O uso de nanotubos de carbono (NTC) em compósitos Epóxi (EP)/Fibra de Vidro (FV), produzindo compósitos tri-componente, tem sido recentemente pesquisado, com alguns resultados interessantes relacionados a propriedades mecânicas e eletromagnéticas. Para que haja uma promoção mais significativa nas propriedades mecânicas, deve-se introduzir um teor de NTC maior do que 1% em massa, o que gera graves problemas de dispersão. O grande desafio de trabalhar com um elevado de NTC, é que a viscosidade da resina é significativamente aumentada em relação à resina pura, dificultando a dispersão e o processamento dos compósitos. Foi desenvolvida neste trabalho uma metodologia para dispersão de NTC em tecidos de FV, buscando aumentar os teores de NTC em compósitos tri-componente EP/NTC/FV e produzidos por moldagem por transferência de resina (RTM). Os compósitos tri-componente foram caracterizados por meio de ensaios mecânicos como tração, flexão, impacto Izod, cisalhamento interlaminar (ILSS), dureza Barcol e da análise dinâmico-mecânica (DMA); além da inspeção por ultrassom e avaliação da atenuação da radiação eletromagnética. Os compósitos apresentaram um aumento aproximado de 10% nas propriedades mecânicas, porém mostrando um maior potencial com relação à atenuação eletromagnética, onde alcançaram valores de absorção de ondas de até 95%. / The use of carbon nanotubes (CNT) in Epoxy (EP)/Glass Fiber (GF) composites, producing tri-component composites, has been widely researched, with some interesting results related to mechanical and electromagnetic properties. When the goal is a significant improvement in mechanical properties, CNT content greater than 1%wt. may be necessary, which yields serious dispersion problems. The great challenge when processing a high CNT content resin is that its viscosity is significantly increased in comparison with the neat resin, preventing adequate dispersion and processing of the composite. In this work, a methodology for the dispersion of CNT in GF fabrics was developed aiming to increase the CNT content in EP/CNT/GF tri-component composites produced by resin transfer molding (RTM). The composites were characterized using tensile, flexural, Izod impact, interlaminar shear strength (ILSS), Barcol hardness testing and dynamic mechanical analysis (DMA); ultrasound inspection and attenuation of electromagnetic radiation evaluation were also carried out. The tri-component composites showed an overall maximum increase of only 10% in the mechanical properties, but displayed great potential use for attenuation of electromagnetic radiation, reaching 95% wave absorption.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-09-26T15:00:31Z No. of bitstreams: 1 RENATA BARBOSA - TESE (PPGEP) 2009.pdf: 13292645 bytes, checksum: e1d1eb846f17881cd108a8bad8f924ec (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-26T15:00:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RENATA BARBOSA - TESE (PPGEP) 2009.pdf: 13292645 bytes, checksum: e1d1eb846f17881cd108a8bad8f924ec (MD5) Previous issue date: 2009-06-19 / Nanocompósitos de PEAD/argila bentonítica modificada e sem modificação foram preparados por meio do processo de intercalação por fusão. Realizou-se, previamente um estudo sistemático com quatro sais quaternários de amônio e em três tipos de argilas bentoníticas. Em seguida, fez-se a escolha de um sal quaternário de amônio e de uma argila bentonítica para dar continuidade ao trabalho. A argila escolhida foi organofilizada usando-se diferentes percentuais de sal quaternário de amônio 100%, 125% e 150% baseados na capacidade de troca de cátions (CTC) da argila. Ficou evidente por difração de raios- X (DRX) que os sais foram incorporados à estrutura da argila confirmando assim sua organofilização. Em princípio, todos os sais poderão ser usados para a organofilização da argila e, consequentemente nos sistemas de nanocompósitos PEAD/argila organofílica. Porém, foi verificado que o tipo de ânion presente pode influenciar a estabilidade térmica do sal quaternário de amônio. Os nanocompósitos foram preparados em uma extrusora de rosca dupla contrarrotacional e, em seguida, corpos de prova foram moldados por injeção. Para a avaliação da inflamabilidade dos sistemas foi utilizado o teste de queima na posição horizontal segundo a norma (UL-94HB) e o método do Calorímetro de Cone. O comportamento térmico dos nanocompósitos foi avaliado por temperatura de deflexão térmica (HDT) e termogravimetria (TG). As técnicas de DRX e microscopia eletrônica de transmissão (MET) foram utilizadas para caracterizar a morfologia e analisar o grau de expansão das argilas preparadas bem como o grau de esfoliação dos nanocompósitos. As propriedades mecânicas de tração e impacto também foram