Recently, the skills to reduce the solar cell reflectance at oblique incidence to enhance the overall efficiency of solar cells attracted much attention. the relationships between geometric structures, aspect ratios (depth over width) and sizes of the anti-reflective film (AR film) with the angles of incidence by using an optical simulation software "TracePro ". Simulation results showed that the anti-reflection effect produced by the trench structure is much lower than that of the plane structure. Structure of the higher aspect ratio and smaller size can also be effective in improving anti-reflection. PDMS was chosen as the material to construct an anti-reflective layer. Then, the study used optic lithography techniques to produce square-column structures with aspect ratios of 0.5 and 2 and also four pyramid structures of sizes 20,40,60,80 microns. Using a solar simulator we measured and calculated efficiency in generation of power with respect to different angles of incidence. At angle of incidence at 60 degrees, structure with aspect ratio of 2 obtained 14.7% higher efficiency in power generation than that of structure with ratio of 0.5. Decrease in size also enhanced efficiency. Also at 60 degrees of incidence, pyramid structure of 20um obtained over 19.6% of generating capacity than that of pyramid structure of 80um . At last, etching of PDMS surface was completed using carbon tetra fluoride (CF4) plasma. The PDMS surface thus became random nano-structure. Using Electron microscopy, the desired feature was discovered to become a micron-level structure if the processing time of plasma etching exceeds 4 hours. Two types of structures were produced by CF4 plasma etching, that by processing time of 2 hours and 4 hours on the AR film, respectively. At a 60-degree angle of incidence, AR film by 4 hours of etching obtained 18.8% greater generating capacity than that of AR film by 2 hours of etching.

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Made available in DSpace on 2014-06-12T23:01:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9177_1.pdf: 14691798 bytes, checksum: 144179f5363056f2f79467ca38648666 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / O principal objetivo deste trabalho foi a preparação de blendas de PDMS-PMMA, poli(dimetilsiloxano)-poli(metilmetacrilato), apropriadas para serem utilizadas como próteses externas. Inicialmente, utilizamos a metodologia atualmente empregada no Setor de Próteses Buco-Maxilo-Faciais no Hospital do Câncer de Pernambuco (HCP) na qual é baseada em materiais de PMMA. Os pré-polímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho (IV) e ressonância magnética nuclear (RMN), cromatografia de permeação em gel (CPG) e medidas de viscosidades. Além disso, as reações de polimerização foram investigadas e as amostras resultantes foram também estudadas por análise térmica (termogravimetria e calorimetria exploratória diferencial) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os pré-polímeros de silicone são cadeias de poli(dimetilsiloxano) lineares com grupos vinílicos e -Si-H terminais, os quais podem ser reticulados quando os pré-polímeros são misturados. A resina acrílica é formada pela adição de monômeros de MMA as esferas de PMMA nas quais o pigmento e o iniciador (PBO) foram adicionados. Os resultados de RMN mostraram que 49,5% do PMMA é isotático, com uma temperatura próxima a 83,58ºC. A Tg do PDMS foi observada em -125ºC a temperatura de cristalização em -85ºC e temperaturas de fusão cristalinas próximas a -40ºC e -50ºC. Numa segunda parte deste trabalho, blendas poliméricas de PDMS-PMMA foram preparadas com o objetivo de combinar as características de ambos os polímeros. Essas características consistem em promover cor a matriz de silicone a partir das resinas acrílicas pigmentadas, aumentar a umectabilidade do PDMS e aperfeiçoar as propriedades mecânicas. Como o PDMS e PMMA são imiscíveis, nossa estratégia foi baseada na utilização de um organosilano como compatibilizante, o metacrilóxi-propil-trimetóxisilano, MAPTMS, objetivando melhorar a afinidade entre as fases das blendas de PDMS-PMMA. Este composto tem uma parte orgânica acrílica e grupos metóxis os quais podem ser hidrolisados. Por esta razão, blendas de PDMS-PMMA com o agente compatibilizante foram preparadas por duas metodologias. As blendas foram caracterizadas por MEV, TGA, DSC, espectroscopia no infravermelho, ângulo de contato e ensaios mecânicos de tração. A compatibilização entre o MAPTMS e a fase acrílica foi observada por espectroscopia no infravermelho. As blendas de PDMS-PMMA apresentaram menores valores de ângulos de contato do que para o PDMS, permitindo desta forma uma melhor umectabilidade dos materiais quando em contato com fluídos biológicos. Foram realizados três planejamentos fatoriais no intuito de observar quais as variáveis experimentais foram mais significativas para as propriedades mecânicas das blendas A percentagem de PMMA, a adição do agente compatibilizante, e duas metodologias, A e B, foram investigadas; Metodologia (A) Mistura seqüencial dos componentes: pré-polímero A, MAPTMS, PMMA e pré-polímero B; Metodologia (B) 30 min de