Orientador: Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014

Orientador: Prof. Dr. José Fernando Queiruga Rey / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014. / O aumento da demanda energética nas ultimas décadas e a inevitável diminuição dos combustíveis não renováveis fez a sociedade iniciar uma busca por novas formas de obtenção de energia. Entre as novas tecnologias propostas tem-se as células a combustível, estes dispositivos convertem energia química em elétrica e térmica, dentre os diversos desafios tecnológicos para a inserção desta tecnologia no mercado, pode-se citar a obtenção de um eletrólito solido com boa condutividade iônica e instável em ambientes que contenham CO2 e H2O. Dentre os condutores iônicos pode-se citar as perovskitas, condutores iônicos cerâmicos utilizados como eletrólitos em células a combustível e em diversas outras aplicações tecnológicas, esta classe de material se destaca por sua alta tolerância a formação de vacâncias e sua capacidade de incorporar íons em sua estrutura. Os objetivos deste trabalho foram produzir, caracterizar e estudar condutores iônicos do tipo perovskita (BaCe(1-x)MxO3), onde M representa os substituintes iônicos do tipo Gd, Zr, Er e x=(0,03; 0,05; 0,07; 0,1) representa as concentrações do dopantes nas amostras. Os compostos foram caracterizados estruturalmente por difração de raios X, refinados pelo método Rietveld e caracterizados eletricamente pela espectroscopia de impedância. Os resultados da difração de raios X indicam que não houve grandes variações na estrutura cristalina do cerato de bário (BaCeO3), quando dopado com gadolínio nas proporções de . Observou-se uma diminuição na mobilidade iônica das amostras cerato de bário dopadas com gadolínio e zircônio em função do aumento da porcentagem dos substituintes iônicos. / The increasing energy demand and the inevitable reduction of non-renewable fuels in the last decades did society start a search for new ways of obtaining energy. Among the new technologies we proposed fuel cells, these devices convert chemical energy to electrical and thermal, among many technological integration of this technology to the market challenges, we can mention to obtain a solid electrolyte with excellent ionic conductivity and unstable in environments which containing CO2 and H2O. Among the ionic conductors may cite the perovskites, ceramic ionic conductors used as electrolytes in fuel cells and several other technological applications, this class of material stands out for its high tolerance for vacancy formation and its ability to incorporate ions in their structure. The ceramic ionic conductors are used as electrolytes in fuel cells and several other technological applications. The objectives of this study were to produce and, characterize perovskite-type materials (BaCe (1-x) MxO3), where M are the ionic substituents Gd, Zr, Er and x (x = 0.03, 0.05, 0.07, 0.1) represents the concentration of dopants in the samples. The compounds were characterized by X-ray diffraction, analyzed by the method rietveld and impedance spectroscopy. The results of X-ray diffraction suggest that there were no major changes in the crystal structure of the barium cerate (BaCeO3) doped with gadolinium in proportions between 0.3 . x . 0.1. There was a decrease in ion mobility, barium cerate with increasing the percentage of ionic substituents gadolinium and zirconium in the structure of barium cerate.

