Semicondutores orgânicos têm atraído cada vez mais atenção da comunidade científica e de indústrias. O grande interesse se divide entre a riqueza de fenômenos físicos e químicos a serem estudados e o seu grande potencial de aplicação tecnológica nas mais diversas áreas: diodos emissores de luz (OLEDs), células solares e fotodiodos, transistores, biosensores, sensores de radiação ionizante, entre outros. O objetivo deste trabalho foi de contribuir para o avanço de duas áreas de aplicação, ambas relacionadas com a interação de radiação eletromagnética com a matéria: células solares e dosimetria de radiação gama. Na área de células solares, foram explorados dois dos principais limitadores do aumento de eficiência de conversão de potência: a falta de materiais com absorção na região em que o Sol emite mais fótons (infravermelho próximo (NIR)) e a dificuldade de controle da morfologia interna das células. Foi demonstrado um novo conceito de fabricação de células solares através da nanoestruturação de filmes finos poliméricos. A metodologia de estruturação se baseia no processo de separação de fases em blendas poliméricas durante o processo de deposição por spin-coating e a subseqüente remoção de uma das componentes. Assim é possível obter uma camada ativa cobrindo todo o substrato e apresentando ondulações na superfície que podem ser variadas desde alguns nanômetros de altura e largura até micrômetros. O processo de nanoestruturação é discutido e dispositivos fotovoltaicos foram produzidos cobrindo filmes nanoestruturados de MEH-PPV com fulereno C60. A eficiência de conversão de potência destas células é três vezes maior do que o melhor resultado já reportado para este par de materiais até o momento e atinge quase 3% sob irradiação monocromática. Utilizando corantes cianinos, dispositivos fotovoltaicos e fotodiodos com resposta desde no visível até o infravermelhor próximo (~1000 nm) foram demonstrados e foi observado um papel importante dos íons móveis presentes nos corantes. Finalmente, foi demonstrada a aplicabilidade de um corante polimerizado como dosímetro de radiação gama. A faixa de operação do dosímetro pode ser alterada variando-se a concentração da solução do corante, que poderia ser utilizado na região de doses de irradiação de alimentos. / Organic semiconductors have atracted much attention from the scientific community and from the industry. The large interest is divided between the rich number of basic physical and chemical phenomena to be investigated and the great technological potential for application in different areas, such as light emitting diodes (OLEDs), solar cells, photodiodes, transistors, biosensors, ionizing radiation sensors, among others. The subject of this work was to contribute to a deeper understanding of two areas of application, both related to the interaction of electromagnetic radiation with matter: solar cells and gamma ray dosimetry. In the area of solar cells, the lack of materials absorbing in the near infrared (NIR) and the poor control of the morphology of the active films are limiting factor to increasing device efficiency. Therefore both this aspects were explored. A new concept of organic solar cell fabrication was presented based on the anostructuration of polymeric thin films. The methodology is based on phase separation of polymer blends during spin-coating followed by the selective removal of one component. This allows the controlled formation of thin films with characteristic features varying from a few nanometers to micrometers. The effects of molecular weigth, solvent and relative composition were investigated and discussed based on the analysis of AFM images and phase separation models. Devices using structured MEH-PPV layers, covered by C60 were fabricated and showed white light power conversion efficiencies (?) up to 400 % higher than a flat double layer device. Monochromatic ? achieved 2.95 % (480 nm), three times higher than the best reported value for this material combination so far. Using cyanine dyes, photovoltaic devices and photodiodes active in the NIR (~1000 nm) were demosntrated and an important effect of movable ions present in the dyes was observed. Finally, the application of a polymerized dye as gamma ray dosimeter was demonstrated. The operation range can be altered by varying the concentration of polymer in solution, and are useful in the range of low dose food irradiation.

