Orientador: Marcelo Nalin / Banca: Sidney Jose Lima Ribeiro / Banca: Paulo Noronha Lisboa Filho / Banca: Hellmut Eckert / Banca: Cleber Renato Mendonça / Resumo: O trabalho apresenta a obtenção de vidros fosfatos contendo nanopartículas de CdFe2O4, CoPt e Fe3-xO4, com diâmetros médios de 3,9, 16,1 e 20 nm, respectivamente, as quais foram recobertas por uma camada de sílica com a finalidade de protege-las durante a fusão dos precursores vitreos. As nanopartículas de CdFe2O4 foram sintetizadas pelo método de coprecipitação enquanto as nanopartículas de Fe3-xO4 foram obtidas por decomposição térmica, ambas apresentaram comportamento superparamagnético à 300 K. As nanopartículas de CoPt foram sintetizadas por redução dos precursores metálicos em solvente orgânico em alta temperatura, e após tratamento térmico a 900 °C apresentaram comportamento ferromagnético à 300 K. As nanopartículas foram primeiramente incorporadas no coacervato de polifosfato de cálcio, o qual foi o precursor dos vidros fosfatos, e em seguida o material foi transformado em vidro pelo método de fusão seguido de choque térmico. Foram preparadas amostras de vidro fosfato com 1, 4 e 8 % em massa de CdFe2O4-SiO2 e vidros com 0,5, 1 e 2 % de CoPt-SiO2, fundidos por 15 min a 1000 °C. Também foram preparadas três amostras contendo 8% em massa de nanopartículas monodispersas de Fe3-xO4@SiO2, as quais foram fundidas por 15, 45 e 75 min a 1050 °C. Em todos os casos a incorporação das nanopartículas se mostrou viável, e foram observadas nas imagens de Microscopia Eletrônica de Transmissão que as nanopartículas foram incorporadas satisfatoriamente. A amostra contendo Fe3-xO4@SiO2 ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The work presents the obtaining of phosphate glasses containing nanoparticles of CdFe 2 O 4, CoPt and Fe 3 - x O 4, with average diameters of 3.9, 16.1 and 20 nm, respectively, which were covered by a layer of silica in order to protect them during the melting of vitreous precursors. The nanoparticles of CdFe 2 O 4 were synthesized by the coprecipitation method, while the nanoparticles of Fe 3 - x O 4 were obtained by thermal decomposition, both p resented superparamagnetic behavior at 300 K. CoPt nanoparticles were synthesized by reduction of the metal precursors in organic solvent at high temperature, and after heat treatment at 900 °C the particles presented a ferromagnetic behavior at 300 K. The nanoparticles were first incorporated into the calcium polyphosphate coacervate, which was the precursor of the phosphate glasses, and then the material was transformed into glass by melt - quenching method. Samples of phosphate glass with 1, 4 and 8 % in m ass of CdFe 2 O 4 - SiO 2 and glasses with 0.5, 1 and 2 % of CoPt - SiO 2, melted for 15 min at 1000 °C, were prepared. Also, three samples containing 8 % in mass of monodisperse nanoparticles of Fe 3 - x O 4 @SiO 2 were prepared, and were melted by 15, 45 and 75 min at 1050 °C. In all cases the incorporation of the nanoparticles was shown to be feasible, and it was observed in the transmission electron microscopy images that the nanoparticles were satisfactorily incorporated. The sample containing Fe 3 - x 4 @SiO 2 melted b... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Magnetismo ambiental é uma área nova e multidisciplinar que estuda propriedades magnéticas de solos, sedimentos, rochas e relaciona essas propriedades com parâmetros ambientais e poluição. Assim a caracterização dos minerais presentes em solos e sedimentos é ferramenta fundamental de estudo, principalmente devido à presença do Fe. Com este objetivo, amostras de sedimentos foram coletadas na forma de testemunhos no Largo de Santa Rita (LSR) e Rio Casqueiro (CS2), Santos, São Paulo (no presente trabalho acrescentamos aos cálculos também a contribuição dos óxidos de ferro) e Ferraz (FZ) e Botany Point (BP), da baia do Almirantado, Ilha Rei George, Antártica Os testemunhos da baia de Santos são semelhantes porque são provenientes de uma região extremamente poluída. De outra forma, os testemunhos da Antártica são semelhantes por serem de regiões sem ocupação humana. Assim um interesse específico em estudar amostras destas regiões é justificado. E amostras isoladas de superfície da plataforma continental do Rio de Janeiro e São Paulo, incluindo amostras da ilha do Cardozo e ilha Anchieta, por apresentarem particularidades interessantes. As amostras foram caracterizadas por Espectroscopia Mössbauer (EM), Susceptibilidade Magnética (SM) e PIXE (Particle Induced X-ray Emission). Esta última técnica permite detectar e quantificar elementos químicos de número atômico acima de 12. Os elementos quantificados nos resultados de PIXE são: em todas as amostras Al, Si, S, Cl, K, Ti, Mn e Fe; no testemunho LSR: P, V, Co ; no testemunho CS2: P, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Br e Zr; no testemunho BP: V, Cr, Co, Cu, Zn, I e W; no testemunho FZ: V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn e I; na amostra PEN: P, Co; na amostra CARD: P e Mo; na amostra P6947: Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Br e I; na