analisadas. Para efeito de comparação, determinadas composições foram extrudadas utilizando-se duas configurações de roscas da extrusora ZSK-30 corrotacional, com objetivos de variar as condições de processo e melhorar as propriedades dos nanocompósitos obtidos. Observou-se que o percentual de sal de amônio e o tipo de compatibilizante polar influenciam nas propriedades finais dos nanocompósitos. / High Density Polyethylene (HDPE) nanocomposites containing unmodified and modified bentonite clay were prepared by melt intercalation technique. Initially, four quaternary ammonium salts and three types of bentonitic clays were studied. Afterwards, one type of salt and one type of clay were chosen for the study. The clay was organophilized using 100,125 and 150wt% of quaternary ammonium salt based on cationic exchange capacity (CEC) of the clay. It was evident from the X-ray diffraction (XRD) that the salts were incorporated into the clay structure confirming its organophilization. In general, all salts may be used for clay organophilization and hence, on HDPE/Organophilic clay nanocomposites. However, it was verified that the type of anion present may influence the thermal stability of the quaternary ammonium salt. The nanocomposites were prepared in a counter-rotating twin screw extruder and the samples were prepared by injection molding. For the evaluation of the flammability, horizontal burn (UL-94HB) and cone calorimeter methods were used. The thermal behavior of the nanocomposites was analyzed by Heat Distortion Temperature (HDT) and Thermogravimetry (TG). XRD and Transmission Electron Microscopy (MET) techniques were used to characterize the morphology and analyze the degree of expansion of the prepared clays, and also the degree of exfoliation of the nanocomposites. Mechanical properties (Tensile and Impact strength) were also analyzed. Some compositions were extruded using two screw configurations of ZSK-30 co-rotacional extruder with the aim of improving the properties of the nanocomposites obtained by varying the processing conditions. It was observed that the percentage of the ammonium salt and the type of polar compatibilizer influence the final properties of the nanocomposites.

Orientadores: Lucia Helena Innocentini Mei, Marcos Akira d'Avila / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T08:22:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bizarria_MariaTrindadeMarques_M.pdf: 2194752 bytes, checksum: 4e957a01de264fbcff7d460f5c539bac (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O estudo de nanocompósitos de poli(tereftalato de etileno) reciclado (PETr), principal objeto deste trabalho, foi dividido em duas partes. Preliminarmente, foram preparados nanocompósitos de PETr, com diversos teores (1, 3 e 5% em massa) de montmorilonita organicamente modificada (MMTm), pelo método de intercalação no estado fundido, em uma extrusora de dupla rosca corotacional à velocidade de 250 rpm. Buscando um melhor entendimento sobre as implicações que envolvem a preparação de nanocompósitos com respeito ao sistema PETr/MMTm disponível comercialmente, na segunda parte deste estudo, além de diferentes teores (neste caso 2,5 e 5,0%), distintas velocidades da rosca foram também utilizadas (250 e 150 rpm). Adicionalmente, para efeitos comparativos, foram ainda processados nanocompósitos com equivalentes formulações, porém com matriz de PET virgem. Como na primeira parte, a morfologia dos corpos de prova moldados por injeção foi avaliada por difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). As propriedades térmicas e mecânicas dos nanocompósitos obtidos foram então analisados por calorimetria diferencial exploratória (DSC) e testes de impacto e tração. As imagens de MET mostraram uma morfologia mista exibindo lamelas intercaladas e também algumas esfoliadas. Uma pequena quantidade de agregados pôde também ser observada. Teores mais elevados de MMTm conduziram a valores mais altos de cristalização desenvolvida dentro do molde de injeção, o que indica que a MMTm atuou como agente nucleante como ficou evidenciado pela diminuição e pelo aumento das temperaturas de cristalização, a frio e a partir do fundido, respectivamente, nos nanocompósitos resultantes. Os valores máximos para o módulo de Young foram observados nos nanocompósitos contendo 5% de MMTm processados a 150 rpm. A análise morfológica efetivamente revelou um maior grau de esfoliação para os nanocompósito baseados em matriz de PET virgem. Contudo a termo-estabilidade dos nanocompósitos de PETr, durante o processo de injeção, foi relativamente superior àquela mostrada pelos de PET virgem. A obtenção de nanocompósitos de PET reciclado (com vistas a futuras aplicações de engenharia) mostrou-se viável, mesmo quando comparada à de nanocompósitos com matriz do material virgem / Abstract: The study of the recycled poly(ethylene terephthalate) (rPET) nanocomposites, which was the main object of this work, has been divided into two parts. At first, nanocomposites of rPET with several amounts (1, 3 and 5wt.