Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:20:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho, foi desenvolvido um processo denominado carbonização hidrotérmica por microondas (CHM). Este processo utiliza aquecimento a 200°C, por meio de microondas, meio aquoso e ácido cítrico como catalisador., As matérias-primas utilizadas neste estudo foram: resíduo de serragem de Pinus sp. e celulose solúvel industrial (solucell®). Foram estudados 3 tempos de reação em forno de microondas: 60, 120 e 240 min, com a concentração de catalisador de 1,5 mol L-1. Para comparação, foi realizada carbonização da solucell em forno tubular elétrico em atmosfera inerte (N2) a 900°C por 3 h. Os materiais obtidos foram caracterizados por análises termogravimétricas em Ar e O2, espectroscopia no infravermelho e Raman, análise imediata, poder calorífico, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, análise elementar, difração de raios X e cromatografia gasosa acoplada com espectrometria de massa. Os resultados mostraram que ocorre a formação de compostos aromáticos nos sólidos analisados por IR, Raman e CHN. Os dados mostraram também que, para as amostras de solucell obtidas por CHM, o poder calorífico aumenta cerca de 40% quando comparado ao material in natura. Através das análises de MEV, verificou-se que a morfologia da solucell obtida por CHM é distinta daquela produzida por carbonização em forno tubular (CFT). Neste último, o material mantém a estrutura fibrilar presente na solucell in natura e no primeiro são formadas partículas esferoidais submicrométricas de carbono. A análise por MET revelou a presença de nanoesferas de carbono, com diâmetro próximo de 40 nm nas amostras de solucell obtidas por CHM. Na amostra de solucell produzida por CFT houve a formação de nanoestruturas de carbono semelhantes a bastões, com cerca de 12 nm de espessura. Todos estes resultados mostram que o processo de carbonização hidrotérmica por microondas é inovador no que diz respeito aos processos de carbonização convencionais existentes, já que produz materiais carbonizados sem produção de CO2 em menos tempo. Além disso, as características morfológicas destes materiais carbonizados, tanto em microondas como no forno tubular elétrico, são desejáveis para diversas aplicações tecnológicas, como materiais adsorventes, filtrantes, suportes de catalisador, eletrodos, armazenadores de energia, ou fases estacionárias em cromatografia líquida.

Atualmente os candidatos mais prováveis para aplicação como dielétrico de porta nas próximas gerações de dispositivos MOSFET são os filmes de silicato e aluminato metálicos com nitrogênio em sua composição. Neste trabalho são investigados filmes de oxinitreto de háfnio e silício (HfSixOyNz), oxinitreto de alumínio (AlOxNy), e oxinitreto de lantânio e alumínio (LaAlxOyNz) depositados sobre Si utilizando diferentes técnicas de preparação. O objetivo deste estudo é avaliar a estabilidade térmica dessas estruturas e o efeito da presença do nitrogênio no que diz respeito ao transporte atômico e reações químicas durante tratamentos térmicos pós-deposição. Os tratamentos térmicos realizados buscam simular as etapas de processamento térmico inerentes do processo de fabricação de um MOSFET, como, por exemplo, a etapa de ativação de dopantes da fonte e do dreno do dispositivo. Esses tratamentos térmicos são realizados em temperaturas que variam de 600oC até 1000oC em atmosfera inerte ou oxidante. Foi observado que a presença de nitrogênio inibe o transporte atômico e, conseqüentemente, instabilidades composicionais quando comparado com filmes sem nitrogênio. Em particular, as espécies oxidantes desempenham um papel importante na compreensão da estabilidade físico-química dessas estruturas durante os tratamentos térmicos, uma vez que o nitrogênio modifica a difusão e a incorporação de oxigênio. Além disso, observa-se que parte do nitrogênio é removido dessas estruturas com o tratamento térmico em atmosfera oxidante. Essa perda acontece principalmente através de um processo de troca entre o nitrogênio do filme e o oxigênio da fase gasosa. Nesta tese foi realizado um estudo sistemático dessas estruturas e as possíveis causas das observações realizadas são discutidas, assim como alguns mecanismos são propostos para explicar os resultados experimentais. Esta tese aporta uma importante contribuição para essa área de pesquisa e para o avanço da tecnologia CMOS nos próximos anos. / High-k metal oxynitrides are currently the most promising candidates under consideration as novel gate dielectrics for MOSFET devices. In this work, hafnium-silicon oxynitride (HfSixOyNz), aluminum oxynitride (AlOxNy), and lanthanum-aluminum oxynitride (LaAlxOyNz) films on silicon prepared by different deposition techniques were experimentally investigated. The aim of this study was to evaluate the thermal stability of these structures and the effect of nitrogen concerning atomic transport and chemical reaction phenomena in view of metal-oxide-semiconductor transistor processing requirements. Such processing steps include post-deposition annealing and source/drain dopant activation annealing, performed at temperatures from around 600oC up to 1000oC, in inert or O2-containing atmospheres. It was observed that nitrogen inhibits atomic transport and compositional instabilities during thermal processing when compared to non-nitrided structures. In particular, oxidant species play an important role in understanding physicochemical stability during thermal processing, since nitrogen modifies the oxygen diffusion and incorporation into these structures. Besides, part of the nitrogen is removed from these structures during thermal annealing by an exchange process with oxygen. A systematic investigation of these structures was performed, the possible chemical/physical causes of these observations are discussed and some mechanisms are proposed to explain the experimental results. This thesis provides new understanding to this area with potential importance to the CMOS technology.