amostra P6949: Cr, Co, Cu, Zn e La; na amostra P6561: Cr, Co, Ni, Br e I; na amostra P6626: Co, Ni, Cu, Zn, I, Sr e Zr e na amostra P6627: Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Br, I e Sr. A partir das medidas de EM determinamos as proporções de Fe2+, Fe3+ paramagnético e de Fe3+ ligado aos óxidos de ferro e os identificamos. Determinamos que o óxido de ferro presente nos testemunhos LSR e CS2 é a goethita. O óxido de ferro identificado nas amostras dos testemunhos Ferraz e Botany Point foi a hematita. Esta também foi identificada na amostra da praia do engenho, ilha Anchieta. Em única amostra entre as amostras da plataforma continental foi detectado e quantificado um óxido de ferro. Nas amostras dos testemunhos do litoral de São Paulo, a fase do ferro predominante é a paramagnética, portanto, associamos a fase paramagnética do ferro ao predomínio do intemperismo químico. Por outro lado amostras dos testemunhos da Antártica, a fase do ferro predominante é dos óxidos de ferro, portanto, associamos a fase de óxidos de ferro ao predomínio de intemperismo físico. Assim a presença de ferro amorfo (ferridrita ou fugerita) poderia ser um índice de quantidade de metais de transição presentes na coluna sedimentar. Modelamos o valor da susceptibilidade magnética ponderando as contribuições individuais de cada elemento químico e do Fe3+, do Fe2+ e dos óxidos de ferro. O cálculo da susceptibilidade magnética modelada é a contribuição original deste trabalho, onde verificamos que os picos no valor de Susceptibilidade Magnética correspondem às situações de maior contaminação ambiental. Por fim, concluímos que nossos resultados de Espectroscopia Mössbauer, PIXE e Susceptibilidade Magnética estão de acordo e podem ser usados em modelos com o objetivo de observar impactos ambientais. / Environmental magnetism is a new area that studies magnetic properties of soils, sediments and rocks and relates these properties with environmental parameters and pollution. With this proposal sets of sediments were collected from the Largo Santa Rita(LSR), Santos, São Paulo; from Baia do Almirantado, Rei George, Antarctic, Ferraz (FZ) and Botany Point (BP); Rio Casqueiro, Cubatão, São Paulo (CS2, re-studied in the present work including oxides contribution) and isolated samples of Plataforma Continental. The CS2 and LSR samples are similar from a heavily polluted region. On the other hand, FZ and BP samples are similar from regions without human occupation. Thus a specific interest to study samples from these regions is justified. The samples were characterized by Mössbauer Spectroscopy (MS), Magnetic Susceptibility and PIXE (Particle Induced X-ray Emission). The latter allowed to detect and to quantify the content of chemical elements of atomic number above 12. The presence of trace metals as Al, Si, S, Cl, K, Ti, Mn and Fe was detected and quantified using the PIXE technique in all samples. P, V, Co were detected and quantified in LSR samples. P, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Br and Zr were detected and quantified in CS2 samples. V, Cr, Co, Cu, Zn, I and W were detected and quantified in BP samples. V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn and I were detected and quantified in FZ sample. P and Co were detected and quantified in PEN sample. P and Mo were detected and quantified in CARD sample. Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Br and I were detected and quantified in P6947 sample. Cr, Co, Cu, Zn and La were detected and quantified in P6949 sample. Cr, Co, Cu, Zn and La were detected and quantified in P6561 sample. Co, Ni, Cu, Zn, I, Sr, Zr and La were detected and quantified in P6626 sample. Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Br, I e Sr were detected and quantified in P6627 sample. The Mössbauer measurements presents Fe2+ and Fe3+ sites and in some samples an additional sextet, due the presence of goethite for LSR and CS2 samples, hematite for FZ and BP samples. The relative area of paramagnetic iron was larger than the others MS components in samples of São Paulo, Litoral, so we associated chemistry weathering with paramagnetic phases. On the other hand, the iron oxides relative áreas of Antarctic samples were larger than the others MS components, so we associated physical weathering with magnetic iron oxides phases. Thus the paramagnetic iron detected could be a measure of transition metals presence or a pollution index. The peaks of experimental magnetic susceptibility curve were related to pollution. The combined results of MS and PIXE allowed us to perform the fitting of the magnetic susceptibility curve that yield a perfect fit with experimental data. In the particular case of Fe we used the related proportions of Fe2+ and Fe3+ obtained by MS measurements. The iron oxides contributions are also found in literature. The model of magnetic susceptibility is the original contributed of the present work. We can conclude that our results of MS, PIXE and magnetic susceptibility are in good agreement and can be used in models with the objective to study the environmental impacts effects.

