CAVALCANTE, Lucas Samir Ramalho. Estados snake e filtros de vale baseados somente em tensão mecânica em monocamadas de grafeno. 2016. 63 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2016-04-14T17:54:47Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_lsrcavalcante.pdf: 17313774 bytes, checksum: 0c108ac46e6b89d7f89236818dcb4bdd (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2016-04-14T18:02:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_lsrcavalcante.pdf: 17313774 bytes, checksum: 0c108ac46e6b89d7f89236818dcb4bdd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-14T18:02:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_lsrcavalcante.pdf: 17313774 bytes, checksum: 0c108ac46e6b89d7f89236818dcb4bdd (MD5) Previous issue date: 2016 / O grafeno possui diversas propriedades eletrônicas interessantes que o tornam um material decisivo para o futuro desenvolvimento de novos dispositivos. Uma delas é a existência de dois vales (de Dirac) em seu espectro eletrônico, o que abre a possibilidade de se fazer dispositivos vale-trônicos. Além disso, o grafeno também apresenta excelentes propriedades mecânicas, sendo o material mais fino já conhecido e, ainda assim, o mais forte já medido. A sua maleabilidade é uma propriedade fascinante, fazendo com que este material resista a altas tensões mecânicas. Mais ainda, tem se demonstrado que campos de tensão mecânica em grafeno podem ser mapeados em campos pseudo-magnéticos para elétrons no material. Isso, então, nos permite usar tensões mecânicas altas para ajustar as propriedades eletrônicas deste material e, assim, expandir seu leque de aplicações tecnológicas possíveis. Nesta dissertação, o transporte eletrônico através da direção paralela a uma barreira pseudo-magnética, produzida pela aplicação de uma tensão mecânica não uniforme em uma fita de monocamada de grafeno, é teoricamente investigado. Na região onde o campo pseudo-magnético troca de sinal, são observados estados do tipo snake, isto é, compostos por semiórbitas com uma única direção de propagação, como esperado para o caso análogo de uma barreira desse tipo produzida por um campo magnético externo. Contudo, os campos pseudomagnéticos apontam em direções opostas nos vales K e K’, gerando correntes de estados snake com vales polarizados. Ao longo deste trabalho, discutimos como maximizar uma filtragem de vales baseada nesta polarização, através do ajuste de parâmetros que definem a distribuição de tensão ao longo da nanofita de grafeno.

Desempenho e consumo energético são requisitos fundamentais em sistemas de computação. Um desafio comumente encontrado é conciliar esses dois aspectos, buscando manter o mesmo desempenho, consumindo cada vez menos energia. Muitas técnicas possibilitam a redução do consumo de energia em aplicações paralelas, mas na maioria das vezes elas envolvem recursos encontrados apenas em processadores modernos ou um conhecimento amplo das características da aplicação e da plataforma alvo. Nesse trabalho propomos uma abordagem em formato de Workflow. Na primeira fase, o comportamento da aplicação paralela é investigado. A partir dessa investigação, a segunda fase realiza a execução da aplicação paralela com diferentes frequências (mínima e máxima) de processador, utilizando a caracterização das regiões, obtida na primeira fase da abordagem. Esse Workflow foi implementado em formato de biblioteca dinâmica, a fim de que ela possa ser utilizada em qualquer aplicação OpenMP. A biblioteca possui suporte as duas fases do Workflow, na primeira fase é gerado um arquivo que descreve as assinaturas comportamentais das regiões paralelas da aplicação. Esse arquivo é posteriormente utilizado na segunda fase, quando a biblioteca vai alterar dinamicamente a frequência de processador. O benchmark Lulesh é utilizado como cenário de testes da biblioteca, com isso o maior ganho obtido é a redução de 1,89% do consumo de energia. Esse ganho acarretou uma sobrecarga de 0,09% no tempo de execução. Ao comparar nossa técnica com a política de troca de frequência adotada pelo governor Ondemand do Sistema Operacional Linux, o ganho de 1,89% é significativo em relação ao benchmark utilizado, pois nele existem regiões paralelas de curta duração, o que impacta negativamente no overhead da operação de troca de frequência. / Performance and energy consumption are fundamental requirements in computer systems. A very frequent challenge is to combine both aspects, searching to keep the high performance computing while consuming less energy. There are a lot of techniques to reduce energy consumption, but in general, they use modern processors resources or they require specific knowledge about application and platform used. In this work, we propose a performance analysis workflow strategy divided into two steps. In the first step, we analyze the parallel application behavior through the use of hardware counters that reflect CPU and memory usage. The goal is to obtain a per-region computing signature. The result of this first step is a configuration file that describes the duration of each region, their hardware counters, and source code identification. The second step runs the parallel application with different frequencies (low or high) according to the characterization obtained in the previous step. The results show a reduction of 1,89% in energy consumption for the Lulesh benchmark with an increase of 0,09% in runtime when we compare our approach against the governor Ondemand of the Linux Operating System.