Espalhamento de íons de energia intermediária (MEIS) é uma técnica analítica de feixe de íons que pode determinar quantitativamente composições elbmentares e perfis I de profundidade com resolução subnanométrica. Dessa maneira, MEIS pode ser uma poderosa ferramenta para caracterização de nanopartículas, em partichlar das suas composições internas, o que é dificilmente obtido por qualquer outra técn~ca analítica. Para esse propósito, foi desenvolvido uma simulação Monte Cado de espec~ros de MEIS que considera qualquer geometria e distribuição de tamanhos das nanoestfuturas. Esse método também considera a assimetria da distribuição da perda de ene~gia devido a uma única colisão violenta, como a que ocorre no evento de retroespalhaménto. Usando esse método, estudamos a influência da geometria das nanopartículas, den~idade superficial, distribuição de tamanhos e forma de linha da perda de energia nos espectros 2D (energia) I e 3D (energia e ângulo) de MEIS. Os principais resultados desse estudo podem ser resumidos como segre: i) observamos que a influência da distribuição da perda de energia no espectro de MEIS é significativa apenas para nanoestruturas pequenas (diâmetro < 10 nm) mas a especificação da geometria correta das estruturas é significativa para todos os tamanhos; ii) negligenciar a assimetria da perda de energia devido à colisão de retroespalhamento pode resultar na interpretação de uma falsa distribuição de tamanhos para nanopartículas pequenas; iii) simulações para um exemplo hipotético de pequenas nanopartículas esféricas de ZnSe mostram que a técnica MEIS é capaz de realizar perfil de profundidade dentro das nano- I estruturas. Finalmente, medimos uma amostra de nanopartículas de ouro, adsqrvidas sobre um filme multicamadas de polieletrólitos fracos, a fim de obter a geometri e a distribuição de nanopartículas de ouro por MEIS. Os resultados concordam muito bem com a imagem obtida por microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Além disso, niostramos que os espectros de MEIS não podem ser ajustados supondo um filme de ouro padrão. / Medium energy ion scattering (MEIS) is an ion-beam analytical te~hnique which can quantitatively determine elemental compositions and depth profiles w~th subnanometric depth resolution. In this way, MEIS can be a powerful tool for characterization of nanoparticles, in particular of their inner composition, which is hardly achieved by any other analytical technique. For this purpose a Monte Carlo simulation of MEIS spectra that considers any geometry and size distribution of the nanostructures walsdeveloped. This method also considers the asymmetry of the energy-loss distribution due\to a single violent collision such as the backscattering evento Using this method we studied the influence of I the geometry of the nanoparticles, superficial density, size distribution a'ildthe energy-loss line-shape on the 2D (energy) and 3D (energy and angle) MEIS spectra. The main results of the present investigation can be summarized :as follows: i) we observed that the influence of energy-loss distribution on the MEIS sp~ectrumis significant only for smalI nanoparticles (diameter < 10 nm) but use of the actual nanoparticle geometry is significant for alI sizes of nanostructures; ii) neglecting the asymmetry of the energy-loss due to the backscattering colIision may be misinterpreted as a false size distribution for smalI nanoparticles; iii) simulations for a hypothetical example of smalI spherical ZnSe nanoparticles show that the MEIS technique is capable to perform depth profile inside the nanostructures. FinalIy we have measured a sample of gold nanoparticles adsorbed op a multilayered film of weak polyeletrolites in arder to obtain the shape and the size distribution of gold nanoparticles by MEIS. The results agree quite welI with the image obtained by transmission electron microscopy (TEM). Furthermore we show that the MEIS spectra cannot be fitted by assuming a standard Au film.

