Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-09-25T15:07:35Z No. of bitstreams: 1 PATRÍCIA TATIANA ARAÚJO DOS SANTOS - TESE (PPGEP) 2011.pdf: 1900230 bytes, checksum: 89561c399b083520a1b499f7b2a0e152 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-25T15:07:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PATRÍCIA TATIANA ARAÚJO DOS SANTOS - TESE (PPGEP) 2011.pdf: 1900230 bytes, checksum: 89561c399b083520a1b499f7b2a0e152 (MD5) Previous issue date: 2011 / Capes / Nanopartículas de ZnAl1,9Eu0,1O4 foram modificadas a superfície usando agentes amino-silanos, e funcionalizadas a partir de monômeros do tipo metilmetacrilato, etilenodiamina e quitosana como moléculas biocompatíveis. As nanopartículas do ZnAl1,9Eu0,1O4 foram obtidas por reação de combustão, e silanizadas com os agentes silanos 3 – aminopropiltrimetoxisilano e 3 – aminopropiltrietoxisilano, com o intuito de tornar o caráter do espinélio hidrofóbico e em seguida funcionalizadas. As amostras resultantes foram caracterizadas por Difração de raios X, Espectroscopia de Infra Vermelho com Transformada de Fourrier, Microscopia Eletrônica de Transmissão, Espectroscopia de Excitação e Emissão e Rendimento quântico. Os resultados revelaram a formação da fase cúbica ZnAl1,9Eu0,1O4 e traços de EuAlO3. Para as amostras funcionalizadas com quitosana observa-se a formação da fase espinélio e da fase quitosana. Mediante os espectros de FTIR observou-se bandas abaixo de 1000 cm-1 atribuídas às vibrações dos sítios tetraédricos e octaédricos. As amostras funcionalizadas com quitosana apresentaram melhor complexação (interação óxido /polímero) e presença de estiramento NH atribuído ao grupo NH2 da quitosana. A banda de C=O observada para o espinélio ZnAl1,9Eu0,1O4 com quitosana evidenciou a funcionalização das nanopartículas. As nanopartículas ZnAl1,9Eu0,1O4 apresentaram morfologia constituída de aglomerados com formato de agulhas, constituídos de partículas com formato aproximadamente hexagonal, e tamanho menores que 100 nm. Após funcionalização as nanopartículas ZnAl1,9Eu0,1O4 apresentaram morfologia não homogênea, composta por um filme e partículas impregnadas de formato aproximadamente esférica, contendo fases amorfas e cristalinas, com partículas menores que 100 nm. As amostras silanizadas, funcionalizadas com os monômeros e a amostra funcionalizada com quitosana na proporção 5:1, apresentaram as linhas espectrais do íon Eu3+ correspondentes as transições 5D0 → 7F0, 5D0 → 7F1, 5D0 → 7F2, 5D0 → 7F3 e 5D0 → 7F4. O maior rendimento quântico foi observado para a amostra funcionalizada com a mistura dos monômeros utilizando o 3- aminopropiltrimetoxisilano. / Nanoparticles ZnAl1,9Eu0,1O4 were surface modified using amino-silane agents, and from functionalized monomers like methylmethacrylate, ethylenediamine and chitosan as biocompatible molecules. Nanoparticles of ZnAl1,9Eu0,1O4 were obtained by combustion reaction, and silanized with silane agents and 3- aminopropyltrimethoxysilane and 3 -aminopropyltriethoxysilane, in order to make the hydrophobic character of the spinel and then functionalized. The resulting samples were characterized by X-ray Diffraction, Infrared Spectroscopy Fourier Transform, Transmission Electron Microscopy, Excitation and Emission Spectroscopy and quantum yield. The results revealed the formation of cubic phase ZnAl1,9Eu0,1O4 and traces of EuAlO3. For samples functionalized with chitosan, we observed the formation of spinel phase and phase chitosan. Through the FTIR spectra observed bands below 1000 cm-1 assigned to the vibrations of tetrahedral and octahedral sites. The samples functionalized with chitosan showed better complexation (interaction oxide / polymer) and the presence of NH stretch assigned to NH2 group of chitosan. C = O band observed for the spinel ZnAl1,9Eu0,1O4 with chitosan showed the functionalization of nanoparticles. Nanoparticles ZnAl1,9Eu0,1O4 showed morphology composed of needle-shaped clusters consisting of particles with roughly hexagonal shape, and size smaller than 100 nm. Nanoparticles ZnAl1,9Eu0,1O4 after functionalization showed inhomogeneous morphology, consisting of a film and impregnated particles of roughly spherical shape containing amorphous and crystalline phases, with particles smaller than 100 nm. The silanized samples, functionalized with monomers functionalized with chitosan and the sample in 5:1 ratio showed the spectral lines corresponding Eu3+ ion transitions 5D0 → 7F0, 7F1 → 5D0, 5D0 → 7F2, 5D0 → 7F3 and 5D0 → 7F4. The higher quantum yield observed for the sample was functionalized with a mixture of monomers using the 3-aminopropyltrimethoxysilane.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-05T11:15:00Z No. of bitstreams: 1 CRISTIANE MIRANDA FURTADO - TESE (PPGEP) 2013.pdf: 8542186 bytes, checksum: dd770c02b3fb0777b254739165ed99da (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T11:15:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CRISTIANE MIRANDA FURTADO - TESE (PPGEP) 2013.pdf: 8542186 bytes, checksum: dd770c02b3fb0777b254739165ed99da (MD5) Previous issue date: 2013-07-11 / CNPq / A utilização de nanopartículas inorgânicas contendo propriedades luminescentes (NPLs) tem recebido uma atenção especial devido a sua utilização para aplicações biológica, tais como marcadores ópticos in vitro e in vivo, em diagnósticos clínicos e como carreadores de fármacos. No entanto, para tais aplicações biotecnológicas as nanopartículas inorgânicas devem ser funcionalizadas com materiais orgânicos que forneçam grupos de ligações com o meio biológico tornando estas nanopartículas biocompatíveis. