Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T18:28:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ogata_DanielaYuri_D.pdf: 15925695 bytes, checksum: ce71b31645d5bdbd2ec19e0019602390 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho foram investigados os parâmetros que afetam a dopagem durante o processo de deposição fase-vapor (V AD) da preforma porosa, e a sua possível correlação com as propriedades da sílica-germânia, utilizando técnicas de caracterização, tais como, o espalhamento de raios-X à baixo ângulo (SAXS), diftação de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de tluorescência de raios-X (FRX). Os resultados mostraram uma forte dependência de alguns parâmetros de deposição nas propriedades da preforma, particularmente a razão de gases H2/02, e a temperatura da superfície de deposição. Os parâmetros de deposição também afetam as flutuações na densidade eletrônica da preforma porosa na região de mícron e sub-mícron. Observou-se a deposição de germânia cristalina, que após a consolidação favorece a formação de "clusters" ricos em germânia. O entendimento dos parâmetros que afetam as propriedades da sílica-germânia abre perspectivas de grande relevância para introdução de inovações tecnológicas no processo, aplicado ao desenvolvimento de fibras ópticas de ultra-baixa atenuação óptica, e dispositivos para óptica não-linear / Abstract: This research reports the study of deposition parameters of V AD (Vapor -phase Axial Deposition) silica-germanium and their correlation with structural properties. Characterization studies were conducted by small-angle X-ray scattering (SAXS), X-ray difftaction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM), and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). The results show a strong correlation of deposition parameters and prefonn properties, particularly for H2/O2 ratios, and surface deposition temperatures. The deposition parameters also affect the electronic density fluctuation of porous preform in the range of micron and sub-micron order. Germania crystalline phase was observed in the soot prefonn. After consolidation process, the crystalline phase disappeared but nano-order "clusters" belonging to gennania-rich domains were detected by anomalous small angle scattering using synchrotron radiation. The understanding of deposition parameters and their correlation with silica-gennania properties opens relevant perspectives to develop new properties in silica-germania applied to an ultra-low attenuation optical fiber and non-linear optical devices / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Varlei Rodrigues / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-31T16:45:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_RafaelCintraHensel_M.pdf: 43759995 bytes, checksum: 8636f117e63053d6b540d65b95c34072 (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Os filmes orgânicos ultrafinos tem permitido funcionalizar superfícies a fim de introduzir propriedades específicas que diferem daquelas apresentadas em escala macroscópica. Um processo versátil para modificar superfícies e criar sistemas multifuncionais é a técnica de automontagem por adsorção física (LbL, do inglês Layer-by-Layer), na qual nanoestruturas são formadas devido a adsorção de moléculas com cargas opostas em arquiteturas moleculares multicamadas. O monitoramento elétrico do crescimento dos filmes é essencial em experimentos nos quais não são permitidas caracterizações ópticas. Além disto, é importante compreender as propriedades elétricas destes filmes devido a sua utilização em sensores capacitivos para análise química. Deste modo, neste trabalho desenvolvemos um equipamento capaz de acompanhar o crescimento de filmes LbL por meio de medidas de capacitância após a deposição de cada camada de polieletrólitos sobre eletrodos interdigitados (IDEs, do inglês Interdigitated Electrodes). Observamos um aumento linear da capacitância devido ao acúmulo de material dielétrico sobre os IDEs, com uma alternância na medida de capacitância de acordo com o polieletrólito depositado, isto é, há uma reversão de carga na camada mais externa quando a adsorção do policátion é compensada pela do poliânion, ou vice-versa. Utilizando o modelo para o potencial eletrostático de um IDE proposto por M. W. Den Otter, desenvolvemos uma nova metodologia para investigar a constante dielétrica da estrutura multicamadas formada. Obtivemos (16 ± 1) para a constante dielétrica do filme LbL (PDDA/CuTsPc), e (21 ± 3) para a arquitetura (PDDA/PSS), ambos em satisfatória concordância com a literatura. Ademais, desenvolvemos um modelo para interpretar