Orientador: Douglas Soares Galvão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-07T20:03:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_BrunoVieiradaCunha_M.pdf: 9990355 bytes, checksum: 99ae9e77c86e165f825dfcd49bc23de6 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Apresenta-se neste trabalho um estudo teórico baseado em uma nova familia de nanoestruturas de carbono, as chamadas nanofitas de carbono. Estas consistem em fitas delgadas de grafeno com a singular característica de possuírem uma conformação de equilíbrio na forma espiral, a qual pode ser mais estável que a conformação planar, viabilizada pelo delicado equilíbrio de forças entre a interação de van der Waals e a tensão elástica gerada pelo empenamento. Sua proximidade topológica com as nanoespirais, das quais foram inspiradas, permite o estabelecimento de paralelos estruturais e funcionais que orientam o trabalho. Os métodos de cálculo consistem em mecânica e dinâmica molecular clássicas utilizando o campo de força reativo de Brenner. O modelo, construído de acordo com princípios quânticos incorporados de forma paramétrica, permite a descrição da formação e quebra de ligações químicas a partir de informações sobre o ambiente onde o átomo está inserido. As simulações indicam a viabilidade da obtenção de espirais a partir de fitas para baixas temperaturas, o que em princípio permite que estas substituam as nanoespirais em suas aplicações como nanoatuadores. A possibilidade de formação de anéis a partir de condições geométricas especiais também é explorada. A diversidade topológica e a viabilidade de obtenção de estruturas diferenciadas em função da temperatura constituem propriedades únicas com um potencial de aplicação no desenvolvimento de nanoestruturas de formato variável. Em relação às nanoespirais, o trabalho soluciona o problema da formação de estruturas cônicas em processos dinâmicos. / Abstract: This work presents a theoretical study based on a novel family of carbon nanostructures, the carbon nanobelts. These structures consists in narrow graphene stripes having the spiral form as one of its equilibrium configurations, which may be more stable than the planar conformation. This stability condition is determined by a delicate balance between the van der Waals interactions and the elastic tension generated by the bending. Its topological proximity with the nanoscrolls, from which they were inspired, allows the obtention of their common structural and functional features. The calculation methods consist in classical molecular mechanics and dynamics using the reactive Brenner forcefield. The model, constructed in accordance with quantum principles incorporated in a parametric form, allows the description of formation and broken of chemical bonds from the informations about the environment where the atoms are inserted. The simulations points to the viability of obtaintion of spirals from belts at low temperatures, what in principle allows the substitution of nanoscrolls in its applications as nanoactuators. The possibility of formation of rings from special geometric conditions is explorated. The topological diversity and the viability of obtention of differentiated structures as a function of the temperature constitute unique properties with a potential application in the development of variable shape nanostructures. In relation to nanoscrolls, this work solves the problem of formation of conical structures in dynamical processes. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Vivian Vanessa França / Coorientador: Érica Regina Filetti Nascimento / Banca: Rodrigo Fernando Costa Marques / Banca: Sérgio Ricardo Muniz / Resumo: Nesse trabalho propomos o desenvolvimento de redes neurais artificiais capazes de fornecer a energia do estado fundamental do modelo de Hubbard para nanoestruturas fermiônicas interagentes e homogêneas. Uma vez otimizado o funcional via rede neural, este pode ser usado como input em cálculos de funcionais da densidade para sistemas heterogêneos. O modelo neural obtido mostrou um desempenho excelente, com desvios menores que ∼ 0,2%, recuperando todos os regimes de densidade, magnetização e uma vasta extensão de regimes de interação, quando comparado com resultados numéricos exatos. Comparado à funcionais analíticos, o modelo neural é mais preciso em todos os regimes de parâmetros, especialmente no regime de fraca interação, onde o funcional analítico mais recente apresenta um grande desvio: ∼ 7%, contra ∼ 0,1% para o nosso modelo neural. Aplicado em aproximações de densidade local para cálculos de DFT para cadeias finitas e com heterogeneidades, como impurezas localizadas e potenciais confinantes, nosso modelo neural se mostrou uma alternativa confiável e usando apenas uma fração dos recursos computacionais de outros tratamentos numéricos. / Abstract: In this work we propose an artificial neural network model to the