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-28Bitstream added on 2014-12-02T11:20:54Z : No. of bitstreams: 1 000796475.pdf: 2212773 bytes, checksum: 83e5eed0cc62a3b455003a862d382477 (MD5) / Foi estudado teóricamente a densidade local de estados (LDOS), por meio de uma ponta de STM, de sistemas bidimensionais hospedando um adatom e uma segunda impureza localizada abaixo da superfície hospedeira, ambos capacitivamente acoplados a pontas de AFM e atravessados por campos magnético antiparalelos. São analisados dois sistemas, uma monocamada de grafeno e um gás de elétrons bidimensional (2DEG). As pontas de AFM ajustam os níveis das impurezas com respeito à energia de Fermi, onde dois comportamentos constrastantes emergem: o fator de Fano para o grafeno diverge, enquanto no 2DEG ele se aproxima de zero. Como resultado, a degenerescência de spin da LDOS é levantada exclusivamente no sistema do grafeno, em particular para o regime assimétrico da interferência Fano. O resultado deste limite é um fenômeno não intuitivo, que consiste de um fator de Fano dominante devido à impureza que se encontra abaixo do plano de grafeno, mesmo com um forte acoplamento entre a ponta do STM e o adatom. Assim, foi obtida uma condutância completamente polarizada, por meio do deslocamento vertical da posição da ponta de STM. Para melhor conhecimento, este trabalho é a primeira proposta que utiliza o efeito Fano como mecanismo para filtrar spins no grafeno. Esta característica surge a partir de elétrons de Dirac que se comportam como se não tivessem massa, por conta da estrutura de bandas do grafeno, e nos permite empregá-lo como um filtro de spins relativístico Fano / We explore theoretically the density of states (LDOS) probed by an STM tip of 2D systems hosting an adatom and a subsurface impurity, both capacitively coupled to AFM tips and traversed by antiparallel magnetic fields. Two kinds of setups are analyzed, a monolayer of graphene and a two-dimensional electron gas (2DEG). The AFM tips set the impurity levels at the Fermi energy, where two contrasting behaviors emerge: the Fano factor for the graphene diverges, while in the 2DEG it approaches zero. As result, the spin-degeneracy of the LDOS is lifted exclusively in the graphene system, in particular for the asymmetric regime of Fano interference. The aftermath of this limit is a counterintuitive phenomenon, which consists of a dominant Fano factor due to the subsurface impurity even with a stronger STMadatom coupling. Thus we find a full polarized conductance, achievable just by displacing vertically the position of the STM tip. To the best knowledge, our work is the first to propose the Fano effect as the mechanism to filter spins in graphene. This feature arises from the massless Dirac electrons within the band structure and allows us to employ the graphene host as a relativistic Fano spin-filter

Submitted by Livia Mello (liviacmello@yahoo.com.br) on 2016-09-28T13:44:45Z No. of bitstreams: 1 TeseEON.pdf: 2270976 bytes, checksum: 3285db6fa995ad8ffba6b24bd903d573 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-04T17:18:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseEON.pdf: 2270976 bytes, checksum: 3285db6fa995ad8ffba6b24bd903d573 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-04T17:19:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseEON.pdf: 2270976 bytes, checksum: 3285db6fa995ad8ffba6b24bd903d573 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-04T17:19:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseEON.pdf: 2270976 bytes, checksum: 3285db6fa995ad8ffba6b24bd903d573 (MD5) Previous issue date: 2015-04-30 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (FAPEAM) / In this work we studied the properties of Graphene through single and double magnetic barrier. It was used the transfer matrix method for calculating the transmissivity in single and double barriers of monolayer Graphene with magnetic barriers. The transmission was calculated as a function of electron energy for the following conditions: with constant energy, keeping the magnetic fields and varying distances and width of the barriers of the well. For the transmissivity each as function of incidence angle 0, the same procedure was adopted. Situations where the potential V is zero and nonzero were analyzed. Subsequently, we performed calculations of transmissivity for different potentials of zero. The conductance was also calculated as a function of energy, and magnetic field as a