o deslocamento na capacitância medida após a adsorção do policátion a fim de determinar sua densidade de carga superficial, que diminuiu de (0,23 ± 0,02) e/µm2 para (0,08 ± 0,01) e/µm2 quando o PDDA (policátion fortemente carregado) foi substituído pelo PAH (policátion fracamente carregado) para ambos os poliânions analisados. Portanto, desenvolvemos um equipamento para monitorar o crescimento de filmes LbL e uma metodologia que permite obter informações sobre o comportamento dielétrico dos filmes a cada camada depositada, o que pode auxiliar na escolha dos materiais e espessura dos filmes LbL utilizados como elementos transdutores em desenvolvimentos futuros / Abstract: Organic ultrathin films have enabled surface¿s functionalization in order to introduce specific properties which differ from those in macroscopic scale. A versatile process to modify surfaces and create multifunctional systems is the layer-by-layer (LbL) technique, in which the nanostructures are formed due to the adsorption of charged molecules in multilayered molecular architectures. The electrical monitoring of the film's growth is essential in experiments in which optical characterizations can not be used. Moreover, it is important to comprehend the electrical properties of these films owing to their application on capacitive sensors for chemical analysis. In this research we developed a home-made setup to keep track of the LbL film¿s growth by measuring the capacitance after each deposited layer onto interdigitated electrodes (IDEs). We have observed a linear increase in the capacitance due to accumulated dielectric material onto the IDEs, along with an alternation in the measured capacitance according to the deposited polyelectrolyte, i.e., a charge reversal of the outermost layer as the polycation adsorption is compensated by the polyanion adsorption, or vice-versa. Using the IDEs electrostatic potential model proposed by M. W. Den Otter, we have developed a new methodology to investigate the dielectric constant of the formed multilayered structure. A dielectric constant of (16 ± 1) was obtained for (PDDA/CuTsPc) films and (21 ± 3) for (PDDA/PSS) architecture, both in satisfactory agreement with the literature. Furthermore, we have developed a model to interpret the capacitance measurement shift after the polycation adsoption in order to investigate its surface charge density, which decreased from (0.23 ± 0.02) e/µm2 to (0.08 ± 0.01) e/µm2 when PDDA (strong polycation) was replaced by PAH (weak polycation) for both analyzed polyanions. Therefore, we have developed an equipment to monitor the LbL film's growth as well as a methodology that enables the obtaining of information about the film dielectric behavior at each deposited layer, which can assist in the choice of the materials and thickness of the LbL films that are used as transductor elements in future developments / Mestrado / Física / Mestre em Física / 147530/2014 / CNPQ

Filmes de carbeto de silício, SiC, cristalinos foram depositados sobre peças de mulita por meio da técnica de deposição química por vapor (CVD) a pressão atmosférica. As características da superfície do substrato determinam se o filme será denso ou poroso, enquanto a temperatura define a cristalinidade e a taxa de nucleação para formação do filme. Durante os procedimentos de preparação do substrato de mulita para a deposição do filme, observou-se o fenômeno da formação de whiskers de mulita quando adicionados 3%mol de terras raras a peça. O fenômeno de crescimento destes whiskers foi sistematicamente estudado para sua caracterização e compreensão do mecanismo de formação. A adição de terras raras promoveu um abaixamento na temperatura de mulitização e a formação de whiskers com uma composição cuja razão alumina / sílica é de 1,3, uma das mais baixas observadas. / Crystalline silicon carbide, SiC, films were deposited on mullite by atmospheric pressure chemical vapor deposition (CVD) method. The characteristic of substrate surface determinate if the film will be dense or porous, while the deposition temperature defines its crystalinity and nucleation rate in film formation. During the mullite substrate preparation process for film deposition, it was observed a whisker formation phenomenon when the piece was doped with 3%mol of rare earth. The growth phenomenon of these whiskers was studied systematically to its characterization and comprehension of its formation mechanism. The addiction of rare earth promote a reduction in mullitization temperature and the formation of whiskers with a composition that alumina / silica ration was 1.3, one of the lowest one ever observed.