ground-state energy of fermionic interacting particles in homogeneous chains described by the Hubbard model. Once the neural network functional is optimized, it can be used as input in density functional calculations for inhomogeneous systems. The neural network model obtained, showed excellent performance, deviating by less than ∼ 0.2%, recovering all regimes of density and magnetization and for a vast range of interactions when compared to exact numerical results. Compared to analytical functionals, the neural network is more accurate in all regimes of parameters, especially at the weakly interacting regime, where the most recent analytical parametrization fails the most: ∼ 7%, while only ∼ 0.1% for our neural network model. When applied in local density approximations for density functionals calculations for finite chains with inhomogeneities, such as localized impurities and confining potentials, our neural model has proven to be a reliable alternative, while using only a fraction of the computational resources from other numerical treatments. / Mestre

A alta sensibilidade e a reprodutibilidade de sinal são características de dosímetros luminescentes opticamente estimulados, que instigam seu uso no controle da qualidade e dosimetria in vivo em Radioterapia. Nesse trabalho, amostras de Al2O3, Al2O3 (1%C) e Al2O3 com diferentes concentrações de terras-raras e de nanoestruturas de carbono foram estudadas para aplicação em Radioterapia. As amostras foram obtidas pelo processo manual de mistura e maceração e inseridas em cápsulas transparentes, com exceção do material Al2O3 (1%C), que foi obtido na forma de pastilhas. Os sinais OSL para todos os materiais testados apresentaram crescimento de resposta com a dose de radiação. A concentração de 0,02% apresentou maior intensidade de sinal para todos os materiais inseridos na alumina, com exceção do carbono grafite (1%). Os materiais foram caracterizados por diferentes técnicas, para análises espectroscópicas e estruturais. A sensibilidade OSL do material Al2O3 (1%C) foi investigada para feixes de elétrons de 5 a 12 MeV, para feixe de fótons de 6 MV e para uma fonte de Irídio-192. Diferentes características dosimétricas OSL dos materiais Al2O3 (0,02%Eu), Al2O3 (0,02%Tb), Al2O3 (0,02%ntC), Al2O3 (0,02%npC) foram investigadas para feixes de fótons de 50 kVp, de 6 MV e para uma fonte de Irídio-192, em um amplo intervalo de doses. Todos os materiais apresentaram reprodutibilidade de sinal OSL (desvios menores que 1%) e homogeneidade de resposta em grupo de até ±95% (conferida para o dosímetro de Al2O3 (0,02%ntC). Todos os materiais estudados apresentaram sensibilidade satisfatória para doses de interesse clínico. Amostras OSL de Al2O3 (1% C), Al2O3 (0,02%ntC) e Al2O3 (0,02%npC) foram utilizadas para um estudo piloto de dosimetria in vivo em Radioterapia. A dosimetria in vivo sugere o possível uso dos dosímetros na rotina clínica em Radioterapia, através do estabelecimento de um protocolo de medidas, calibrações para cada feixe e energia utilizada e controle do sistema de planejamento utilizado para os cálculos de dose. / High sensitivity and signal reproducibility are characteristics of optically stimulated luminescent dosimeter, instigating it use in quality control and in vivo dosimetry in Radiotherapy. In this work, samples of Al2O3, Al2O3 (1%C) and Al2O3 with different concentrations of rare-earth and carbon nanostructures, have been studied and developed for application in Radiotherapy. Samples were obtained by manual mixing and maceration and inserted into transparent capsules, except those of Al2O3 (1%C) which were produced as pellets. The OSL signals for all tested materials showed increasing response with radiation dose. The 0.02% concentration showed the highest signal intensity for all materials inserted into alumina, with exception to carbon graphite (1%). Materials were characterized by various techniques, through spectroscopic and structural analysis. The OSL sensitivity of Al2O3 (1%C) was investigated for electron beams from 5 to 12 MeV, 6 MV photons and an Iridium-192 source. Different dosimetric characteristics of some OSL materials Al2O3 (0.02%Eu), Al2O3 (0.02%Tb), Al2O3 (0.02%ntC), Al2O3 (0.02% npC) were investigated for photons beams of 50 kVp and 6 MV and a source of Iridium-192, in a wide dose range. All materials showed reproducibility of OSL signal (deviations less than 1%) and response homogeneity up to ± 95% (conferred for the dosimeter Al2O3 (0.02%ntC). All studied materials showed satisfactory sensitivity. Samples of Al2O3 (1%C), Al2O3 (0.02%ntC) and Al2O3 (0.02% npC) were used in a in vivo dosimetry pilot study in radiotherapy. The in vivo dosimetry performed with the developed OSL dosimeters suggest its possible use in clinical practice in Radiotherapy by establishing a measure protocol, calibrations for each beam and energy used and control of the planning system used for dose calculations.