Orientador: Prof. Dr. Caetano Rodrigues Miranda / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / In this thesis, we explore computational materials science for energy technologies. More specifically, a multiscale computational methodology ranging from atomistic to mesoscopic methods was used to investigate the potential use of nanostructured materials for applications in: (i) hydrogen and fuel cells, (ii) rechargeable batteries, and (iii) oil recovery techniques. First principles simulations based on the Density Functional Theory were successfully employed to characterize and propose nanomaterials for hydrogen production and storage, fuel cells, and battery technologies. It was possible to understand fundamental properties that are essential to further development in these technologies, e. g. structural, electronic, catalytic and kinetic properties. The structural, energetic and electronic properties of layered metallic nanofilms of Pd, Pt and Au as catalysts for hydrogen and fuel cell applications were investigated. We have shown that Pd and Pt nanofilms are interesting systems, with improved catalytic activity for hydrogen, oxygen and ethanol. The evaluation of the electronic structure of such nanofilms shows the existence of a linear correlation between the d-band center and adsorption energies. The determination of such trends represents a significative contribution to the design of new and improved catalysts, since it is a valuable tool to predict the catalytic activity of nanofilms. Significant breakthroughs were also obtained when applying first principles calculations to battery technologies. The adsorption and di.usion properties of Li and Mg were investigated in transition metal dichalcogenide inorganic nanotubes. A high ion mobility is observed at the surface of MoS2 and WS2 nanotubes, which support the potential application of the use of such systems as additive electrode materials for high-rate battery applications. By using classical molecular dynamics calculations, the structural and di.usion properties of organic electrolytes could be determined and may help in the development of rechargeable batteries. Our simulations have demonstrated that mixture of ethylene carbonate and ethylmethyl carbonate present better di.usion properties as electrolyte in lithium ion batteries, since it is possible to obtain a good degree of dissociation associated to a good ionic conductivity. xvi Abstract In order to extent the nanoscale e.ects to the microscale, we also successfully propose a hierarchical computational protocol that combines molecular dynamics and mesoscopic lattice Boltzmann calculations. The e.ects of dispersed functionalized SiO2 nanoparticles in brine to the oil recovery process in a covered clay pore structure is explored. Molecular dynamics simulations have shown that the addition of functionalized nanoparticles to the brine solution reduces the interfacial tension between oil and brine. Followed by an increase of the contact angle. By mapping these results into lattice Boltzmann parameters, the oil displacement process in hydrophilic pore models was investigated. Our simulations indicate that the observed changes in the interfacial tension and wettability by the inclusion of SiO2 nanoparticles indeed improve the oil recovery process in a microscale, and seems to be a good alternative as injection fluids for enhanced oil recovery techniques. Thus, our proposed hierarchical computational protocol that combines molecular dynamics and lattice Boltzmann method simulations can be a versatile tool to investigate the e.ects of the interfacial tension and wetting properties on fluid behavior at both nano and micro scales. Although it is clear that the search and development of new advanced materials continues to be a key factor in energy technologies, the present thesis represent a significant contribution to understand the fundamental phenomena underlying hydrogen production and storage, fuel cells, batteries, and fossil fuel applications.

Orientadora: Profa. Dra. Mariselma Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014

Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Os biopolímeros mostram-se materiais promissores na construção de dispositivos para aplicações na área biomédica. Dentro desta classe a policaprolactona vêm sendo amplamente empregada em sistemas de liberação controlada, uma vez que permite a incorporação de drogas preservando a atividade farmacológica. Neste trabalho, apresentamos a proposta de um material híbrido composto por policaprolactona (PCL) e micro-/nanotubos de L,L-difenilalanina (MNTs-FF). O biomaterial foi avaliado à temperatura ambiente nas concentrações de 0% a 50% de MNTs-FF. As propriedades morfológicas e estruturais dos compósitos foram investigadas por diferentes técnicas analíticas, espectroscópicas e microscópicas. Os resultados obtidos mostraram que, o peptídeo promoveu variações microestruturais na rede polimérica, impactando no diâmetro médio das fibras (~570-360 nm), na cristalinidade (34,6 - 6,6%) e na porosidade (74 - 50%). Como consequência, tais variações foram associadas ao comportamento elástico-plástico da matriz. O aumento da concentração de MNTs-FF contribuiu para um maior módulo de Young para as fibras de PCL (12,47-18,96 MPa). Testes de biodegradação enzimática mostraram uma perda significativa de massa para as membranas com peptídeos em relação ao polímero puro. Os compósitos de MNTs-FF/PCL foram avaliados na liberação controlada do fármaco lipofílico, benzocaína. As membranas apresentaram uma eficácia progressiva de liberação de ~13 horas, sendo este um resultado superior ao gel disponível no mercado atualmente. Logo, o compósito exibiu elevada resistência mecânica e características biodegradáveis, sendo propriedades favoráveis na aplicação como sistemas carreadores de fármacos. / The biopolymers appear to be promising materials for the development of devices for the biomedicine area. Within this class, the polycaprolactone has been widely used in systems of controlled liberation, once it allows the incorporation of drugs preserving the pharmacological activity. In this essay, we propose a hybrid material composed by polycaprolactone (PCL) and micro-/nanotubes of L,L-diphenylalanine (FF-MNSs). The biomaterial was evaluated under room temperature in the concentrations from 0% to 50% of FF-MNSs. The morphological and structural properties were investigated by different analytical, spectroscopical and microscopical techniques. The results showed that the peptide promoted microstructural variations in the polymeric net, having impact on the average diameter of the fibers (~570-360 nm), in the crystallinity (34.6- 6.6%) and in the porosity (74 - 50%). As a result, such variations were associated to the elastic-plastic behavior of the matrix. The increase in concentration of FF-MNSs contributed for a bigger Young module for the PCL fibers (12.47-18.96 MPa). Enzymes biodegrading tests showed a significant loss of mass for the membranes with peptides comparing to the pure polymer. The composite of FF-MNSs/PCL were evaluated in the controlled liberation of the lipophilic drug, benzocaine. The membrane presented a progressive liberation efficiency of ~13 hours, being this a superior result to the gel available in the market currently. Therefore, the composite showed high mechanical resistance and biodegradable features, which are favorable features in its use as drug carrier systems.