The elderly population is sensitive to damages caused by air pollution on health. They spend relatively more time indoors, however there is limited information on the air quality they breathe inside their residences. The objectives of this work are to characterise mass of sizesegregated particulate matter (PM) in elderly residences in Metropolitan Area of Sao Paulo (MASP) in Brazil; assess the meteorological parameters influence; evaluate the indoor and outdoor relationship of PM; quantify the ions, trace elements and black carbon (rBC) in quasi-ultrafine particles (qUFP) and identify their sources, and estimate the respiratory deposition doses (RDD). To achieve these objectives, we measured during 24 hours the mass concentrations of PM in differents sizes (102.5, 2.51.0, 1.00.5, 0.50.25 and <0.25 µm (PM0.25, qUFP) in 59 elderly residences in MASP using a Personal Cascade Impactor Sampler. The PM10 is the sum of all size and PM2.5 is PM10 less PM102.5. The PM2.5 and PM0.25 contributed 78% and 38% of total PM10, respectively. About 77% and 40% of the residences had higher PM2.5 and PM10 than those in outdoor environments. About 13 and 43% of the measurements exceeded the World Health Organization (WHO) guidelines for PM10 and PM2.5, respectively. The PM0.25 exceeded the WHO guideline for PM2.5 in 8.3% of residences. Residences with higher PM concentration in all size bins are predominantly near the heavy traffic areas during the nonprecipitation days. About 68% of residences have the highest mass concentration in PM0.25. We analysed ions by chromatography, trace elements by x-ray fluorescence and rBC by reflectance. The major of ions concentrations in qUFP were found to be SO42- and NH4+, and the major trace elements were Si and Fe. Around 26% of the qUFP is rBC. Some residences have a high concentration of the toxic heavy metals Cu, Ni, Pb and Cr. We identified 6 dominant sources of the indoor qUFP by positive matrix factorization: vehicular emission (57%), secondary inorganic aerosol (21%), soil and construction (7%), wall painting (7%), cooking (5%) and industry (3%). The RDD for coarse and fine particles were found to be 20% and 24.6% higher for male than female elderly during seated position, respectively. The maximum RDD of qUFP and rBC are in the tracheobronchial part. It is important the control of PM sources in the elderly residences to limit adverse health effects of PM, especially fine particles. We suggest consider the rBC as one regulated air pollutant in terms of public control actions for air quality improvement in MASP. / A população idosa é sensível aos riscos da poluição do ar à saúde. Os idosos passam mais tempo dentro de suas casas, mas há pouca informação sobre a qualidade do ar dentro de suas residências. Os objetivos deste trabalho são caracterizar a massa do material particulado (PM) de diferentes tamanhos em residências de idosos na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) no Brasil; avaliar a influência dos parâmetros meteorológicos e a relação entre PM de ambiente interno e externo; quantificar os íons, elementos traços e black carbon (rBC) em partículas quasi-ultrafinas (qUFP) e identificar suas fontes, e estimar as doses de deposição de PM no trato respiratório (RDD). Para alcançar esses objetivos, medimos durante 24 horas as concentrações em massa de PM nos tamanhos 10-2,5; 2,5-1,0; 1,0-0,5; 0,5-0,25 e <0,25 m (PM0.25, qUFP) em 59 residências de idosos na RMSP usando o Personal Cascade Impactor Sampler. O PM10 é a soma da massa em todos os tamanhos e PM2.5 é o PM10 menos o PM10-2.5. O PM2.5 e PM0.25 contribuíram com 78% e 38% do total de PM10, respectivamente. Cerca de 77% e 40% das residências apresentaram maior concentração de PM2.5 e PM10 do que aqueles em ambientes externos. Cerca de 13 e 43% das medidas excederam as diretrizes da Organização Mundial de Saúde (OMS) para PM10 e PM2.5, respectivamente. O PM0.25 excedeu o limiar da OMS para PM2.5 em 8.3% das residências. As residências com maior concentração de PM em todos os tamanhos estão próximas das áreas de intenso tráfego veicular e não houve precipitação durante a medição. Cerca de 68% das residências têm a maior concentração de massa em PM0.25. Analisamos os íons por cromatografia, elementos traços por fluorescência de raios-x e rBC por reflectância. A maior concentração de íons em qUFP foi SO42- e NH4+, e os principais elementos traços foram Si e Fe. Cerca de 26% do qUFP é rBC. Algumas residências têm uma alta concentração dos metais pesados tóxicos Cu, Ni, Pb e Cr. Identificou-se 6 fontes de qUFP por fatoração de matriz positiva: emissão de veículos (57%), aerossol inorgânico secundário (21%), solo e construção (7%), pintura de parede (7%), cozimento (5%) e indústria (3%). O RDD para PM10-2.5 e PM2.5 foi 20% e 24,6% maior para homens do que mulheres enquanto sentados, respectivamente. O RDD máximo de qUFP e rBC foi na parte traqueobrônquica. É importante o controle de fontes de PM nas residências de idosos para limitar os efeitos adversos à saúde, especialmente partículas finas. Sugerimos considerar o rBC como um poluente atmosférico regulado em termos de ações de controle público para a melhoria da qualidade do ar na RMSP.

