A busca por materiais que possam ser modificados em nível molecular tem sido o alvo de numerosas pesquisas no mundo. Desta maneira, as técnicas de fabricação de filmes finos se destacam devido à possibilidade de se reduzir custos e melhorar a eficiência de sistemas como, por exemplo, os fotossensíveis. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a obtenção e caracterização de filmes finos através da técnica de automontagem (técnica "camada por camada" ou Layer-by-Layer). Os filmes foram depositados sobre diversos substratos (lamínula de vidro, silício e poliestireno). Nesse trabalho foram depositados dois conjuntos diferentes de multicamadas combinados com duas proporções diferentes de cada sistemas de soluções. O sistema catiônico foi composto pela solução do polieletrólito orgânico PDDA e a solução coloidal do semicondutor inorgânico seleneto de cádmio (CdSe). O sistema aniônico foi composto por solução do poli(ácido acrílico) (PAA) e solução de óxido de titânio (TiO2), respectivamente. Os materiais utilizados para a obtenção dos filmes e os filmes finos nanoestruturados produzidos foram caracterizados por meio de diversas técnicas. As regiões de absorção das soluções coloidais inorgânicas foram determinadas por espectroscopia de absorção molecular no ultravioleta-visível (UV-Vis) e apresentaram absorção em 320 nm (TiO2) e 440 nm (CdSe). O diâmetro das nanopartículas inorgânicas de TiO2 e de CdSe foram mensurados por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET), revelando valores em escala nanométrica. Observou-se no difratograma do pó nanoparticulado de TiO2 que a fase predominante no mesmo é a anatase, e que houve uma sobreposição dos picos de maior intensidade do TiO2 e do CdSe, ambos em 2q = 25,3°. O espectro de refletância difusa (RDUV-Visível) dos filmes automontados apresentou valores compatíveis com as das soluções formadoras dos filmes, indicando que os mesmos apresentam aplicação em dispositivos fotossensíveis. Através dos comprimentos de onda obtidos a partir das técnicas de UV-Vis e RDUV-Vis foi possível estimar os valores de energia de bandas proibidas (Ebg) para os semincondutores TiO2 e CdSe. As espessuras dos filmes foram determinadas pelas técnicas de perfilometria e por microscopia eletrônica de varredura (MEV), e encontram-se na ordem de grandeza micrométrica. Pelas micrografias de MEV foi possível avaliar a superfície dos filmes que revelaram alta rugosidade, formação de ilhas de TiO2 e aglomeração de grãos esféricos (Se). Nas imagens de MET, observou-se a distribuição das nanopartículas dos semicondutores na seção transversal dos filmes, corroborando as aglomerações observadas por MEV. / The search for materials that can be modified at molecular level has been the subject of several studies worldwide. Thus, the production techniques of thin films stand out due to the possibility of reducing costs and improving the efficiency of systems, such as photosensitive systems. In this context, the aim of this study was to obtain and characterize thin films using the self-assembly technique (layer by layer technique or LbL). The thin films were deposited on different substrates (glass coverslips, silicon and polystyrene). In this work two different multilayer sets combined with two different proportions of each solution system were deposited. The cationic system was composed by the poly(diallyldimethilammonium) (PDDA) organic polyelectrolyte solution and the cadmium selenide (CdSe) inorganic semiconductor colloidal solution. The anionic system was composed by the poly(acid acrylic) (PAA) solution and the titanium dioxide (TiO2) solution, respectively. The materials used for the achievement of films and nanostructured thin films produced were characterized through various techniques. The absorption regions of inorganic colloidal solutions were determined by UV-Vis spectroscopy and presented absorption at 320 nm (TiO2) and 440 nm (CdSe). The resulting inorganic nanoparticles diameter of TiO2 and CdSe were measured by X ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM), resulting in values at nanometric scale. It was observed in the nanoparticle TiO2 powder diffractogram that anatase is the most abundant phase, and that there was an overlap of the highest intensity diffraction peaks of TiO2 and CdSe, both at 2q = 25.3 °. The diffuse reflectance spectrum (RDUV-Vis) of self-assembled films presented values compatible with those of the film forming solutions. Using the wavelengths obtained from the UVVis and Vis-RDUV techniques it were possible to evaluate values for the energy band gap (Ebg) seminconductors TiO2 and CdSe. The thicknesses of the films were determined by profilometry and scanning electron microscopy (SEM) techniques, and they are in the micrometric order of magnitude. Using the SEM micrographs, it was possible to evaluate the surface of the films that show a high roughness, the formation of TiO2 clumps and the agglomeration spherical selenium clusters. In TEM images, the distribution of the semiconductor nanoparticles in cross-section of films can be observed, confirming agglomerations observed by SEM.