reação entre o pré-polímero A, PMMA e o MAPTMS, adicionados nesta ordem, seguida da adição do pré-polímero B. Todos os experimentos foram realizados à temperatura ambiente. A adição do MAPTMS foi fator significativo para um melhor desempenho da das blendas, com relação a tensão na ruptura e módulo elástico. Os maiores valores de módulo de elasticidade (0,0148±0,0007 kgf mm-2) e tensão na ruptura (0,4436±0,0368 MPa) foram obtidos para a amostra com adição do MAPTMS e 25,0% (PMMA/PDMS). Em uma última etapa foi realizado um planejamento fatorial com a adição de água as blendas no intuito de promover uma maior hidrólise do agente compatibilizante e com isto uma melhor adesão entre as fases. Os fatores investigados foram a percentagem de PMMA, a relação MAPTMS:água e duas novas metodologias (C e D); Metodologia (C): Adição de água ao prépolímero A, seguida da adição de MAPTMS e agitação por 60min. PMMA é então adicionado e a agitação prossegue por mais 60min. Após este período o pré-polímero B é adicionado para reticulação. Metodologia (D): Adição de água ao pré-polímero A, seguida da adição de PMMA e agitação por 10 min. MAPTMS é então adicionado e a agitação prossegue por 120min. Após este período o pré-polímero B é adicionado para reticulação. Quando água é adicionada ao sistema, 12,5% (PMMA/PDMS) são preferidos. A relação 1:3 de MAPTMS:água é preferida à relação 1:6, assim como a metodologia C em relação à metodologia D

Através da aplicação de microusinagem com laser de femtossegundos é possível fazer ablação de cavidades com precisão de poucos μm. Se comparado com o processo de litografia, por exemplo, apresenta algumas vantagens como poder ser aplicada em praticamente qualquer tipo de substrato e utilizar tecnologia simples de usinagem assistida por computador para a geração de perfis de duas ou três dimensões. O objetivo deste trabalho foi estudar estratégias e parâmetros com laser de femtossegundos para ablação dos polímeros poliestireno e polidimetilsiloxano (PDMS), de forma a afetar o mínimo possível as características das regiões adjacentes à usinagem. Como exemplos de aplicações, temos o primeiro material que tem sido texturizado para cultura controlada de células do coração e o segundo que faz parte da estrutura de certos circuitos microfluídicos. A fim de se fazer um levantamento dos limiares de ablação destes materiais, foram utilizadas as técnicas D-Scan e regressão de diâmetro. Diversos traços foram realizados variando-se as velocidades de deslocamento da amostra. Com isso, foram analisados os efeitos de incubação e a relação da sobreposição de pulsos com a largura dos traços criados. Por fim foram incluídos incrementos laterais entre os traços, obtendo-se uma área ablacionada. Procurou-se variar a frequência dos pulsos nos experimentos para investigar o aparecimento de um possível efeito térmico com diferentes intervalos de tempo entre pulsos consecutivos. Foram conseguidos parâmetros em que é possível realizar a ablação de pontos, traços e superfícies sem aparente fusão do material. Porém observou-se que o aspecto do perfil ablacionado não tem a tendência de ficar liso e uniforme. Os resultados demonstram a enorme variedade de combinações e parâmetros que podem ser obtidos com a técnica de microusinagem com laser de femtossegundos e favorecem o estudo do processamento destes polímeros. / Through the use of femtosecond laser micromachining, it is possible to ablate cavities with accuracy in the order of a few micrometers. Compared with lithography process, for example, it has some advantages such as being able to be applied to virtually any type of substrate and using simple computer assisted machining technology for the generation of two or three dimensional profiles. The objective of this work was to study strategies and parameters with femtosecond lasers for the ablation of polystyrene and PDMS polymers, in order to affect, as little as possible, the characteristics of these materials. As examples of applications, the first material has been textured for controlled culture of heart cells and the second is used in microfluidic circuits. In order to find out the ablation thresholds of these materials, the D-Scan technique and diameter regression were used. Several traces were performed by varying the sample displacement velocities. Thus, the effects of incubation and the relation of the overlapping of pulses with the width of the traces created were analyzed. Finally, lateral increments were included between the traces, obtaining an ablated area. It was attempted to vary the pulse frequency in the experiments to investigate the appearance of a possible thermal effect with different time intervals between consecutive pulses. Parameters were obtained in which it is possible to perform the ablation of points, traces and surfaces without apparent melting of the material. However, it has been observed that the aspect of the ablated profile does not tend to be smooth and uniform. The results demonstrate the enormous variety of combinations and parameters that can be obtained with the femtosecond laser micromachining technique and favor the study of the processing of these polymers.