GIRÃO, Eduardo Costa. Propriedades eletrônicas e de transporte de nanoestruturas de carbono. 2011. 227 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-28T21:01:13Z No. of bitstreams: 1 2011_tese_ecgirao.pdf: 5994591 bytes, checksum: 79d09a492d448959aa11c030761ac417 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-29T17:49:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_tese_ecgirao.pdf: 5994591 bytes, checksum: 79d09a492d448959aa11c030761ac417 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-29T17:49:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_tese_ecgirao.pdf: 5994591 bytes, checksum: 79d09a492d448959aa11c030761ac417 (MD5) Previous issue date: 2011 / À medida que o limite de miniaturização da eletrônica baseada no silício aproxima-se do seu limite, alternativas em estado sólido devem ser investigadas na busca da diminuição da escala de tamanho de dispositivos operacionais, ao mesmo tempo em que se deve considerar problemas de crescente interessse como dissipação de calor e ruído associado com a baixa dimensionalidade. Nesta busca, já está claro que nanosistemas semicondutores de carbono são candidatos de primeiro pelotão para comporem os blocos básicos para dispositivos em escala atômica e molecular. Grafeno e nanotubos de carbono são os sistemas mais estudados desta classe de estruturas que se estende por uma vasta coleção de sistemas. Estas nanoestruturas de carbono apresentam uma riqueza de propriedades físicas e químicas que se reflete no enorme número de artigos científicos tendo esses sistemas como foco. Apesar de a ciência das nanoestruturas de carbono ainda ter um longo caminho pela frente antes de alcançar as prateleiras das lojas depois de ter sido transformada em tecnologia, a comunidade científica tem caminhado rapidamente no sentido de entender e controlar tais sistemas de modo a diminuir esta distância. Nesta tese nós realizamos um estudo teórico das propriedades eletrônicas e de transporte de um número de nanoestruturas de carbono, tais como nanosistemas toroidais e nanofitas de carbono de arranjo complexo. Nossos cálculos de estrutura eletrônica são baseados em um modelo tight-binding que inclui um Hamiltoniano de Hubbard para descrever a influência do spin sobre os estados eletrônicos. As propriedades de transporte eletrônico foram calculadas utilizando o formalismo de Landauer e o método de funções de Green para determinar a transmitância quântica em sistemas em nanoescala. Parte destes cálculos foram realizados com pacotes computacionais desenvolvidos especialmente para esta tese. Em particular, nós desenvolvemos uma extensão de um algorítmo eficiente para o cálculo de função de Green em uma infraestrutura computacional em paralelo. Nanotoroides de carbono apresentam estrutura eletrônica específica se comparados aos nanotubos de carbono, já que sua geometria impõe um grau suplementar de confinamento espacial. Como consequência, condições adicionais devem ser impostas à sua geometria para que a estrutura seja metálica. Aqui nos analizamos nanotoroides de carbono a partir de duas perspectivas diferentes: sistemas de dois terminais com um ângulo variável entre os eletrodos e estruturas de múltiplos terminais. Esses sistemas possuem potencial para serem aplicados em nanoeletrônica graças à sua geometria particular que permite que a corrente flua através do sistema por diferentes caminhos eletrônicos. Isso resulta em propriedades de transporte interessantes, as quais são ditadas por efeitos de interferência eletrônica que variam com o ângulo entre os eletrodos e com os detalhes da estrutura atômica da junção nanotoroide-terminal. Nós mostramos que a presença de múltiplos terminais acrescenta novos aspectos ao transporte eletrônico destes toroides já que o número de possibilidades para o fluxo eletrônico cresce rapidamente com o número de eletrodos. Observa-se que a condutância é caracterizada por um conjunto de picos resonantes que são relacionados com caminhos eletrônicos específicos. Estes resultados são racionalizados em termos de uma série de regras para se determinar o caminho para a corrente elétrica como uma função da energia do elétron incidente. Na segunda parte da tese, nós estudamos as propriedades físicas de uma classe de fitas de carbono as quais nós chamamos de fitas sinuosas (ou simplesmente wiggles, em inglês). A estrutura atômica destas wiggles pode ser descrita por um conjunto reduzido de fatores já que elas podem ser construídas utilizando-se fitas de carbono de borda reta como blocos básicos. Nós mostramos que essas wiggles de carbono apresentam um conjunto de propriedades eletrônicas e magnéticas ainda mais amplo quando comparadas com os seus constituintes básicos (fitas de carbono de borda reta). Isso é especialmente devido à formação de domínios nas bordas, resultantes da sucessiva repetição de setores de fitas retas paralelas e obliquas ao longo da direção periódica da wiggle. Nós demonstramos que as wiggles de carbono apresentam múltiplos estados magnéticos que podem ser explorados para se manipular as propriedades físicas desses sistemas. Estes diferentes estados magnéticos resultam em propriedades eletrônicas e de transporte distintas, de modo que a corrente eletrônica pode ser controlada pela escolha de valores específicos da energia do elétron incidente no sistema, assim do spin eletrônico e do estado magnético da wiggle. Essas propriedades tornam as nanowiggles potenciais candidatas para novas aplicações em nanodispositivos. Finalmente, nos esperamos que o trabalho apresentado nesta tese constitua uma importante contribuição para a investigação das propriedades físicas de nanoestruturas de carbono. Nós mostramos que nanotoroides e nanowiggles de carbono apresentam uma série de novas propriedades que podem tornar possível o seu uso em nanoeletrônica. À medida que estudos experimentais em nanomateriais de carbono têm sido desenvolvidos a passos largos, nós projetamos que os resultados apresentados nesta tese se tornarão uma ótima oportunidade para se confrontar teoria e experimento na proposta de novos dispositivos em nanoescala com propriedades eletrônicas e de transporte específicas.