function of distance. These calculations were compared using barriers to equal and different magnetic fields. Thus, the transmission probability and the conductance could be modulated by the structural change of the barrier parameters, such as width and height, providing the ability to control electron beams in graphene. / Neste trabalho foi estudado as propriedades do Grafeno através de simples e dupla barreira magnética. Utilizou-se o método da matriz de transferência para o cálculo da transmissividade para sistemas simples e dupla barreira magnética em monocamada de Grafeno. A transmissividade foi calculada como função da energia do elétron para as seguintes condições: mantendo a energia constante, mantendo os campos magnéticos e variando as distâncias das barreiras e largura do poço. Para a transmissividade em função do ângulo 0, o mesmo procedimento foi adotado. Foram analisadas situações onde o potencial V é nulo e diferente de zero. A condutância também foi calculada em função da energia, do campo magnético e em função da distância. A densidade de corrente foi calculada para dupla barreira magnética. Estes cálculos foram comparados usando barreiras com campos magnéticos iguais e diferentes e também para potenciais diferentes. Assim, verificou-se que a probabilidade de transmissão e a condutância podem ser moduladas pela mudança estrutural dos parâmetros da barreira, como largura e altura, oferecendo a possibilidade para controlar feixes de elétrons em Grafeno.

Orientador: Antonio Carlos Ferreira Seridonio / Co-orientador: Ezequiel Costa Siqueira / Banca: João Carlos Silo Moraes / Banca: Eduardo Miranda / Resumo: Foi estudado teóricamente a densidade local de estados (LDOS), por meio de uma ponta de STM, de sistemas bidimensionais hospedando um adatom e uma segunda impureza localizada abaixo da superfície hospedeira, ambos capacitivamente acoplados a pontas de AFM e atravessados por campos magnético antiparalelos. São analisados dois sistemas, uma monocamada de grafeno e um gás de elétrons bidimensional (2DEG). As pontas de AFM ajustam os níveis das impurezas com respeito à energia de Fermi, onde dois comportamentos constrastantes emergem: o fator de Fano para o grafeno diverge, enquanto no 2DEG ele se aproxima de zero. Como resultado, a degenerescência de spin da LDOS é levantada exclusivamente no sistema do grafeno, em particular para o regime assimétrico da interferência Fano. O resultado deste limite é um fenômeno não intuitivo, que consiste de um fator de Fano dominante devido à impureza que se encontra abaixo do plano de grafeno, mesmo com um forte acoplamento entre a ponta do STM e o adatom. Assim, foi obtida uma condutância completamente polarizada, por meio do deslocamento vertical da posição da ponta de STM. Para melhor conhecimento, este trabalho é a primeira proposta que utiliza o efeito Fano como mecanismo para filtrar spins no grafeno. Esta característica surge a partir de elétrons de Dirac que se comportam como se não tivessem massa, por conta da estrutura de bandas do grafeno, e nos permite empregá-lo como um filtro de spins relativístico Fano / Abstract: We explore theoretically the density of states (LDOS) probed by an STM tip of 2D systems hosting an adatom and a subsurface impurity, both capacitively coupled to AFM tips and traversed by antiparallel magnetic fields. Two kinds of setups are analyzed, a monolayer of graphene and a two-dimensional electron gas (2DEG). The AFM tips set the impurity levels at the Fermi energy, where two contrasting behaviors emerge: the Fano factor for the graphene diverges, while in the 2DEG it approaches zero. As result, the spin-degeneracy of the LDOS is lifted exclusively in the graphene system, in particular for the asymmetric regime of Fano interference. The aftermath of this limit is a counterintuitive phenomenon, which consists of a dominant Fano factor due to the subsurface impurity even with a stronger STMadatom coupling. Thus we find a full polarized conductance, achievable just by displacing vertically the position of the STM tip. To the best knowledge, our work is the first to propose the Fano effect as the mechanism to filter spins in graphene. This feature arises from the massless Dirac electrons within the band structure and allows us to employ the graphene host as a relativistic Fano spin-filter / Mestre