Materiais que apresentam um acoplamento entre as propriedades elétricas e magnéticas, conhecidos como magnetoelétricos, estão despertando a atenção da comunidade acadêmica nos últimos anos principalmente devido ao seu grande potencial tecnológico no desenvolvimento de materiais multifuncionais. Sendo um maior esforço concentrado na obtenção de novos materiais multiferróicos, que são aqueles que possuem duas ou mais ordens ferróicas, em especial os que apresentam ferroeletricidade e ferromagnetismo. Este trabalho tem como objetivo uma investigação das propriedades dielétricas e magnéticas de um grupo de materiais ainda pouco estudado a fim de se compreender os mecanismos responsáveis pelo efeito magnetoelétrico, de forma a contribuir com a pesquisa nessa área. As amostras estudadas são os óxidos de titânio e cromo Nd(1-x)A(x)CrTiO5 (A=Y, La) e GdCrTiO5, todos na forma de cerâmicas policristalinas monofásicas. Foram discutidas de que forma a diluição da subrede magnética do neodímio afeta o caráter magnetoelétrico observado nesse material e qual a importância de cada uma das subredes (Nd3+/Gd3+ e Cr3+) nas propriedades dielétricas e magnéticas. Verificamos que o efeito magnetoelétrico é sensível a variações na rede do Nd3+. Entretanto, nossos resultados no composto GdCrTiO5 indicam que as subredes magnéticas são pouco acopladas, o que indica que o ion Cr3+ talvez seja o responsável por dirigir o efeito magnetoelétrico nesta família de materiais. / The coupling of the electric and magnetic properties in the magnetoelectric compounds is attracting a great deal of interest in the scientific community due to the huge potential for application based on new multifunctional materials. Of special attention are the so-called multiferroics, materials that simultaneously show ferromagnetism and ferroelectricity. The main purpose of this work is the experimental investigation of the dielectric and magnetic properties of a relatively less known class of materials with the aim to identify the origin of the magnetoelectric coupling. We study the single phase polycrystalline compounds Nd(1-x)A(x)CrTiO5 (A=Y, La) and GdCrTiO5 and discuss the effect of dilution of the Nd3+ ions and the importance of each magnetic sublattice on the samples behavior. We find that the magnetoelectric effect is susceptible to changes in the Nd3+ site. At the same time, our results indicate that the two magnetic sublattice (Nd3+/Gd3+ and Cr3+) are only weakly coupled indicating that the Cr3+ magnetic sublattice might be responsible for driving the magnetoelectric effect in this family of compounds.

Atualmente, nanopartículas (NPs) são utilizadas em todos os ramos da tecnologia. Suas promissoras aplicações envolvem entre outros, o campo dos sensores e transdutores, mídia de gravação magnética, carreadores magnéticos de drogas medicinais. Com o objetivo de produzir NPs pelo método físico, um gerador de nanopartículas foi adaptado usando um dos canhões do sistema de magnetron sputtering, baseando-se no método de agregação gasosa. Com o gerador somos capazes de produzir NPs de diversos materiais e codepositá-las em matrizes dielétricas ou metálicas. Neste trabalho apresentamos o desenvolvimento da metodologia para a produção de nanopartículas de materiais magnéticos duros, usando alvos de SmCo5, Sm2Co17, Nd2Fe17B, FePt e CoPt. Investigamos a influência dos parâmetros de deposição (pressão, fluxo de gás e potência de sputtering), tipo de substrato e a existência de buffer e/ou codeposição, na obtenção das propriedades estruturais e magnéticas desejadas para esses materiais. As NPs produzidas são analisadas magneticamente pelo VSM e SQUID, sua morfologia e tamanho por TEM e SEM, a sua estequiometria pelo RBS, e a sua estrutura cristalina por XRD, a fim de obter nano-ímãs de alta anisotropia magnética. Da caracterização morfológica, através de microscopia eletrônica, encontramos para as NPs produzidas e estudadas diâmetros entre 5 e 17 nm. Através de análises de RBS obtemos para composição das NPs que as mesmas possuem estequiometria diferente dos alvos usados. Estudos estruturais e magnéticos mostram que para Sm-Co, Fe-Pt e Co-Pt é possível obter NPs cristalinas e com coercividade da ordem de 1 kOe. / In the recent years, nanoparticles (NPs) are being in all fields of technology. Their promising applications involve among others, the field of sensors and transducers, magnetic recording media, magnetic carriers of medicinal drugs. Aiming to produce NPs by physical method, a generator of nanoparticles was adapted using a system of guns \"magnetron sputtering\", based on the aggregation gas method. With the generator we are able to produce NPs with different types of material. In this work, we present the development of the methodology for the production of nanoparticles of hard magnetic materials, using targets of SmCo5, Sm2Co17, Nd2Fe17B, FePt and CoPt. We investigated the influence of the deposition parameters (pressure, gas flux and sputtering power), substrate type and the existence of the buffer and/or codeposition layers, to obtain the desired structural and magnetic properties for the nanoparticles. The produced NPs were magnetically analyzed by VSM and SQUID, the morphology and size by TEM and SEM, the stoichiometry by RBS and the crystal structure by XRD. The main objective of this work is to obtain nano-magnet with high magnetic anisotropy. Through the morphological characterization by electron microscopy, we found for NPs produced and studied have diameters between 5 and 17 nm. Through RBS analysis we have obtained the composition of the NPs, and also that they have different stoichiometry in relation to the used targets. Structural and magnetic studies have show that for Sm-Co, Fe-Pt and Co-Pt it is possible to obtain crystalline NPs with coercive field around 1 kOe.