%) of an organic modified montmorillonite (mMMT) were prepared by direct melt intercalation process in a co-rotating twin-screw extruder at 250 rpm. In order to obtain a better understanding about the implications that involve the preparation of nanocomposites regarding the system rPET and a commercial mMMT, in the second part of this study, besides different amounts of mMMT (2.5 and 5.0% in this case), different screw rotation speed (250 and 150 rpm) were also used. In addition, as a reference, nanocomposites with the same formulations but with virgin PET matrix were also processed. As in the first part, the morphology of the injection-molded formulations was evaluated by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). Thermal and mechanical properties of the resulting nanocomposites were then analyzed by differential scanning calorimetry (DSC), tensile and impact tests. The TEM images showed a mixed morphology with intercalated and some exfoliated platelets, a little amount of aggregated platelets could also be observed. Higher concentrations of mMMT led to higher values of crystallization into the mold. This indicates that mMMT actuated as nucleating agent, as evidenced by a decrease and an increase in both cold and melt crystallization temperatures in the obtained nanocomposites, respectively. Maximum enhancement in Young¿s modulus was observed in the nanocomposites containing 5 wt% of mMMT processed at 150 rpm. The morphological analysis has effectively revealed a better degree of exfoliation for the nanocomposites based in virgin PET matrix. However, the thermal stability of the rPET nanocomposites, during de injection-molding process, was relatively better than those of the virgin PET. The obtaining of rPET nanocomposites, having in mind future engineering applications showed availability even when compared with virgin material nanocomposites / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Drug delivery systems based on gold nanomaterials are regarded as one of the most effective methods for the treatment of cancer. In this work, we developed a nanocarrier based on a thiol-organofunctionalized chitosan and gold nanoparticles (AuNPs)for docetaxel, an antineoplastic drug used for the treatment of lung, prostate, leukemia and malignant melanoma tumors. Initially, chitosan (CS) was modified with cysteine (CYS) by coupling them using N,N′-Dicyclohexylcarbodiimide (DCC). The presence of thiols groups in CS was confirmed by FTIR spectroscopy. Subsequently, AuNPs were synthesized and passivated by sodium citrate. From UV-vis spectroscopy analysis, it was possible to obtain a strong absorbance band at 520 nm, which is related to the localized surface plasmon resonance (LSPR). The size distribution of the nanoparticles was obtained by TEM, showing an average size of around 18nm. Then, a study using UV-vis spectroscopy, DLS, zeta potential and SEM was performed to understand the formation of the nanocomposite AuNPs/CS-SH. In this study, it was observed that the nanoparticles systematically aggregate in the presence of the polymeric matrix, changing their optical and morphological properties through time and amount of CS-SH. The release profile of the DTX with CS-SH was twice as much as the free drug, as well as, the material gave a controlled release up to 48 hours and constant up to 120 hours, unlike the free drug. After that time, the absorbance values remained constant until approximately 80 hours, unlike the free drug. The use of the zero order kinetic model allowed a better understanding of the drug release profile with the material. / Com o advento da nanotecnologia, sistemas avançados de entrega de fármacos têm sido eficazes no tratamento do câncer. Nesse trabalho, desenvolvemos um carreador para o fármaco antineoplásico docetaxel (DTX) a partir do sistema de liberação controlada formado por uma quitosana organofuncionalizada com grupos tióis e nanopartículas de ouro (AuNPs). Para a produção do carreador, a quitosana (CS) foi modificada com cisteína e acoplada por dicicloexilcarbodiimida (DCC). A presença dos grupos tióis na CS foi confirmada pelos espectros obtidos por FTIR. Posteriormente, as AuNPs foram sintetizadas e passivadas pelo método do citrato de sódio e, a partir da espectroscopia de absorção na região do UV-vis, foi possível obter uma banda de absorbância intensa na região de 520 nm. Os diâmetros médios das nanopartículas foram observados por TEM, obtendo um tamanho