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O nitreto de boro hexagonal (h-BN) tem uma estrutura cristalina similar ao grafite e é conhecido como um importante material cerâmico com propriedades interessantes, tais como a excelente estabilidade química, boa resistência à corrosão, baixa densidade, alto ponto de fusão e boa condutividade térmica. Estas características fazem do h-BN um candidato atraente para uma ampla gama de aplicações técnicas. Recentemente, muitos estudos têm relatado a preparação de estruturas de nitreto de boro (BN) com morfologias especiais, tais como nanofolhas, nanofios e nanotubos. Este trabalho apresenta uma rota de síntese de nanoestruturas de BN produzidas a partir de boro elementar, nitrato de amônio e hematita como catalisador, em forno tubular pelo método CVD (chemical vapor deposition). O objetivo do trabalho é sintetizar nanoestruturas de nitreto de boro buscando aprimorar suas propriedades magnéticas oriundas do catalisador utilizado na reação. Para isso foram realizadas diferentes sínteses variando-se a concentração de catalisador no material de partida e a duração dos tratamentos térmicos. O estudo das propriedades magnéticas do material tem o intuito de verificar o potencial de aplicação dessas nanoestruturas, principalmente em tratamentos biomédicos como a hipertermia magnética. Estas amostras foram tratadas termicamente em diferentes etapas. A caracterização das amostras foi feita através de espectroscopia de infravermelho (FTIR), espectroscopia Mössbauer, difração de raios X (XRD), magnetômetro de amostra vibrante (VSM), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Através da análise dos resultados obtidos foi possível confirmar a formação do h-BN, e elucidar as propriedades físico-químicas, estruturais e magnéticas das amostras. A partir das imagens de microscopia foi possível comprovar a formação de nanoestruturas de BN com morfologias variadas. Entre as nanoestruturas encontradas estão: nanofolhas, nanofibras, nanofios e nanotubos. Medidas de magnetização e espectroscopia Mössbauer mostraram que amostras com uma maior concentração do catalisador ou submetidas a um tratamento térmico prolongado apresentaram melhor magnetização. Testes de hipertermia magnética mostraram que as amostras que tiverem suas propriedades magnéticas aprimoradas apresentaram um maior potencial para geração de calor. / Hexagonal boron nitride (h-BN) has a crystal structure similar to graphite and it is well known as one important ceramic material with interesting properties, such as excellent chemical stability, good resistance to corrosion, low density, high melting point, and outstanding thermal and electrical properties. These characteristics make h-BN an attractive candidate for a wide range of technical applications. Recently, many studies have been reporting the preparation of nanostructures of boron nitride (BN) with special morphologies, such as nanosheets and nanotubes. This work reports a synthesis of boron nitride nanotubes produced from elemental boron powder, ammonium nitrate and hematite in tubular furnace by CVD (chemical vapor deposition) method. The aim of this work is to synthesize nanostructures of boron nitride seeking to improve their magnetic properties originating from the catalyst used in the reaction. For this different synthesis were carried out varying the catalyst concentration in the starting material and the duration of heat treatment. The magnetic properties of the materials were evaluated to verify the potential application of these nanostructures, especially in biomedical applications such as magnetic hyperthermia. These samples were thermally treated at different stages. The characterization of the samples was carried out by infrared spectroscopy (FTIR), Mössbauer spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), vibrating sample magnetometer (VSM), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). By analyzing the results it was possible to confirm the formation of h-BN, and to elucidate the physico-chemical, structural and magnetic properties of the samples. From the microscope images it was possible to prove the formation of BN nanostructures with different morphologies, like nanosheets, nanofibers, nanowires and nanotubes. Magnetization measurements and Mössbauer spectroscopy showed that samples with a higher concentration of the catalyst or subjected to prolonged treatment showed better magnetization. Tests have shown that hyperthermia magnetic samples which have enhanced magnetic properties had a greater potential for heat generation.