Neste trabalho foram estudadas as propriedades magnéticas e características estruturais de filmes finos bicamadas e multicamadas formados com Ni{x}Cu{1-x} (ferromagneto, 50 x 90 e níquel puro), NiO, FeMn e IrMn (antiferromagnetos). Ligas de níquel-cobre podem ser classificadas como fracamente ferromagnéticas. Ferromagnetismo fraco gera efeitos únicos em propriedades de transporte eletrônico, junções com supercondutores e sistemas de exchange bias. Sendo uma solução sólida extremamente simples, diversas propriedades do NiCu dependem linearmente da estequiometria da liga. Os filmes finos foram depositados via magnetron sputtering em substratos monocristalinos de Si (100) a temperatura ambiente. A estrutura cristalina foi caracterizada por difração de raios-X e a morfologia foi analisada por retroespalhamento Rutherford. Propriedades magnéticas foram medidas com um SQUID a temperaturas entre 5K e 300K (curvas ZFC/FC e de magnetização a diferentes temperaturas) e com um VSM a temperatura ambiente (curvas de magnetização em diferentes ângulos no plano do filme). As amostras com Ni{x}Cu{1-x} mais ricas em cobre apresentam os maiores campos coercivo e de exchange bias a baixas temperaturas, mas os menores em altas temperaturas, geralmente respeitando as temperaturas de bloqueio indicadas nas curvas ZFC/FC. O acoplamento na interface das bicamadas NiO/Ni{x}Cu{1-x} foi muito reduzido em temperaturas mais altas, não sendo observada anisotropia unidirecional nas medidas a temperatura ambiente. As constantes de interação J{int} foram calculadas para as bicamadas Ni{x}Cu{1-x}/FeMn e Ni{x}Cu{1-x}/IrMn a 5K e temperatura ambiente. O sistema Ni/IrMn apresentou o maior valor dessa constante em ambas as temperaturas, diminuindo muito com o acréscimo de cobre na camada Ni{x}Cu{1-x}. O sistema Ni{90}Cu{10}/FeMn apresentou os maiores valores em ambas as temperaturas (excluindo o de níquel puro), comparável até com Ni/IrMn no caso de 5K. Esse comportamento pode ser explicado por uma maior afinidade entre as estruturas do FeMn e Ni{x}Cu{1-x} na direção [111], o que favorece a formação da face (111) no FeMn, mais consistentemente do que no IrMn. Nenhuma das multicamadas estudadas se comportou como uma válvula de spin, mas foi observado um aumento na coercividade e supressão do exchange bias, provavelmente por causa de acoplamento entre as camadas ferromagnéticas. / In this work, a study of magnetic properties and structural characteristics of bilayered and multilayered thin films was carried out. These films were made with Ni{x}Cu{1-x} (ferromagnet, 50 x 90 and pure nickel) and NiO, FeMn or IrMn as antiferromagnets. Nickel-copper alloys may be classified as weakly ferromagnetic. Weak ferromagnetism generates unique effects in electron transport, junctions with superconductors and exchange bias systems. Being an extremely simple solid solution, many properties of the NiCu alloy have a linear dependence with its stoichiometry. The thin films were deposited via magnetron sputtering on Si (100) monocrystalline substracts at room temperature. The crystalline structure was characterized by X-ray diffraction, while the morphology was analyzed by Rutherford back-scattering. Magnetic properties were measured by SQUID at temperatures between 5K and 300K (ZFC/FC curves and magnetization curves at different temperatures) and by VSM at room temperature (magnetization curves at varying angles at the film plan). The samples with copper-richer Ni{x}Cu{1-x} showed the largest coercive and exchange bias fields in lower temperatures, but the lowest ones in higher temperatures, usually following the blocking temperatures denoted by the ZFC/FC curves. The interfacial coupling in NiO/Ni{x}Cu{1-x} was very weak in higher temperatures, not showing unidirectional anisotropy at room temperature. The J{int} exchange interaction constants were calculated for the Ni{x}Cu{1-x}/FeMn and Ni{x}Cu{1-x}/IrMn bilayers at 5K and room temperature. Ni/IrMn had the largest values at both temperatures, heavily decreasing with the copper content in the Ni{x}Cu{1-x} layer. Ni{90}Cu{10}/FeMn showed the largest values at both temperatures (except for the pure Ni sample), even reaching the values of Ni/IrMn at 5K. This behavior may be explaned by a greater matching between the FeMn and Ni{x}Cu{1-x} crystalline structures on the [111] direction, which favors the formation of the (111) FeMn face more consistently than the corresponding IrMn face. All the studied multilayers showed no spin valve behavior, but an increased coercivity and supressed exchange bias were observed, probably because of coupling between the ferromagnetic layers.