médio de aproximadamente 18 nm. Na sequência, realizamos um estudo cinético para entendermos melhor o comportamento entre o material produzido e as AuNPs, comprovando a interação destes a partir das medidas de FTIR, essa técnica também foi importante para comprovação da interação entre o fármaco e o material produzido. Complementar a este estudo, as técnicas de DLS, potencial Zeta e MEV foram utilizadas, sendo fundamentais para definirmos a massa ideal da quitosana modificada (CS-SH) nos testes de liberação. O perfil de liberação do DTX com o material foi o dobro em relação ao fármaco livre, bem como, o material proporcionou uma liberação mais lenta, nas primeiras 8 horas e continuou liberando até aproximadamente as 48 horas. Após esse tempo, os valores de absorbâncias permaneceram constantes até aproximadamente as 80 horas, diferentemente do fármaco livre. A utilização do modelo cinético de ordem zero possibilitou um melhor entendimento do perfil de liberação do fármaco com o material. / São Cristóvão, SE

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nanostructured carbon materials production can constitute an alternative for a sustainable management of residues originated from petrochemical waste and agriculture activities, toward the development of multifunctional ―green‖ materials. The coconut processing industry generate a significant amount of waste (45% of mass). The shell, fibers and coconut coir dust have been studied extensively to produce conventional carbon materials. The goal of this work was to produce carbon-clay nanocomposites and carbon nanostructures by hydrothermal route. By using coconut fiber residue as carbonaceous precursor along with lamellar (montmorillonite and kaolinite) and fibrous clays (sepiolite and attapulgite).The obtained materials were characterized by X-ray diffraction, Raman and Infrared spectroscopy, thermogravimetry, scanning and transmission electron microscopy and area and porosity measurements by BET. Carbon phase formation was indicated by infrared results with bands at ~ 1444 cm-1 and ~ 1512 cm-1 assigned to C=C of aromatic groups. Raman spectroscopy results showed presence of carbonaceous species by the appearance of D and G bands assigned to disordered and graphitic crystallites, respectively. The estimated particle size based on Raman bands was found between 8-33 nm. SEM results showed that the morphology of coconut coir dust was preserved and all materials showed overlapping sheets and plates formation. In transmission electron microscopy (TEM) images it was possible to observe three types of carbon nanostructures: sheets, fibers and nanoparticles. It was observed the formation of very thin amorphous sheets, as well as the presence of partially ordered graphitic domains and disperse carbon nanoparticles. / A produção de materiais de carbono nanoestruturados pode constituir uma alternativa para a reutilização de resíduos provenientes da indústria petroquímica e atividades agrícolas, abrindo um caminho para o desenvolvimento de materiais ―verdes‖ multifuncionais. Da indústria do processamento do coco, origina-se uma quantidade significativa de resíduos (45% do fruto). A casca, fibras e pó de coco são estudados extensivamente para a produção de materiais de carbono convencionais. A proposta deste trabalho foi produzir nanocompósitos de carbono-argila e nanoestruturas de carbono, via rota hidrotérmica. Para tanto foi utilizado o pó de coco in natura como precursor carbonáceo e argilas lamelares (montmorillonita e caulinita) e fibrosas (atapulgita e sepiolita). Os materiais obtidos foram caracterizados por difração de Raios-X, espectroscopia Raman e no Infravermelho, Termogravimetria, Microscopia eletrônica de Varredura (MEV) e Transmissão (MET), e medidas de área superficial e porosidade por BET. A formação de carbono foi indicada pelos resultados de infravermelho com bandas em ~1444 cm-1 e ~1512 cm-1 atribuídas a C=C de grupos aromáticos. Os resultados de espectroscopia Raman evidenciaram a presença de espécies carbonáceas pelo aparecimento das bandas D e G atribuídas, respectivamente, a presença de desordem e cristalitos de grafite. A faixa de tamanho de partícula estimada a partir das bandas Raman está entre 8-33 nm. Os resultados de MEV mostraram que a morfologia do pó de coco foi preservada e todos os materiais obtidos apresentaram a formação de folhas sobrepostas e placas. Nas imagens de microscopia eletrônica de transmissão (MET) foi possível observar a formação de três tipos de nanoestruturas de carbono: folhas, fibras e nanopartículas. Observou-se a formação de folhas muito finas, de caráter predominantemente amorfo, bem como a presença de domínios grafiticos parcialmente ordenados, e nanopartículas de carbono dispersas.