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T19:11:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dartora_CesarAugusto_D.pdf: 2101604 bytes, checksum: 3eb6940416ec56ede441909468db04be (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O interesse atual e crescente nos sistemas mesoscópicos se deve à miniaturização cada vez maior dos dispositivos eletrônicos e à produção de materiais com possibilidade de armazenar informação em altas densidades (Gbits e Terabits/pol 2 ). A Física Mesoscópica descreve fenômenos que ocorrem em uma escala de tamanhos intermediária entre o macroscópico e o microscópico. Esta região cinzenta permite interpolar entre o regime atômico-molecular e o limite macroscópico, dominado este último pelas propriedades de volume (bulk ), que são objetos usuais de estudo em Física da Matéria Condensada. Na escala de nanometros e dezenas de nanometros, os elétrons podem propagar-se sem sofrer espalhamento inelástico (regime balístico) e a fase da função de onda pode manter sua coerência em escala da ordem do tamanho do sistema, dando lugar aos típicos fenômenos de interferência quântica. Neste trabalho fazemos um estudo detalhado das propriedades de transporte quântico em sistemas mesoscópicos, onde as barreiras de tunelamento fazem parte de diversos dispositivos eletrônicos. Estes sistemas incluem barreiras isolantes entre eletrodos metálicos, nanocontatos metálicos e junções tipo Josephson entre supercondutores. As principais estruturas aqui estudadas são as junções magnéticas de tunelamento e os nanofios e nanocontatos ferromagnéticos. Em ambos o fenômeno da magnetorresistência gigante (GMR) está presente, porém as origens do fenômeno são diferentes. Em junções de tunelamento a GMR tem origem na densidade de estados dos elétrons de condução nos eletrôdos ferromagnéticos, entre os quais uma barreira isolante é colocada, bem como no tunelamento inelástico assistido por mágnons que surgem nas interfaces entre eletrodos e região isolante. Em nanocontatos e nanofios o fenômeno deve-se principalmente ao forte espalhamento de elétrons com dependência de spin na presença de paredes de domínio magnéticas / Abstract: The interest in mesoscopic systems has grown significantly due to the increasing miniaturization of electronic devices and the production of materials which makes possible to store information in higher densities (Gbits and Terabits/in 2 ). The Mesoscopic Physics describes phenomena that happen in an intermediary scale of sizes between the macroscopic and the microscopic world. This gray region allows to interpolate between the atomic-molecular regime and the macroscopic limit, the last one dominated by bulk properties which are the usual subject of Condensed Matter Physics. In the nanometer and tens of nanometers scale electrons can pro-pagate without suffering inelastic scattering (ballistic regime) and the phase of the wavefunction maintain its coherence in the scale of system¿s size, giving place to the typical phenomena of quantum interference. In this work a detailed study of quantum transport properties in mesoscopic systems, where the tunnelling barriers make part of many electronic devices, is done. These systems include insulating barriers between metallic electrodes, metallic nanocontacts and nanowires, and Josephson junctions between superconductors. The main structures here studied are magnetic tunnelling junctions and ferromag-netic nanowires and nanocontacts. In both cases the giant magnetoresistance phe-nomenon (GMR) is present, however the origins of it are quite different. In tun-neling junctions, where an insulating barrier is placed between two ferromagnetic electrodes, the GMR is due to both, density of states effects at the ferromagnetic elec-trodes, and inelastic tunneling from magnons at the interface regions. In nanowires and nanocontacts the transport is strongly in uenced by spin-dependent scattering in the presence of magnetic domain walls / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

This work investigates the compositional and nanostructural variability of celluloses isolated from plants and the impact of the variability in the production of cellulose nanocrystals. A variable set of cellulose isolated from plants were generated starting with a range of feedstocks (coconut fiber, sisal fiber, eucalyptus sawdust, pine sawdust, sugarcane rind and sugarcane pith), applying a range of cellulose isolation processes (acetossolv, liquid hot water, alkaline, and liquid hot water + alkaline) and adding commercial cellulose (eucalyptus kraft pulp, dissolving pulp, and microcrystalline cellulose) as reference materials. The nanostructural characteristics were evaluated by calorimetric thermoporometry, X-ray diffraction, and moisture sorption isotherms. Composition was evaluated by standard wet chemical analysis and insights on functional groups were obtained by infrared spectroscopy. The cellulose nanocrystals were produced by acid hydrolysis with sulfuric acid and characterized by atomic force microscopy and X-ray diffraction. The measured parameters of the isolated celluloses were spread, showing we could achieve a highly diverse set of substrates. Significant correlations between measured variables across the sample set, indicating possible unforeseen multivariate relations among cellulose features. For example, we could show that cellulose