A marcação por feixe laser em superfícies é utilizada para assegurar a identificação e a rastreabilidade em biomateriais. A texturização via feixe laser confere maior aderência às superfícies dos dispositivos médicos implantáveis. Este trabalho teve o objetivo de avaliar o comportamento da superfície do aço inoxidável austenítico ABNT NBR ISO 5832-1 submetido à marcação e texturização com feixe laser de fibra óptica, alterando-se a frequência dos pulsos; frente ao seu comportamento biomecânico, por meio de: ensaios de resistência à tração, fadiga e desgaste; verificar a susceptibilidade à corrosão localizada, por ensaios eletroquímicos em solução que simula os fluidos corpóreos; e caracterizar a sua microestrutura. Os tratamentos alteraram a rugosidade e a dureza dos biomateriais em função do aumento da frequência dos pulsos. A microestrutura e composição química das superfícies sofreram mudanças que afetaram diretamente a camada passiva dos aços inoxidáveis. Este efeito foi comprovado com o uso de SVET, XPS e caracterização de propriedades eletrônicas do filme passivo. Os dois tipos de tratamentos implicaram em aumento de susceptibilidade magnética das superfícies. Os parâmetros utilizados para as marcações e texturizações não causaram diminuição na viabilidade celular, de modo que não apresentou citotoxicidade mesmo após incubação prolongada. Este biomaterial mostrou-se adequado perante os ensaios biomecânicos, uma vez que os tratamentos a laser, nas condições utilizadas, não induziram a formação de tensões superficiais de magnitude capaz de levar à fratura por fadiga, indicando vida em fadiga infinita; tampouco se pôde relacionar a região de fratura por tração com as marcações a laser. O volume de desgaste diminuiu em função do aumento da dureza produzido pela elevação da frequência do pulso nas texturizações. O caráter visual das marcações e texturizações por feixe laser foi assegurado após a maioria dos ensaios realizados. / Laser beam marking is used to ensure biomaterials identification and traceability. The texturing imparts greater adhesion to the surfaces of implantable medical devices. The aim of this work was to evaluate the surface behaviour of the austenitic stainless steel ABNT NBR ISO 5832-1 marked and textured by optical fiber laser beam using selected parameters, changing the pulse frequency; in face of its biomechanical behaviour, through tests of tensile strength, fatigue and wear; verify the localized corrosion susceptibility by electrochemical tests in a solution that simulates the body fluids; and analyze microstructural changes. The treatments performed altered the biomaterials roughness and their micro hardness as a function of the increase of the pulse frequency. The microstructure and chemical composition of the surfaces underwent changes that directly affected the passive layer of the stainless steels, triggering the corrosion process. This effect was evidenced by SVET, XPS and characterization of electronic properties of the passive film by the Mott-Schottky technique. These two types of laser treatments increased the surfaces magnetic susceptibility. The parameters used for the marking and texturing did not induce a decrease in the cellular viability of the samples, as no cytotoxicity was showed even after prolonged incubation. This biomaterial was adequate on the biomechanical tests, since the laser treatments, under the conditions used, did not induce the formation of surface tensions of magnitude capable of leading the fatigue fracture, indicating infinite fatigue life; the region of fracture by tension could not be related to the laser marking. The wear volume decreased as a function of the increase in micro hardness produced by the increase of the pulse frequency in the texturings. The visual character of the markings and texturings was assured after the majority of the tests performed.