Orientador: Nelson Ramos Stradiotto / Banca: Hideko Yamanaka / Banca: Luiz Henrique Mazo / Resumo: O óleo fúsel é o co - produto da destilação do etanol e é formado pela mistura de álcoois superiores (álcoois com mais de 3 carbonos), ésteres, aldeídos, entre outros . O volume de óleo fúsel produzido em média é 2,5 L de óleo fúsel por 1000 L de etanol, sendo utilizado como combustível nas caldeiras das usinas, bem como precursores de ésteres utilizados em indústrias de cosméticos e em fabricação de plásticos. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um sensor eletroq uimico (GCE/ RGO /AuNP/MIP) baseado em polímeros molecularmente impressos (MIP), utilizando o pirrol (Py) como monômero, contendo nanopartículas de ouro (AuNP) e óxido de grafeno reduzido ( R GO ) para a de terminação do álcool isoamílico, um dos componentes do óleo fusel. Foram realizados estudos eletroquímicos, como estudo de velocidade de varredura, para determinar reversibilidade do sistema e diagnosticar o controle do processo eletródico. Após os estudos eletroquímicos, foram realizadas caract e rizaç ão morfol ógica por Microscopia Eletrônica de Varredura com Canhão de Emissão de Eletrons c om efeito de campo (MEV - FEG) e caracterização eletroquimica por Espectroscopia de Impedancia Eletroquímica (EIS). A pós a caracterização, foi avaliada a performance analítica do sensor GCE/ RGO /AuNP/MIP, utilizando um intervalo de concentração de 1,0 × 10 - 7 até 1,0 × 10 - 4 mol L - 1, encontra ndo um limite de detecção de 8,2 × 10 - 8 mol L - 1 . F oi determinada a concentração de álcool isoamí lico em amostra de óleo fúsel pelo método de adição de padrão e o valor encontrado foi de 1,6 ×10 - 4 mol L - 1 . O método foi validado através de ensaio de recuperação, mostrando que o sensor desenvolvido é promissor para a utilização em determinação de álcool isoamílico em óleo fúsel. / Abstract: The fusel oil is co - product of the distillation of ethanol and is formed by the mixture of higher alcohols (alcohols having more than 3 carbons) esters, aldehydes, etc. The volume of fusel oil produced on average is 2.5 L fusel oil by 1000 L of ethanol, used as fuel in the boilers of the plants, as well as esters of precursors used in the cosmetics and plastics manufacturing. This study aimed to develop an electrochemical sensor (GCE/ RGO /A u NP/MIP) based on molecularly imprinted polymers (MIP), using pyrrole (Py) as the monomer, containing gold nanoparticles (AUNP) and reduced graphene oxide (RGO) for determining the isoamyl alcohol, one of fusel oil compo nents. They were conducted electrochemical studies, such as study of scanning speed, to determine system reversibility and diagnose the control of the electrode process. After the electrochemical studies were conducted morphological caractrização by Scanni ng Electron Microscopy with Electrons Emission Cannon with field effect (SEM - FEG) and electrochemical characterization by spectroscopy Electrochemical Impedance (EIS). After the characterization, the analytical performance of the GCE/ RGO /AuNP/MIP sensor wa s evaluated using a concentration range of 1.0×10 - 7 to 1.0×10 - 4 mol L - 1, encountering a detection limit 8.2×10 - 8 mol L - 1 . Was determined the concentration of isoamyl alcohol in a sample of fusel oil by standard addition method and the value found was 1.6×1 0 - 4 mol L - 1 . The method was validated by recovery test, showing that the sensor is designed promising for use in determining isoamyl alcohol fusel oil. / Mestre

Nesta tese investigamos a partir de cálculos de primeiros princípios, dispositivos e componentes de dispositivos baseados em grafeno. Abordamos os campos da nanoeletrônica e da spintrônica. Dentro da nanoeletrônica investigamos: (i) propriedades de transporte de um nanotransistor de bicamada de grafeno na presença de um gate duplo. Demonstramos que sobre a ação de um campo elétrico externo, mesmo utilizando um gate da ordem de 10 nm, à temperatura ambiente e 4.5K uma corrente nula nunca é exibida. Esses resultados são explicados por um regime de tunelamento; (ii) propriedades eletrônicas e de transporte de multicamadas de grafeno em função do número de camadas e tipo de empilhamento entre elas. Mostramos que a estrutura eletrônica do sistema depende fortemente desse novo grau de liberdade de empilhamento. Na presença de um campo elétrico externo aplicado perpendicular ao sistema, o empilhamento do tipo Bernal nunca exibe um gap de energia, ao contrário do empilhamento romboédrico que exige um gap ajustável através da intensidade do campo. Mostramos também que é possível diferenciar os tipos de empilhamentos através da resistência