monolayer hydration is determined by both hemicelluloses content (compositional parameter) as well as cellulose crystal width (structural parameter). Cellulose nanocrystals were successfully produced, although in some cases such as for the acetossolv pulps the acid conditions were too aggressive and oxidized the substrates. Finally, some quantitative correlations were seen between the parameters of cellulose substrates and the resulting cellulose nanocrystals. These results supply the first hints about how the nanostructural variability of isolated cellulose can influence the cellulose nanocrystals produced from them. / Este trabalho investiga a variabilidade composicional e nanoestrutural de celuloses isoladas de plantas e o seu impacto na variabilidade na produção de nanocristais de celulose. Um conjunto variável de celuloses isoladas de plantas foi gerado a partir de uma série de matérias-primas (fibra de coco, sisal, serragem de eucalipto, serragem de pinheiro, casca de cana e miolo de cana), aplicando uma série de processos de isolamento de celulose (hidrotérmico, alcalino, hidrotérmico + alcalino e acetosolve) e adicionando celuloses comerciais (polpa kraft de eucalipto, polpa para dissolução e celulose microcristalina) como materiais de referência. As características nanoestruturais foram avaliadas por termoporometria calorimétrica, difração de raios X e isotermas de sorção de umidade. A composição foi avaliada por análise química húmida padrão e os conhecimentos sobre grupos funcionais foram obtidos por espectroscopia de infravermelhos. Os nanocristais de celulose foram produzidos por hidrólise ácida com ácido sulfúrico e caracterizados por microscopia de força atômica e difração de raios-X. Os parâmetros medidos das celuloses isoladas foram distribuídos, demonstrando que poderíamos alcançar um conjunto altamente diversificado de substratos. Correlações significativas entre as variáveis medidas foram observadas em todo o conjunto amostral, indicando possíveis relações multivariadas imprevistas entre as características da celulose. Por exemplo, poderíamos demonstrar que a monocamada de hidratação de celulose é determinada tanto pelo conteúdo de hemiceluloses (parâmetro de composição) quanto pela largura do cristal de celulose (parâmetro estrutural). Os nanocristais de celulose foram produzidos com sucesso, embora em alguns casos, como nas polpas acetosolve, as condições ácidas fossem muito agressivas e oxidassem os substratos. Finalmente, algumas correlações quantitativas foram observadas entre os parâmetros dos substratos de celulose e os nanocristais de celulose resultantes. Estes resultados fornecem as primeiras dicas sobre como a variabilidade nanoestrutural da celulose isolada pode influenciar os nanocristais de celulose produzidos a partir deles.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-07T18:43:28Z No. of bitstreams: 1 LuzyannePereira.pdf: 2863158 bytes, checksum: ff3a4e65449af34c7e12b19e0f749f60 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-07T18:43:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LuzyannePereira.pdf: 2863158 bytes, checksum: ff3a4e65449af34c7e12b19e0f749f60 (MD5) Previous issue date: 2011-08-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / In this dissertation we present, by computational simulations based in the density functional theory implemented in the SIESTA code, a study on the electronic and energetic properties of face centered cubic (fcc) and body centered cubic (bcc) crystal strutures interspersed with FeCl3 and CrO3 molecules composed by fullerene C60. For this study we used LDA and GGA approximations to represent the exchange-correlation term. Our results suggest that fcc-C60 and bcc-C60 structures interspersed with FeCl3 and CrO3 molecules are stable in terms of the LDA approximation, with the structure interspersed with CrO3 being more energetically favorable . The electronic properties of these systems were analysed by means of projected density of states (PDOS). We have observed that the electronic properties of fcc-C60/bcc-C60 were a ect when interspersed with FeCl3 and CrO3 molecules. The pure fcc-C60/bcc-C60 structures are semiconductor materials with band gap energy around 1,58 eV. When the fcc-C60 interacts with FeCl3 and CrO3 molecules the band gap energy changes to 0.68 eV (semiconductor character ) and almost zero (metalic character), respectively. In the other hand, the bcc-C60 structure interacting with FeCl3 and CrO3 molecules presents metalic and semiconductor (with decreasing of the band gap from 1.58 to 1.20 eV) character, respectively. / No presente trabalho estudamos as propriedades energeticas e eletronicas do solido C60, nas estruturas cubica de face centrada e cubica de corpo centrado, intercalado com as moleculas FeCl3 e CrO3, atraves de simulacão computacional de primeiros princípios baseada na teoria do funcional da densidade, implementada no programa computacional SIESTA. Este estudo foi realizado considerando as aproximações LDA e GGA para o termo de troca e correlação. Analisando o resultado da interação do C60 nas estruturas fcc e bcc com as moleculas FeCl3 e CrO3, observamos que os sistemas sao mais estaveis na aproximacao LDA, sendo que o sistema CrO3/fcc (bcc) é energeticamente mais favoravel. As propriedades eletronicas destes sistemas sao analisadas atraves da densidade de estados projetada (PDOS). As propriedades eletronicas do solido C60 nas estruturas fcc e bcc puro sao afetadas pela intercalaçao das moleculas FeCl3 e CrO3. O C60 na estrutura fcc é semicondutor com gap de energia em torno de 1;58 eV, mas quando intercalado com a molecula FeCl3 veri camos que o sistema permanece semicondutor, com gap de 0;68 eV. Já para o sistema CrO3/fcc observamos que este passa a ser metalico. O C60 bcc puro é semicondutor, mas quando intercalado com a molecula FeCl3, o sistema passa a apresentar carater metalico. Enquanto que intercalado com o CrO3, o sistema permanece semicondutor com gap de energia reduzido para 1;20 eV.