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A espectroscopia fotoacústica (PAS) é uma técnica não destrutiva e muito utilizada na caracterização óptica e térmica de materiais. Ela é baseada no efeito fotoacústico que consiste, basicamente, na absorção de onda eletromagnética modulada e na geração de calor no interior do material em estudo (amostra), via processo de desexcitação não-radiativa. Dentre as muitas aplicações relacionadas à caracterização de materiais, recentemente, a técnica PAS vem sendo desenvolvida para estudos de transição de fase de segunda ordem. Entretanto, poucos trabalhos são encontrados na literatura com relação à aplicação da técnica PAS ao estudo da transição vítrea. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é o de aplicar a técnica PAS na determinação da temperatura de transição vítrea de materiais poliméricos, de uma maneira inovadora com relação à célula fotoacústica e ao sistema de aquecimento. Para isso foi projetada e construída uma célula fotoacústica que possibilita a variação de temperatura da amostra, sem afetar a curva de resposta do microfone. Foi desenvolvido um sistema de aquecimento baseado no efeito Peltier, possibilitando fazer rampas de subida de temperatura, com várias velocidades, da temperatura ambiente até 130 C, de forma linear. Todo o aparato experimental foi testado e aplicado em várias amostras poliméricas: poliamida 6.0 (Nylon); poliestireno (PS-n1921 e PS-n2380); e poli(tereftalato de etileno) (PET). Os resultados obtidos foram: para o Nylon, ; para o PS-n1921, ; para o PS-n2380, ; e para o PET, . Estes resultados estão de acordo com os respectivos valores da temperatura de transição vítrea encontrados na literatura e mostram a potencialidade da técnica PAS ao estudo da transição vítrea de materiais poliméricos. / Photoacoustic spectroscopy (PAS) is a non-destructive technique and it has been largely applied to the thermal and optical characterization of materials. PAS technique is based on the photoacoustic effect which consist, basically, absorption of a modulated electromagnetic radiation and generation of heat inside of the material studied (sample), by a nonradiative deexcitation processes. Nowadays, among many PAS applications, effort are carried out to apply PAS technique for second-order phase transitions. However, only a few works can be found in the literature about glass transition studies with PAS technique. In this context, the main goal of this work is to apply PAS technique to determine glass transition temperature of the polymeric materials, based on the new photoacoustic cell configuration and on the new heating system. In this way, a photoacoustic cell was builted up for monitoring temperature variation of the sample, where the performance of the microphone was not affected. A heating system was developed based on the Peltier effect, in such way that it is possible to scan the temperature from the environment one up to 130 C, linearly at several speeds. The experimental apparatus was tested and applied to some polymeric materials: polyamide 6.0 (Nylon); polystyrene (PS-n1921 e PS-n2380); and poli(tereftalato de etileno) (PET). The results obtained were: Nylon, ; PS-n1921, ; PS-n2380, ; and PET, . These results are in a good agreement with the respective values of glass transition temperature found in the literature and show the PAS technique potentiality for glass transition studies in polymeric materials.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / A espectroscopia fotoacústica (PAS) é uma técnica não destrutiva e muito utilizada na caracterização óptica e térmica de materiais. Ela é baseada no efeito fotoacústico que consiste, basicamente, na absorção de onda eletromagnética modulada e na geração de calor no interior do material em estudo (amostra), via processo de desexcitação não-radiativa. Dentre as muitas aplicações relacionadas à caracterização de materiais, recentemente, a técnica PAS vem sendo desenvolvida para estudos de transição de fase de segunda ordem. Entretanto, poucos trabalhos são encontrados na literatura com relação à aplicação da técnica PAS ao estudo da transição vítrea. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é o de aplicar a técnica PAS na determinação da temperatura de transição vítrea de materiais poliméricos, de uma maneira inovadora com relação à célula fotoacústica e ao sistema de aquecimento. Para isso foi projetada e construída uma célula fotoacústica que possibilita a variação de temperatura da amostra, sem afetar a curva de resposta do microfone. Foi desenvolvido um sistema de aquecimento baseado no efeito Peltier, possibilitando fazer rampas de subida de temperatura, com várias velocidades, da temperatura ambiente até 130 C, de forma linear. Todo o aparato experimental foi testado e aplicado em várias amostras poliméricas: poliamida 6.0 (Nylon); poliestireno (PS-n1921 e PS-n2380); e poli(tereftalato de etileno) (PET). Os resultados obtidos foram: para o Nylon, ; para o PS-n1921, ; para o PS-n2380, ; e para o PET, . Estes resultados estão de acordo com os respectivos valores da temperatura de transição vítrea encontrados na literatura e mostram a potencialidade da técnica PAS ao estudo da transição vítrea de materiais poliméricos. / Photoacoustic