A subluxação atlantoaxial em cães miniatura culmina em compressão da medula espinhal e mielopatia cervical de graus variáveis. Frequentemente o tratamento cirúrgico se faz necessário, sendo os implantes transarticulares uma das opções terapêuticas. Convencionalmente a passagem desses implantes baseia-se em pontos anatômicos de referência e ângulos genéricos preestabelecidos, todavia, devido ao estreito corredor ósseo o posicionamento ideal é desafiador. O desenvolvimento de métodos de planejamento cirúrgico individualizados poderia aumentar a acurácia na aplicação de implantes atlantoaxiais. O presente estudo teve como objetivo desenvolver um guia cirúrgico paciente-específico (GCPE) para colocação de pinos atlantoaxiais em cães miniaturas e comparar a eficácia desses dispositivos em relação a técnica cirúrgica convencional. Para tanto, dezesseis cadáveres de cães de até seis quilogramas foram dispostos aleatoriamente em dois grupos de oito cães, para serem submetidos a cirurgia de estabilização transarticular atlantoaxial com pinos lisos de 1,6 mm. Nos cães do Grupo A (GrA) a aplicação dos pinos foi guiada por um GCPE, desenvolvido com base em imagens de tomografia computadorizada (TC), a partir de técnicas de prototipagem rápida e impressão 3D por modelagem por fusão e deposição. Os cães do Grupo B (GrB), foram submetidos ao procedimento operatório convencional, sendo a passagem dos pinos guiada por referências anatômicas. Posteriormente ambos os grupos foram submetidos à exame de TC para avaliação da acurácia dos pinos. Para a avaliação do posicionamento dos implantes criou-se uma escala que ponderou a manutenção nos corredores seguros e os classificou de acordo com a estabilidade oferecida e a segurança da aplicação. Observou-se que não houve diferença significativa entre o método com GCPE e a cirurgia convencional, sendo que ambos grupos tiveram resultados expressivos de pinos inadequadamente aplicados, incluindo violação de corticais com obliteração do forame vertebral em 3 (37,5%) cães do GrA e 4 (50%) cães do GrB e obliteração do forame transverso em 3 (37,5%) animais do GrA e 1 (12,5%) do GrB. A aplicação de pinos em posição adequada bilateralmente foi observada em apenas 2 (25%) cães de cada grupo. Concluímos que a confecção de um GCPE para pinos transarticulares em cães miniaturas é viável, todavia, o modelo criado não foi capaz de aumentar a eficácia e segurança da cirurgia em relação à técnica convencional. / The atlantoaxial subluxation in miniature dogs leads to spinal cord compression and cervical myelopathy in several degrees. Commonly the surgical treatment is necessary, and one of therapeutic options are the transarticular fixation. Conventionally the passage of these implants is based on anatomical reference points and generics pre-established angles, however, due to the narrow bony corridor the ideal positioning is challenging. The development of individual surgical planning methods could improve the accuracy of atlantoaxial implants application. The present study aimed to develop a patient-specific surgical guide (PSSG) for placement of atlantoaxial pins in miniature dogs and to compare the efficacy of these devices related to the conventional surgical technique. Sixteen cadavers of dogs, up to six kilograms, were randomly placed in two groups of eight dogs each, to undergo atlantoaxial transarticular stabilization with Kirschner wires. On the Group A (GrA) the application of Kirschner wire were guided by a PSSG, developed based on computed tomography (CT) images, using rapid prototyping and fused deposition modeling 3D impression technique. The dogs of Group B (GrB) were submitted to conventional procedure, with the passage of the Kirschner wires guided by anatomical references. After surgeries, dogs in both groups were submitted to a CT scan to evaluate the accuracy of the implants. To evaluate the implants position a scale was created and considered the maintenance of the pins in the safe corridors and classified them according to the stability and safety of the application. It was observed that there was no significant difference between the PSSG method and the conventional surgery, and that both groups had expressive results of inappropriately applied pins, including obliteration of vertebral foramen in 3 (37.5%) dogs from GrA and 4 (50%) dogs from GrB and obliteration of the transverse foramen in 3 (37.5%) dogs from GrA and 1 (12, 5%) dog of GrB. The bilaterally application of pins in a suitable position was observed in only 2 (25%) dogs of each group. We concluded that the development of a PSSG for transarticular pins in miniature dogs is feasible, however, the model that we design was not able to increase the efficacy and safety of the surgery, compared to the conventional surgical technique.