Neste trabalho foram desenvolvidas tecnologias e novos processos de fabricação de microdispositivos analíticos visando o acoplamento desta plataforma microfluídica com a detecção condutométrica sem contato (C4D). Uma segunda etapa do trabalho concentrou esforços em melhorar os níveis de detectabilidade da C4D. Para tanto foi proposto um processo rápido e robusto para selagem de canais de vidro para produção de microdispositivos analíticos para eletroforese. Os canais de vidro foram fabricados por processo fotolitográfico e corrosão química em via úmida. Os microcanais obtidos foram selados contra outra lâmina de vidro previamente recoberta por uma membrana polimérica (PDMS) de 50 µm de espessura. Esta mesma membrana, além de promover a junção das placas de vidro, promoveu também o isolamento elétrico entre a solução no interior do canal microfluídico (de uma lâmina de vidro) e os eletrodos metálicos presentes no substrato de vidro oposto. Assim, foi possível acoplar a detecção condutométrica sem contato (C4D) com a plataforma eletroforética proposta. O desempenho analítico desta foi avaliado usando detecção por fluorescência induzida a laser (LIF) e C4D. Eficiência de aproximadamente 47000 pratos/m foi alcançada com boa repetibilidade chip-a-chip. Fluxo eletrosmótico (EOF) estável foi observado apesar da presença do material polimérico compondo parte da parede interna do canal. Com a metodologia proposta, um chip pode ser fabricado em menos de 120 min, já incluindo as etapas de gravação por fotolitografia, corrosão e selagem. Quando comparada à selagem térmica, além do ganho de tempo e facilidade no manuseio dos substratos, o método proposto não necessita de altas temperaturas e os dispositivos obtidos apresentam repetibilidade satisfatória para análises em diferentes dias e em diferentes microchips. A plataforma analítica desenvolvida foi utilizada em um estudo cinético no qual foi possível determinar os parâmetros cinéticos (Vmax = 12,64 mmol L-1 min-1 e KM = 23,8 mmol L-1) da reação de decomposição de ureia catalisada pela enzima urease. Na segunda etapa do trabalho, foi proposta a alteração de um parâmetro físico, a constante dielétrica, da membrana de PDMS usada como isolante de modo a obter um acoplamento capacitivo mais eficiente e como conseqüência uma melhor resposta no detector. Uma discussão teórica fez-se necessária a respeito do princípio de funcionamento da C4D. Os resultados obtidos com experimentos, nos quais a membrana de PDMS foi dopada com dióxido de titânio (TiO2), mostraram que a discussão sobre o funcionamento deste detector está de acordo com as considerações teóricas apresentadas neste trabalho, onde o sinal analítico é proporcional à capacitância e esta é proporcional à constante dielétrica na cela de detecção. Com esta alternativa foi possível reduzir os limites de detecção em experimentos de análise em fluxo de 385,5 para 14,7 µmol L-1 após adição de 50% em massa de TiO2 na membrana de PDMS. / In this thesis were presented technologies developed aiming new manufacturing processes for analytical microdevices by coupling of this microfluidic platform with capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D). In a second stage of the work, we focused on improving the levels of detectability of C4D. We proposed a fast and robust process for sealing glass channels to produce analytical microdevices for electrophoresis. The glass channels were fabricated by photolithographic process and chemical wet etching. The obtained microchannels were sealed against another glass plate, which was previously coated with a 50-µm-thick membrane of poly(dimethylsiloxane) (PDMS). The purpose of this membrane, besides promoting the bonding of the two glass plates, was to act as an electrical insulator between the solution within the microfluidic channel on the top glass plate and the metal electrode present on the bottom glass chip. Thus it was possible to couple the contactless conductivity detection (C4D) with the electrophoretic platform proposed. The analytical performance was evaluated using both laser induced fluorescence (LIF) detection and C4D. Efficiency of about 47,000 plates/m was achieved with good chip-to-chip repeatability. Electroosmotic flow (EOF) was observed and stable despite the presence of polymer composing part of the inner wall of the channel. With the proposed methodology, a chip can be manufactured at less than 120 min, including the patterning step by photolithography, chemical etching, and sealing (bonding) step. When compared to the heat sealing procedure, in addition to time savings, and ease of handling of the substrates, the method does not require high temperatures, and the devices obtained show satisfactory repeatability analysis on different days and different microchips. The proposed analytical platform was used in a kinetic study in which it was possible to determine the kinetic parameters (Vmax = 12.64 mmol L-1 min-1 and KM = 23.8 mmol L-1) for the decomposition of urea catalyzed by the enzyme urease. In the second part of this thesis, it was proposed to change a physical parameter, the dielectric constant of the PDMS membrane used as an insulator, to achieve a more efficient capacitive coupling and consequently a better response in the detector. A theoretical discussion was required regarding the operating principle of C4D. The results obtained from experiments in which the PDMS membrane was doped with titanium dioxide (TiO2) showed that the discussion on the functioning of this detector is in agreement with the theoretical considerations presented in this work. The analytical signal was proportional to the capacitance and this was proportional to the dielectric constant in the detection cell. With this alternative we could reduce the detection limits in flow analysis system experiments from 385.5 to 14.7 µmol L-1 after addition of 50% wt of TiO2 in the PDMS membrane.