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo sintetizar por reação de combustão o ZnAl1,95(Yb:Er)0,05O4, modificar a superfície com o agente silano 3- amonipropiltrimetoxisilano, e avaliar o efeito da funcionalização destas NPLs com quitosana e glutaraldeído, de forma a se obter um material híbrido que possa ser utilizado em aplicações biotecnológicas, como possíveis marcadores ópticos. As NPLs e o material híbrido foram caracterizados por difração de raio-X, distribuição granulométrica, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourrier, microscopia eletrônica de transmissão, microscopia eletrônica de varredura, tensão superficial, teste de solubilidade, análise termogravimétrica e análise térmica diferencial, espectroscopia de excitação e de emissão e citotoxicidade. Os resultados morfológicos demonstram que antes e após a funcionalização com quitosana e com glutaraldeído os tamanhos das partícula foram de 12, 13,2 e 12,8 nm, respectivamente. Bandas de absorção abaixo de 1000 cm-1, característica da estrutura em espinelio e bandas múltiplas em torno de 1100 cm-1 e 1040 cm-1 correspondente ao alongamento assimétrico Si-O, confirmaram a funcionalização das nanopartículas. Os resultados de luminescência indicam a presença das transições características dos íons Yb3+ e Er3+, com um aumento da luminescência observada quando a amostra foi funcionalizada com a quitosana. Pelo teste de citotoxicidade foi observado que as NPLs não funcionalizadas apresentam uma viabilidade celular de 50%, sendo este valor limitante para que se considere este material como não tóxico, contudo ao utilizar a quitosana como agente funcionalizante esta viabilidade celular aumentou para 72%, confirmando um considerável aumento na biocompatibilidade do material. Para o híbrido funcionalizado com glutaraldeído, observou-se que houve diminuição da viabilidade celular para 48%, tornando este material citotóxico. Dessa forma, para obtenção de um marcador óptico as NPLs funcionalizadas com quitosana são mais promissoras devido a sua característica luminescente mais pronunciada, além de que, não é considerado um material citotóxico, o que pode confirmar uma possível aplicação biotecnológica. / The use of inorganic nanoparticles containing luminescent properties (NPLs) has received a special attention because of their use for biological applications, such as optical markers in vitro and in vivo, in clinical diagnostics and as drug carriers. However, for such biotechnological applications inorganic nanoparticles must be functionalized with organic materials that provide groups of connections with the biological environment making these nanoparticles biocompatible. Therefore, this study aimed to synthesize the combustion reaction ZnAl1,95(Yb:Er)0,05O4, modify the surface with silane agent 3-amonipropyltrimethoxysilane, and to evaluate the functionalization effect of these NPLs with chitosan and glutaraldehyde, in order to obtain a hybrid material that can be used in biotechnological applications as possible optical markers. The NPLs and hybrid materials were characterized by X-ray diffraction, particle size distribution, spectroscopy in infrared zone with Fourier transform, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, surface tension, solubility test, thermogravimetric analysis and differential thermal analysis, excitation and emission spectroscopy and cytotoxicity. Morphology results show that before and after functionalization with chitosan and glutaraldehyde particle sizes were of 12.0, 13.2 and 12.8 nm, respectively. Absorption bands below 1000 cm-1, characteristic of the spinel structure and multiple bands around 1100 cm-1 and 1040 cm-1 corresponding to the asymmetric stretching Si-O confirmed the functionalization of the nanoparticles. The luminescence results demonstrate the presence of transitions characteristic of the ions Er3+ and Yb3+, with an increase of luminescence observed when the sample was functionalized with chitosan. By the cytotoxicity test it was observed that the non functionalized NPLs have a cell viability of 50% and this is limiting value to considerate that material as non toxic, but when using chitosan as the functionalizing agent that cell viability increased to 72%, confirming a considerable increase in biocompatibility of the material. For hybrid functionalized with glutaraldehyde, it is observed that there was a decreased cell viability to 48%, which makes this material cytotoxic. Thus, for an optical marker obtaining the NPLs functionalized with chitosan are more promising because of its luminescence characteristic more pronounced, and is not considered a cytotoxic material which can confirm a possible biotechnological application.

O presente trabalho descreve os processos de preparação do aluminato de bário e cálcio, material emissor de elétrons, empregados nos catodos do tipo impregnado para utilização em uma válvula de microondas do tipo TWT. Os catodos investigados constituem-se de uma pastilha de tungstênio porosa impregnada com aluminato de bário e cálcio com proporção molar 5:3:2. Para a síntese do aluminato, utilizaram-se três diferentes métodos: reação em estado sólido, precipitação e cristalização. A termogravimetria auxiliou na consolidação dos procedimentos de preparação dos aluminatos de modo a definir os parâmetros de pirólise/calcinação. Verificou-se que a técnica que apresentou melhores características de síntese foi o método da cristalização, pois esta apresentou uma menor temperatura de formação do aluminato (800ºC) em atmosfera oxidante (O2), quando comparada às técnicas de reação em estado sólido e de precipitação (temperatura de 1000ºC em atmosfera redutora – H2). Utilizou-se o conceito da distribuição da função trabalho prática (PWFD) de Miram para a caracterização termiônica dos catodos impregnados. Empregando-se este método, foi possível traçar o perfil termiônico do catodo com aluminato de bário e cálcio. As curvas PWFD apresentaram a função trabalho média do catodo aluminato de, aproximadamente, 2,00 eV. / In the present work it is described the barium calcium aluminate manufacture processes employed to produce impregnated cathodes to be used in a traveling-wave tube (TWT). The cathodes were developed using a tungsten body impregnated with barium and calcium aluminate with a 5:3:2 proportion (molar). Three different processes were investigated to obtain this material: solid-state reaction, precipitation and crystallization. Thermal analysis, thermogravimetry specifically, supported to determine an adequate preparation procedure (taking into account temperature, time and pirolisys atmosphere). It was verified that the crystallization showed a better result when compared to those investigated (solid-state reaction and precipitation techniques – formation temperature is about 1000ºC in hydrogen atmosphere), whereas it presented the lower formation temperature (800ºC) in oxidizing atmosphere (O2). It was used the practical work function distribution theory (PWFD) of Miram to characterize thermionic impregnated cathode. The PWFD curves were used to characterize the barium-calcium aluminate cathode. PWFD curves shown that the aluminate cathode work function is about 2,00 eV.