Os modos de interação de silsesquioxano poliédrico oligomérico (POSS) de gaiolas fechadas com distintos grupos funcionais foram avaliados na nanoestruturação de polipropileno isotático (iPP) via processamento reativo. Analisaram-se POSS com grupos substituintes isobutila, alila e vinila em concentrações de 0,5, 1, 2 e 5%m misturados a iPP fundido utilizando peróxido de dicumila (DCP) como iniciador. Na caracterização dos nanocompósitos foram utilizadas diversas técnicas. A morfologia foi avaliada através de cromatografia por exclusão de tamanho, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, microscopia de transmissão e difração de raios X. O comportamento viscoelástico dos materiais no estado fundido foi medido por reologia oscilatória e no estado sólido por análises dinâmico-mecânicas. As transições térmicas foram levantadas tanto por análises dinâmico-mecânicas como por calorimetria diferencial de varredura. Modificações morfológicas e viscoelásticas importantes foram observadas para os nanocompósitos em dependência do tipo e teor de POSS empregado. A adição do Octaisobutil-POSS (OI) sugere ação estabilizante radicalar e lubrificante para este POSS. Os efeitos da incorporação do Alilisobutil-POSS (AL) indicam que este atuou como agente plastificante em função da concentração. Com Octavinil-POSS (OV) os nanocompósitos parecem adquirir estrutura ramificada ou interligada em dependência da concentração. A ativação radicalar promovida pelo DCP mostrou-se fundamental na enxertia de alguns POSS. Assim, a forma e intensidade das interações entre nanocargas e matriz foram definidas pelos grupos funcionais e concentração dos POSS. Alterações observadas na morfologia, propriedades térmicas e viscoelásticas são resultantes dessas formas e graus de interação. Deste modo, foi possível propor mecanismos de interação e arranjos morfológicos entre iPP, DCP e POSS pela avaliação do conjunto de resultados obtidos. / The interaction modes of polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) of closed cages with distinct functional groups were evaluated on isotactic polypropylene (iPP) nanostructuration via reactive processing. POSS were analyzed with isobutyl, allyl and vinyl substituent groups in concentrations of 0.5, 1, 2 and 5m% mixed with melting iPP using dicumil peroxide (DCP) as initializer. Several techniques were used to characterize the nanocomposites. The morphology was evaluated through size exclusion chromatography, Fourier transformed infrared spectroscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction. The samples viscoelastic behavior in melting state was measured by oscillatory rheometry and in solid state by dynamic mechanical analysis. The thermal transitions were obtained through dynamic mechanical analysis and differential scanning calorimetry. Important morphology and viscoelastic modifications were observed in nanocomposites by dependency on the type and content of POSS used. The addition of OctaIsobutyl-POSS (OI) suggests lubricant and radicalar stabilizing action for this POSS. The AllylIsobutyl-POSS (AL) incorporation effects indicate that this one acted as plasticizing agent in function of concentration. With OctaVinyl-POSS (OV), the nanocomposites seem to acquire ramified or interlinked structure in dependency on concentration. The radicalar activation promoted by DCP was decisive in the grafting efficiency for some POSS. Therefore, the mode and the interaction intensity between nanoparticles and polymeric matrix were defined by functional groups and POSS concentration. Changes observed in morphology, thermal and viscoelastic properties as in solid state as in melting state are results of these modes and interaction degrees. It was possible to propose interaction mechanisms and morphology arrangements among iPP, DCP and POSS by evaluation of the obtained results as a whole.

Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / Os nanocompósitos baseados em biopolímeros mostram-se materiais promissores na construção de dispositivos para aplicações na área biomédica. Dentre estes, o poli(álcool vinílico) vem sendo amplamente empregado em sistemas de curativos inteligentes, uma vez que permite a incorporação de drogas e de proteínas preservando a atividade farmacológica. Neste trabalho, apresentamos a proposta de um material, preparado por eletrofiação, composto pelo poli(álcool viníco) (PVA) parcialmente hidrolisado (matriz polimérica) e de nanotubos de titanato de sódio (NTTi), que possui propriedades bactericidas (fase dispersa). O material foi avaliado à temperatura ambiente nas concentrações de 0% a 10% de NTTi. As propriedades morfológicas e estruturais dos nanocompósitos foram investigadas por diferentes técnicas analíticas, espectroscópicas e microscópicas. Os resultados obtidos mostraram que, os NTTi promoveram variações microestruturais na rede polimérica, impactando no diâmetro médio das fibras (~140-220 nm), na cristalinidade (43 - 50%) e na porosidade (68 - 58%). Como consequência, tais variações foram associadas ao comportamento viscoelástico da matriz. O aumento da concentração de NTTi contribuiu para uma redução nos valores dos módulos de armazenamento (~350 ¿ 220 MPa) e perda (~30 ¿ 25 MPa) o que indica uma melhora na propriedade de tenacidade. Os testes de permeação em células de Franz por 48 horas mostraram que, nos tipos de mantas de PVA (0% e com 5,0% NTTi) avaliadas o processo de permeação da albumina sérica bovina (BSA) se inicia a partir de seis horas de coleta e é mais regular na manta contendo 5,0% de NTTi. / Biopolymers based nanocomposites are promising materials for the construction of devices for biomedical applications. Among these, polyvinyl alcohol has been widely used in intelligent dressing systems, since it allows the incorporation of drugs and proteins preserving the pharmacological activity. In this work, we present the proposal of a material, prepared by electrospinning, composed of partially hydrolyzed polyvinyl alcohol (PVA) (polymer matrix) and sodium titanate nanotubes (NTTi), which has bactericidal (dispersed phase) properties. The electrospun fibrous mats was evaluated at room temperature at concentrations of 0% to 10% NTTi. The morphological and structural properties of the nanocomposites were investigated by analytical, spectroscopic and microscopic techniques. The results showed that the NTTi promoted microstructural variations in the polymer matrix, impacting the mean fiber diameter (~ 140-220 nm), the crystallinity (43 - 50%) and the porosity (68 - 58%). Consequently, such variations were associated with the viscoelastic behavior of the matrix. The increase in NTTi concentration contributed to a reduction in storage modulus values (~ 350 - 220 MPa) and loss (~ 30 - 25 MPa) indicating an improvement in tenacity property. Permeation tests on Franz cells for 48 hours showed that the permeation of bovine serum albumin (BSA) occurs in both PVA mats (0% and 5.0% NTTi), but it is easier the membrane only of PVA.