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O estudo de discos magnéticos com a configuração de vórtices magnéticos tem atraído grande interesse científico recentemente. Nessa estrutura os spins formam circuitos fechados no plano e, próximo ao centro do disco, se alinham perpendicularmente ao plano de forma a reduzir a densidade de energia de troca. O grande potencial de aplicação de vórtices magnéticos como, por exemplo, em memórias magnéticas e nanopartículas para o tratamento de câncer, chama a atenção para a investigação das condições de estabilidade e o controle de suas propriedades. Neste trabalho, estudamos a alteração que dois tipos diferentes de anisotropia provocam nas propriedades de vórtices através de medidas de Microscopia de Força Magnética (MFM) e simulações micromagnéticas utilizando o código OOMMF (NIST) que aplica a equação de Landau-Lifshitz-Gilbert para simular a configuração de spin e calcular a energia e a magnetização de microestruturas. A primeira parte do trabalho envolveu o estudo da influência da anisotropia magnetocristalina planar na estabilidade de vórtices magnéticos em discos de Co60Fe40 em relação a discos de permalloy, que possui anisotropia magnetocristalina nula. Os resultados de simulação micromagnética para discos com diâmetros entre 0,5 e 8 m mostraram que a anisotropia favorece o alinhamento dos spins e a divisão da estrutura em domínios, reduzindo a estabilidade do vórtice. Os resultados foram comprovados experimentalmente em medidas de MFM de discos de Co60Fe40 com diâmetros entre 2 e 8 m. Na segunda parte do trabalho foi estudada a influência do fenômeno de exchange bias na dinâmica de vórtices magnéticos. Para isso foram realizadas simulações de discos de Permalloy/Fe50Mn50 com diâmetro de 0,5 m variando o acoplamento magnético entre as camadas. As simulações de curvas de histerese mostraram que o acoplamento aumenta a estabilidade dos vórtices. Nas simulações de relaxação foi observado que devido ao exchange bias o movimento girotrópico do núcleo apresenta uma frequência variável que aumenta com o tempo, o que não acontece na ausência de exchange bias. Já nas simulações em que os discos estão sujeitos a um campo magnético girante foi observado que a velocidade crítica em que a polaridade do vórtice é invertida aumenta com o aumento do acoplamento e com o aumento da frequência do campo. Essa velocidade pode ser escolhida em uma ampla faixa escolhendo os valores do acoplamento magnético e da frequência de oscilação. Portanto é possível controlar a velocidade crítica de inversão da polaridade de vórtices magnéticos através do fenômeno de exchange bias. / The study of magnetic dots with magnetic vortex spin configuration has recently attracted great scientific interest. In this structure, the spins form closed circuits in the plane of the magnetic dot and, near the center, align perpendicularly to the plane in order to reduce exchange energy density. The great potential of applications of magnetic vortices (as for example magnetic memories and nanoparticles for cancer treatment) draws attention for the investigation of the stability conditions for the vortex configuration. In the case of soft ferromagnetic materials in micron and submicron scales, small changes in shape, size and materials anisotropy can modify the energy equilibrium. In this work, we studied the change of vortex proprieties in microsized dots due to two different types of anisotropy using the code OOMMF (NIST) that applies the Landau-Lifshitz-Gilbert equation to simulate the spin configuration and compute the energy and magnetization of microstructures. These results were compared to Magnetic Force Microscopy (MFM) investigations of the magnetic configuration in microsized dots prepared by lithographic process. In the first part, we studied by numerical simulation the influence of planar magnetocrystaline anisotropy in Co60Fe40 disks and compare to permalloy disks, material that shows zero magnetocrystalline anisotropy. The results for disks with diameters between 0.5 and 8 m showed that the anisotropy favors spins alignment and domains division, reducing vortex stability. The results for Co60Fe40 disks with diameters between 2 and 8 m were verify experimentally by MFM measurements. In the second part, we studied the influence of exchange bias in the magnetic vortex dynamics. A series of micromagnetic simulations for Permalloy/Fe50Mn50 disks with 0.5 m of diameter was done varying the magnetic coupling constant between the layers. The hysteresis simulations showed that the vortex stability increases with the coupling constant. In relaxation simulations we observed that the gyrotropic movement has a variable frequency that increases with time, which is not observed when exchange bias is absent. Under a rotating magnetic field, the critical velocity for vortex polarity reversion increases with the coupling constant and frequency. Our results show that the critical velocity can be adjusted in a wide range by selecting the magnetic coupling constant and the oscillating frequency, i.e., it is possible to control the critical velocity for vortex polarity inversion through the exchange bias coupling.