Neste trabalho foram desenvolvidas tecnologias e novos processos de fabricação de microdispositivos analíticos visando o acoplamento desta plataforma microfluídica com a detecção condutométrica sem contato (C4D). Uma segunda etapa do trabalho concentrou esforços em melhorar os níveis de detectabilidade da C4D. Para tanto foi proposto um processo rápido e robusto para selagem de canais de vidro para produção de microdispositivos analíticos para eletroforese. Os canais de vidro foram fabricados por processo fotolitográfico e corrosão química em via úmida. Os microcanais obtidos foram selados contra outra lâmina de vidro previamente recoberta por uma membrana polimérica (PDMS) de 50 µm de espessura. Esta mesma membrana, além de promover a junção das placas de vidro, promoveu também o isolamento elétrico entre a solução no interior do canal microfluídico (de uma lâmina de vidro) e os eletrodos metálicos presentes no substrato de vidro oposto. Assim, foi possível acoplar a detecção condutométrica sem contato (C4D) com a plataforma eletroforética proposta. O desempenho analítico desta foi avaliado usando detecção por fluorescência induzida a laser (LIF) e C4D. Eficiência de aproximadamente 47000 pratos/m foi alcançada com boa repetibilidade chip-a-chip. Fluxo eletrosmótico (EOF) estável foi observado apesar da presença do material polimérico compondo parte da parede interna do canal. Com a metodologia proposta, um chip pode ser fabricado em menos de 120 min, já incluindo as etapas de gravação por fotolitografia, corrosão e selagem. Quando comparada à selagem térmica, além do ganho de tempo e facilidade no manuseio dos substratos, o método proposto não necessita de altas temperaturas e os dispositivos obtidos apresentam repetibilidade satisfatória para análises em diferentes dias e em diferentes microchips. A plataforma analítica desenvolvida foi utilizada em um estudo cinético no qual foi possível determinar os parâmetros cinéticos (Vmax = 12,64 mmol L-1 min-1 e KM = 23,8 mmol L-1) da reação de decomposição de ureia catalisada pela enzima urease. Na segunda etapa do trabalho, foi proposta a alteração de um parâmetro físico, a constante dielétrica, da membrana de PDMS usada como isolante de modo a obter um acoplamento capacitivo mais eficiente e como conseqüência uma melhor resposta no detector. Uma discussão teórica fez-se necessária a respeito do princípio de funcionamento da C4D. Os resultados obtidos com experimentos, nos quais a membrana de PDMS foi dopada com dióxido de titânio (TiO2), mostraram que a discussão sobre o funcionamento deste detector está de acordo com as considerações teóricas apresentadas neste trabalho, onde o sinal analítico é proporcional à capacitância e esta é proporcional à constante dielétrica na cela de detecção. Com esta alternativa foi possível reduzir os limites de detecção em experimentos de análise em fluxo de 385,5 para 14,7 µmol L-1 após adição de 50% em massa de TiO2 na membrana de PDMS. / In this thesis were presented technologies developed aiming new manufacturing processes for analytical microdevices by coupling of this microfluidic platform with capacitively coupled contactless conductivity detection (C4D). In a second stage of the work, we focused on improving the levels of detectability of C4D. We proposed a fast and robust process for sealing glass channels to produce analytical microdevices for electrophoresis. The glass channels were fabricated by photolithographic process and chemical wet etching. The obtained microchannels were sealed against another glass plate, which was previously coated with a 50-µm-thick membrane of poly(dimethylsiloxane) (PDMS). The purpose of this membrane, besides promoting the bonding of the two glass plates, was to act as an electrical insulator between the solution within the microfluidic channel on the top glass plate and the metal electrode present on the bottom glass chip. Thus it was possible to couple the contactless conductivity detection (C4D) with the electrophoretic platform proposed. The analytical performance was evaluated using both laser induced fluorescence (LIF) detection and C4D. Efficiency of about 47,000 plates/m was achieved with good chip-to-chip repeatability. Electroosmotic flow (EOF) was observed and stable despite the presence of polymer composing part of the inner wall of the channel. With the proposed methodology, a chip can be manufactured at less than 120 min, including the patterning step by photolithography, chemical etching, and sealing (bonding) step. When compared to the heat sealing procedure, in addition to time savings, and ease of handling of the substrates, the method does not require high temperatures, and the devices obtained show satisfactory repeatability analysis on different days and different microchips. The proposed analytical platform was used in a kinetic study in which