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Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In this work the synthesis of MgCdS ternary semiconductor nanocrystal alloys has been carried out by aqueous route through a bottom-up approach, using conventional hydrothermal heating as well as in situ onto graphene matrices. In the synthesis of MgCdS nanocrystals, the effect of each reaction parameter on the spectroscopic properties was studied aiming to understand the possibilities to control the optical properties. Emission spectra of MgCdS samples obtained in the experiments designed to optimize reaction parameters exhibited a single emission band reflecting nanocrystal growth, with quantum yields as high as 85%. Based on the presence of two bands in absorption spectra as well as atomic absorption spectrometry (AAS) data it was possible to propose that nanocrystals are composed of Cd and Mg. Concerning the structural architecture, it has been proposed that nanocrystals show a core-shell structure with a diffuse interface. Data from AAS also showed that the final composition of nanocrystals is generally different from the initial reaction Cd:Mg proportion, as the metal precursors have distinct reactivities. Morphological analyses by transmission electron microscopy (TEM) of nanocrystals evidenced the predominance of spherical shapes and sizes below 4 nm. Studies of the formation of nanocrystal alloys with Mg1-xCdxS and Cd1-xMgxS composition, by ion exchange from the binary components MgS and CdS helped the discussion of spectroscopic behavior of the ternary system MgCdS. It was possible to confirm that the introduction of a second cation (Cd2+ or Mg2+) into each binary structure (MgS or CdS) is consistent with the observation of two absorption bands and only one emission band. The addition of graphene derivatives during the synthesis of MgCdS nanocrystals was carried out aiming to improve the properties of the materials, as well as providing a physical support to the nanocrystals, favoring future applications. The presence of graphene induced shifts in the emission bands to larger wavelengths concomitant with intensity reduction, which can be taken as evidence of interactions between the materials. The morphologies of composites were characterized by typical graphene sheets decorated with spherical nanocrystals. / Neste trabalho foram realizadas as sínteses de nanocristais (NCs) semicondutores ternários de MgCdS via síntese aquosa através da metodologia bottom-up, assistida por tratamento térmico hidrotermal convencional, além da síntese in situ de nanocompósitos de MgCdS em matrizes de grafeno. A síntese do nanocristal de MgCdS foi avaliada através do efeito da variação de cada parâmetro de síntese sobre as propriedades espectroscópicas do material, a fim de se compreender as possibilidades de controle das propriedades ópticas. Os espectros de emissão dos NCs de MgCdS, referente ao estudo de otimização dos parâmetros de síntese, apresentaram uma única banda de emissão intensa que reflete o crescimento do nanocristal, com rendimentos quânticos de fotoluminescência elevados, chegando a 85%. Com base na presença de duas bandas de absorção no espectro de UV-visível, bem como de dados de espectrofotometria de absorção atômica (AAS), pode-se inferir que os nanocristais são compostos pelos metais de Cd e Mg, propondo-se a hipótese de uma arquitetura caroço-casca com interface difusa. Os dados obtidos através de AAS mostraram também que, como os precursores tem reatividades distintas, a composição dos materiais formados tende a diferir da proporção Cd2+:Mg2+ utilizada na reação. As análises morfológicas realizadas por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) permitiram verificar o contorno esférico e uniforme das nanoesferas e estimar o tamanho dos nanocristais, sendo abaixo de 4 nm. Estudos de formação de ligas do tipo Mg1-xCdxS e Cd1-xMgxS, por troca iônica a partir dos componentes binários MgS e CdS permitiram compreender melhor os dados espectroscópicos dos nanocristais formados introduzindo ambos precursores simultaneamente. Confirmou-se que a introdução do segundo cátion (Cd2+ ou Mg2+) em cada estrutura binária (MgS ou CdS) de fato causa a formação de duas bandas de absorção e somente uma de emissão. A implementação de derivados de grafeno na síntese do MgCdS foi realizada a fim de aprimorar as propriedades gerais do material, bem como de propiciar um suporte físico aos nanocristais de MgCdS, favorecendo aplicações. A presença do grafeno na síntese do nanocristal proporcionou deslocamento da banda de emissão para maiores comprimentos de onda com redução da intensidade luminescente, evidenciando interações entre os materiais. As morfologias dos compósitos apresentam folhas de grafeno decoradas com nanocristais esféricos. / São Cristóvão, SE