O caráter aleatório e não homogêneo do crescimento de filmes finos, por processo de deposição, leva à formação de uma superfície rugosa que obedece, em geral, a uma geometria fractal. A dinâmica de crescimento da superfície do filme pode ser descrita por meio de modelos de crescimento discretos, simulações numéricas e equações diferenciais estocásticas. Os modelos e as equações nos fornecem os expoentes críticos, que descrevem o comportamento da rugosidade com a escala de observação e tempo de deposição. Crescemos filmes de platina e ouro através da técnica de implantação e deposição de íons por imersão em plasma metálico. Determinamos experimentalmente os expoentes críticos por meio de microscopia de tunelamento. Comparamos os nossos resultados experimentais com previsões dadas por alguns modelos teóricos. Verificamos que há um bom acordo entre eles e as previsões dadas pela equação estocástica de Kardar, Parisi e Zhang. A estrutura cristalina dos materiais também foi analisada por meio de difração de raios x. / The randomness and inhomogeneities in the growth of thin films generate a rough surface obeying, in general, fractal geometry. The growth dynamics of film surface can be described by theoretical discrete models, numerical simulations and stochastic differential equations. Models and equations give the critical exponents that describe the behavior of roughness with the observation scale and deposition time. We have synthesized platinum and gold films by metal plasma immersion ion implantation and deposition. We have measured the critical exponents by Scanning Tunneling Microscopy. Our experimental results were compared with some theoretical models predictions. We verified that there is a good agreement between them and the theoretical predictions given by the Kardar, Parisi and Zhang stochastic equation. The crystallographic structure was also analyzed by X-ray diffraction.

The phase diagram of complex oxides is very diverse due to the strong interaction between electrons in the electronic structure. It is possible to probe those interactions by changing electrostatically the carrier density, the main concept behind the Field-Effect Transistors (FET) which is the building blocks of nanoelectronics devices. In the case of high-TC superconductor copper oxides, it is possible to use this concept to switch between superconducting and insulator phases, for example using an adjacent liquid electrolyte layer to inject charges in a superconducting film. With that in mind, the objective of this work was to establish protocols to grow superconductor and ferroelectric films for future fabrication of superconducting FET devices. We optimized the deposition conditions for the growth of a single layer of superconductor YBa2Cu3O7&ndash;x and the ferroelectric barium titanate on SrTiO3 substrates by pulsed laser deposition (PLD). Several techniques were employed to study the properties of the thin films, such as X-ray diffraction, atomic force microscope, X-ray photoelectron spectroscopy, resistance vs temperature and ferroelectric hysteresis. Regarding the superconductors thin films, we observed several relations between the superconducting features and the growth parameters. For instance, lower growth temperatures contribute to the nucleation of a-axis oriented grains meanwhile higher growth temperature tends to be c-axis oriented. Regarding the frequency of the laser (proportional to the growth rate), it seems that lower frequency is related to higher surface roughness and the presence of non-superconducting contributions. As it increases, the roughness decrease and the sample presents a sharper superconducting transition. Finally, we also did the first steps towards the field effect device by growing a heterostructure thin film consisting of a superconductor and ferroelectric material. The sample grew c-axis oriented on strontium titanate substrate, though with a high value of surface roughness. / O diagrama de fase dos óxidos complexos é muito diverso devido à forte interação entre os elétrons na estrutura eletrônica. É possível sondar essas interações alterando eletrostaticamente a densidade da portadores, o principal conceito por trás dos transistores de efeito de campo (FET), que é o elemento fundamental dos dispositivos nanoeletrônicos. No caso de supercondutores de alta temperatura a base de óxidos de cobre, é possível usar este conceito para alternar entre fases supercondutoras e isolantes, por exemplo utilizando uma camada adjacente de eletrólito líquido para injetar cargas no filme supercondutor. Com isso em mente, o objetivo desse trabalho foi estabelecer protocolos