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-24Bitstream added on 2014-06-13T20:48:19Z : No. of bitstreams: 1 burger_cp_me_jabo.pdf: 769968 bytes, checksum: 7766d90823dbf5c423709325e1af199c (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O tratamento de não união e união retardada é um desafio constante na rotina do ortopedista veterinário. A dificuldade de se conseguir repouso adequado dos pacientes submetidos à osteossíntese, frequentemente, resulta em consolidações mal sucedidas. Com o objetivo de se avaliar o comportamento do cimento de aluminato de cálcio, foram induzidos defeitos ósseos de 3,57mm de diâmetro nos fêmures de 12 coelhos, sendo os do lado direito preenchidos com o referido biomaterial e os do esquerdo permaneceram vazios. Aos 15, 30 e 60 dias de pós-operatório, realizaram-se avaliações clínico-cirúrgicas, radiográficas e histológicas, a fim de se observar o potencial osteoindutor e osteocondutor do biomaterial no defeito ósseo, e se houve osteointegração. Os resultados evidenciaram que o cimento aluminoso, nesta formulação, não possui esses potenciais e nem poder de osteointegração, possivelmente por possuir porosidade reduzida / The treatment of non union and delayed union is a constant challenge for veterinary orthopedists. The difficulty in achieving adequate rest for patients which have undergone osteosynthesis results in unsuccessful bone consolidations. With the aim of evaluating the behavior of a calcium aluminate cement, bone defects of 3,57 mm of diameter were induced in femurs of 12 rabbits. The defects on the right side were filled with the biomaterial and the ones on the left side remained unfilled. The evaluation periods occurred at 15, 30 and 60 days after surgery. Clinical, surgical, radiographic and histological evaluations were performed in order to observe the osteoinductive and osteocondoctive potential of the biomaterial on the bone defects, as well to verify if there was osteointegration. The results showed that the aluminate cement does not have these potencial and nor cause osteointegration in the formulation used in this study

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In this work, the synthesis condition (complexing agent and temperature and time of calcination) were studied aiming to produce BaAl2O4 samples in the ferroelectric hexagonal phase. Pure and Eu3+ - doped samples were produced and its luminescent properties were investigated. BaAl2O4 was prepared using several thermal treatment conditions, via an alternative sol-gel route, using coconut water or PVA as the complexing agents. The sample production at 600 °C/5h is quite interesting, since to date the lowest calcination temperatures found in the literature was 650 ° C using reagents with high degree of toxicity DTA / TG measurements indicated a possible start of the crystallization of the material at approximately 600 ° C, and the X-ray powder diffraction (XRD) confirm the formation of the desired phase of the calcined barium aluminate at that temperature. The results of the Rietveld refinements showed the occurrence of secondary phase in the samples produced at 600 ° C / 5h, presenting 5% of phase Ba(NO3)2, while single phase was found for samples calcined at 1200 ° C for 2 and 5h. Analysis of the diffractogram by the Scherrer equation showed smaller crystallite size for samples calcified at 600 °C/5h, but apparently with a lower degree of crystallinity than the sample prepared at 1200 ° C/ 2 and 5h. The photoluminescence measurements showed that the emission spectra of the samples have great dependence on the times, temperatures and complexing agents used. In particular, samples calcined at 600 ° C have very different characteristics with regard to the probabilities of emissions associated with Eu3+ when compared with samples produced at higher temperatures. Differences observed in the spectra of samples produced via different complexing agents are possibly due to defects created in the materials by impurities present in the coconut water. Samples produced using PVA present sites with higher symmetry, which was evidenced by a lower relative emission of the 5D0→7F2 transition, which is hypersensitive to site symmetry. Analysis of PL measurements performed on pure samples showed a broad emission band, indicating that the material has intrinsic luminescence in all cases. This band is possibly due to the intrinsic defects, F centers and F + centers emisisons. The radioluminescent spectra presented emissions referring to both the Eu3+ and Eu2+ ions, indicating reduction of the europium ion. It was confirmed that this reduction is due to the incident radiation, since XANES measurements showed that only Eu3+ is present in the materials produced. From the comparison between the radioluminescent spectra it was concluded that the samples calcined at 600 ° C have a higher stability of the Eu3+ ions incorporated in the matrix, being more difficult the reduction due to the radiation. / Neste trabalho foram estudados os efeitos da rota de produção e da temperatura e tempo de síntese do sistema BaAl2O4 na fase ferroelétrica hexagonal. Foram produzidas amostras puras e dopadas com íons Eu3+. O BaAl2O4 foi preparado utilizando uma variação da rota sol gel, usando como agentes complexantes, água de coco ou PVA, com temperaturas de calcinação a 600 e a 1200°C. Este resultado se mostra bastante interessante, visto que, até hoje as menores temperaturas de calcinação encontradas na literatura foram 650°C utilizando reagente com alto grau de toxidade. Medidas de DTA/TG e DRX, realizadas para caracterização estrutural, indicam um possível início da cristalização do material em aproximadamente 600°C, e as difratometrias confirmam a formação da fase desejada