Neste trabalho foram depositados e caracterizados filmes finos de DLC dopados com Ag no revestimento de telas de polipropileno de uso cirúrgico. Essas telas revestidas foram submetidas a teste microbiológico, com o intuito de avaliar a eficiência da dopagem com prata em inibir o crescimento bacteriano. Os filmes foram depositados por processo a plasma tipo pulverização catódica com dois magnetrons (dual- magnetron sputtering) sobre telas de polipropileno de uso cirúrgico (Marlex). Os filmes depositados foram caracterizados através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (MFA) com o intuito de observar a estrutura superficial do filme. A composição do filme foi obtida através da técnica de espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford (RBS), onde foi possível obter a porcentagem relativa dos elementos químicos presentes nos filmes. Os testes microbiológicos, in vitro, dos filmes depositados sobre a tela de polipropileno foram realizados com base no teste de disco difusão, onde amostras de telas revestidas com filmes foram colocadas sobre meio de cultura semeado com diferentes bactérias Escherichia coli e Staphylococcus aureus, em diferentes concentrações 106 e 108 UFC/ml. Foi possível obter filmes finos de DLC dopados com Ag com porcentagem que variam de 1,0 - 18,4 %. Observou-se que o tamanho das partículas que compõe o filme influenciam na formação do halo de inibição bacteriana e que a bactéria S. aureus demonstrou ser mais resistente a atuação dos filmes finos de DLC dopado com Ag e dos filmes de Ag, do que a bactéria E. coli.

Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2013-04-24T22:21:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoAlgoritmoComputacional.pdf: 1177006 bytes, checksum: 819ac77a9d88b4c93e2ba222d3cee8d6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva(arosa@ufpa.br) on 2013-04-29T15:25:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoAlgoritmoComputacional.pdf: 1177006 bytes, checksum: 819ac77a9d88b4c93e2ba222d3cee8d6 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-29T15:25:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoAlgoritmoComputacional.pdf: 1177006 bytes, checksum: 819ac77a9d88b4c93e2ba222d3cee8d6 (MD5) Previous issue date: 2012 / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um algoritmo computacional para análise do espalhamento eletromagnético de nanoestruturas plasmônicas isoladas. O Método dos Momentos tridimensional (MoM-3D) foi utilizado para resolver numericamente a equação integral do campo elétrico, e o modelo de Lorentz-Drude foi usado para representar a permissividade complexa das nanoestruturas metálicas. Baseado nesta modelagem matemática, um algoritmo computacional escrito em linguagem C foi desenvolvido. Como exemplo de aplicação e validação do código, dois problemas clássicos de espalhamento eletromagnético de nanopartículas metálicas foram analisados: nanoesfera e nanobarra, onde foram calculadas a resposta espectral e a distribuição do campo próximo. Os resultados obtidos foram comparados com resultados calculados por outros modelos e observou-se uma boa concordância e convergência entre eles. / This work presents the development of a computational algorithm for electromagnetic scattering analysis of isolated plasmonic nanostructures. The tridimensional Method of Moments (MoM-3D) was used to solve the electric field integral equation, and the Lorentz-Drude model was used to represent the complex permittivity of the metallic nanostructures. Based in this model, a computational algorithm written in C language was developed. As example of application and validation of the code, two classical electromagnetic scattering problems of metallic nanoparticles are analyzed: nanosphere and rectangular nanorod, where the spectral response and near-field distributions were calculated. The obtained results were compared with other models and a good agreement and convergence was observed.