Orientador: Prof. Dr. José Fernando Queiruga Rey / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Neste trabalho foram construídos filmes finos automontados a base da imida aromática N,N¿-(2-fosfonoetil)-3,4,9,10-perilenodiimida (PPDI) utilizando a técnica de fosfonato de zircônio (ZP). Os filmes foram crescidos em substratos de silício e de ITO (óxido de índio dopado com estanho). O crescimento dos filmes foi acompanhado por espectroscopia de absorção no UV-visível no caso dos filmes em ITO e refletância especular no caso dos filmes em silício. No caso de filmes em ITO foram crescidas duas séries de filmes para avaliar os efeitos do tratamento térmico. A caracterização dos filmes foi feita por microscopia de força atômica (AFM) e refletividade de raios-X (XRR). As imagens de topografia obtidas por AFM mostram que o tratamento térmico proporcionou uma cobertura mais completa no substrato de ITO. Os valores de rugosidade quadrática média (RMS) obtidos mostram que a rugosidade dos filmes aumenta inicialmente mas passa a diminuir com a deposição de mais camadas. Isto sugere que o substrato pode influenciar na rugosidade do filme até um determinado número de camadas, e após isto, as camadas de filme previamente depositadas passam a ser o efeito predominante. As curvas de refletividade de raios-X sugerem que os filmes em silício estão mais organizados do que os filmes em ITO, demonstrando a influência do substrato na organização dos filmes automontados crescidos sobre ele. / In this work were constructed self-assembled thin films based on the aromatic imide N, N '- (2-phosphonoethyl) -3,4,9,10-perylendiimide (PPDI) using zirconium phosphonate method (ZP). The films were grown on silicon and ITO (indium-tin oxide) substrates. The growth of the films was monitored by absorption spectroscopy in the UV-visible in the case of films on ITO and specular reflectance in the case of films on silicon. Two series of films were grown on ITO substrates to evaluate the effects of heat treatment. The characterization of the films was made by atomic force microscopy (AFM) and X-ray reflectivity (XRR). The AFM topography images obtained show that the heat treatment provided a more complete coverage of the ITO substrate. The mean square roughness values (RMS) obtained show that the roughness of films initially increases but decrease with deposition of further layers. This suggests that the substrate can influence the roughness of the film up to a certain number of layers, and after that, the previously deposited film layers become the predominant effect. The reflectivity curves of X-rays suggest that the silicon films are more organized than the ITO films, demonstrating the influence of substrate on the organization of self-assembled films grown on it.

Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Com o desenvolvimento da nanociencia e nanotecnologia tem sido possivel construir e manipular diferentes materiais na escala nanometrica para as mais diversas aplicacoes como: em medicina, em cosmeticos, dispositivos eletronicos, sensores, biossensores, entre outras. Neste trabalho, apresentamos um estudo baseado na auto-organizacao de micro/nanoestruturas de peptideo (MNTs-FF), via fase solidavapor, sobre um eletrodo de ouro modificado com 4-mercaptopiridina (Au/MCP), visando aplicacao para deteccao de ureia. Estudamos a influencia do solvente no processo de nanoestruturacao do peptideo e observamos que o arranjo estrutural na qual a MNTs se cristaliza interfere fortemente na estabilidade do eletrodo, sendo a estrutura ortorrombica P22121, obtida em vapor de anilina, mais estavel do que a hexagonal P61, em vapor de agua. Essa diferenca estrutural e a chave para o bom desempenho do sensor, porque fornece uma interface contendo sitios de nitrogenio e oxigenio capaz de estabelecer ligacoes com a piridina do substrato (Au) e com os ions amonio e ureia, via interacoes cations ¿Î e ou ligacoes de hidrogenio, apresentando valor de sensibilidade e limite de deteccao para ureia de aproximadamente 81,3 ¿ÊA cm.2 mmol.1 L e 0,06 mmol L-1, respectivamente. A funcionalizacao das MNTs-FF com polianilina e pireno permitiu o ancoramento covalente da enzima urease a superficie do eletrodo Au/MCP/MNTs-FF, com sensibilidade e limite de deteccao frente a deteccao de ureia de 30.0 ¿ÊA cm-2 mmol L-1 e 0.17 mmol L-1 para o eletrodo contendo PANI/Urs, e 4.57 ¿ÊA cm-2 mmol L-1 e 0.15 mmol L-1 para o eletrodo pireno/Urs respecticamente. As MNTs-FF sintetizadas na presenca de nanotubos de carbono (NTc) nao apresentaram alteracao morfologica, porem, estudos de espectroscopia de impedancia eletroquimica (EIE) apontaram uma diminuicao na resistencia a transferencia de carga para o tres sistemas estudados: Au/MCP/MNTs-FF, Au/MCP/NTc/MNTs-FF, Au/MCP/NTc/MNTs-FF/Urs, Rtc 35,0, 0,80, 0,14 k¿¶, respectivamente, apresentando sensibilidade e limite de deteccao frente a deteccao de ureia de 1,5 ¿ÊA cm-2 mmol L-1 e 0,1 mmol L-1 respectivamente. / The development of nanoscience and nanotechnology open up possibilities for the building and construction of distinct materials in the nanometric scale for many different application, such as: in medicine, cosmetics, electronic devices, (bio) sensors, among others. In this work, we presented the self-assembly of peptide micro/nanostructures based in diphenylalanine (MNTs-FF), via solid-vapor phase, on gold electrode modified with 4-mercaptopyridine (Au/MCP), for urea sensing. We studied the influence of the solvent on the peptide self-assembly process, and observed that the structural arrangement in which the MNTs-FF crystallizes strongly influences the electrode stability, the orthorhombic P22121 structure were obtained under aniline vapor, that is more stable than the hexagonal P61 obtained under water vapor interaction. This structural difference is the key to the good sensing performance, because it provides an appropriate interface, containing nitrogen and oxygen sites able to establish bonds with the pyridine, and the ammonium ion or urea molecule, via cation ð interactions and or hydrogen bonds, with the sensitivity and detection limit for the urea sensing of ~ 81.3 ìA cm-2 mmol L-1 and 0.06 mmol L-1, respectively. The functionalization of MNTs-FF with polyaniline and pyrene allowed the covalent anchoring of the enzyme urease the surface of the electrode Au/MCP/MNTs-FF, with sensibility and detection limit for urea sensing of 30.0 ìA cm- 2 mmol L-1 and 0.17 mmol L-1 for the PANI/Urs, and 4.57 ìA cm-2 mmol L-1 and 0.15 mmol L-1 for the pyrene/Urs electrode respectively. The MNTs-FF synthesized in the presence of carbon nanotubes (NTC) showed no morphological change, however, studies of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed a decrease in charge transfer resistance for the three systems studied, Au/MCP/MNTs-FF, Au/MCP/NTc/MNTs-FF, Au/MCP/NTc/MNTs-FF/Urs, Rtc 35,0, 0,80, 0,14 kÙ, respectively, the sensibility and detection limit for urea detection of 1.5 ìA cm-2 mmol L-1 and 0.1 mmol L-1 respectively.