spectroscopy (PAS) is a non-destructive technique and it has been largely applied to the thermal and optical characterization of materials. PAS technique is based on the photoacoustic effect which consist, basically, absorption of a modulated electromagnetic radiation and generation of heat inside of the material studied (sample), by a nonradiative deexcitation processes. Nowadays, among many PAS applications, effort are carried out to apply PAS technique for second-order phase transitions. However, only a few works can be found in the literature about glass transition studies with PAS technique. In this context, the main goal of this work is to apply PAS technique to determine glass transition temperature of the polymeric materials, based on the new photoacoustic cell configuration and on the new heating system. In this way, a photoacoustic cell was builted up for monitoring temperature variation of the sample, where the performance of the microphone was not affected. A heating system was developed based on the Peltier effect, in such way that it is possible to scan the temperature from the environment one up to 130 C, linearly at several speeds. The experimental apparatus was tested and applied to some polymeric materials: polyamide 6.0 (Nylon); polystyrene (PS-n1921 e PS-n2380); and poli(tereftalato de etileno) (PET). The results obtained were: Nylon, ; PS-n1921, ; PS-n2380, ; and PET, . These results are in a good agreement with the respective values of glass transition temperature found in the literature and show the PAS technique potentiality for glass transition studies in polymeric materials.

This work studied the rheological and mechanical properties of polyamide 12 modified montmorillonite clays and bentonita (the organo-modified commercial montmorillonite and a bentonite modified by various routes. Two polyamides 12 were used for the polyamide matrix, a virgin and another reprocessed. The polyamide 12 reprocessed was derived from tailings lines of fluid transport in automotive vehicles. Ten different compositions were prepared in single-screw extruder, and subsequently molded test specimens by injection. For formulations reprocessed polyamide 12, were added 5 to 7 wt.% of a commercial organo-modified montmorillonite ( I44P ) and the virgin polyamide 12 , 3 and 5 wt.%. For virgin polyamide matrix, also formulations were studied with 3 and 5% by weight of bentonite treated with Agent Titanate. The nanocomposite structure formation was evaluated by X-ray diffraction. For all developed formulations, mechanical and rheological tests, and their results were correlated performed: polyamide matrices, the content and the treatments of the clays. Clay dispersion and morphology of the fracture surface were analyzed by SEM. The analysis results showed distinct mechanical and rheological behaviors depending on the type of matrix, the degree of dispersion of clay, content and type of treatment of clays. There was formation of nanocomposites for polyamide 12 modified with I44P clay and composites for polyamide 12 modified bentonite. The rheological properties confirm the increase of the elastic properties of the nanocomposites due to the restriction to macromolecular mobility. The addition of organophilic commercial montmorillonite (I44P) promoted the increased stiffness of the nanocomposites without significant loss of toughness. / Este trabalho estudou as propriedades reológicas e mecânicas de poliamida 12 modificadas com montmorilonitas, sendo uma montmorilonita organofilica comercial (I44P) e montmorilonita sódica (bentonita) modificada por diversas rotas. Para a matriz de poliamida, foram utilizadas duas poliamidas 12, sendo uma virgem e a outra reprocessada oriunda de rejeito de linhas de transporte de fluídos em veículos automotores. Foram preparadas dez composições diferentes em extrusora monorrosca e, posteriormente, moldados corpos de prova por injeção. Para as formulações de poliamida 12 reprocessada, foram adicionados 5 e 7% em massa de montmorilonita organofílica comercial e para a poliamida 12 virgem, 3 e 5%. Para esta mesma matriz de poliamida virgem, também foram estudadas formulações com 3 e 5% em massa das bentonitas tratadas com agente titanato. A formação de estrutura de nanocompósitos foi avaliada por difração de raios-X. Para todas as formulações desenvolvidas, foram realizados ensaios mecânicos e reológicos, e seus resultados correlacionados com: as matrizes de poliamida, o teor e os tratamentos das argilas. A dispersão da argila e a morfologia da superfície de fratura foram avaliadas por MEV. Os resultados das análises mostraram comportamentos mecânicos e reológicos distintos em função do tipo de matriz, grau de dispersão das argilas, o teor e o tipo de tratamento das argilas. Houve formação de nanocompósitos para poliamida 12 modificada com a argila I44P e de compósitos para poliamida 12 modificada com bentonitas. As propriedades reológicas confirmam o aumento das propriedades elásticas dos nanocompósitos devido à restrição a mobilidade macromolecular. A adição da montmorilonita organofilica comercial (I44P) promoveu o aumento da rigidez dos nanocompósitos sem perdas significativas da tenacidade.