do aluminato de bário calcinada nessa temperatura. Os resultados dos refinamentos Rietveld mostraram a ocorrência de fase secundária nas amostras produzidas a 600 °C/5h, apresentando 5% da fase Ba(NO3)2, enquanto fase única foi encontrada para amostras calcinadas a 1200 °C por 2 e 5h. Análises do difratograma por meio da equação de Scherrer mostraram menor tamanho de cristalito para amostras calcinadas a 600 °C/5h, porém, aparentemente com menor grau de cristalinidade do que a amostra preparada a 1200°C. As medidas de fotoluminescência mostraram que os espectros de emissão das amostras tem grande dependência com tempos, temperaturas e agentes complexantes utilizados. Em especial, amostras calcinadas a 600 °C apresentam características bem diferentes no que diz respeito às probabilidades das emissões associadas ao Eu3+, quando comparadas com amostras produzidas em temperaturas mais elevadas. Diferenças observadas nos espectros de amostras produzidas via diferentes agentes complexantes, possivelmente são devido a defeitos criados nos materiais por impurezas presentes na água de coco. Amostras produzidas utilizando PVA, apresentam sítios com maior simetria, o que foi evidenciado por uma menor emissão relativa da transição 5D0→7F2, que é hipersensível à simetria do sítio. Análise das medidas PL realizadas em amostras puras mostraram uma larga banda de emissão, indicando que o material possui luminescência intrínseca em todos os casos. Uma possível explicação para esta emissão é ela ser devida a centros F e centros F+ que apresentam-se nesta região espectral em vários óxidos, especialmente aqueles baseados no alumínio. Os espectros radioluminescentes apresentaram emissões referentes tanto aos íons Eu3+ como também Eu2+, indicando redução do íon európio. Foi confirmada que essa redução deve-se à radiação incidente, já que, medidas de XANES mostraram que apenas Eu3+ está presente nos materiais produzidos. Da comparação entre os espectros radioluminescentes pôde-se concluir que as amostras calcinadas a 600°C tem maior estabilidade dos íons Eu3+ incorporados na matriz, sendo mais difícil a redução por conta da radiação.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In this work, the synthesis condition (complexing agent and temperature and time of calcination) were studied aiming to produce BaAl2O4 samples in the ferroelectric hexagonal phase. Pure and Eu3+ - doped samples were produced and its luminescent properties were investigated. BaAl2O4 was prepared using several thermal treatment conditions, via an alternative sol-gel route, using coconut water or PVA as the complexing agents. The sample production at 600ºC/5h is quite interesting, since to date the lowest calcination temperatures found in the literature was 650 º C using reagents with high degree of toxicity DTA / TG measurements indicated a possible start of the crystallization of the material at approximately 600 º C, and the X-ray powder diffraction (XRD) confirm the formation of the desired phase of the calcined barium aluminate at that temperature. The results of the Rietveld refinements showed the occurrence of secondary phase in the samples produced at 600 º C / 5h, presenting 5% of phase Ba(NO3)2, while single phase was found for samples calcined at 1200 º C for 2 and 5h. Analysis of the diffractogram by the Scherrer equation showed smaller crystallite size for samples calcified at 600 ºC/5h, but apparently with a lower degree of crystallinity than the sample prepared at 1200 º C/ 2 and 5h. The photoluminescence measurements showed that the emission spectra of the samples have great dependence on the times, temperatures and complexing agents used. In particular, samples calcined at 600 º C have very different characteristics with regard to the probabilities of emissions associated with Eu3+ when compared with samples produced at higher temperatures. Differences observed in the spectra of samples produced via different complexing agents are possibly due to defects created in the materials by impurities present in the coconut water. Samples produced using PVA present sites with higher symmetry, which was evidenced by a lower relative emission of the 5D0-7F2 transition, which is hypersensitive to site symmetry. Analysis of PL measurements performed on pure samples showed a broad emission band, indicating that the material has intrinsic luminescence in all cases. This band is possibly due to the intrinsic defects, F centers and F + centers emisisons. The radioluminescent spectra presented emissions referring to both the Eu3+ and Eu2+ ions, indicating reduction of the europium ion. It was confirmed that this reduction is due to the incident radiation, since XANES measurements showed that only Eu3+ is present in the materials produced. From the comparison between the radioluminescent spectra it was concluded that the samples calcined at 600 º C have a higher stability of the Eu3+ ions incorporated in the matrix, being more difficult the reduction due to the radiation. / Neste trabalho foram estudados os efeitos da rota de produção e da temperatura e tempo de síntese do sistema BaAl2O4 na fase ferroelétrica hexagonal. Foram produzidas amostras puras e dopadas com íons Eu3+. O BaAl2O4 foi preparado utilizando uma variação da rota sol gel, usando como agentes complexantes, água de coco ou PVA, com temperaturas de calcinação a 600 e a 1200ºC. Este resultado se mostra bastante interessante, visto que, até hoje as menores temperaturas de calcinação encontradas na literatura foram 650ºC utilizando reagente com alto grau de toxidade. Medidas de DTA/TG e DRX, realizadas para caracterização estrutural, indicam um possível início da cristalização do material em aproximadamente 600ºC, e as difratometrias confirmam a formação da fase desejada do aluminato de bário calcinada nessa temperatura. Os resultados dos refinamentos Rietveld mostraram a ocorrência de fase secundária nas amostras produzidas a 600 ºC/5h, apresentando 5% da fase Ba(NO3)2, enquanto fase única foi encontrada para amostras calcinadas a 1200 ºC por 2 e 5h. Análises do difratograma por meio da equação de Scherrer mostraram menor tamanho de cristalito para amostras calcinadas a 