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-26Bitstream added on 2014-06-13T20:02:11Z : No. of bitstreams: 1 goes_ms_dr_araiq.pdf: 3670097 bytes, checksum: d69a455bd6ce2d38167baa998e957859 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Diferentes morfologias nanoestruturadas foram estudadas por Espectroscopia de Impedância visando ampliar as suas funcionalidades em células solares. As análises realizadas em células solares sensibilizadas por corante à base de nanotubos de ZnO são reportadas. Essas células exibiram uma alta eficiência para coleta dos elétrons ao longo dos nanotubos de ~64 μm de comprimento. A Espectroscopia de Impedância Eletroquímica, a análise de potencial de circuito aberto e de conversão dos fótons incidentes em corrente elétrica foram usados para estudar o transporte e o tempo de vida das cargas elétricas durante o processo de conversão de energia. Apesar de o fotoanodo ser relativamente extenso, o tempo de extração da carga foi muito mais rápido do que o observado para nanopartículas de TiO2 tradicionais aplicados a esse tipo de célula. A coleta rápida dos elétrons é de importância prática porque permite uma alternativa ao uso do par redox convencional ( ), uma vez que a dinâmica na intercepção do elétron é mais rápida ocasionando uma significativa redução de perda na fotocorrente. Em outra frente são relatadas as análises efetuadas em células à base de TiO2 recobertas com ZrO2 e que empregam Spiro-OMeTAD como molécula condutora de buracos. Filmes mesoporosos de TiO2 recobertos com ZrO2 foram utilizados como elétrodos ativos para aplicação em células solares do estado sólido, sendo que os dispositivos foram caracterizados por Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. A técnica de deposição de camadas atômicas de ZrO2 foi usada com o intuito de passivar os estados de aprisionamento superficiais durante o funcionamento do dispositivo. Isso foi realizado mediante o recobrimento (precisão em Angström) dos filmes mesoporosos de TiO2 com óxido de zircônio. Foi possível verificar que o recobrimento produz um aumento no desempenho geral da... / Different nanostructured anode morphologies - aiming at extending the functionality in solar cells - had been studied by Electrochemical Impedance Spectroscopy. The analyses were carried out in dye-sensitized solar cells based on ordered arrays of polycrystalline ZnO nanotubes. These cells exhibit efficient electron collection over the entire photoanode of ~64 μm length. Electrochemical Impedance Spectroscopy, open circuit photovoltage decay and incident-photon-to-current efficiency spectra are used to quantify conductivity and lifetime. Although the photoanode used is relatively long, the extraction time was faster than in traditional photoanodes based on TiO2 nanoparticles. The fast collection of electrons is of practical importance; it allows an alternative to the use of the conventional redox electrolyte ( ), because electron-interception dynamics is faster, which reduces significantly the photocurrent loss. On the other hand, solid-state dye-sensitized solar cells based on TiO2/ZrO2 core/shell nanoparticles, using a hole transport molecule named Spiro-OMeTAD, were also characterized. The atomic layer deposition technique was used with the intention of passivating the TiO2 surface with ZrO2. It was observed that the coating enhances the general performance of the photoelectrochemical cell after two ZrO2 deposition cycles. The Electrochemical Impedance Spectroscopy measurements provided evidence that the ZrO2 coating reduces recombination losses at the TiO2/Spiro-OMeTAD interface. Besides, the technique showed that the ZrO2 coating reduces the inductive effect at low frequency, this reduction being attributed to the passivation of localized surface states. Finally, results on the study of the effect of the Spiro-OMeTAD concentration (5 to 25 %) in the fabrication of solar cells, are discussed. Variations in recombination and capacitance correlate well with the ... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Alexys Bruno Alfonso / Banca: Lucila Helena Deliesposte Cesgato / Banca: Clarissa de Almeida Olivati / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem carater institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: Os cristais fotônicos têm recebido grande atenção da comunidade científica nos últimos anos. As suas aplicações incluem a construção de guias de onda, chips ópticos e células solares, o controle de emissão de radiação e o gerenciamento de informações. Neste trabalho são calculados os modos de propagação de ondas eletromagnéticas em cristais fotônicos bidimensionais. Os cristais estudados são arranjos de fios circulares infinitos de um tipo de meio óptico, imersos numa matriz de outro meio óptico. As estruturas cristalinas consideradas são a quadrada simples, hexagonal simples e honeycomb. É analisada a propagação perpendicular aos fios e, portanto, são consideradas duas polarizações: a transversão elétricas e a transversal magnética. Os cálculos numéricos são realizados para diferentes combinações dos materiais que compõem o cristal fotônico. Isto permite investigar como o espectro fotônico depende da geometria do cristal e do contraste entre os meios ópticos que o compõem. Para resolver a equação de ondas, o campo eletromagnético é expresso como combinação linear de um conjunto de ondas harmônicas planas. Foi encontrado bom acordo entre as frequencia calculadas e resultados disponíveis na literatura do tema, corroborando a existência de gaps fotônicos parciais nas estrutuaras simples e gaps fotônicos completos na estrutura honeycomb. Além disso, verificou-se que o surgimento de gaps requer menor constrate de índice de refração no caso hexagonal, quando comparado com o quadrado / Abstract: Photoic crystals have received some attention from the scientific community in the las years. Their applications include the fabrication of waveguides, optical chips and solar cells, control of radiation emission and information management. In this work, the propagation of electromagnetic waves in two-dimensional photonic crystals is theoretically investigated. The structures under study are periodic arrangements of infinite circular wires of a given optical medium, immersed in a matrix of another optical medium. The considered cyrstalline structures are the simple square, the simple hexagonal and the honeycomb lattices. Only the propagation perpendicular to the wires is analyzed. Hence, we consider two polarizations: transverse electrical and transverse magnetic. The calculations are performed for different combinations of the materials composing the crystal. This allows the investigation of how the photonic spectrum depends on both the crystal geometry and the contrast between the refractuve index of the composing materials. The wave equation is solved by expressing the solution as a linear combination of a set of harmonic plane waves. Good agreement between the calculated frequencies and the results available in the literature is found, thus confirming the existence of partial photonic gaps in the simple lattices and complete photonic gaps in the honeycomb lattice. Moreover, it was verified that occurrence of gaps in the hexagonal case requires less refractive-index contrast, when compared with the square one / Mestre

Orientador: Dayse Iara dos Santos / Banca: Alejandra Hortencia Miranda González / Banca: Marcela Mohallem Oliveira / Resumo: O campo dos nanomateriais tem se expandido enormemente nas últimas décadas principalmente devido às suas propriedades especiais. As experiências descritas na literatura em grande gama de aplicações mostram propriedades elétricas, magnéticas, ópticas e outras, extremamente aperfeiçoadas com relação aos sisstemas macroscópios. A ciência e tecnologia trabalham atualmente com inúmeras técnicas químicas para a obtenção de óxidos e dentre elas destaca-se o Método Poliol por ser vantajoso e adequado na preparação de nanopartículas com variadas morfologias, dimensões e crisalinidade. Entretanto, poucos estudos foram realizados sobre a síntese e a caracterização de compósitos com o propósito de investigar as propriedades resultantes da possível sinergia obtida a partir da interação entre dois óxidos nanoestruturados. Este trabalho teve como objetivo a síntese e a caracterização de compósito nanoestruturado formado de dois óxidos multifuncionais: o óxido de zinco e o dióxido de titânio. Para a síntese foram utilizados o acetato de zinco dihidratado e o isopropóxido de titânio para a obtenção do ZnO e do TiO2, respectivamente. o compósito foi obtido pelo Método Poliol a partir da interrupção momentânea da síntese dos óxidos isolados seguido da mistura das soluções. O compósito, assim como os óxidos sintetizados isoladamente, foram caracterizados po9r difração de raios X (DRX), análise térmicas (TG/DTA), medidas de adsorção de gás nitrogênio (BET), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de adsorção de luz na região do ultravioleta, visível e infravermelho, espectroscopia Raman. O compósito formado pelo Método Poliol apresentou o ZnO na forma aglomerado, porém nanoestruturado, e o TiO2 após tratamento térmico de 400º C. Foi verificada ainda a presença de resíduos orgânicos nos materiais como... (Resumo completo, clicar acesso / Abstract: The field of nanomaterials has expanded greatly in recent decades mainly due to its special propoerties. The experiments described in the literature in a wide variety of applications show electrical properties, magnetic, optical and others, extremely improvement properties with respect to macroscopic systems. Science a technology are currently working with numerous chemical techniques to achieve oxides and them stands out the Polyol Method to be advantageous and appropriate in the preparation of nanoparticles with various morphologies, size and crystallinity. However, few studies have been done on the synthesis and characterization of composites in order to investigate the resultants properties from possible synergy obtained from the interaction between two nanoestructured oxides. This work aimed to the synthesis and characterization