A presente tese de doutorado deu início a uma nova linha de pesquisa no grupo de Síntese de Polímeros Condutores do IQ-USP, que consiste nos estudos relacionados a sensores de gases para equipamentos do tipo narizes eletrônicos, confeccionados com polímeros condutores. Para isso, foram sintetizados eletroquimicamente sete polímeros da família dos poli(p-fenileno vinileno)s, dos quais cinco inéditos, substituídos por grupos receptores e doadores de elétrons.Todos os polímeros, incluindo seus precursores, foram caracterizados espectroscopicamente (RMN de 1H, IV e UV-Vis). Estudos de análises térmicas (TG e DSC) e de cromatografia por exclusão de tamanho (SEC) foram realizados com os polímeros que possuíam grupos alifáticos de cadeias longas, tendo sido um desses polímeros usado na confecção de dispositivos metal/polímero/metal, cujas medidas de corrente vs. tensão permitiram determinar a mobilidade dos portadores de carga. Sensores de gases foram feitos com os polímeros sintetizados, mostrando boa seletividade quando testados com vapores de uma série de solventes orgânicos polares e apolares. / In this thesis we describe the electrosynthesis of seven difterent poly(p-phenilenevinylene)s, PPVs, bearing long and short, electron donating and withdrawing side groups. These polymers are aimed for our recent interest in gas sensors based on conducting polymers and their application in electronic noses. Five out of the seven polymers are novel materials, hence never described before. The polymers were characterized spectroscopically. Those with long side chain were also submitted to thermal analyses and size exclusion chromatography. Electrical measurements (I x V) in metal/polymer/metal sandwich devices led to the determination of the charge carrier mobility of one of the polymers. Gas sensors, having thin films of the synthesized polymers as active layers, have shown good selectivity towards several organic solvent vapors and water as well.

A presente tese de doutorado deu início a uma nova linha de pesquisa no grupo de Síntese de Polímeros Condutores do IQ-USP, que consiste nos estudos relacionados a sensores de gases para equipamentos do tipo narizes eletrônicos, confeccionados com polímeros condutores. Para isso, foram sintetizados eletroquimicamente sete polímeros da família dos poli(p-fenileno vinileno)s, dos quais cinco inéditos, substituídos por grupos receptores e doadores de elétrons.Todos os polímeros, incluindo seus precursores, foram caracterizados espectroscopicamente (RMN de 1H, IV e UV-Vis). Estudos de análises térmicas (TG e DSC) e de cromatografia por exclusão de tamanho (SEC) foram realizados com os polímeros que possuíam grupos alifáticos de cadeias longas, tendo sido um desses polímeros usado na confecção de dispositivos metal/polímero/metal, cujas medidas de corrente vs. tensão permitiram determinar a mobilidade dos portadores de carga. Sensores de gases foram feitos com os polímeros sintetizados, mostrando boa seletividade quando testados com vapores de uma série de solventes orgânicos polares e apolares. / In this thesis we describe the electrosynthesis of seven difterent poly(p-phenilenevinylene)s, PPVs, bearing long and short, electron donating and withdrawing side groups. These polymers are aimed for our recent interest in gas sensors based on conducting polymers and their application in electronic noses. Five out of the seven polymers are novel materials, hence never described before. The polymers were characterized spectroscopically. Those with long side chain were also submitted to thermal analyses and size exclusion chromatography. Electrical measurements (I x V) in metal/polymer/metal sandwich devices led to the determination of the charge carrier mobility of one of the polymers. Gas sensors, having thin films of the synthesized polymers as active layers, have shown good selectivity towards several organic solvent vapors and water as well.