A aplicação de semicondutores no tratamento de água e efluentes líquidos é uma tecnologia de remediação ambiental promissora, em especial para poluentes orgânicos. Entre os vários semicondutores que também são fotocatalisadores, o TiO2 é amplamente usado em aplicações ambientais, por ser inerte biológica e quimicamente, ter elevado potencial de oxidação, baixo custo e estabilidade frente à corrosão. Entretanto, o TiO2 também tem algumas desvantagens, tais como: ele é excitado apenas por luz UV e requer uma operação unitária adicional (por exemplo, filtração ou centrifugação) para o reuso do catalisador. Para contornar estas limitações, usou-se um procedimento simples para a síntese de um fotocatalisador magnético (Fe3O4/TiO2) com alta área superficial específica e atividade catalítica, quando comparado com o TiO2 P25 da Evonik. O fotocatalisador foi sintetizado através de um procedimento em três etapas: (1) Partículas α-Fe2O3 foram obtidas por precipitação de uma solução de FeCl3.6H2O 0.01 mol L-1, que foi submetida a uma hidrólise forçada à 100°C por 48 h; (2) Partículas de α-Fe2O3/TiO2 foram obtidas por heterocoagulação de oxi-hidróxidos de Ti(IV) sobre as partículas de α-Fe2O3, as quais foram calcinada a 500°C por 2 h; e (3) As partículas \"casaca/caroço\" do fotocatalisador foram obtidas por calcinação a 400°C por 1 h sob atmosfera redutora (H2). A atividade fotocatalítica do material sintetizado foi avaliada aplicando-o no descoramento de uma solução do corante Azul Ácido 9 (C.I. 42090). Os efeitos do pH e da concentração de catalisador foram estimados por meio de um planejamento fatorial 22. Foi obtido um fotocatalisador com área superficial específica de 202 m2 g-1, facilmente separável do meio reacional em aproximadamente 2 min com o auxílio de um ímã. O fotocatalisador apresentou absorção em toda a região do visível. A maior remoção de cor (54%) foi obtida com pH 3,0, 1,0 g L-1 de catalisador e 2 horas de reação. / The use of semiconductors for treating polluted waters and wastewaters is a promising environmental remediation technology, especially for organic pollutants. Among the several semiconductors that are also photocatalysts, TiO2 is extensively used for environmental application, due to its biological and chemical inertness, high oxidation power, low cost, and stability regarding corrosion. However, TiO2 also has some disadvantages, such as: it is only UV-excited and requires an additional unit operation (e.g. filtration or centrifugation) for reuse purposes. In order to work around those limitations, a simple procedure for synthesizing a magnetic photocatalyst (Fe3O4/TiO2), with high specific surface area and good photocatalytic activity when compared to Evonik\'s TiO2 P25, was used. The photocatalyst was synthesized in a three-step procedure: (1) α-Fe2O3 particles were obtained, by precipitation, from FeCl3.6H2O 0.01 mol L-1, which underwent a forced acid hydrolysis at 100°C for 48 h; (2) α-Fe2O3/TiO2 particles were obtained, by heterocoagulation, of Ti(IV) oxide species on the α-Fe2O3, followed by calcination at 500°C for 2 h; and (3) The core/shell photocatalyst particles were obtained by calcination the α-Fe2O3/TiO2 particles at 400°C for 1 h under reducing atmosphere (H2). The photocatalytic activity of the synthesized material was assessed by the color removal of an Acid Blue 9 (C.I. 42090) dye solution. pH and catalyst dosage effects were estimated by a 22 factorial design. Fe3O4/TiO2 core/shell particles with specific surface area of 202 m2 g-1were obtained. They were easily separated from the reaction medium, in approximately 2 min, with the aid of a magnet. The photocatalyst absorbed radiation throughout the visible spectrum. The greatest color removal (54%) was achieved with pH 3.0, 1.0 g L-1 of photocatalyst, and 2 h of reaction.

Magnetismo ambiental é uma área nova e multidisciplinar que estuda propriedades magnéticas de solos, sedimentos, rochas e relaciona essas propriedades com parâmetros ambientais e poluição. Assim a caracterização dos minerais presentes em solos e sedimentos é ferramenta fundamental de estudo, principalmente devido à presença do Fe. Com este objetivo, amostras de sedimentos foram coletadas na forma de testemunhos no Largo de Santa Rita (LSR) e Rio Casqueiro (CS2), Santos, São Paulo (no presente trabalho acrescentamos aos cálculos também a contribuição dos óxidos de ferro) e Ferraz (FZ) e Botany Point (BP), da baia do Almirantado, Ilha Rei George, Antártica Os testemunhos da baia de Santos são semelhantes porque são provenientes de uma região extremamente poluída. De outra forma, os testemunhos da Antártica são semelhantes por serem de regiões sem ocupação humana. Assim um interesse específico em estudar amostras destas regiões é justificado. E amostras isoladas de superfície da plataforma continental do Rio de Janeiro e São Paulo, incluindo amostras da ilha do Cardozo e ilha Anchieta, por apresentarem particularidades interessantes. As amostras foram caracterizadas por Espectroscopia Mössbauer (EM), Susceptibilidade Magnética (SM) e PIXE (Particle Induced X-ray Emission). Esta última técnica permite detectar e quantificar elementos químicos de número atômico acima de 12. Os elementos quantificados nos resultados de PIXE são: em todas as amostras Al, Si, S, Cl, K, Ti, Mn e Fe; no testemunho LSR: P, V, Co ; no testemunho CS2: P, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Br