do sistema e variando-se a temperatura; (iii) dentro das componentes de um nanotransistor mais realista, estudamos as propriedades eletrônicas e estruturais de: (a) bicamadas de grafeno sobre um substrato de nitreto de boro hexagonal. Neste sistema o limite de voltagens que podem ser aplicadas depende fortemente do número de camadas de h-BN e da direção do campo, onde quanto menos camadas maior é a voltagem que pode ser aplicada; (b) heteroestruturas compostas de bicamadas de grafeno, nitreto de boro hexagonal e cobre. Demonstramos que para uma aplicação direta em um dispositivo a configuração com uma bicamada de grafeno depositada sobre um substrato de h-BN e este conjunto sobre a superfície de cobre é a mais favorável. Nessa configuração é possível tanto controlar o gap na bicamada como a dopagem do sistema, sem a abertura de canais de condução através do dielétrico (h-BN). Dentro do campo da spintrônica estudamos: (i) propriedades de transporte das nanofitas de grafeno (GNR) (3,0) pristinas e dopadas com boro e nitrogênio. Para as GNR pristinas mostramos com os eletrodos em um alinhamento de spin anti-paralelo o sistema apresenta um comportamento de filtro de spin, onde para tensões de bias positivos/negativos somente o canal up/down conduz. Para as GNR dopadas com boro e nitrogênio, mostramos que as correntes para os diferentes canais de spin são não degeneradas ao longo de todo o intervalo de tensões aplicadas, apresentando desse modo um comportamento de filtro de spin; (ii) finalmente estudamos as propriedades de transporte de uma junção túnel magnética, composta de GNR intercaladas por uma nanofita de nitreto de boro hexagonal. Mostramos que esse sistema pode ser utilizado tanto como filtros de spin como elementos para dispositivos de magnetoresistência gigante, onde para este último a sua eficiência é muito mais pronunciada. / In this thesis we investigated by first principle calculations, devices and components of devices based on graphene. We covered the fields of nanoelectronics and spintronics. On the field of nanoelectronics we investigated: (i) the transport properties of a dual gate bilayer graphene nanotransistor. We showed that under the action of an external electrical field, even with a gate length of 10 nm, at room temperature and 4.5K a zero current is never exhibited. These results could be explained by a tunneling regime; (ii) the electronic and transport properties of few layer graphene, as function of the number and type of stacking of the layers. We show that the electronic structure strong deppends of the stacking order. On the presence of a external electrical field applied to the system, the Bernal stacking never presents a gap, contrary to the rombohedrical one, that posses a tuneable energy gap. Also we showed that is possible to differentiate the types of stacking by the resistance of the system and varying the temperature;(iii) for the components of a more realistic nanodevice, we study the structural and electronic properties of: (a) bilayer graphene over a hexagonal boron nitride substrate. We show that the voltages that could be applied to the system strongly depends of the number 0 layers and the direction of the field, where with more layers, smaller is the field; (b) heterostructures composed with bilayer graphene, hexagonal boron nitride and cooper. We show that for a direct application on a device, the better configuration is with a bilayer graphene over the hexagonal boron nitride, and this set over a cooper. In this configuration is possible to control both the gap and the doping of the system, without the creation of conducting channels through the dielectric (h-BN). On the field of spintronics, we study: (i) the transport properties (3,0) graphene nanoribbons pristines and doped with nitrogen and boron. For the pristine GNR we show that for the electrodes in an anti-parallel alignment the system presents a spin filter behavior, where for positive/negative bias the transport is only by up/down channel. For the GNR doped with nitrogen and boron we show that the current is non-degenerated in all range of voltages applied, presenting a spin filter behavior; (ii) finally, we study the transport properties of a magnetic tunnel junction, consisting of a GNR intercalated with a hexagonal boron nitride nanoribbon. We show that such system could be used both as a spin filter as a device that uses the the giant magnetoresistance effect, where for the last the system if more efficient.