600ºC/5h, porém, aparentemente com menor grau de cristalinidade do que a amostra preparada a 1200ºC. As medidas de fotoluminescência mostraram que os espectros de emissão das amostras tem grande dependência com tempos, temperaturas e agentes complexantes utilizados. Em especial, amostras calcinadas a 600 ºC apresentam características bem diferentes no que diz respeito às probabilidades das emissões associadas ao Eu3+, quando comparadas com amostras produzidas em temperaturas mais elevadas. Diferenças observadas nos espectros de amostras produzidas via diferentes agentes complexantes, possivelmente são devido a defeitos criados nos materiais por impurezas presentes na água de coco. Amostras produzidas utilizando PVA, apresentam sítios com maior simetria, o que foi evidenciado por uma menor emissão relativa da transição 5D0-7F2, que é hipersensível à simetria do sítio. Análise das medidas PL realizadas em amostras puras mostraram uma larga banda de emissão, indicando que o material possui luminescência intrínseca em todos os casos. Uma possível explicação para esta emissão é ela ser devida a centros F e centros F+ que apresentam-se nesta região espectral em vários óxidos, especialmente aqueles baseados no alumínio. Os espectros radioluminescentes apresentaram emissões referentes tanto aos íons Eu3+ como também Eu2+, indicando redução do íon európio. Foi confirmada que essa redução deve-se à radiação incidente, já que, medidas de XANES mostraram que apenas Eu3+ está presente nos materiais produzidos. Da comparação entre os espectros radioluminescentes pôde-se concluir que as amostras calcinadas a 600ºC tem maior estabilidade dos íons Eu3+ incorporados na matriz, sendo mais difícil a redução por conta da radiação.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, the mechanisms of doping and the co-doping Sr4Al14O25 with divalent and trivalent rare earths ions, were studied using static computer modeling techniques. A set of potential parameters was developed that is able to reproduce the Sr4Al14O25 with a maximum lattice parameters difference of 2% and the involved metal oxides crystal structures with a maximum lattice parameters difference of 3%. Having achieved a reliable parameterization of the materials, defects could be modeled in the Sr4Al14O25 matrix. The possible mechanisms of the trivalent rare earth incorporation were studied and five mechanisms were proposed. For all of them, solution energies were calculated using two different approaches: the infinite dilution method, where only one defect is created in an infinite crystalline lattice, and the ideal solution method, that takes into account the defect concentration within the limits where no interaction between defects is considered. In the infinite dilution method, the solution energy values showed that the trivalent rare earths are divided in two groups: one group that goes from Lu3+ to Dy3+, at 0K, or from Lu3+ tol Gd3+, at 293K, which preferentially incorporated by isovalent substitution in one of the Al6 sites in octahedral coordination, and a second group that goes from Tb3+, at 0K, or Eu3+, at 293K, to Ce3+, which are dissolved in the matrix via aliovalent substitution in the Sr site, with a charge compensation mechanism given by O2- ions in interstitial positions. Pr3+ ions at 0K, is the only exception to this behaviour where Al vacancy or interstitial O2- can be the charge compensation defect. All solution energies for this method are positive values and show some reasonable difference between them. Ce3+ had the lowest solution global energy, showing this ion to be easily incorporated in the matrix. As for the ideal solution method, the solution energies can also be divided in two groups, as before but with no dependence on the temperature The Pr3+ ion is again an exception to this behavior. The ideal solution method has the advantage that all solution energies depend on the concentration of the dopants and this allows a rough evaluation of the solubility limit for each defect type. Using this method, the maximum rare earth doping concentration would be around 0.03%. Based on the results of the trivalent ions doping mechanism, some proposals to the trivalent reduction mechanism in the matrix were formulated. Each one of these mechanisms is governed by a solid state solution reaction and the solution energies were calculated using the associated energy balance equations. vi Several atmospheres were considered and both the infinite dilution and the ideal solution methods were used to calculate the solution energy. Both show the same behavior, except when the reducing environment is a mixed atmosphere, which is justified by the different quantities of gases used in each method. The results showed that the reduction is easier for the Eu3+ than for the other trivalent ion and that CO is the best atmosphere to promote this reduction, while the N2 atmosphere has a low reducing efficiency, which is in agreement to the results found in the literature. Concerning the environment close to the dopants, we concluded that the substitution of the Eu2+ at the Sr site does not modify the site significantly It was also studied the presence of a codoping ion in the matrix near Eu2+ doping ion. Three mechanisms were proposed and the solution energies were calculated. These results showed that the solution energy values have the same behavior showed by the trivalent ions, except by the co-dopant Eu3+ ion in the interstitial oxygen mechanism. The lowest energy values were obtained with a CO reducing atmosphere. Comparing the solution energies, it can be said that the mechanism in which the trivalent ion occupies the Al3+ site is more likely to happen with ions from Lu3+ until Sm3+, except at 0K, where the Sm3+ has more than one possibility. The Nd3+, Pr3+ and Ce3+ ions have preference for the compensation mechanism with interstitial oxygen. In all these cases the minimized structures around the isovalent substitution defects showed that the distance between the Eu2+, at the Sr site, and the M3+ ions, at the Al site, is rather small and that supports the direct charge exchange mechanim proposed by Nakazawa et. al. [1] to explain the phosphorescence mechanism in this