nanostructured composites formed by two multifunctional oxides, zinc oxide and titanium dioxide. For the synthesis were used zinc acetate dihydrate and titanium isopropoxide to obtain the ZnO and TiO2, respectively. The composite was obtained by Polyol from the interruption of the synthesis of single oxides followed by mixing the solutions. The composite, as weell as oxides separately synthesized, were characterized by X-ray diffraction (XRD), thermal analysis (TG/DTA), meassurements of nitrogen gas adsorption (BET), scanning electron microscopy (SEM), YV-VIS and IR absorption spectroscopy and Raman spectroscopy. The composite obtained by the Polyol Method presented ZnO as agglomerate, however nanostructured, and TiO2 after heat treatment of 400ºC. It was also verified the presence of organic waste in the materials as synthesized and titanium glycolate as an intermediate in the reaction of titanium dioxide. A comparison of optical behavior, as synthesized composite formed by ZnO and titanium... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-03-22T16:54:11Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10843444 bytes, checksum: 24a52ea9ba0a82f88e28e1a691b3b6a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T16:54:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10843444 bytes, checksum: 24a52ea9ba0a82f88e28e1a691b3b6a6 (MD5) Previous issue date: 2016-08-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho trata do crescimento e caracterização de nanoestruturas semicondutoras crescidas pela técnica de epitaxia por feixe molecular. Os resultados mostram a confecção de novas estruturas, assim como o uso de substratos complacentes em estudos básicos de fenômenos de crescimento. Duas metodologias distintas foram empregadas. A primeira metodologia explora o uso de membranas parcialmente relaxadas como substratos virtuais para deposição de InAs. A amostra usada como substrato exibe diferentes parâmetros de rede para a parte não relaxada, relaxada e as rugas. Uma grande migração do material depositado (InAs) foi observado com acúmulo de material no topo das rugas. Uma análise semi quantitativa do misfit strain mostra que o material migra para as áreas com menor misfit strain, ao qual representa a região com menor potencial químico de superfície. Migração de material também é observado nas regiões auto suportadas de InGaAs presente na amostra. Nossos resultados mostram que a parte relaxada e rugas oferecem um lugar para o crescimento do InAs que fundamentalmente muda o comportamento do crescimento durante a deposição. Na segunda metodologia, a técnica de “Local Droplet Epitaxy” e “Ga assisted deoxidation” foram combinadas para a criação de buracos na superfície do substrato de GaAs. Na estrutura gerada foi conduzido um estudo morfológico do preenchimento com diferentes espessuras de AlGaAs o que gerou uma estrutura formada por buraco + monte. Esta estrutura tem uma profundidade média de 19 nm, comprimento de 780 nm e largura de 200 nm. As estruturas foram preenchidas com diferentes quantidades de GaAs e cobertas por uma camada de AlGaAs/GaAs gerando estruturas mesoscópicas de GaAs com 1,2 μm de comprimento e 150 nm de largura. As características óticas destas estruturas foram estudadas por microfotoluminescência. Foi observado emissões óticas à temperatura ambiente. Medidas à baixa temperatura demonstraram que o espectro ótico é formado por diferentes linhas excitônicas. Assim foi fabricado novas estruturas com características únicas que podem ser aplicadas para estudos básicos ou em dispositivos. / The present work deals with the growth and characterization of semiconductor nanostructures by molecular beam epitaxy. The results show the production of new nanoestructures as well as the use of compliant substrates for basic studies of growth phenomena. Two diffents methodologies were employed in this work. The first method exploits the use of partly released, relaxed and wrinkled InGaAs membranes as virtual substrates for overgrowth with InAs. Such samples exhibit different lattice parameters for the unreleased epitaxial parts, the released flat, back-bond areas and the released wrinkled areas. A large InAs migration towards the released membrane is observed with a material accumulation on top of the freestanding wrinkles during overgrowth. A semi- quantitative analysis of the misfit strain shows that the material migrates to the areas of the sample with the lowest misfit strain, which we consider as the areas of the lowest chemical potential of the surface. Material migration is also observed for the edge-supported, freestanding InGaAs membranes found on these samples. Our results show that the released, wrinkled nanomembranes offer a growth template for InAs deposition that fundamentally changes the migration behavior of the deposited material on the growth surface. In the second part, the Local Droplet Epitaxy and Ga assisted deoxidation technique were combined for fabricate holes in the GaAs surface. We study the initial hole template created and its overgrowth with AlGaAs generating a hole-mount structure. These hole-mount structures, with a hole depth of up to 19 nm and a length of ca. 780 nm and a width of ca. 200 nm, are than filled with GaAs and caped with a top AlGaAs/GaAs layer resulting into mesoscopic structures of up to 1.2 μm length and 150 nm width. We study the optical characteristics of the structures by photoluminescence. We observe room temperature emission from the mesoscopic structures. Low temperature photoluminescence investigations demonstrate that the optical emission is composed by single separated excitonic lines of several coupled, unstrained areas of the mesoscopic structure. Hence, we manufactured a unique optical emitter for potential application in base research or devices