Submitted by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-06-04T20:39:34Z No. of bitstreams: 1 TESE Eveline Haiana Costa de Oliveira.pdf: 4822609 bytes, checksum: ac890eb7e64b907c3f774f795f564029 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-04T20:39:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE Eveline Haiana Costa de Oliveira.pdf: 4822609 bytes, checksum: ac890eb7e64b907c3f774f795f564029 (MD5) Previous issue date: 2016-12-20 / Os efluentes provenientes da indústria têxtil não devem ser descartados diretamente nos corpos de água sem um tratamento adequado. Entretanto, a remediação desses efluentes não é simples, e o desafio consiste em encontrar um tratamento seguro, economicamente viável, adequado e sustentável.Neste trabalho foi avaliado o potencial de adsorção de corantes têxteis em nanomateriais de grafite. Foi realizada a adsorção dos corantes Drimarem Azul Marinho CL-R p (DA), Vermelho Direto 80 (VD), Chrysophenine (CH) e Eosina Amarela (EA) em nanofolhas de grafeno comercial xGnP® - NG. Foi sintetizado um óxido de grafeno (GO) e a partir dele um óxido de grafeno reduzido (RGO). As NG foram caracterizadas por intermédio do pHPCZ, espectroscopia Raman, difração de Raios-X, Microscopia eletrônica de Transmissão (TEM), Microscopia de Força Atômica (AFM) e área superficial específica. A influência da quantidade de massa do adsorvente, da concentração da solução e do tempo de agitação do processo sobre a capacidade de remoção do sistema foi estudada por meio de um planejamento experimental. Obtiveram-se como valores otimizados 0,01 g, 100 mg.L-1 e 2h para os corantes DA, VD e EA, e 0,01 g, 50 mg.L-1 e 2h para o corante CH. O estudo da adsorção ao longo do tempo foi avaliado por intermédio de dois modelos cinéticos: o de pseudoprimeira ordem (PPO) e o de pseudossegunda ordem (PSO). O modelo PSO foi o que melhor se ajustou aos dados experimentais para todos os corantes avaliados, apresentando as seguintes constantes cinéticas: 0.008492 s-1 para DA; 0.0165 s-1 para VD; 0.04583 s-1 para CH; e 0.00172 s-1 para EA. Além disso, o equilíbrio de adsorção foi analisado utilizando-se o modelo de isotermas de BET. Os dados do corante DA ajustaram-se melhor ao modelo de BET tipo IV, apresentando uma capacidade de adsorção na monocamada de 17,7 mg.g-1. Já para os corantes VD, CH e EA foram ajustados por BET Tipo II, com os seguintes valores para a capacidade máxima de adsorção na monocamada: 26 mg.g-1 para o corante VD, de 19 mg.g-1 para o corante CH e 66 mg.g-1 para o corante EA, todos em temperatura de 26 ºC. Foi realizado um estudo de equilíbrio termodinâmico, e o valor negativo da entalpia sugere que o processo foi de natureza exotérmica para todos os corantes avaliados. Além disso, os dados de entropia mostraram a ocorrência de uma diminuição da desordem na interface sólido-solução durante a adsorção no sistema. Com isso, os valores negativos da energia livre de Gibbs indicam que o processo de adsorção em NG para os corantes avaliados é espontâneo e que tende a ser mais favorável à medida que a temperatura diminui. As NG utilizadas foram reutilizadas para a realização de novos ensaios de equilíbrio com o corante DA por quarto ciclos de utilização. O GO e o RGO sintetizados foram avaliados como adsorventes para o corante DA, obtendo-se para o GO na monocamada q = 13,4 mg.g-1 e para o RGO q = 23,4 mg.g-1. Os resultados mostraram a aplicabilidade do material estudado. / Effluents from the textile industry must not be disposed of directly in water bodies without adequate treatment. They can cause a variety of damages to the environment, in addition to causing risks to human health due to the toxicity of their components. However, the solution is not simple; the challenge is to find a safe, economically viable and appropriate treatment. In this work the potential of textile dyes adsorption onto graphite nanomaterials was evaluated, by the adsorption of the following dyes: Drimarem Dark Blue CL-R (DA), Direct Red 80 (VD), Chrysophenine (CH) and Eosin Yellow (EA) dyes onto xGnP® (NG) commercial graphene nanosheets. A graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (RGO) was synthesized from graphite. The NG were characterized by means of pHPCZ, Raman microscopy, X-ray diffraction, Transmission Electron Microscopy (TEM), Atomic Force Microscopy (AFM) and specific surface area. The influence of the mass of the adsorbent, the dye concentration in the solution and the agitation time were studied, by means of an experimental planning, to obtain the optimum removal capacity of the system. The optimized results were 0.01 g, 100 mg.L-1 and 2h for the dyes DA, VD and EA, and 0.01g, 50 mg.L-1 and 2h for the dye CH. The study of adsorption over the time was evaluated through two kinetic models: pseudo first order and pseudo second order. The PSO model was the best fit for the experimental data for all evaluated dyes, with the following kinetic constants: 0.008492 