it was possible to determine the kinetic parameters (Vmax = 12.64 mmol L-1 min-1 and KM = 23.8 mmol L-1) for the decomposition of urea catalyzed by the enzyme urease. In the second part of this thesis, it was proposed to change a physical parameter, the dielectric constant of the PDMS membrane used as an insulator, to achieve a more efficient capacitive coupling and consequently a better response in the detector. A theoretical discussion was required regarding the operating principle of C4D. The results obtained from experiments in which the PDMS membrane was doped with titanium dioxide (TiO2) showed that the discussion on the functioning of this detector is in agreement with the theoretical considerations presented in this work. The analytical signal was proportional to the capacitance and this was proportional to the dielectric constant in the detection cell. With this alternative we could reduce the detection limits in flow analysis system experiments from 385.5 to 14.7 µmol L-1 after addition of 50% wt of TiO2 in the PDMS membrane.

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<p>Liquid alloy circuitry is an exciting new field of research. It is one of the technologies that strives to make a commercial production of reliable, stretchable circuits possible. The making of liquid alloy circuits is, today, a somewhat tedious handicraft that is time-consuming and not suited for mass production. In this diploma thesis a new method to produce liquid alloy circuitry is presented; print and roll. The circuits consists of Galinstan paths embedded in polydimethylsiloxane (PDMS). Conductive paths are printed in a two step sequence on semi-cured PDMS and then covered with uncured PDMS and exposed to a final curing step. Print and roll produces circuits that are of equal quality as the circuits made with the old method, with a speed and ease superior to the old method. Furthermore advantages and disadvantages with printing on partly cured PDMS substrates are discussed. Partly cured PDMS substrates is important for the print and roll process since it enables the use of uncured PDMS to cover the printed circuit. Using uncured PDMS as a cover-material makes it possible to print the circuits on flat substrates and to use a pick and place machine to place components on the circuit-paths. Some tests with pick and place placing of both large and small components were conducted with varying results.</p>

Liquid alloy circuitry is an exciting new field of research. It is one of the technologies that strives to make a commercial production of reliable, stretchable circuits possible. The making of liquid alloy circuits is, today, a somewhat tedious handicraft that is time-consuming and not suited for mass production. In this diploma thesis a new method to produce liquid alloy circuitry is presented; print and roll. The circuits consists of Galinstan paths embedded in polydimethylsiloxane (PDMS). Conductive paths are printed in a two step sequence on semi-cured PDMS and then covered with uncured PDMS and exposed to a final curing step. Print and roll produces circuits that are of equal quality as the circuits made with the old method, with a speed and ease superior to the old method. Furthermore advantages and disadvantages with printing on partly cured PDMS substrates are discussed. Partly cured PDMS substrates is important for the print and roll process since it enables the use of uncured PDMS to cover the printed circuit. Using uncured PDMS as a cover-material makes it possible to print the circuits on flat substrates and to use a pick and place machine to place components on the circuit-paths. Some tests with pick and place placing of both large and small components were conducted with varying results.

Miniaturization has become a product trend due to technological advancements, thus giving rise to nanoimprint lithography printing. Miniaturization is also a trend regarding process features. nanoimprint lithography has great potential for its simple process, low cost, mass-production capacity, and ease to produce nanoscale microstructure. After making a fence structure of line width less than 100nm on quartz glass with FIB, this study printed the fence structure of line width less than 100nm with the nanoimprint lithography using PDMS mold and quartz soft mold. Though PDMS molding is fast and convenient, it is uncommon with regard to small-size press. This study investigated the application of PDMS molds to nanoimprint lithography in order to verify the optimal parameters of PDMS molding and the results of nanoimprint lithography with PDMS soft modes. After obtaining the optimal molding press, the optimal molding parameters and press pressure were applied to find the optimal experimental results. Results show that the combination can successfully print a fence structure with a line width of 40nm.