Orientador :Prof. Dr. Francisco Filipak Neto / Coorientador : Prof. Dr. Frank Kjeldsen / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular. Defesa: Curitiba, 28/03/2017 / Inclui referências / Resumo: Devido a intensa produção e incorporação de AgNP em produtos para consumo, espera-se que estas sejam, direta ou indiretamente, liberadas em ambiente naturais, o que representa uma via de exposição em potencial não apenas para a biota, mas também para humanos. Apesar de muitos estudos terem demonstrado o potencial tóxico de AgNP em células e organismos, a co-exposição com contaminantes onipresentes na natureza, como metais, pode induzir efeitos que não podem ser previstos a partir daqueles gerados por exposições isoladas. Nesta tese, as interações toxicológicas entre AgNP e Cd/Hg foram investigadas em células HepG2. No primeiro capítulo, ensaios bioquímicos, microscopia confocal e quantificação intracelular de metais indicaram que as co-exposições resultam em interações toxicológicas, sendo a associação de AgNP+Cd mais tóxica do que AgNP+Hg. Aumentos nos níveis de EROs citosólicas e mitocondrial foram observados após 2-4 h de exposição a AgNP+ Cd/Hg, porém esse efeito foi parcialmente revertido após 24 h de exposição a AgNP+Hg. Ainda, decréscimos da viabilidade celular, metabolismo, proliferação e atividade dos transportadores MDR foram mais pronunciados em células co-expostas aos contaminantes do que aos contaminantes individuais. As co-exposições levaram ao aumento da morte celular, principalmente por necrose, e aumento na concentração intracelular de Hg. Desta forma, interações toxicológicas resultam na potencialização da toxicidade de AgNP, Cd e Hg. Enquanto o aumento intracelular de Hg pode estar relacionado com a maior toxicidade de AgNP+Hg, essa lógica não é válida para os efeitos deletérios observados após a co-exposição a AgNP+Cd. Desta forma, o segundo capítulo foi conduzido de modo a explorar mais aprofundadamente os efeitos celulares e moleculares induzidos pela associação entre as AgNP e Cd. A viabilidade celular e relação ADP/ATP foram pouco alteradas após 4 h de exposição; no entanto, esses parâmetros foram substancialmente alterados após 24 h. Os resultados da análise proteômica seguiram o mesmo padrão: enquanto após 4 h as exposições aos contaminantes o proteoma total das células foi pouco alterado, após 24 h de exposição às AgNP e Cd, cerca de 7% e 2% do proteoma total foi desregulado, respectivamente, enquanto 43% deste foi alterado após co-exposição a AgNP+Cd. Resumidamente, a toxicidade desta associação parece estar envolvida com a inativação de Nrf-2, o que pode resultar na redução dos níveis da defesa antioxidante, e proteínas relacionadas aos proteossomos; redução dos níveis de proteínas envolvidas na via glicolítica e aumento nos níveis de proteínas envolvidas com a fosforilação oxidativa e metabolismo de lipídios, o que pode indicar uma tentativa de retorno às condições de homeostase energética. No entanto, essa estratégia de adaptação celular não foi suficiente para reestabelecer a homeostase de ADP/ATP e impedir a morte celular. De maneira geral, este estudo fornece as primeiras informações a respeito da interação toxicológica entre AgNP e metais não essenciais em modelo in vitro. Palavras-chave: AgNP, cádmio, mercúrio, co-exposição, interação, ensaios bioquímicos, proteômica. / Abstract: Due to the increasing production and applications of AgNP in consumer products, AgNP are expected to be, directly or indirectly, released into natural environments, representing a potential threat to the biota and humans. An increasing number of studies have described the toxic potential of AgNP in cells and organisms. However, co-exposure of AgNP with ubiquitous contaminants, such as metals, may result in non-predictable outcomes. In this thesis, toxicological interactions of AgNP, Cd and Hg were investigated in HepG2 cells. In the first chapter, biochemical endpoints, confocal microscopy and intracellular metal concentration indicated that the co-exposures led to toxicological interactions, with AgNP + Cd being more toxic to HepG2 cells than AgNP + Hg. Early (2-4 h) increases of cytosolic and mitochondrial ROS were observed in the cells co-exposed to AgNP + Cd/Hg, in comparison to the control and individual contaminants, but the effect was partially reverted in AgNP + Hg at the end of 24 h-exposure. In addition, decreases of mitochondrial metabolism, cell viability, cell proliferation and ABC-transporters activity were also more pronounced in the co-exposure groups. Foremost, co-exposure to AgNP and metals potentiated cell death (mainly by necrosis) and Hg (but not Cd) intracellular levels. Therefore, toxicological interactions seem to increase the toxicity of AgNP, Cd and Hg. While an increase of Hg uptake might be related to the increase of toxicity after exposure to AgNP+Hg, this logic is not valid for the high toxicity observed after co-exposure to AgNP+Cd. Therefore, the second chapter was