s-1 for DA; 0.0165 s-1 for RV; 0.04583 s-1 for CH; and 0.00172 s-1 for EA. In addition, the adsorption equilibrium was analyzed using the BET isotherm model. The data for the DA dye were better fitted to the BET type IV model, with a monolayer adsorption capacity of 17.7 mg.g-1. VD, CH and EA dyes were adjusted by BET Type II, with the following values for the maximum adsorption capacity in the monolayer: 26 mg.g-1 for the RV dye, 19 mg.g-1 for the dye CH, and 66 mg.g-1 for the EA dye, all at a temperature of 26 °C. A thermodynamic equilibrium study was performed, and the negative enthalpy value suggests that the process was exothermic for all dyes evaluated. In addition, the entropy data showed the occurrence of a decrease in the solid-solution interface disorder during adsorption. Thus, the negative values of Gibbs free energy indicate that the adsorption process in NG for the dyes evaluated is spontaneous and tends to be more favorable as the temperature decreases. The NG were reused for new equilibrium assays for fourth cycle. The GO and the RGO synthesized were evaluated as adsorbents for the DA dye, obtaining for the GO in the monolayer q = 13.4 mg.g-1 and for the RGO q = 23.4 mg.g-1. The results showed the applicability of the studied material.

Made available in DSpace on 2018-06-27T18:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Fabricio Andre Dutra.pdf: 2324263 bytes, checksum: d976987810d5ee8632aeb3895a29aaee (MD5) Fabricio Andre Dutra.pdf.txt: 94667 bytes, checksum: 3ec4dfa78936dd7176d06ab5f58e1a7a (MD5) Fabricio Andre Dutra.pdf.jpg: 3282 bytes, checksum: 74e36c65b551d6f29699776af43cf2a7 (MD5) Previous issue date: 2010-07-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The graphene is a two-dimensional network composed of carbon atoms arranged in hexagonal rings; characterized as "thinner material of the universe", which exhibits high crystal quality and ballistic electrical transport at low temperatures. This material presents electronic properties and large surface area that are interesting to adsorb or substitut aminoacids, to increase the hydrophilicity of the structure originally constituted only of carbon atoms and then enable the development of new sensors with high molecular sensitivity. This work aim to evaluate the structural and electronic properties of the grapheme interacting with the aminoacid cysteine, and the type of interaction established between this and monolayer graphene perfect or structural defect. These properties are investigated through computer simulation from first principles methods using the density functional theory that indicate the electronic and structural properties of the resulting systems. We found that the binding energy between the amino and graphene monolayer varies, being totally dependent on the reaction site and among the three sites considered (carboxyl, amine and thiol), both, in considering the perfect layer of graphene or with as structural defect, present the thiol group with a stronger interaction. In the electronic properties, we demonstrate little interaction between the systems, because the levels of isolated systems appear clearly in the structures of interacting systems, which demonstrates the low binding energy found. Thus, this study demonstrated, the properties associated with the interaction of amino acids adsorbed on graphene encouraging potential technological application of this innovative material as a sensor of more complex molecules. / O grafeno consiste numa rede bidimensional, composta unicamente de átomos de carbono dispostos em anéis hexagonais; sendo recentemente caracterizado como material mais fino do universo , o qual exibe alta qualidade cristalina e transporte elétrico balístico em baixas temperaturas. Neste material as propriedades eletrônicas e a grande área superficial são algumas das propriedades mais interessantes de modo que podem ser adsorvidos ou substituídos aminoácidos, visando aumentar a hidrofilicidade da estrutura originalmente constituída apenas de átomos de carbono. Neste trabalho visamos avaliar as propriedades estruturais e eletrônicas resultantes da adsorção ou substituição de átomos de carbono pelo aminoácido cisteína, bem como investigar o tipo de interação estabelecida entre este e a monocamada de grafeno perfeita ou com defeito estrutural. Avaliamos estas propriedades por meio de simulação computacional de primeiros princípios utilizando a Teoria do Funcional da Densidade. Indicamos as propriedades eletrônicas e estruturais de aminoácidos substituindo átomos de carbono na estrutura do grafeno ou adsorvendo na superfície. Constatamos que a energia de ligação entre o aminoácido e a monocamada de grafeno varia, sendo totalmente dependente do sítio reacional que aproximamos, sendo que dentre os três sítios considerados (carboxila, amino e tiol), tanto na aproximação da camada de grafeno perfeita quanto da camada com defeito estrutural, o grupo tiol foi o que demonstrou uma interação mais forte com o grafeno, além de apresentar também uma menor distância de ligação entre a monocamada e a molécula de aminoácido. Nas estruturas de bandas, demonstramos a pouca interação entre os sistemas, pelo fato de os níveis dos sistemas isolados aparecerem claramente nas estruturas dos sistemas interagentes, o que evidencia a baixa energia de ligação encontrada. Desta forma, este trabalho demonstrou, de forma inédita, as propriedades associadas com a interação da cisteína adsorvida no grafeno fomentando o potencial de aplicação tecnológica deste material inovador como sensor de moléculas mais complexas.