A molécula de CO2 é a principal responsável pelas consequências negativas do efeito estufa. Os números cada vez maiores associados à emissão de CO2 na atmosfera têm atraído a atenção de cientistas na busca de novos catalisadores para reações de dissociação de CO2. Simultaneamente, vários eventos atômicos podem influenciar as propriedades catalíticas de tal sistema, como o efeito de forte interação metal-suporte (SMSI - Strong Metal-Support Interaction) e o rearranjo atômico nas nanopartículas bimetálicas expostas a atmosferas gasosas. Este trabalho apresenta os resultados de um estudo sobre o comportamento de nanopartículas (NPs) de CuNi1-/CeO2 (0<<1) durante o tratamento de redução em H2 (etapa usada na ativação de catalisadores) seguido da reação inversa de deslocamento gás-água (RWGS - Reverse Water-Gas Shift). As amostras foram inicialmente caracterizadas em termos de suas composições, componentes químicas, arranjo atômico e tamanhos usando as técnicas de espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDS - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS - X-ray Photoelectron Spectroscopy) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM - Transmission Electron Microscopy). Após, as amostras foram aquecidas até 500 ∘C em uma atmosfera de H2. Em 500 ∘C as amostras foram expostas às atmosferas de H2 e H2+CO2. Durante todos esses tratamentos, as amostras foram caracterizadas in situ pelas técnicas de XPS em pressões próximas à ambiente (NAP-XPS - Near Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy) com energias de fótons incidentes de 1250 eV e 2000 eV, espectroscopia de absorção de raios X (XAS - X-ray Absorption Spectroscopy) e XAS resolvido no tempo medido no modo transmissão nas bordas K do Cu (8979 eV), K do Ni (8333 eV) e L3 do Ce (5723 eV). As medidas in situ realizadas mostraram uma migração de átomos de Cu (Ni) para a superfície das nanopartículas durante o tratamento em atmosfera de H2 (H2+CO2). Além disso, a população atômica de Cu na superfície é dependente da quantidade de Cu usada no processo de síntese. Uma maior concentração de Cu durante a síntese implica em uma menor população de Cu na superfície durante as reações de redução em H2 e de RWGS. A ocorrência do fator geométrico do efeito SMSI, caracterizado por uma camada de óxido de cério em torno das nanopartículas durante o tratamento de redução, foi observado para algumas nanopartículas, revelando a existência de um limite na concentração de Cu para a ocorrência do efeito. Somente as nanopartículas com grande quantidade de Cu apresentaram o efeito SMSI durante o tratamento de redução em H2. A superfície das nanopartículas apresentando o efeito SMSI retorna ao estado inicial (sem a camada de óxido de cério) após a inserção da atmosfera de CO2. Além disso, a natureza do efeito SMSI foi elucidada pela primeira vez: a camada de óxido de cério interage com os átomos de Cu e Ni através dos estados iniciais Ce3d10O2p6Ce4f0 e Ce3d10O2p6Ce4f1, dependendo do caso estudado. Como consequência do efeito SMSI, os átomos de Cu das nanopartículas reduzem antes (temperaturas mais baixas) do que nanopartículas semelhantes que não apresentam o efeito SMSI. Os resultados de reatividade para a formação de CO através da reação RWGS, associados aos eventos catalíticos a nível atômico observados (efeito SMSI, população atômica de superfície, mudança no estado de oxidação dos catalisadores) levaram à projeção de um catalisador otimizado aplicado à reação RWGS. A camada de óxido de cério do efeito SMSI tem consequência negativa nos resultados de reatividade. A migração de átomos de Ni para a superfície levou a uma diminuição da reatividade catalítica na reação RWGS. Baseado nesses resultados, é proposta a síntese de nanopartículas com uma grande quantidade de Ni visando evitar a ocorrência do efeito SMSI e permitir uma grande população atômica de Cu na superfície durante a reação RWGS, ambos desempenhando um papel fundamental nos resultados de reatividade para a reação RWGS. / The CO2 molecule is the main responsible for the negative consequences of the greenhouse effect. The increasing numbers associated to the amount of CO2 emission in the atmosphere have attracted the attention of scientists aiming the discovery of new catalysts to CO2 dissociation reactions. At the same time, several atomic events may influence the catalytic properties of such systems, like the Strong Metal-Support Interaction (SMSI) effect and atomic rearrangement when the bimetallic nanoparticles (NPs) are exposed to a gaseous atmosphere. This work presents the results of a study