matrix. On the other hand, for the cases where the aliovalent substitituion defect is formed with compensations by interstitial O2- ions, the distance between the Eu2+ and M3+ sites are large enough to avoid direct charge exchanges. / Neste trabalho foram estudados os mecanismos de dopagem e codopagem do Sr4Al14O25 com íons terras raras trivalentes e divalentes, utilizando a técnica da modelagem computacional estática. Um conjunto de parâmetros de potenciais foi desenvolvido para que fosse capaz de reproduzir o Sr4Al4O25 com uma diferença máxima nos parâmetros de rede de 2% e as estruturas cristalinas dos óxidos metálicos envolvidos tivessem uma diferença máxima nos parâmetros de rede de 3%. Após encontrarmos uma parametrização confiável dos materiais, pudemos modelar os defeitos na matriz Sr4Al14O25. Os possíveis mecanismos de incorporação dos terras trivalentes foram estudados e cinco mecanismos foram propostos. Para todas as energias de solução foram calculadas usando duas abordagens diferentes: o método de diluição infinita, onde admitimos que somente um defeito fosse criado em uma rede cristalina infinita, e o método de solução ideal, que leva em conta a concentração do defeito dentro do limite que não exista interação entre os defeitos. No método de diluição infinita, as energias de solução mostram que as terras raras trivalentes se dividem em dois grupos: um primeiro que vai do Lu3+ até o Dy3+, à 0K, ou até o Gd3+, à 293K, que são incorporados preferencialmente via substituição isovalente num dos sítios de Al6 em coordenação octaédrica, e um segundo grupo que vai do Tb, à 0K, ou do Eu3+, á 293K, até o Ce3+ que são dissolvidos na matriz via substituição aliovalente no sítio de Sr, com o mecanismo de compensação de cargas dado pela formação de um O2- no interstício. O íon de Pr3+ na temperatura de 0K é a única exceção neste comportamento, aqui a vacância de Al ou O2- intersticial podem ser os defeitos de compensação de carga. Todas as energias de solução para este método são positivas e apresentam uma diferença razoável entre eles. A menor energia de solução global foi a do Ce3+, revelando que este ion pode ser mais fácil de ser incorporado na matriz. Quanto ao método de solução ideal, as energias de solução podem também ser dividida em dois grupos como antes, mas sem a dependência da temperatura, o íon de Pr3+ é novamente exceção para este comportamento. O método de solução ideal tem vantagem que todas as energias de solução depende da concentração dos dopantes e isso permite uma avaliação do limite de solubilidade para cada tipo de defeito. Usando este método, a máxima concentração de dopagem. Usando este método obtemos a concentração máxima de 0,03% para a dopagem dos íons terra raras. Baseados nos resultados obtidos para os mecanismos dopagem com íons trivalentes, algumas propostas para os viii mecanismos de redução do íon trivalente na matriz foram feitas. Cada um dos mecanismos é regido por uma reação de estado sólido e as energias de solução foram calculadas com base nas equações de balanço energético associadas. Várias atmosferas foram consideradas e ambos os métodos foram usados para calcular as energias de solução. Ambos os métodos mostram o mesmo comportamento, exceto o ambiente redutor tem atmosfera mista, justificado pelas diferentes quantidades de gases usadas em cada método. Os resultados mostram que o íon de o íon de Eu3+ é o mais provável de reduzir e que a atmosfera de CO é a mais indicada para redução dos íons enquanto a atmosfera de N2 não se mostrou eficiente para a redução, este resultado está de acordo com o encontrado na literatura. Quanto ao ambiente próximo ao dopante, podemos concluir que a substituição do íon de Eu2+ pelo íon de Sr não modifica de forma significativa. Foi também estudado a presença do codopante na matriz em uma região próximo ao dopante Eu2+. Os resultados mostram que os valores da energia de solução tem comportamento semelhante ao mostrado pelos íons trivalentes, exceto pelo codopante Eu3+ no mecanismo por oxigênio intersticial. As menores energias foram obtidas com atmosfera redutora de CO. A comparação das energias de solução mostrou que o mecanismo cujo íon trivalente ocupa o sítio de Al3+ tem maior probabilidade de acontecer para os íons Lu3+ ao Sm3+, exceto a 0K onde há uma divisão na preferência do Sm3+. Os íon de Nd3+,Pr3+ e Ce3+ tem preferência pelo mecanismo com compensação de um Oxigênio intersticial. Em todos estes casos, as estruturas minimizadas em torno do defeito de substituição isovalente mostram que a distancia entre o Eu2+, no sitio do Sr, e os íons M3+, no sitio do Al, é bastante pequena o que está de acordo com o mecanismo de troca direta de cargas proposto por Nakazawa et. al.[1] para explicar o mecanismo de fosforescência nesta matriz. Por outro lado, para o caso onde o defeito de substituição aliovalente é formado com compensação pelo O2- intersticial, as distâncias entre os sítios ocupados pelos dopantes Eu2+ e M3+ são grandes demais para permitir a troca direta de cargas.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The defects and the optical properties of BaAl2O4 were carried out experimentally and compared with computer modelling predictions. In the computational modelling part, a set of potential parameters that could reproduce the available experimental crystal structures of all compounds of the family was obtained. Then the intrinsic and extrinsic defects were studied, including the process of reduction of rare earth ions. The solution energies of the extrinsic defects were obtained by two different methods. The first one is the infinite dilution approach, where a single defect is created in an infinite crystalline matrix. The second one, developed in our group, is the ideal solution approach that considers the total energetic coast to create a concentration of defects in the matrix. Using the previous results, the positions of the dopant and the first neighbours were used to calculate the crystal field parameters and the wavelength of the 4f internal transitions of the doping ions. A study of the equilibrium surfaces via computer modelling was also conducted, followed by prediction of the morphology of pure