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-15T13:37:56Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_FabricioAndreDutra.pdf: 2597820 bytes, checksum: b29ce7e5a23a5e29c3f38199420d805a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-15T13:37:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_FabricioAndreDutra.pdf: 2597820 bytes, checksum: b29ce7e5a23a5e29c3f38199420d805a (MD5) Previous issue date: 2010-07-30 / The graphene is a two-dimensional network composed of carbon atoms arranged in hexagonal rings; characterized as "thinner material of the universe", which exhibits high crystal quality and ballistic electrical transport at low temperatures. This material presents electronic properties and large surface area that are interesting to adsorb or substitut aminoacids, to increase the hydrophilicity of the structure originally constituted only of carbon atoms and then enable the development of new sensors with high molecular sensitivity. This work aim to evaluate the structural and electronic properties of the grapheme interacting with the aminoacid cysteine, and the type of interaction established between this and monolayer graphene perfect or structural defect. These properties are investigated through computer simulation from first principles methods using the density functional theory that indicate the electronic and structural properties of the resulting systems. We found that the binding energy between the amino and graphene monolayer varies, being totally dependent on the reaction site and among the three sites considered (carboxyl, amine and thiol), both, in considering the perfect layer of graphene or with as structural defect, present the thiol group with a stronger interaction. In the electronic properties, we demonstrate little interaction between the systems, because the levels of isolated systems appear clearly in the structures of interacting systems, which demonstrates the low binding energy found. Thus, this study demonstrated, the properties associated with the interaction of amino acids adsorbed on graphene encouraging potential technological application of this innovative material as a sensor of more complex molecules. / O grafeno consiste numa rede bidimensional, composta unicamente de átomos de carbono dispostos em anéis hexagonais; sendo recentemente caracterizado como “material mais fino do universo”, o qual exibe alta qualidade cristalina e transporte elétrico balístico em baixas temperaturas. Neste material as propriedades eletrônicas e a grande área superficial são algumas das propriedades mais interessantes de modo que podem ser adsorvidos ou substituídos aminoácidos, visando aumentar a hidrofilicidade da estrutura originalmente constituída apenas de átomos de carbono. Neste trabalho visamos avaliar as propriedades estruturais e eletrônicas resultantes da adsorção ou substituição de átomos de carbono pelo aminoácido cisteína, bem como investigar o tipo de interação estabelecida entre este e a monocamada de grafeno perfeita ou com defeito estrutural. Avaliamos estas propriedades por meio de simulação computacional de primeiros princípios utilizando a Teoria do Funcional da Densidade. Indicamos as propriedades eletrônicas e estruturais de aminoácidos substituindo átomos de carbono na estrutura do grafeno ou adsorvendo na superfície. Constatamos que a energia de ligação entre o aminoácido e a monocamada de grafeno varia, sendo totalmente dependente do sítio reacional que aproximamos, sendo que dentre os três sítios considerados (carboxila, amino e tiol), tanto na aproximação da camada de grafeno perfeita quanto da camada com defeito estrutural, o grupo tiol foi o que demonstrou uma interação mais forte com o grafeno, além de apresentar também uma menor distância de ligação entre a monocamada e a molécula de aminoácido. Nas estruturas de bandas, demonstramos a pouca interação entre os sistemas, pelo fato de os níveis dos sistemas isolados aparecerem claramente nas estruturas dos sistemas interagentes, o que evidencia a baixa energia de ligação encontrada. Desta forma, este trabalho demonstrou, de forma inédita, as propriedades associadas com a interação da cisteína adsorvida no grafeno fomentando o potencial de aplicação tecnológica deste material inovador como sensor de moléculas mais complexas.