Durante o desenvolvimento deste projeto, foram obtidos diversos resultados relativos à construção de distintos sensores eletroquímicos para a determinação de oxigênio em meio aquoso em amostras biológicas e ambientais. Para a construção destes sensores foram usadas diferentes superfícies eletródicas, preparadas pela incorporação de porfirinas de cobalto sintetizadas e caracterizadas no laboratório do Prof. Dr. Koiti Araki, tais como a 5,10,15,20-meso-tetrafenilporfirina de cobalto (CoTPP) e a [tetrakis-bisdimetil-bipiridina cloro rutênio(II)]-5,10,15,20-Tetrapiridinaporfirina de cobalto (II) (CoTRP). Eletrodos de ouro modificados com nanoestruturas de ouro também foram empregados para a detecção de oxigênio. Em alguns casos, óxido de grafeno (GO) foi imobilizado nas superfícies eletródicas para melhorar o transporte de elétrons. Porfirinas de CoTPP foram imobilizadas em eletrodo de carbono vítreo (GCE) e o comportamento eletroquímico desse eletrodo modificado para a redução de oxigênio em solução aquosa de KNO3 0,1 mol L-1 foi comparado com o do GCE, observando-se diminuição do sobrepotencial. A utilidade do sensor foi demonstrada pelo monitoramento amperométrico contínuo do consumo de oxigênio mitocondrial e os resultados foram concordantes com aqueles obtidos em medições paralelas realizadas usando um eletrodo comercial (\"eletrodo de Clark\"). GO foi misturado com a porfirina de CoTRP para a preparação de compósitos, os quais foram posteriormente imobilizados em superfícies eletródicas. Verificou-se que as moléculas de CoTRP ficavam em forma horizontal na superfície do GO, gerando nanoestruturas mais dispersas em meios aquosos dependendo da quantidade relativa de CoTRP e GO. Esta característica foi usada para modular a atividade eletrocatalítica dos compostos na reação de redução de oxigênio (ORR) em meio neutro. O material foi caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão, Raman, espectroscopia UV-vis e microscopia de força atômica (AFM), e os resultados confirmaram que a porfirina CoTRP é fortemente ancorada no GO por meio de interações eletrostáticas. A ORR no eletrodo modificado CoTRP/GO foi avaliada por técnicas eletroquímicas e baixo sobrepotencial (0,05 V) foi notado no processo de quatro elétrons envolvendo a redução do oxigênio. Esse valor é dramaticamente deslocado para potenciais menos negativos (0,88V em relação ao GCE), e o excelente desempenho do eletrodo permite sua utilização como sensor efetivo para o monitoramento contínuo de oxigênio dissolvido em meio aquoso. Filmes nanoporosos de ouro (NPGF) foram preparados em superfície de ouro pela aplicação de potencial de 2,0 V por 60 minutos em solução de H2SO4 0,5 mol L-1. A presença de nanoestruturas de ouro foi confirmada por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e o eletrodo NPGF mostrou atividade eletrocatalítica superior para a ORR em comparação com a superfície polida de ouro Superfícies de ouro mais ativas eletrocataliticamente também foram preparadas por redução eletroquímica de Au3+ em eletrodos de carbono vítreo. Com um tempo de deposição ótimo de 90 s, superfícies rugosas foram obtidas e caracterizadas por MEV e difração de raios X (XRD). Esses eletrodos modificados foram empregados com sucesso para o monitoramento de oxigênio dissolvido em amostras de água e o desempenho analítico foi avaliado com base em parâmetros como sensibilidade, seletividade, reprodutibilidade, estabilidade e limite de detecção (LOD). / During the development of this project, several results were obtained concerning the construction of different electrochemical sensors for the determination of oxygen in aqueous media in biological and environmental samples. Different electrode surfaces were used for the construction of these sensors, which were prepared by the incorporation of cobalt porphyrins synthesized and characterized in the laboratory of Prof. Koiti Araki, such as cobalt 5,10,15,20-meso- tetraphenylporphyrin (CoTPP) and [tetrakis-bisdimethyl-bipyridine chlorine (II)] - 5,10,15,20-Cobalt tetrahydrin (II) (CoTRP). Gold electrodes modified with gold nanostructures were also employed for the detection of oxygen. In some cases, graphene oxide (GO) was immobilized on the electrode surfaces to improve the electron transport. CoTPP porphyrins were immobilized on a vitreous carbon electrode (GCE) and the electrochemical behavior of this modified electrode for the reduction of oxygen in 0.1 mol L-1 KNO3 aqueous solution was compared with that of a GCE, a reduction of the overpotential being observed. The utility of the sensor was demonstrated by the continuous amperometric monitoring of the mitochondrial oxygen consumption and the results were in agreement with those obtained in parallel measurements performed by using a commercial electrode (\"Clark electrode\"). GO was