about the behavior of CuNi1-/CeO2 (0<<1) NPs during the H2 reduction treatment (step used in the activation of the catalysts) followed by the reverse water-gas shift (RWGS) reaction. The samples were initially characterized in terms of their compositions, chemical components, atomic arrangement and sizes, using the Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Transmission Electron Microscopy (TEM) techniques. Afterwards, these samples were heated to 500 ∘C in a H2 atmosphere. At 500 ∘C the samples were exposed to H2 and H2+CO2 atmospheres. During all these treatments, the samples were characterized in situ by Near Ambient Pressure XPS (NAP-XPS) with incident photon energies of 1250 eV and 2000 eV, X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) and time-resolved XAS techniques in transmission mode at the Cu K (8979 eV), Ni K (8333 eV) and Ce L3 (5723 eV) edges. The in situ measurements performed showed a copper (nickel) migration to the nanoparticles surface during H2 (H2+CO2) gaseous treatment. Moreover, the Cu surface atomic population is dependent on the Cu amount used in the synthesis process. The higher concentration of Cu during the synthesis implies in a smaller Cu surface atomic population during H2 reduction and RWGS reaction. The occurrence of the geometrical factor of the SMSI effect, characterized by a cerium oxide capping layer surrounding the nanoparticles during reduction treatment, was observed for some of the NPs, revealing the existence of a threshold in the Cu concentration to occur the SMSI effect. Only nanoparticles with high amounts of Cu present the SMSI effect during the H2 reduction treatment. The surface of the nanoparticles presenting the SMSI effect is recovered to the initial state (free of the capping layer) after inserting the CO2 atmosphere. Moreover, the nature of the SMSI effect was elucidated for the first time: the capping layer interacts with the Cu and Ni atoms via Ce3d10O2p6Ce4f0 and Ce3d10O2p6Ce4f1 initial states, depending on the case studied. As a consequence of the SMSI effect, the Cu atoms of the nanoparticles reduce earlier (lower temperature) than similar nanoparticles that do not present the SMSI effect. The reactivity results towards the CO formation in the RWGS reaction, associated to the catalytic events at atomic level observed (SMSI effect, surface atomic population, change on the oxidation state of the catalysts) led to the design of an optimized catalyst applied to this reaction. The capping layer of the SMSI effect has a negative influence on the reactivity results. The migration of Ni atoms to the surface led to a decrease of the catalyst reactivity in the RWGS reaction. Based on these results, it is proposed a synthesis of nanoparticles with a high amount of Ni in order to avoid the SMSI effect and to allow a high Cu surface atomic population during the RWGS reaction, both playing a key role in the reactivity results towards the RWGS reaction.

IV Resumo Título: Nanoestruturas de Dissulfeto de Molibdênio: Síntese e caracterização para produção de Hidrogênio Mestrando: André Luís Silveira Fraga Orientador: Prof. Marcos José Leite Santos Palavras Chave: nanoestruturas de MoS2, nanopartículas de ouro, semicondutores, produção de hidrogênio. Neste trabalho é apresentada a síntese e caracterização de nanoestruturas de MoS2 e nanoestruturas de MoS2 decoradas com nanopartículas de ouro. O MoS2 foi obtido através de rota hidrotermal a 200 °C durante períodos de síntese de 2, 6, 12 e 24 horas. Como precursores foram utilizados molibdato de sódio, ácido 3-mercaptopropiônico, cisteamina e L-cisteína. Para avaliar o efeito da presença dos ligantes nas estruturas, as amostras de MoS2 foram tratadas térmicamente a temperaturas de 250, 550 e 750 °C, em atmosfera de argônio. Com o objetivo de avaliar o efeito da presença de nanopartículas de ouro nas propriedades fotocatalíticas do material, foi realizada a síntese in situ de nanopartículas de ouro aderidas às estruturas de MoS2. Os materiais foram caracterizados através das técnicas de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (MET), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia do ultravioleta e visível (UV-Vis). As áreas superficiais e quantidade de poros foram avaliadas através das técnicas de BET (Brunauer, Emmett and Teller) e DFT (density functional theory). O precursor ácido 3-mercaptopropiônico resultou na formação de aglomerados de nanofolhas com cerca de 500 nm de diâmetro na sua maior dimensão. Ao usar cisteamina e L-cisteína foram obtidas nanoestruturas com formato de nanoflores com