conducted to further explore cellular and molecular effects induced by this co-exposure. Cell viability and ADP/ATP ratio were slightly affected after the 4 h exposure to individual and combined exposures. However, these endpoints were strongly altered after 24 h co-exposure to AgNP+Cd compared to the control and individual exposures. The proteomics data followed the same trend: minor deregulation at 4 h-exposure in all groups and 7% (AgNP), 2% (Cd) and 43% (AgNP+Cd) at 24 h-exposure. Briefly, the toxicity induced by AgNP+Cd seems to be involved the inactivation of Nrf-2, which can result in down-regulation of antioxidant defense and proteasome related proteins, down-regulation of glycolysis related proteins and upregulation of oxidative phosphorylation and lipid metabolism proteins. This may indicate an attempt to reestablish homeostasis. Thus, the adaptation strategy was not able to restore ADP/ATP homeostasis and avoid cell death. Overall, this study provides the first insights into cellular outcomes after the co-exposure to AgNP and non-essential metals. Key words: AgNP, cadmium, mercury, co-exposure, interaction, biochemical endpoints, proteomics.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pricyla Correa_Materiais.pdf: 3021159 bytes, checksum: 54c96d18b375a9b34266d9355ec7a293 (MD5) Previous issue date: 2013-11-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Calcium phosphate nanostructured bioceramics present themselves as biomaterials for bone tissue reconstruction. Among calcium phosphates, hydroxyapatite is the biomaterial with the closest resemblance of bone tissue crystalline structure, also presenting good bioactivity and biocompatibility. Hydroxyapatite stands out on researches as synthetic bone matrix and in the making of nanocomposite biomaterials. The interest in the elaboration of nanocomposite biomaterials is associated with their mechanical properties, morphology modification, microstructural architecture, grain‟s surface area and microporosity. Another factor to consider is related to improving open porosity, wettability and capillarity. This research aimed at the wet synthesis of a nanostructured calcium phosphate bone matrix for later elaboration of the hydroxyapatite matrix and hydroxyapatite/α-alumina sol-gel nanocomposites at 1, 2, 3 and 5% concentrations in nanometric α-alumina volume. The synthesis method for obtaining hydroxyapatite was the dissolution/precipitation process, involving liquid/solid CaO phase and phosphoric acid. This method allowed the obtainment of hydroxyapatite nanostructured powders composed of fine agglomerated particles. The elaboration of the nanocomposite powders was accomplished with the aid of a high-energy attrition mill. The powders of all compositions were then compacted and sintered at 1250ºC/2h, supplying HA/α-Al2O3 nanocomposite biomaterials. The presented results refer to morphological (SEM), mineralogical (XRD), chemical (FTIR) and particle size distribution (laser particle analysis method and theoretical calculation of particle 13 surface area for nanostructured powders) characterization. Mechanical properties, open porosity and density by theoretical method for the different biomaterial compositions obtained from sintering at 1250ºC/2h have also been determined. / As biocerâmicas nanoestruturadas de fosfatos de cálcio se apresentam como biomateriais de reparação de defeitos e da reconstrução do tecido ósseo. Dentre os fosfatos de cálcio a hidroxiapatita é o biomaterial que mais apresenta similaridade com a estrutura cristalina do tecido ósseo, também oferece boa bioatividade e biocompatibilidade. A hidroxiapatita se destaca nas pesquisas como matriz óssea sintética e na elaboração de biomateriais nanocompósitos. O interesse na elaboração de biomateriais nanocompósitos está associado às propriedades mecânicas, modificação da morfologia, da arquitetura microestrutural, da área superficial de grãos e de microporos. Outro fator a ser levado em consideração está relacionado a melhorar a porosidade aberta e a capacidade de molhabilidade e capilaridade. O presente trabalho de pesquisa teve como objetivo a síntese via úmida de uma matriz óssea de fosfato de cálcio nanoestruturada para posterior elaboração da matriz hidroxiapatita e dos nanocompósitos hidroxiapatita/alumina-α sol-gel nas concentrações de 1, 2, 3 e 5% em volume de alumina-α nanométrica. O método de síntese para a obtenção da hidroxiapatita deu-se pelo processo de dissolução/precipitação, envolvendo fase sólida/líquida de CaO e ácido fosfórico. Este método permitiu a obtenção de pós nanoestruturados de hidroxiapatita formados por finas partículas aglomeradas. A elaboração dos pós nanocompósitos foi realizada com ajuda de um moinho atritor de alta energia. Os pós de todas as composições foram então compactados e sinterizados à 1250°C/2h fornecendo os biomateriais nanocompósitos HA/Al2O3-α. Os resultados apresentados se referem aos estudos de caracterização morfológica (MEV), mineralógica (DRX), química (FTIR), da distribuição do tamanho de partículas, utilizando o método de análise de 11 partículas por laser, e cálculo teórico da área superficial das partículas para os pós nanoestruturados. Determinaram-se também as propriedades mecânicas, porosidade aberta e densidade hidrostática pelo método teórico para as diferentes composições de biomateriais obtidos da sinterização a 1250°C/2h.