No presente trabalho foram realizadas a síntese e caracterizações estruturais, ópticas e espectroscópicas de materiais nanocompósitos na forma de guias de onda planares e pós de (100-x)SiO2-xNb2O5 dopados com íons lantanídeos pelo método sol-gel, para aplicação em Fotônica. Foi observada separação de fase controlada e cristalização, com distribuição e tamanho de partículas, bem como a fase cristalina de Nb2O5 formada, dependentes da composição (%Nb) e temperatura de tratamento térmico. Caracterizações estruturais revelaram a formação de duas fases cristalinas de Nb2O5, ortorrômbica (fase T) e monoclínica (fase M), com distribuição de tamanhos de nanopartículas da ordem de 7 a 30 nm. Essas duas fases cristalinas apresentaram-se na forma de nanocristais dispersos em uma matriz amorfa, formando sistemas nanocompósitos transparentes. A formação dessas diferentes fases cristalinas influenciou diretamente nas propriedades luminescentes dos materiais que apresentaram uma intensa emissão na região do Infravermelho próximo (com máximo de emissão em 1530 nm) sob excitação em 980 nm, com valores de largura de banda variando de 48 a 84 nm. A dependência dos espectros de emissão (largura inomogênea e componentes Stark), valores de largura de banda e tempos de vida do estado excitado 4I13/2 em relação às diferentes fases cristalinas de Nb2O5 formadas, permitiram a conclusão de que os íons Er3+ estão ocupando preferencialmente ambientes de baixa energia de fônon à base de Nb2O5. Estudos espectroscópicos dos nanocompósitos dopados com íons Eu3+ possibilitaram maiores evidências da ocupação dos íons lantanídeos em diferentes sítios de simetria no Nb2O5. A co-dopagem dos nanocompósitos com íons Er3+ e Yb3+ permitiu uma intensificação na emissão na região do Infravermelho próximo, correspondente à transição 4I13/24I15/2, decorrente da maior seção de choque dos íons Yb3+ em 980 nm e um processo eficiente de transferência de energia entre os íons Yb3+ e os íons Er3+ distribuídos nas matrizes estudadas. Essa transferência de energia eficiente intensificou também as emissões tanto na região do verde como do vermelho, decorrente de processos de conversão ascendente. Um estudo detalhado da dinâmica do processo de conversão ascendente foi realizado para os pós e guias de onda. No presente trabalho também foram obtidos guias de onda planares (100-x)SiO2-xNb2O5 dopados com íons Er3+ e co-dopados com íons Er3+ e Yb3+, com excelentes propriedades estruturais, morfológicas, ópticas e espectroscópicas para aplicação como amplificadores ópticos, tais como, superfícies livres de trinca, distribuição uniforme dos valores de índice de refração através da superfície e em função da profundidade, baixa rugosidade, alta porcentagem de confinamento da luz, uma excelente transparência das matrizes no visível e infravermelho próximo, bem como emissão em região usada para transmissão de sinal óptico em telecomunicações. Os guias de onda apresentaram intensas emissões tanto na região do Infravermelho próximo quanto no visível, decorrente de processos de conversão ascendente, apresentando ainda uma interessante variação das cores verde e vermelha, dependendo-se da potência de excitação utilizada e da proporção em mol (%) de Nb adicionada. Após a constatação dos excelentes resultados obtidos nos guias dopados com íons Er3+ e Yb3+, foram preparados nanocompósitos co-dopados com Tm3+ e Yb3+ na forma de pós e guias de onda planares, que apresentaram uma largura de banda de 120 nm na região do infravermelho próximo (com máximo de emissão em 1650 nm) e emissões na região do azul (475 nm) e no infravermelho (785 nm), decorrentes de processos de conversão ascendente. Por fim, foi realizada inscrição bem sucedida de canais nos guias de onda planares utilizando um laser de Ti:safira de femtosegundos. Em suma, os materiais nanocompósitos (100-x)SiO2-xNb2O5 apresentam