Orientador: Prof. Dr. Caetano Rodrigues Miranda / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / A presente Tese baseia-se nas aplicacoes das propriedades de Ressonancia Magnetica Nuclear (RMN) de Liquidos e de Estado Solido para entender alguns processos que ocorrem na dinamica de sistemas de interesse para a Industria do Petroleo via simulacoes computacionais moleculares. Portanto, na primeira parte, utilizou-se metodos de primeiros principios para caracterizar o processo de degradacao da pasta cimenticia e, a adsorcao de hidrocarbonetos em superficies minerais. Dessa forma, foi possivel avaliar sistemas de diferentes dimensoes desde de estruturas 3D ate 0D a partir de simulacoes baseadas na Teoria do Funcional da Densidade, com e sem van der Waals (vdW) para calcular os parametros espectrais de RMN. Por meio de simulacoes de RMN de Estado Solido, investigou-se o processo de degradacao da pasta cimenticia, conhecido como ataque tardio da etringita que ocorre por meio de reacoes do gesso hidratado (CaSO4.2H2O) com o aluminato tricalcico (Ca3Al2O6) formando o composto chamado etringita (Ca6Al2(OH)12.(SO4)3.26H2O). Os resultados para as tres estruturas bulk ou 3D, a partir dos nucleos de 43Ca, 33S, 27Al e 17O, mostraram, em particular, que os nucleos de calcio garantem indicacoes suficientes da estrutura que esta sendo avaliada, principalmente para o caso da etringita. Isso mostra que a coordenacao altera os espectros, uma vez que afeta o ambiente quimico local. Os sistemas de 2D representados pelas superficies de calcita (CaCO3 ) e silica (SiO2 ¿¿-quartzo (0001) hidrofobica e hidrofilica) foram igualmente abordados via simulacoes computacionais de RMN do Estado Solido. A calcita e a silica sao os principais constituintes das rochas sedimentares nos reservatorios de petroleo e uma caracterizacao detalhada da interacao dessas superficies minerais com hidrocarbonetos representativos do oleo e bastante oportuna. Para a primeira superficie, os espectros dos sitios de calcio garantiram informacoes a respeito local e o tipo de adsorbato. Similarmente para a segunda, as assinaturas dos nucleos de 17O permitiram observar a presenca dos adsorbatos na superficie bem como o tipo de superficie analisada. A segunda parte do estudo abrange as estruturas 0D, em que utilizou-se nanoparticulas (NPs) de SiO2 funcionalizadas com etileno glicol (EG) e acido sulfonico (AS) em solucao para obtencao dos tempos de relaxacao de RMN transversal (T2). A partir de simulacoes de Dinamica Molecular Classica pode-se observar que os sinais de T2 das moleculas de agua para o sistema bulk aproximam-se dos valores obtidos experimentalmente, validando o metodo. Com a adicao das NPs, os sinais de T2 sao devido a forte adsorcao da superficie hidrofilica das NPs de SiO2 com as moleculas de agua. Assim, podemos sugerir que a tecnica de RMN simulada pode ser uma ferramenta poderosa na analise de reservatorios, uma vez que perturbacoes no sistema podemser, efetivamente, detectadas. Alem de exercer papel importante na Recuperacao Avancada de Petroleo. / In this Thesis we explore computational applications of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) properties to understand some dynamic processes that occur in the oil reservoir systems. Therefore, we used first principles methods to characterize the delayed ettringite attack (DEA) and the adsorption of hydrocarbon molecules in the mineral surfaces. In this way, it was possible to evaluate different system dimensions since 3D to 0D nanostructures by computational simulations based on Density Functional Theory, with or without van der Waals (vdW) dispersion corrections, to achieve the Solid State Nuclear Magnetic Resonance (SSNMR) parameters. Through SSNMR simulations, cement phases: gypsum dihydrate (CaSO4.2H2O), tricalcium aluminate (Ca3Al2O6) and ettringite (Ca6Al2(OH)12.(SO4)3.26H2O), which are directly involved on DEA process were investigated. The results for the three bulk or 3D nanostructures from 43Ca, 33S, 27Al and 17O nuclei, shown in particular that calcium nuclei ensure sufficient guidance of the structure which is being evaluated, especially in the case of ettringite. This study shows that the coordination change the spectra, since it affects local chemical environment. The 2D systems represented by calcite (CaCO3 ) and silica (SiO2 ¿¿-quartzo (0001) hidrofobica e hidrofilica) surfaces were analyzed via ab initio SSNMR. Since calcite and silica is a major constituent of sedimentary rocks in oil reservoir, a more detailed characterization of the interaction between hydrocarbon molecules and mineral surfaces is highly desirable. Our results show a chemical shift differentiation for atoms located on different sites (bulk and surface) for calcite and silicate systems. Interestingly, the presence of hydrocarbon molecules also modifies the chemical shift of adsorbed the Ca and O sites for both surfaces, respectively. The second part concerns the 0D nanostructures, which is represented by SiO2 nanoparticles functionalized with ethylene glycol (EG) and sulfonic acid (SA). These NPs were immersed on water solution to obtain the relaxation time distribution, especially T2, by Molecular Dynamics simulations. It was found that the correlation function of water when the SiO2 is present takes longer because the water molecules can not rotate easily because the hydrophilic silica surface has a strong adsorption property. Therefore, T2 relaxation time is decreased compared to the bulk water and this is probably related to the fact that there is a hydrophilic silica surface in the system. Thus, we suggest that the simulated NMR technique can be a powerful tool in the analysis containers, since disturbances in the system can be effectively detected. In addition to play an important role in Enhanced Oil Recovery (EOR).

Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / O consumo de produtos eletrônicos pela sociedade provoca forte impacto ambiental no momento de descartar tais eletrônicos. Neste contexto, a busca por materiais ambientalmente amigáveis está alinhada às necessidades de nosso tempo. Nanoestruturas peptídicas derivadas de aminoácidos naturais possuem grande potencial para a fabricação de uma nova geração de dispositivos biodegradáveis, utilizando a rota de síntese de baixo para cima, sem a necessidade de caros processos litográficos. Neste trabalho, nanomateriais peptídicos foram utilizados tanto em sua forma pura quanto modificados com polímeros para a criação de dispositivos eletrônicos. Os efeitos da auto-organização das nanoestruturas sobre o desempenho e eficiência desses dispositivos foram investigados. Transistores orgânicos de efeito de campo (OFETs) baseados no dipeptídeo L,L-difenilalanina foram desenvolvidos pela primeira vez, tendo apresentado razões on/off e mobilidades da ordem de 103 e de 10-3 cm2 Vs-1. Esses valores são bastante promissores na busca de componentes eletrônicos que atendam às necessidades de desempenho atuais. Um diodo orgânico emissor de luz (OLED) também foi fabricado utilizando as nanoestruturas peptídicas de L,L-difenilalanina modificadas com o polímero emissor poli[2,7-(9,9-dioctilfluoreno)]. Embora o dispositivo tenha apresentado eficiência cerca seis vezes menor comparado ao sistema produzidos com o polímero puro, a introdução de peptídeos permitiu o uso de uma quantidade menor de polímero, além de exibir taxas de biodegradabilidade cerca de 85% maiores. A integração de nanoestruturas de peptídeos com dispositivos de eletrônica orgânica pode significar o início do desenvolvimento de materiais biodegradáveis para aplicação em dispositivos com alta demanda de consumo, tendo como consequência a diminuição do impacto ambiental proveniente da utilização destes dispositivos. / The consumption of electronic products in our society leads to strong environmental impact when such devices need to be discarded. In this sense, research on environmental friendly materials is aligned with the needs of our time. Peptide nanostructures derived from natural amino acids have great potential for producing a new generation of biodegradable devices using the "bottom-up" synthesis route without need for expensive lithographic processes. In this work, peptide nanomaterials were used either in pure form or modified with polymers for designing organic electronic devices and the effects of self-organization on performance and efficiency of these devices were investigated. Organic field effect transistors (OFETs) based on the dipeptide L-L-diphenylalanine were developed for the first time, exhibiting on/off and mobility values of the order of 103 and of 10-3 cm2 Vs-1. These values are very promising and meet the current performance needs in organic devices. An organic light emitting diode (OLED) was fabricated using a combination of peptide nanostructures and 9,9-dioctylfluorene emitting polymer. Although this device shows efficiency six times lower than those build up from pure polymer, they required a lower amount of polymer in the hybrid material and exhibited biodegradability rates ~ 85% higher than architectures exclusively based on pristine polymer. Integration of peptide nanostructures with organic electronic devices represent a milestone on developing biodegradable materials for use in devices with high demand in our society, resulting in reduced environmental impact.