para crescer filmes supercondutores e ferroelétricos para fabricações futuras de dipositivos FET supercodutores. Nós optimizamos as condições de deposição para o crescimento de uma única camada do supercondutor YBa2Cu3O7&ndash;x e do ferroeléctrico titanato de bário em substratos SrTiO3 por deposição de laser pulsado (PLD). Diversas técnicas foram empregadas para estudar as propriedades dos filmes finos, como difração de raios-X, microscopia de força atômica, espectroscopia de fotoelétrons de raios-X, resistência vs temperatura e histerese ferroelétrica. Em relação aos filmes finos supercondutores, observamos várias relações das propriedades supercondutoras com os parâmetros de crescimento. Por exemplo, temperaturas de crescimento mais baixas contribuem para a nucleação de grãos orientados no eixo a, enquanto a temperatura de crescimento mais alta tende a ser orientada para o eixo c. Em relação à frequência do laser (proporcional à taxa de crescimento), há um indício que valores menores de frequência está relacionada à maior rugosidade superficial e à presença de contribuições não supercondutoras. À medida que aumenta a frequência, a rugosidade diminui e a amostra apresenta uma transição supercondutora mais nítida. Por fim, também fizemos os primeiros passos em direção ao dispositivo de efeito de campo, desenvolvendo um filme fino de heteroestrutura com um material supercondutor e ferroelétrico. A amostra cresceu orientada no eixo c em substrato de titanato de estrôncio com alto valor de rugosidade superficial.

A miniaturização de uma biocélula a combustível (BC) enzimática de glicose/O2 para aplicação em dispositivos bioeletrônicos implantáveis representa um grande desafio em eletroquímica moderna. Isso porque é preciso desenvolver bioeletrodos com alta atividade bioeletrocatalítica, com enzimas fortemente ligadas a superfície eletródica. Além disso, o próprio processo de micromanipulação é desafiador, uma vez que é desejável obter biocélulas miniaturizadas e com alta densidade de potência. Assim, propõe-se aqui o desenvolvimento de uma BC que atenda os requisitos supracitados. Para isso, desenvolveram-se bioânodos e biocátodos compostos por folhas de grafeno individuais modificadas com as enzimas glicose desidrogenase (GDh) e bilirrubina oxidase (BOx), respectivamente. Eletrodos de grafeno com área de 10-3 cm2 e espessura de 0,9 ± 0,2 nm foram utilizados em um microchip de Si/SiO2. Observou-se que o grafeno transferido para o microchip permanecia com contaminações de cobre, mesmo após a utilização dos métodos químicos tradicionais de remoção desse metal. A presença de cobre é decorrente do processo de fabricação do grafeno, neste caso, a deposição química em fase vapor (CVD). Para remover qualquer resíduo deste metal, submeteu-se o grafeno a um procedimento de remoção eletroquímica de cobre, denominada aqui como e-etching. Uma vez não observada qualquer corrente faradaica residual associada às impurezas, obtiveram-se os bioeletrodos com a GDh e a BOx. Para a imobilização enzimática, utilizou-se a ligação covalente via funcionalização com o ácido 4-aminobenzóico. As curvas de polarização de estado quase-estacionário obtidas com os bioeletrodos em tampão fosfato pH 7,0 revelaram correntes de onset para oxidação de glicose em -0,13 V e redução de oxigênio em 0,45 V. Por fim, os eletrodos foram utilizados em uma BC sem membrana, operando no microchip de Si/SiO2, em eletrólito tampão fosfato saturado com O2 e glicose 8,0 mmol L-1. A BC apresentou um potencial de circuito aberto em 0,55 V, com densidade de potência volumétrica igual a 1,7 W cm-3, o maior valor reportado até os dias de hoje para uma BC. / The miniaturization of a glucose/O2 enzymatic biofuel cell (BFC) for application in implantable bioelectronic devices is a challenge in electrochemistry. For this purpose, the necessity of bioelectrodes development with high biocatalytic activity such as enzymes strongly attached to electrode surfaces is a current trend. Moreover, the micromanipulation procedure itself is a challenge since the obtention of BFCs with high power density is desirable. Then, the present study shows the partial results obtained in the development of a glucose/O2 BFC with the characteristics exemplified. For the later, bioanodes and biocathodes were obtained with single graphene flakes modified with the enzymes glucose dehydrogenase (GDh) and bilirubin oxidase (BOx), respectively. Graphene flakes electrodes with area of about 10-3 cm2 and thickness of 0,9 ± 0,2 nm were used in a Si/SiO2 microchip. It was observed that transferred graphene to the microchip remained with copper/copper oxide contamination