BaAl2O4. In the experimental part, the pure and doped BaAl2O4 samples were produced using the proteic sol-gel technique, where coconut water is used as a starting solvent for the metal salts. Thermal analysis techniques were employed to obtain the best conditions of calcination of the samples. The structural and microstructural characterization of the samples was made using the X-ray diffraction and transmission and scanning electron microscopy techniques. The analysis by X-ray diffraction showed the formation of BaAl2O4 phase calcined at 1100ºC/2hs and electronic microscopy showed nanoparticles with a hexagonal-like morphology with size varying from 50 to 100nm. The emission spectra of BaAl2O4: Eu exhibit typical transitions of Eu element indicating the incorporation of the dopant in the matrix of the produced material. Analysis of the results of X-ray spectroscopy (XAS) and emission of luminescence excited by X-ray samples (XEOL) enabled us to create a model that explains the behaviour found and can be used to propose a model for the scintillation properties of the doped nanopowders. The spectra showed typical emissions XEOL of doping ions (Eu, Dy and Ce). The dispersive X-ray absorption (DXAS) technique was used to monitor the kinetics of the reduction of Eu ions during irradiation using different reducing agents as provided by efficient computational modelling in order to verify the relationship between the generation of damage and the reduction process. A mechanism of XEOL for Eu-doped BaAl2O4 is proposed, taking into account the absorption of Xrays/ reduction of the Eu ions in the samples. / Neste trabalho o estudo dos defeitos e das propriedades ópticas no BaAl2O4 foi realizado experimentalmente e através da modelagem computacional, tanto para as amostras puras quanto para as amostras dopadas com íons terra raras. Na modelagem computacional foi obtido, primeiramente, um conjunto de parâmetros de potenciais que reproduziu as estruturas cristalinas experimentais de todos os compostos da família. Em seguida, os defeitos intrínsecos e extrínsecos foram investifados, incluindo o processo de redução dos íons terras raras. As energias de solução dos defeitos extrínsecos foram obtidas por dois métodos distintos, o método de diluição infinita e o método de solução ideal. O primeiro deles, um único defeito esta imerso numa matriz cristalina infinita. Já no segundo, desenvolvido pelo nosso grupo, considera-se o custo energético total para produzir certa concentração de defeitos. Utilizando os resultados anteriores, as posições do dopante de seus primeiros vizinhos obtidos a partir da simulação atomística foram usadas para obter os parâmetros do campo cristalino e, posteriormente, os comprimentos de onda das transições entre os níveis 4f dos íons dopantes. Ainda da modelagem computacional, foi realizado um estudo das energias de superfície, permitindo prever a morfologia do BaAl2O4 puro. Na parte experimental, o BaAl2O4 puro e dopado foi produzido via técnica Sol-gel protéica, em que a água de coco foi utilizada como solvente de partida para a produção das amostras. Técnicas de análise térmica foram empregadas visando obter as melhores condições de calcinação para formação dos óxidos. A caracterização estrutural e microestrutural das amostras foram feitas utilizando as técnicas de Difração por raios X e Microscopia eletrônica de transmissão e varredura. A análise por difração de raios X mostrou a formação da fase BaAl2O4 nas amostras de nanopós calcinados a 1100ºC/2h e as microscopias mostraram uma morfologia hexagonal de tamanho que variava de 30 a 100 nm. Os espectros de emissão do BaAl2O4:Eu exibem transições do elemento típicas do Eu indicando a incorporação do dopante nas matrizes dos materiais produzidos. Os resultados de espectroscopia de raios X (XAS) e de emissão luminecente das amostras excitadas com raios X (XEOL) possibilitaram a criação de um modelo que explica o comportamento encontrado. Os espectros XEOL apresentaram emissões típicas dos íons dopantes (Eu, Dy e Ce). A técnica de absorção de raios X dispersivos (DXAS) foi usada para acompanhar a cinética do processo de redução dos íons Eu utilizando diferentes agentes redutores previstos pela modelagem computacional, com o intuito de verificar a relação entre a geração de danos e o processo de redução. Um mecanismo de XEOL do BaAl2O4 dopado com Eu foi proposto, levando em conta os processos de absorção de raios X e redução dos íons Eu nas amostras.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work, the synthesis of the oxide zinc aluminate spinel (ZnAl2O4) was realized by the metal-chitosan complexation method in different calcinations temperatures with the purpose of studying their influence in the physical properties of the material. The powders obtained were characterized by X-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (FTIR), nitrogen adsorption-dessorption by the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method, scanning electron microscopy (SEM) and differential thermal analysis (DTA). This material was used as catalyst and its activity was investigated in the photodegradation reaction of an organic textile dye under ultraviolet irradiation. In order to do this research, aqueous solutions of the dye were used in different initial concentrations and different amounts of catalyst. In the photocatalytic tests, parameters like the influence of the dye s calcinations temperature, the influence of the dye s initial concentration and the effect of the catalyst concentration. The rates constants of photocatalytic reactions were determined. The summary of the results demonstrated the obtainment of mesoporous particles with high surface area. The photocatalytic tests indicated that the material prepared in this work shows satisfactory photocatalytic activity for the degradation of the organic pollutant. The initial concentration of the dye as well as the catalyst mass had significant influence in the photocatalytic process. / Neste trabalho foi realizada a síntese do óxido espinélio aluminato de zinco (ZnAl2O4) pelo método de complexação metal-quitosana em diferentes temperaturas de calcinação, a fim de estudar a influência