e Zr; no testemunho BP: V, Cr, Co, Cu, Zn, I e W; no testemunho FZ: V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn e I; na amostra PEN: P, Co; na amostra CARD: P e Mo; na amostra P6947: Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Br e I; na amostra P6949: Cr, Co, Cu, Zn e La; na amostra P6561: Cr, Co, Ni, Br e I; na amostra P6626: Co, Ni, Cu, Zn, I, Sr e Zr e na amostra P6627: Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Br, I e Sr. A partir das medidas de EM determinamos as proporções de Fe2+, Fe3+ paramagnético e de Fe3+ ligado aos óxidos de ferro e os identificamos. Determinamos que o óxido de ferro presente nos testemunhos LSR e CS2 é a goethita. O óxido de ferro identificado nas amostras dos testemunhos Ferraz e Botany Point foi a hematita. Esta também foi identificada na amostra da praia do engenho, ilha Anchieta. Em única amostra entre as amostras da plataforma continental foi detectado e quantificado um óxido de ferro. Nas amostras dos testemunhos do litoral de São Paulo, a fase do ferro predominante é a paramagnética, portanto, associamos a fase paramagnética do ferro ao predomínio do intemperismo químico. Por outro lado amostras dos testemunhos da Antártica, a fase do ferro predominante é dos óxidos de ferro, portanto, associamos a fase de óxidos de ferro ao predomínio de intemperismo físico. Assim a presença de ferro amorfo (ferridrita ou fugerita) poderia ser um índice de quantidade de metais de transição presentes na coluna sedimentar. Modelamos o valor da susceptibilidade magnética ponderando as contribuições individuais de cada elemento químico e do Fe3+, do Fe2+ e dos óxidos de ferro. O cálculo da susceptibilidade magnética modelada é a contribuição original deste trabalho, onde verificamos que os picos no valor de Susceptibilidade Magnética correspondem às situações de maior contaminação ambiental. Por fim, concluímos que nossos resultados de Espectroscopia Mössbauer, PIXE e Susceptibilidade Magnética estão de acordo e podem ser usados em modelos com o objetivo de observar impactos ambientais. / Environmental magnetism is a new area that studies magnetic properties of soils, sediments and rocks and relates these properties with environmental parameters and pollution. With this proposal sets of sediments were collected from the Largo Santa Rita(LSR), Santos, São Paulo; from Baia do Almirantado, Rei George, Antarctic, Ferraz (FZ) and Botany Point (BP); Rio Casqueiro, Cubatão, São Paulo (CS2, re-studied in the present work including oxides contribution) and isolated samples of Plataforma Continental. The CS2 and LSR samples are similar from a heavily polluted region. On the other hand, FZ and BP samples are similar from regions without human occupation. Thus a specific interest to study samples from these regions is justified. The samples were characterized by Mössbauer Spectroscopy (MS), Magnetic Susceptibility and PIXE (Particle Induced X-ray Emission). The latter allowed to detect and to quantify the content of chemical elements of atomic number above 12. The presence of trace metals as Al, Si, S, Cl, K, Ti, Mn and Fe was detected and quantified using the PIXE technique in all samples. P, V, Co were detected and quantified in LSR samples. P, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As, Br and Zr were detected and quantified in CS2 samples. V, Cr, Co, Cu, Zn, I and W were detected and quantified in BP samples. V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn and I were detected and quantified in FZ sample. P and Co were detected and quantified in PEN sample. P and Mo were detected and quantified in CARD sample. Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Br and I were detected and quantified in P6947 sample. Cr, Co, Cu, Zn and La were detected and quantified in P6949 sample. Cr, Co, Cu, Zn and La were detected and quantified in P6561 sample. Co, Ni, Cu, Zn, I, Sr, Zr and La were detected and quantified in P6626 sample. Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Br, I e Sr were detected and quantified in P6627 sample. The Mössbauer measurements presents Fe2+ and Fe3+ sites and in some samples an additional sextet, due the presence of goethite for LSR and CS2 samples, hematite for FZ and BP samples. The relative area of paramagnetic iron was larger than the others MS components in samples of São Paulo, Litoral, so we associated chemistry weathering with paramagnetic phases. On the other hand, the iron oxides relative áreas of Antarctic samples were larger than the others MS components, so we associated physical weathering with magnetic iron oxides phases. Thus the paramagnetic iron detected could be a measure of transition metals presence or a pollution index. The peaks of experimental magnetic susceptibility curve were related to pollution. The combined results of MS and PIXE allowed us to perform the fitting of the magnetic susceptibility curve that yield a perfect fit with experimental data. In the particular case of Fe we used the related proportions of Fe2+ and Fe3+ obtained by MS measurements. The iron oxides contributions are also found in literature. The model of magnetic susceptibility is the original contributed of the present work. We can conclude that our results of MS, PIXE and magnetic susceptibility are in good agreement and can be used in models with the objective to study the environmental impacts effects.