Orientador: Prof. Dr. Herculano da Silva Martinho / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Tratamentos clínicos utilizando irradiação com Laser de Baixa Intensidade em frequências de infravermelho e visível tem tido boa eficácia e aceitação pela comunidade médica. Tratamentos exitosos em crescimento de cabelo, desordens da pele e em gordura sob a pele têm incentivado o desenvolvimento de aparatos de irradiação para fins comerciais. Nosso objetivo é chamar a atenção para as diferenças entre a frente de onda com padrão de intensidade uniforme, em comparação com frentes de onda não uniformizadas, podendo isto ser levado em conta na fabricação destes aparatos no futuro. Desta forma, foram utilizados cinco diferentes aparatos ópticos, sendo que um deles provê a frente de onda uniformizada, ao mesmo tempo cobrindo todo o poço de cultura, enquanto os demais fornecem frentes de onda não uniformizadas e cuja luz pode não cobrir inteiramente o poço de cultura. Sendo assim, as células epiteliais Vero, que representam a camada mais superficial da pele, foram irradiadas utilizando as cinco variações da óptica. Já os fibroblastos, que representam a camada mais interna da pele, foram irradiados apenas com o aparato que uniformiza a frente de onda. Todas as células foram cultivadas em poços de 9,8 cm2 e foram irradiadas em quadruplicata com uma única dose inicial. Os dados de espectroscopia FTIR e contagem foram obtidos a cada 24 horas por 5 dias no caso das células Vero e em tempos de 6, 12, 24, 36 e 48h para os fibroblastos. Estes foram mantidos em regime de starvation, apenas em presença do meio DMEM enquanto as células Vero foram cultivadas em presença de soro fetal bovino, além do meio. O comprimento de onda do laser foi de 633 nm e a densidade de energia foi de 0,5 J/cm2 para todos os aparatos. Os dados foram estatisticamente analisados por teste-t (contagens) e Análise dos Componentes principais (espectros). Ao irradiar as células Vero com cinco diferentes aparatos, demonstramos que estas responderam de forma diferente a cada aparato, tanto nos resultados das contagens como dos espectros. O aparato com uniformização da frente de onda demonstrou ser o mais adequa+do à tratamentos que requerem bioestimulação, pois foi o único que induziu à bioestimulação e não induziu à bioinibição. Sugerimos que este aparato pode ser utilizado para tratamentos com uma frequência de irradiação diária, para que os efeitos ocorram ao longo de vários dias. O aparato S4 demonstrou ser adequado para tratamentos que requerem bioinibição, sendo sugerida a irradiação em frequência de três dias por um de descanso. A irradiação em fibroblastos com o aparato que uniformiza a frente de onda gerou mais bioestimulação do que nas células Vero, apesar de não ter sido alimentada com soro fetal bovino, e ocorreu 18h antes do que nas células Vero. / Clinical treatments with Low Level Laser Intensity in the infrared and visible frequencies have proven efficacy and acceptance in the medical community. Successful treatments as in hair growing, in skin disorders, and in fat layer have helped the development of electronic apparatus for irradiation for commercial use. Our goal is to draw attention for the differences between the wave front with equalized intensity pattern, in comparison with non equalized wave front, which can be taken into account in the manufacture of these devices in the future. Thus, five different optical apparatus were used, one of which provides the equalized wave front at the same time covering the entire culture well, while others do not provide equalized wave front and whose light can not fully cover the well culture. Thus, Vero epithelial cells, which represent the most superficial layer of the skin were irradiated using the five optical variations. On the other hand, fibroblasts, which represent the innermost layer of the skin were irradiated with only the apparatus that equalizes the wavefront. All cells were grown in wells of 9.8 cm 2 in quadruplicate and were irradiated with a single initial dose. FTIR spectroscopy data and count were measured every 24 hours for 5 days in the case of Vero cells and 6 times, 12, 24, 36 and fibroblasts for 48h. These were maintained under conditions of starvation only in presence of DMEM medium while Vero cells were cultured in the presence of fetal bovine serum, besides the middle. The laser wavelength was 633 nm and the fluence was 0.5 J/cm2 for all apparatus. Data were statistically analyzed by t-test (counts) and analysis of the main components (spectrum). By irradiating Vero cells with five different apparatus, we demonstrated that these responded differently to each apparatus, either as the results of the counts of the spectra. The apparatus with standardization of wavefront has proven to be the most appropriate for treatments requiring biostimulation because it was the one that led to the biostimulation and did not induce the bioinhibition. We suggest that this apparatus can be used for treatments with a frequency of daily irradiation so that the effects occur over several days. S4 apparatus has shown be suitable for treatments requiring bioinhibition. It is suggested its irradiation in a frequency three by one day. Irradiation of fibroblasts with apparatus which equalizes the wave front has generated more biostimulation than in Vero cells, despite not having been fed with fetal bovine serum, and 18 hours before it occurred in Vero cells.