even after the use of conventional methodologies for the remotion of the metal from single graphene foils. The presence of the remaining copper is due to the fabrication process of graphene by chemical vapor deposition (CVD). For the remotion of remaining impurities from graphene, the electrochemical remotion of copper from graphene was carried out in acidic media by the so called e-etching procedure. Since no residual faradaic current was observed due to metal/metal oxide impurities in graphene electrodes, the bioelectrodes were obtained with the enzymes GDh and BOx. The covalent functionalisation of graphene with 4-aminobenzoic acid via diazonium coupling reaction was used for the enzymatic immobilization. The quasi-stationary polarization curves obtained with the bioelectrodes in phosphate buffer pH = 7,0 showed onset oxidation current for glucose at -0.13V and reduction of molecular oxygen starting at +0.45V. Finally, the bioelectrodes were used in a membraneless BFC operating in a Si/SiO2 microchip under saturated oxygen and glucose 8 mmol L-1 in the electrolyte media. The BFC showed an open circuit potential at 0.55V and volumetric power density of 1.7 W cm-3, the highest value reported for an enzymatic BFC so far.

O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um método de obtenção e a caracterização de filtros ópticos de interferência de banda passante variável que, constituídos por refletores dielétricos multicamadas de filmes finos intercalados por cavidades de Fabry- Perot não planares com espessuras linearmente variáveis, apresentam a propriedade do deslocamento linear da transmitância máxima espectral em função da posição, isto é, um Filtro de Interferência Variável (FIV). Este método apresenta novas e abrangentes possibilidades de confecção de filtros ópticos de interferência variável: lineares ou em outras formas desejadas, de comprimento de onda de corte variável (passa baixa ou alta) e filtros de densidade neutra variável, através da deposição de metais. A primeira etapa do trabalho foi o projeto e a construção de um filtro óptico convencional, de um comprimento de onda central, com camadas homogêneas. A etapa seguinte foi, com base na teoria espectrométrica, promover a variação das espessuras das camadas em um perfil inclinado e linear. Para tanto, de acordo com os requisitos de projeto, foram feitas adaptações em uma evaporadora por e-Beam (elétron-Beam), acrescentando um obliturador mecânico especialmente projetado, ajustando parâmetros de técnicas de deposição e caracterizando o perfil inclinado de um filme depositado para ajustar o obliturador. E, ao final destas etapas, foi projetado e construído o FIV especificado. Também é descrita uma possível aplicação do FIV: um dispositivo multicanal espectral para análise ambiental, e, dentre muitas, outras podem ser mencionadas: sistemas Lab-on-Chip, biosensores, detectores chip-sized, espectrometria de fluorescência on-chip, detectores de deslocamento de comprimento de onda, sistemas de interrogação e etc. / This work presents the development of a method to obtain and characterize a variable interference optical bandpass filter, made up of a number of thin films forming dielectrical reflectors intercalated by non flat Fabry-Perot cavities whose thickness variates linearly. These filters present the propriety of a linear variation in the maximum spectral transmittance as a function of the position in the filter, for this reason this is called Variable Interference Filter (VIF). This method allows of manufacturing linear interference filters or any other function disered, with variable cut wavelength (low or high pass) and variable neutral density filters by means of metallic depositions. The first step in this work was to design and built a conventional filter, with homogeneous layers and a fixed central wavelength. The following step was, using spectrometric theory basis, introduce the variation in the thickness of the layers in a linear inclined outline. Accordingly with the design requirements, it was made some adaptations in an e-beam evaporator (electron-beam), adding a mechanical obliterator adjusted with series of depositions and characterizations of a single layers in order to find a linearly inclined outline. In the end of this step it was designed and built the specified VIF. It is also described a possible application of this VIF: a multichannel spectral device for environmental analysis. Between many applications, others can be cited, such as: Lab-on-Chip systems, biosensors chip-sized detectors, on-chip fluorescence spectrometry, shift wavelength detectors, interrogation systems, etc.