das mesmas sobre as propriedades físicas do material. Os pós obtidos foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), espectroscopia no infravermelho (FTIR), adsorção-dessorção de nitrogênio pelo método Brunauer-Emmett-Teller (BET), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise térmica diferencial (ATD). Este material foi usado como catalisador e sua atividade foi investigada na reação de fotodegradação de um corante orgânico têxtil (Vermelho Procion H-E7B) sob irradiação ultravioleta. Para tal estudo, foram utilizadas soluções aquosas do corante em diferentes concentrações iniciais e diferentes quantidades de catalisador. Nos testes fotocatalíticos foram analisados parâmetros como influência da temperatura de calcinação do catalisador, influência da concentração inicial de corante e efeito da concentração de catalisador. As constantes de velocidade das reações fotocatalíticas foram determinadas. Os resultados da síntese demonstram a obtenção de partículas mesoporosas e com alta área superficial. Os testes fotocatalíticos indicaram que o material preparado neste trabalho apresenta satisfatória atividade fotocatalítica para a degradação do poluente orgânico. A concentração inicial do corante bem como a massa do catalisador influenciaram significativamente no processo fotocatalítico.

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The CaYA3O7(CYAM) is an oxide belonging to the melilite family that shows luminescent properties when doped and/or codoped with rare earth ions. Several applications have been pointed out as temperature sensor, emergency light, sensing structural damage and solid-state light source for white LED’s. This material has been produced via state solid reaction, combustion synthesis (SHS) and sol-gel method. These methods have been shown some problems as high temperatures and huge time of calcination as well as presence of secondary phases. Pechini method was used in the present work to produce CYAM undoped and doped with rare earth ions aiming to solve these problems. The main aims are preparing the material via this method showing that it has advantages, as compared to previous methods, and to study the luminescence properties of CYAM. The optimum synthesis conditions were determined to be at 1000°C/4h. The synthesized particles are within the submicrometers size range with and irregular shape due to coalescence effect. The undoped CYAM presented luminescence emission in the blue region and this is the first time that this feature is reported. The emission spectra analysis pointed that at least six individual bands composed the intrinsic emission of CYAM and that peaks at 2,57, 2,94 and 3,23 eV were responsible for most of the emitted light. The excitation spectra and lifetime measurements analysis showed that the main emissions are due to F and F+ centres in the matrix. The self-trapping emission was found to be located at 4,40 eV with the exciton creation energy at 6,50 eV. The band gap energy was also determined and it was found to be 6,80 eV. The spectra of the doped CYAM samples showed that all rare earth ions prefer to substitute at Ca/Y site exhibiting spectra that are characteristic of low symmetry sites. Finally, the data obtained from the excitation and emission spectra of doped samples supplemented by the exciton and band gap energies allowed to build a diagram with energy position of all 4f n and 4f n-15d1 ground states for divalent and trivalent lanthanides. This model predicted with reasonable accuracy the 4f-5d1 transition for Tb3+ and Pr3+, besides charge transfer band for Sm3+. The energy diagram can be used to interpret various luminescence characteristics of CYAM. / O CaYA3O7 (CYAM) é um material que pertence a família de compostos com estrutura da melilita e apresenta propriedades luminescentes quando dopado e/ou codopado com íons terra raras. Várias aplicações como sensores de temperatura, sinais de emergência, sensores de danos estruturais e para construção de LED’s de cor branca tem sido apontadas para o CYAM. Este material tem sido produzido via síntese do estado sólido, método de combustão e sol-gel convencional. Estas rotas apresentam problemas como altas temperatura, tempos de tratamento térmico ou presença constante de fases indesejáveis. Visando solucionar este problema foi proposto a produção do CYAM dopado e não dopado pela rota Pechini. Análises térmicas combinadas com medidas de difração de raios-X mostraram que a melhor rota de produção para o material era o tratamento térmico da amostra com patamar de 1000°C por 4h. Por esta rota são produzidas partículas submicrométricas com morfologia irregular devido ao efeito de coalescencia. Os estudos ópticos da amostra não dopada mostraram que a mesma apresenta uma emissão luminescente na região do azul. Esta característica não tinha sido relatada na literatura até este trabalho. Através da análise do espectro de emissão foi possível determinar que ao menos 6 bandas componha a emissão intrínseca do CYAM e que os picos em 2,57, 2,94 e 3,23 eV eram responsáveis pela emissão principal. Através da análise dos espectros de excitação e de medidas de tempo de vida mostrou-se que as emissões principais eram devido a presença de centros F e F+ na matriz. Também foi possível mostrar que a emissão do exciton auto-armadilhado é localizada em 4,40 eV e que a energia de formação de éxciton está localizada em 6,50 eV. A energia de gap do CYAM foi determinada em 6.80 eV. Os espectros de emissão e excitação das amostras dopadas mostraram que os íons terra raras tem preferência em ocupar o sítio de Ca/Y que tem baixa simetria. Por fim, com os dados obtidos dos espectros de excitação das amostras dopadas e com os dados de energia de formação do éxciton e da energia de gap foi possível construir um esquema que mostra a posição em energia dos níveis fundamentais e 1º estado excitado das configurações 4f n e 4f n--15d1 para os lantanídeos trivalentes e divalentes na matriz do CYAM. Este modelo previu com razoável exatidão as energias das transições 4f-5d1 para os íons de Pr3+ e Tb3+. O diagrama de energia poderá ser utilizado para facilitar a interpretação dos vários modelos de luminescência para o CYAM.