mixed with the CoTRP porphyrin for the preparation of composites, which were subsequently immobilized on electrode surfaces. The CoTRP molecules were found to be horizontal in the GO surface, generating more dispersed nanostructures in aqueous media depending on the relative amount of CoTRP and GO. This characteristic was used to modulate the electrocatalytic activity of the compounds in the oxygen reduction reaction (ORR) in neutral medium. The material was characterized by transmission electron microscopy, Raman, UV-vis spectroscopy and atomic force microscopy (AFM), and the results confirmed that CoTRP porphyrin is strongly anchored in the GO by means of electrostatic interactions. The ORR in the modified CoTRP / GO electrode was evaluated by electrochemical techniques and a low overpotential (0.05 V) was observed in the four-electrons process involving the reduction of oxygen. This value is dramatically shifted to less negative potentials (0.88V compared to GCE), and the excellent electrode performance allows its use as an effective sensor for the continuous monitoring of oxygen dissolved in aqueous medium. Gold nanoporous films (NPGF) were prepared on a gold surface by application of 2.0 V for 60 minutes in 0.5 mol L-1 H2SO4 solution. The presence of gold nanostructures was confirmed by scanning electron microscopy (SEM) and the NPGF electrode showed superior electrocatalytic activity for the ORR compared to the gold polished surface. More electrocatalytically active gold surfaces were also prepared by electrochemical reduction of Au3+ on glassy carbon electrodes. With an optimum deposition time of 90 s, rough surfaces were obtained and characterized by SEM and XRD. These modified electrodes were successfully used for the monitoring of dissolved oxygen in water samples and the analytical performance was evaluated based on parameters such as sensitivity, selectivity, reproducibility, stability and limit of detection (LOD).

Orientador: Alexandre José de Castro Lanfredi. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-24T13:49:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ConfiguracoesMagneticasColineares.pdf: 2444399 bytes, checksum: 17ab382cbcb9c29bb4b87b155e274e6d (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-06-11T14:02:08Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ConfiguracoesMagneticasColineares.pdf: 2444399 bytes, checksum: 17ab382cbcb9c29bb4b87b155e274e6d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-11T14:02:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ConfiguracoesMagneticasColineares.pdf: 2444399 bytes, checksum: 17ab382cbcb9c29bb4b87b155e274e6d (MD5) Previous issue date: 2010 / Neste trabalho investigamos as propriedades magnéticas de currais de Fe, Cr e Mn adsorvidos sobre a superfície de Pt(111) utilizando o método RS-LMTO-ASA (Real Space Linear Muffin Tin Orbital - Atomic Sphere Approximation), o qual é um método de primeiros princípios baseado na Teoria do Funcional da Densidade (DFT-Density Functional Theory), que permite o cálculo de estruturas magnéticas não-colineares. Obtivemos que os átomos de Fe apresentam momentos magnéticos elevados, da ordem de 3.5µB /átomo, e têm uma interação de troca entre primeiros vizinhos forte e ferro-magnética. Isto leva a um arranjo magnético colinear no curral. Para os currais de Mn e Cr encontramos que estes possuem elevado momento magnético, da ordem de 4.51µB /átomo e 4.15µB /átomo, respectivamente, e interações de troca entre primeiros vizinhos antiferro-magnéticas. Isto conduz a arranjos magnéticos colineares em currais simples, assim como interessantes ordenamentos não-colineares, tais como estruturas tipo vértice (skyrmions), para os currais com uma geometria particular onde o antiferromagnetismo se apresenta frustado. / In this study, we investigated the magnetic properties of Fe, Cr and Mn corrals adsorbed on a Pt (111) surface using the first principle RS-LMTO-ASA (Real Space Linear Muffin Tin Orbital – Atomic Sphere Approximation) method, which is based on the Density Functional Theory (DFT), which allows for non-collinear magnetic ordering. We obtained that the Fe atoms posses a large magnetic moment, of the order of 3.5µB / atom, and have a strong ferromagnetic exchange interaction between nearest neighbors. This leads to collinear magnetic arrangements in the corral. For Mn and Cr corrals on Pt (111) we find that the Mn and Cr present large magnetic moments, of the order of 4.51µB / atom and 4.15µB / atom respectively, and have antiferromagnetic interatomic exchange interactions between first neighbor. This leads to collinear magnetic arragements in simple corrals, as well as novel non-collinear ordering, as vortex-like structures (skyrmions), for the case of corrals with particular geometry where antiferromagnetism becomes frustrated.