultrathin films (2D), the formation of these films was studied by the layer-by-layer method, using the technique of substrate dipping in a polymeric solution. Chitosan and poly (allylamine hydrochloride) were used as cationic pair species, being possible to control the formation of nanometric fibrils of fibroin by varying the polymeric pair. Fibroin aligned fibrils were observed in the layer-by-layer film with chitosan, while no fibrils were observed in the film with poly (allylamine hydrochloride). The charge density of the polymeric pair is the main characteristic that governs the fibrils formation at the nanometric scale. The drying step between each layer is also essential for formation and stabilization of the films that show the co-existence of molecular conformation of silk I and silk II. Cell viability between 90 and 100% was attained for all the studied films; however the topographic pattern imposed by the fibroin fibrils did not orient cell adhesion and growth. Multilayer thin films nanostructured with silk fibroin have potential for application in the biomedical field, as coatings and functional surfaces / Doutorado / Engenharia Química / Doutora em Engenharia Quimica