Neste trabalho foi estudado e aplicado o método de correção de gap eletrônico LDA-1/2, para o semicondutor silício, contendo defeitos ou impurezas magnéticas. O grande motivador para o uso desse método é seu baixo custo computacional, o que abre possibilidades para o uso em sistemas grandes, condição fundamental para se obter bons resultados nos cálculos de defeitos. Dado que o método LDA-1/2, em sua forma atual, não é capaz de calcular energias totais, uma metologia desenvolvida por Rinke et al., Phys. Rev. Lett, v. 102, p. 026402, 2009, a qual utilizava o método de correção de gap GW, foi adaptada. Essa metodologia consiste basicamente na separação das energias de formação em duas contribuições, afinidades eletrônicas, calculadas pelo método LDA-1/2, e energias de relaxação, calculadas pelo método usual LDA. Foram realizados cálculos ab initio em supercélulas de silício com 65 e 217 átomos, contendo um defeito de silício intersticial em quatro geometrias diferentes. Os dois principais problemas em cálculos de defeitos foram abordados, ou seja, o problema da interação do defeito com sua imagem, devido ao método de supercélulas (efeito de tamanho) e o problema de subestimação do gap eletrônico, pela DFT. As afinidades eletrônicas, calculadas utilizando-se o método LDA-1/2, via procedimento LUE-VBM (desenvolvido nesse trabalho), aumentaram em torno de 0,8 eV, em relação aos resultados LDA, levando as energias de formação a um excelente acordo com os resultados experimentais. Na segunda parte do trabalho, a metologia desenvolvida para os defeitos em silício foi aplicada no cálculo das propriedades da impureza magnética manganês em silício. Tal material possui características ferromagnéticas à temperatura ambiente, sendo um dos principais candidatos para construção de dispositivos spintrônicos. Os cálculos foram realizados em supercélulas com 64 e 216 átomos de silício, contendo um átomo de manganês intersticial ou substitucional, utilizando-se o método GGA-1/2. Foram obtidos primeiramente os níveis de transição de carga, os quais mostraram bom acordo com resultados experimentais obtidos da literatura. Além disso, até onde sabemos esses são os primeiros resultados teóricos para esses níveis, onde foi aplicado um método de correção de gap. Foram obtidas também as energias de formação da impureza magnética manganês em silício. Observou-se que a impureza intersticial possui menor energia de formação, sendo os estados de carga 2+ e 1+ os mais estáveis, para os casos intersticial e substitucional, respectivamente. O método GGA-1/2 aumenta a energia de formação, de forma não uniforme com os estados de carga. Além disso, prevê que os estados d do Mn são mais localizados. O método GGA prevê que os sistemas com 65 ou 64 átomos têm características meio-metálicas. Já o método GGA-1/2 concorda com o GGA em todos os casos exceto para a impureza substitucional, onde a característica prevista é o estado metálico.

Neste trabalho, estudamos as propriedades magnéticas e a magnetoresistência gigante (GMR) em fitas de Cu IND.80 Ni IND.20-xFe IND.x (x = 2,5 ; 5; 10; 17, 5; 20) produzidas por melt-spinning. As fitas foram estudadas como função da temperatura de tratamento térmico T IND.an 500°C, usando-se um magnetômetro SQUID. Uma grande variedade de estruturas granulares foram obtidas para diferentes razões de Ni/Fe e condições de tratamento térmico. Para Cu80 Ni10 Fe10, a magnetização não apresentou histerese mensurável para T 50K. Este comportamento é consistente com as curvas de susceptibilidade que indicam uma temperatura de bloqueio abaixo de 50K. Nesta temperatura, o maior valor da GMR(19%) foi obtido para as fitas tratadas a 400°C por duas horas. As curvas de magnetização foram comparadas a um modelo teórico que assume uma distribuição de momentos magnéticos. Para Cu80Ni15Fe5,a microestrutura e as propriedades magnéticas são muito sensíveis ao tratamento térmico. Para as ligas com composições 10; 15; 17,5% de Fe, a magnetização de saturação apresentou uma redução com o tratamento a 400°C. Esta redução foi explicada através da formação de partículas perto da região Invar. Um comportamento anômalo linear da amplitude da magnetoresistência foi observado e explicado pelo espalhamento dependente do spin, que acontece quando um elétron se move de uma partícula superparamagnética para uma partícula bloqueada termicamente. / In this work, we study the magnetic properties and giant magnetoresistance (GMR) in ribbons of Cu80 Ni20-xFex (x = 2.5, 5, 10, 17.5, 20) prepared by melt-spinning. The ribbons were studied as a function of annealing temperature Tan 500°C, using a SQUID magnetometer. A wide variety of granular structures é obtained for different Ni/ Fe ratios and annealing conditions. In Cu80 Ni10 Fe10 , the magnetization shows no static hysteresis for T 50K. This behaviour is consistent with the susceptibility curve which indicates a blocking temperature below 50K. At this temperature, the largest GMR value was obtained for the ribbons annealed at 400°C for two hours. The magnetization curves were compared with a theoretical model that takes into account the magnetic moment distribution. In Cu80 Ni15Fe5, the microstructure and magnetic properties are much more sensitive to annealing. For t he ribbons with 10, 15, 17.5 % Fe composition, the magnetization presented a reduction with annealing at 400°C. This redution may be explained in terms of particle formation near the Invar region. An anomalous linear behaviour of the MR was observed and can be explained in terms of spin-dependent scattering when an electron passes from a superparamagnetic particle to a thermally blocked particle.