cerca de 300 nm de diâmetro formadas por pétalas com cerca de 30 nm. Um resultado interessante foi a rápida formação das nanoflores na presença de L-cisteína. As estruturas de nanoflores apresentaram produção de hidrogênio de até 9,6 mmol/gh. / In this work the synthesis and characterization of MoS2 nanostructures and MoS2 nanostructures decorated with gold nanoparticles is presented. The materials were obtained by hydrothermal route at 200 °C during synthesis periods of 2, 6, 12 and 24 hours. Sodium molybdate was used as Molybdenium precursor and 3-mercaptopropionic acid, cysteamine and L-cysteine as sulfur precursors. To evaluate the effect of ligands on the structures, the MoS2 samples were thermally treated at 250, 550 and 750 °C under argon atmosphere. The effect of gold nanoparticles on the photocatalytic properties of the material was evaluated by obtaining and materials with gold nanoparticle adhered to the MoS2 structures. The materials were characterized by X-ray diffraction (XRD) techniques, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) and ultraviolet and visible spectroscopy (UV-Vis). The surface areas and amount of pores were evaluated using BET (Brunauer, Emmett and Teller) and DFT (density functional theory) techniques. The precursor 3-mercaptopropionic acid resulted in the formation of nano-foil agglomerates of about 500 nm in diameter. On the other hand, when using cysteamine and L-cysteine, flower-shaped nanostructures of about 300 nm in diameter formed by petals of about 30 nm were obtained. An interesting result was the rapid formation of nanoflores in the presence of L-cysteine. Nanoflower structures showed hydrogen production up to 9.6 mmol / gh.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:26:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318871.pdf: 5262527 bytes, checksum: b14f7098a3be34f09eee783f21caaba0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Neste trabalho, avaliou-se uma nova rota biológica a temperatura e pressão ambiente para biotransformação da sílica contida na cinza da casca de arroz (CCA) usando o fungo Fusarium oxysporum. Ensaios foram realizados para caracterização do bioprocesso através do seguimento de parâmetros como produção de biomassa, consumo de substrato, pH, produção de ácidos orgânicos e concentração de CCA. A sílica solúvel foi analisada em diversos meios de cultura: malte-glicose (MG), malte-levedo-glicose (MYG), batata-glicose (PG) e arroz-glicose (RG). As proteínas extracelulares produzidas pelo fungo foram analisadas por SD-PAGE e métodos colorimétricos. A CCA e as nanopartículas foram analisadas por DRX, IV, potencial zeta, BET, MEV e MET antes e depois do bioprocesso. Os resultados mostraram que algumas proteínas com tamanhos entre 24, 55 e 70 kDa, e o metabolismo do fungo são provavelmente responsáveis pela dissolução e transformação da sílica a partir da CCA. Os meios de cultura MG e PG apresentaram melhores resultados com relação à transformação cristalina da sílica e com a dissolução da mesma. Foi verificado que há uma transformação da CCA em nanopartículas de sílica quase esféricas de tamanhos entre 6 a 10 nm, área de superfície de 177 m2/g e com estrutura cristalina <br> / Abstract: In this study a biological route at room temperature for the biotransformation of rice husk ash (RHA) in silica nanoparticles using the fungus Fusarium oxysporum was evaluated. Tests were carried out by monitoring the fungal biomass production, substrate consumption, pH, organic acids production. Solubilized silica was analyzed in different culture media: malte-glucose (MG), malte-yeast-glucose (MYG), potato-glucose (PG) and rice-glucose (RG). Extracellular proteins were analyzed by SD-Page and colorimetric methods. RHA and silica nanoparticles were analyzed by XRD, FTIR, zeta potential, BET, SEM and TEM, before and after bioprocessing. The results showed that the production of organic acids was not totally related to the solubility of silica and some proteins that are (24, 55 and 70 kDa) and the metabolism of the fungus with the exposure of RHA that contribute to this. MG and PG media were selected for F. oxysporum growth and production of silica nanoparticles. Zeta potential, XRD and SEM results showed a transformation of silica nanoparticles in RHA. The results indicated that through a biological process at room temperature a biotransformation of rice husk ash is reached by bioleaching and enzymatic action allowing the synthesis of silica quasi-spherical nanoparticles with size between 6 and 40 nm, surface area of 177 m2/g, and crystalline structure.