Filmes finos depositados por plasma apresentam varias funções, como proteção de superfície e características de adsorção, úteis no desenvolvimento de sensores. Filmes finos a base de hexametildissilazana HMDS, podem dar origem a materiais adsorventes enquanto filmes fluorados, como os obtidos com metil-nonafluoro (iso)butil-éter HFE®, são bons para passivação e proteção de superfícies expostas a soluções ácidas e básicas. Este trabalho teve como objetivo geral a modificação desses filmes finos objetivando a melhoria na detecção de compostos orgânicos voláteis (VOCs) ou umidade. Os filmes tiveram sua superfície modificada por exposição à radiação beta (feixe de elétrons, 2 MeV, 10 nA a 100 nA) e a radiação ultravioleta (UVC) e foram testados em dispositivos miniaturizados. Foram utilizados dois equipamentos de plasma distintos para a produção dos filmes e vários substratos para deposição: lâminas de silício, cristais piezelétricos de quartzo e acrílico, principalmente. Uma série de caracterizações foi providenciada: Perfilometria (determinação de espessura); Elipsometria (medidas do índice de refração); Espectroscopia de Infravermelho e Espectroscopia de Fotoelétrons Por Raios X para análises da estrutura química; Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura para avaliação da resistência à irradiação UVC ou beta; Medidas de ângulo de contato para determinar a hidrofobicidade e a compatibilidade com VOCs; O software Imagej para a determinação e verificação da ocorrência de formação de aglomerados (clusters) e de suas dimensões. A partir dessas análises escolheram-se filmes com baixa incidência de clusters, para testes em dispositivo miniaturizado, e com alta incidência, para testes de detecção de VOCs ou água. Simulação, produção e testes de dispositivos miniaturizados simples e que favorecem a mistura de reagentes através das características de superfície (misturadores passivos) foi efetuada. O dispositivo testado mostrou-se útil em fase liquida para mistura tanto de líquidos miscíveis quanto imiscíveis. Filmes a base de HFE ou HMDS/HFE pode ser usados como camada passivadora, pois são resistentes à radiação beta, ou UVC. Filmes a base de HMDS sofrem reação por exposição à UVC, o que é útil na construção de dispositivos miniaturizados, ou mesmo detecção de água, dependendo do equipamento de plasma utilizado para deposição. / Plasma thin films present several functions, such as surface protection and adsorption, useful on sensor development. Hexamethyldisilazane (HMDS) thin films can produce adsorbent materials useful as sensitive layer whereas fluorinated films, such as methyl nonafluoro(iso)butyl ether HFE®, are quite useful for passivation and surface protection on acid and basic solutions. This work aims the modification of such films for improvement on volatile organic compounds (VOCs) detection or water detection. The surface of such films was modified by exposure to beta (electron beam, 2 MeV, 10 nA to 100 nA) or ultraviolet (UVC) radiation. These films were also tested on miniaturized devices. Two different plasma- equipment were used and the main substrates for deposition were silicon wafer, piezoelectric quartz crystal and acrylics. The characterization procedures used: profilometer (thickness determination), ellipsometer (refractive index measurement); Infrared (FTIR) and x-ray photoelectron spectroscopy for chemical structure analysis; Optical and scanning electron microscopy for evaluation of resistance to exposition to ultraviolet light or beta radiation; contact angle measurements for determination of hydrophobicity and adsorption of VOCs; Imagej software for evaluation of cluster formation and size. Based on such measurements low density cluster films were tested on a miniaturized device and high density cluster films were used for tests of water and VOCs detection. The simulation, production and tests of simple miniaturized structure that favors mixing were carried out. The conception of the manufactured device is based on passive mixers and mixing was improved to miscible and immiscible fluids as well by changing the surfaces properties of plasma deposited thin films. HFE and HMDS/HFE films were useful as passivation layer, being resistant to beta and UVC radiation. HMDS are sensible to UVC, which was used for obtaining the miniaturized device and is useful to improve water detection, depending on plasma equipment utilized for deposition.