um grande potencial de aplicação, especialmente em fotônica como amplificadores ópticos (EDWA) em telecomunicações, em circuitos fotônicos, lasers na região do visível (explorando conversão ascendente de energia), marcadores ópticos, dependendo fundamentalmente dos íons lantanídeos utilizados na dopagem. No caso especifico de amplificadores ópticos para telecomunicações, pôde-se concluir que as propriedades mais adequadas foram observadas nos materiais nanocompósitos (100-x)SiO2-xNb2O5 guias de onda planares contendo as proporções 80Si-20Nb e 70Si-30Nb tratados termicamente a 900oC co-dopados com íons Er3+/Yb3+ e Tm3+/Yb3+ / In the present work are reported the synthesis and structural, optical and spectroscopic characterizations of lanthanide doped (100-x)SiO2-xNb2O5 nanocomposites materials as planar waveguides and powders prepared by the sol gel method for photonic applications. The controlled phase separation and crystallization observed, as well as the particle size and distribution depended on the composition (%Nb) and the annealing temperature. The structural characterization revealed the formation of two Nb2O5 crystalline phases, orthorhombic (T-phase) and monoclinic (M-phase), with nanoparticle size distribution from 7 to 30 nm. The two crystalline phases were observed as nanocrystals dispersed in an amorphous matrix, constituting transparent nanocomposite systems. The formation of the different crystalline phases affected directly the materials luminescent properties which showed an intense near infrared emission (with maximum peak at 1530 nm) under 980 nm excitation, with bandwidth values from 48 to 84 nm. The dependence of emission spectra (inhomogeneous broadening and Stark components), the bandwidth values and the 4I13/2 excited state lifetimes dependence upon the different Nb2O5 crystalline phases formation, led to the Er3+ ions preferential occupation on low phonon energy, Nb2O5-rich environment. Spectroscopic studies with Eu3+-doped nanocomposites provided additional evidences of the lanthanide occupation of different symmetry sites on the Nb2O5-rich environment. The nanocomposites co-doping with Er3+ and Yb3+ ions allowed intensification on the near infrared emission, corresponding to the 4I13/24I15/2 transition, which resulted from the higher cross section of Yb3+ ions at 980 nm and an efficient energy transfer process between the Yb3+ ions and the Er3+ ions. This efficient energy transfer process also intensified the emissions both in green and red range, deriving from upconversion processes. A detailed study on the upconversion processes was made for nanocomposites and waveguides. In the present work, Er3+-doped and Er3+ and Yb3+ co-doped planar waveguides (100-x)SiO2-xNb2O5 with excellent optical, morphological and spectroscopic properties were also obtained, such as, crack free surfaces, a uniform refractive index profile across the surface and the thickness, low rugosity, high light confinement, low optical losses, and an excellent infrared and visible range matrix transparency, as well as emission used on optical telecommunication transmission. The waveguides showed emission both on near infrared and visible range, resulting from upconversion processes, showing an interesting color tuning phenomena in the green and red ranges, dependent on the excitation power and Nb content (mol%). After the excellent results verified with Er3+ and Yb3+, Tm3+ and Yb3+ co-doped nanocomposites and planar waveguides were prepared, which showed a bandwidth of 120 nm in the infrared range (with maximum peak at 1650 nm) and blue (475 nm) and near infrared (785 nm) emissions deriving from upconversion processes. Finally, channel writing using a femtosecond Ti:sapphire laser was successfully performed on the planar waveguides. Therefore, the (100-x)SiO2-xNb2O5 nanocomposite materials have shown great potential application, especially in photonic, such as, optical amplifiers (EDWA), photonic circuits, visible range lasers (exploring upconversion processes), and optical markers, depending on the lanthanide doping. In the specific case of optical amplifiers for telecommunication application, it could be concluded that the most adequate properties were observed on the ions Er3+/Yb3+ and Tm3+/Yb3+ co-doped (100-x)SiO2-xNb2O5 nanocomposites at 80Si-20Nb and 70Si-30Nb ratios, annealed at 900°C