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-06-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:24:07Z : No. of bitstreams: 1 000819369.pdf: 2612564 bytes, checksum: 3adacbc08a4da4d3f82f6362fe28261b (MD5) / Nas últimas décadas os efeitos de ordem-desordem estrutural e eletrônica em materiais semicondutores tem sido uma das áreas de pesquisa mais ativas em nanociência. Em particular, estes efeitos influenciam fortemente nas propriedades físicas e químicas dos materiais semicondutores e abre um novo campo de estudo para as aplicações em nanotecnologia. Neste contexto, o objetivo deste presente trabalho é focado principalmente no estudo dos efeitos de ordem-desordem estrutural e eletrônico, que favorecem o processo de transferência de carga em diferentes nanoestruturas multifuncionais baseada no sufeto de zinco (ZnS), tais como, ZnS puro, ZnS:M dopado com (M = Mn+2 ou Pr+3) e ZnS:M@ZnS heteroestruturado obtidos por um método solvotérmico assistido por micro-ondas. Diferentes estratégias de síntese foram investigados neste trabalho, o que possibilitaram um sensível ajuste de suas características físicas e químicas destas novas nanoestruturas baseadas no ZnS. As origens das propriedades fotocatalíticas e fotoluminescentes destas nanoestruturas de ZnS, assim, como os mecanismos envolvidos durante a transição de fase induzidas por pressão das três fases de ZnS (cúbica blenda de zinco (ZB), hexagonal wurtzita (W), cúbica rock sal (RS)), utilizando diversas metodologias teóricas e experimentais (tais como DRX, XPS, MEV-FEG, MET, UV-vis, PL) foram realizados no intuito de melhor compreender suas propriedades num nível mais fundamental. Uma análise profunda das estruturas de banda e densidade de estados fornecem uma visão profunda sobre as principais características com base nos efeitos ordem-desordem estruturais e eletrônicas nos clusters tetraédricos de ZnS. Estes estudos tem um aspecto fundamental, sobretudo para auxiliar no desenvolvimento de novos materiais e dispositivos com propriedades altamente ajustáveis. Todos nossos achados mostram uma boa concordância entre os resultados... / In the last decades the structural and electronic order-disorder effects in semiconductor materials have been one of the most active areas of research in nanoscience. In particular, these effects influence the physical and chemical properties of semiconductor materials and open a new field of study for applications in nanotechnology. In this context, the aim of this work is mainly focusing on the study of the effects of order-disorder structural and electronic, favoring the process of charge transfer in different multifunctional nanostructures based on zinc sulfide (ZnS), such as pure ZnS, M-doped ZnS (M = Mn+2 or Pr+3) and ZnS:M@ZnS heterostructures obtained by microwave-assisted solvothermal method. Different synthetic strategies have been investigated in this work, which enabled a sensitive adjustment of its physical and chemical characteristics of these new nanostructures based on ZnS. The origins of photocatalytic and photoluminescent properties of these nanostructures of ZnS, as well as the mechanisms involved during the phase transition induced by pressure of the three phases of ZnS (cubic zinc blende (ZB), wurtzite hexagonal (W), cubic rock salt (RS)), using various theoretical and experimental methodologies (such as XRD, XPS, FE-SEM, TEM, UV - vis, PL) in order to better understand their properties at a more fundamental level. A deep analysis of the band structures and density of states provide a deep insight into the main characteristics based on the structural and electronic effects order-disorder in the tetrahedral clusters of ZnS. These studies have a fundamental aspect, especially aiding in the development of new materials and devices with highly adjustable properties. All our findings show a good agreement between theoretical and experimental results and lead to new perspectives and ideas on streamlining the properties of these nanomaterials of an atomic level.

Atualmente os candidatos mais prováveis para aplicação como dielétrico de porta nas próximas gerações de dispositivos MOSFET são os filmes de silicato e aluminato metálicos com nitrogênio em sua composição. Neste trabalho são investigados filmes de oxinitreto de háfnio e silício (HfSixOyNz), oxinitreto de alumínio (AlOxNy), e oxinitreto de lantânio e alumínio (LaAlxOyNz) depositados sobre Si utilizando diferentes técnicas de preparação. O objetivo deste estudo é avaliar a estabilidade térmica dessas estruturas e o efeito da presença do nitrogênio no que diz respeito ao transporte atômico e reações químicas durante tratamentos térmicos pós-deposição. Os tratamentos térmicos realizados buscam simular as etapas de processamento térmico inerentes do processo de fabricação de um MOSFET, como, por exemplo, a etapa de ativação de dopantes da fonte e do dreno do dispositivo. Esses tratamentos térmicos são realizados em temperaturas que variam de 600oC até 1000oC em atmosfera inerte ou oxidante. Foi observado que a presença de nitrogênio inibe o transporte atômico e, conseqüentemente, instabilidades composicionais quando comparado com filmes sem nitrogênio. Em particular, as espécies oxidantes desempenham um papel importante na compreensão da estabilidade físico-química dessas estruturas durante os tratamentos térmicos, uma vez que o nitrogênio modifica a difusão e a incorporação de oxigênio. Além disso, observa-se que parte do nitrogênio é removido dessas estruturas com o tratamento térmico em atmosfera oxidante. Essa perda acontece principalmente através de um processo de troca entre o nitrogênio do filme e o oxigênio da fase gasosa. Nesta tese foi realizado um estudo sistemático dessas estruturas e as possíveis causas das observações realizadas são discutidas, assim como alguns mecanismos são propostos para explicar os resultados experimentais. Esta tese aporta uma importante contribuição para essa área de pesquisa e para o avanço da tecnologia CMOS nos próximos anos. / High-k metal oxynitrides are currently the most promising candidates under consideration as novel gate dielectrics for MOSFET devices. In this work, hafnium-silicon oxynitride (HfSixOyNz), aluminum oxynitride (AlOxNy), and lanthanum-aluminum oxynitride (LaAlxOyNz) films on silicon prepared by different deposition techniques were experimentally investigated. The aim of this study was to evaluate the thermal stability of these structures and the effect of nitrogen concerning atomic transport and chemical reaction phenomena in view of metal-oxide-semiconductor transistor processing requirements. Such processing steps include post-deposition annealing and source/drain dopant activation annealing, performed at temperatures from around 600oC up to 1000oC, in inert or O2-containing atmospheres. It was observed that nitrogen inhibits atomic transport and compositional instabilities during thermal processing when compared to non-nitrided structures. In particular, oxidant species play an important role in understanding physicochemical stability during thermal processing, since nitrogen modifies the oxygen diffusion and incorporation into these structures. Besides, part of the nitrogen is removed from these structures during thermal annealing by an exchange process with oxygen. A systematic investigation of these structures was performed, the possible chemical/physical causes of these observations are discussed and some mechanisms are proposed to explain the experimental results. This thesis provides new understanding to this area with potential importance to the CMOS technology.

Espalhamento de íons de energia intermediária (MEIS) é uma técnica analítica de feixe de íons que pode determinar quantitativamente composições elbmentares e perfis I de profundidade com resolução subnanométrica. Dessa maneira, MEIS pode ser uma poderosa ferramenta para caracterização de nanopartículas, em partichlar das suas composições internas, o que é dificilmente obtido por qualquer outra técn~ca analítica. Para esse propósito, foi desenvolvido uma simulação Monte Cado de espec~ros de MEIS que considera qualquer geometria e distribuição de tamanhos das nanoestfuturas. Esse método também considera a assimetria da distribuição da perda de ene~gia devido a uma única colisão violenta, como a que ocorre no evento de retroespalhaménto. Usando esse método, estudamos a influência da geometria das nanopartículas, den~idade superficial, distribuição de tamanhos e forma de linha da perda de energia nos espectros 2D (energia) I e 3D (energia e ângulo) de MEIS. Os principais resultados desse estudo podem ser resumidos como segre: i) observamos que a influência da distribuição da perda de energia no espectro de MEIS é significativa apenas para nanoestruturas pequenas (diâmetro < 10 nm) mas a especificação da geometria correta das estruturas é significativa para todos os tamanhos; ii) negligenciar a assimetria da perda de energia devido à colisão de retroespalhamento pode resultar na interpretação de uma falsa distribuição de tamanhos para nanopartículas pequenas; iii) simulações para um exemplo hipotético de pequenas nanopartículas esféricas de ZnSe mostram que a técnica MEIS é capaz de realizar perfil de profundidade dentro das nano- I estruturas. Finalmente, medimos uma amostra de nanopartículas de ouro, adsqrvidas sobre um filme multicamadas de polieletrólitos fracos, a fim de obter a geometri e a distribuição de nanopartículas de ouro por MEIS. Os resultados concordam muito bem com a imagem obtida por microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Além disso, niostramos que os espectros de MEIS não podem ser ajustados supondo um filme de ouro padrão. / Medium energy ion scattering (MEIS) is an ion-beam analytical te~hnique which can quantitatively determine elemental compositions and depth profiles w~th subnanometric depth resolution. In this way, MEIS can be a powerful tool for characterization of nanoparticles, in particular of their inner composition, which is hardly achieved by any other analytical technique. For this purpose a Monte Carlo simulation of MEIS spectra that considers any geometry and size distribution of the nanostructures walsdeveloped. This method also considers the asymmetry of the energy-loss distribution due\to a single violent collision such as the backscattering evento Using this method we studied the influence of I the geometry of the nanoparticles, superficial density, size distribution a'ildthe energy-loss line-shape on the 2D (energy) and 3D (energy and angle) MEIS spectra. The main results of the present investigation can be summarized :as follows: i) we observed that the influence of energy-loss distribution on the MEIS sp~ectrumis significant only for smalI nanoparticles (diameter < 10 nm) but use of the actual nanoparticle geometry is significant for alI sizes of nanostructures; ii) neglecting the asymmetry of the energy-loss due to the backscattering colIision may be misinterpreted as a false size distribution for smalI nanoparticles; iii) simulations for a hypothetical example of smalI spherical ZnSe nanoparticles show that the MEIS technique is capable to perform depth profile inside the nanostructures. FinalIy we have measured a sample of gold nanoparticles adsorbed op a multilayered film of weak polyeletrolites in arder to obtain the shape and the size distribution of gold nanoparticles by MEIS. The results agree quite welI with the image obtained by transmission electron microscopy (TEM). Furthermore we show that the MEIS spectra cannot be fitted by assuming a standard Au film.