The main objective of this work was to study the structural stabilization of calcium apatites where the Ca2+ ions were substituted for Sr2+ in increasing concentrations (0%, 20%, 40%, 60%, 80% e 100%) via ionic co-substitutions. Two distinct syntheses were proposed for comparative purposes: a standard synthesis using counter ions which were not easily incorporated into the apatite structure (NH4+/NO3-) and another one, in which counter ions that can be easily incorporated into the structure (Na+/Cl-) were used. It was observed that Sr2+ ions linearly replaced Ca2+ in the apatite structure, leading to a linear growth of the lattice parameters as well as the unit cell volume for both syntheses. The coexistence of the two phases (calcium apatite and strontium apatite) was suggested only for the samples before calcination at intermediate concentrations (40% and 60%). After calcination, only the samples synthesized in the presence of NH4+/NO3- presented phase transformation, generating calcium and/or strontium phosphates. In contrast, the samples synthesized in the presence of Na+/Cl- formed a solid solution after calcination, having Ca2+ and Sr2+ shared the same apatite lattice. It was shown that the insertion of Sr2+ into the calcium apatite induced the introduction of Cl- ions into the structure. At the same time, Na+ ions were also observed in the structure. Thus, it was evidenced that such elements played an important role in the thermal stabilization of the apatite synthesized in this work. / O objetivo principal deste trabalho foi estudar a estabilização estrutural de apatitas de cálcio substituídas por estrôncio em concentrações crescentes de estrôncio (0%, 20%, 40,%, 60%, 80% e 100%) via co-substituições iônicas. Para isso, duas sínteses distintas foram propostas em termos comparativos: uma síntese padrão usando contra-íons que não são incorporados facilmente a rede de uma apatita (NH4+/NO3-) e outra, usando contra-íons facilmente incorporados à estrutura (Na+/Cl-). Foi possível observar que o Sr2+ substituiu linearmente o Ca2+ levando a um aumento linear dos parâmetros de rede e volumes da célula unitária para as duas sínteses propostas. A coexistência de duas fases distintas (apatita de cálcio e apatita de estrôncio) foi sugerida apenas para as amostras verdes em concentrações intermediárias (40% e 60%). Após calcinação, apenas as amostras sintetizadas na presença de NH4+/NO3- apresentaram segregação de fase, gerando fosfatos de Ca2+ e/ou Sr2+. Contrariamente, as amostras sintetizadas em presença de Na+/Cl- formaram uma solução sólida após calcinação, onde Ca2+ e Sr2+ compartilharam a mesma rede apatítica. Ficou evidenciado que a entrada do Sr2+ na rede das apatitas facilitou a entrada do íon Cl- na estrutura. Ao mesmo tempo, o íon Na+ foi igualmente inserido na estrutura. Assim, foi possível demonstrar que esses elementos desempenharam um papel importante na estabilização térmica das apatitas.

This work reports the study of semiconductor nanocrystals, also known as quantum dots, focusing specifically on zinc sulfide (ZnS). Two different capping agents were used (glutathione and N-acetyl-L-cysteine) for the preparation of ZnS nanocrystals via aqueous route. The study aimed specifically at evaluating the efficacy of the capping agents in the stabilization of semiconductor nanocrystal suspensions towards coalescence as well as in controlling nanocrystal size and optical properties. In addition the effect of doping the ZnS nanocrystals with transition metal ions (Cu2+ and Co2+) on the photoluminescence properties has also been studied. Finally the possibility of energy transfer between the semiconductor nanocrystals and the safranine dye was also evaluated. Spherical-shaped glutathione and N-acetyl-L-cysteine-capped ZnS nanocrystal were obtained with diameters below 5 nm free from coalescence, showing that both iv capping agents were efficient as stabilizers. Both capping agents lead to the formation of ZnS nancrystals with blue fluorescence, typical of the involvement of surface defect states of ZnS. However, samples prepared with glutathione exhibited higher fluorescence intensities than those obtained with N-acetyl-L-cysteine. Upon doping glutathione-capped ZnS nanocrystals with both copper and cobalt the fluorescence intensities decreased gradually following the increase in nominal concentration of dopants, suggesting that cobalt ions played a similar role as copper. Considering both the effect on the intensities and the absence of d-d metal transitions this study suggests that doping reduced the concentration of cation vacancies as well as the involvement of at least one cobalt state in the transition processes. Changes in emission wavelength with different dopant concentrations were not observed probably owing to lack of influence on the nanocrystal size. Finally the preliminary study of fluorescence quenching of semiconductor nanocrystals by safranine dye indicated that significantly low concentrations were able to quench the emissions. Different components of the emission band were distinctly affected. Data analysis by Stern-Volmer plots suggested the occurrence of more than one transfer processes (energy and/or electron transfer). This study will be refined in future works. / No presente trabalho foram estudados nanocristais semicondutores, tambem conhecidos como pontos quanticos ou quantum dots, selecionando-se especificamente o sulfeto de zinco (ZnS). Foram utilizados ois diferentes agentes estabilizantes (glutationa e N-acetil-L-cisteina) na obtencao de nanocristais de ZnS por via aquosa. Buscou-se avaliar, especificamente, a eficiencia dos agentes tiois na estabilizacao das suspensoes de nanocristais frente a agregacao, no controle e distribuicao de tamanhos das particulas, bem como nas propriedades opticas. Estudou-se, alem disto, o efeito da dopagem com ions de metais de transicao (Cu2+ e Co2+) nas propriedades de fluorescencia. Por fim, foi avaliada a possibilidade de transferencia de energia entre os nanocristais semicondutores dopados e o corante safranina. Os nanocristais semicondutores de ZnS estabilizados por glutationa e por N-acetil-L-cisteina foram obtidos com tamanhos abaixo de 5 nm, formas aproximadamente esfericas e livres de agregacao, evidenciando que ambos agentes ii estabilizantes foram eficientes. Ambos agentes estabilizantes levaram a formacao de nanocristais com emissoes na regiao do azul, caracteristicas do envolvimento de estados de defeito de superficie do ZnS. No entanto, as amostras preparadas com glutationa apresentaram maiores intensidades de fluorescencia, quando comparadas com aquelas preparadas com N-acetil-L-cisteina. A dopagem dos nanocristais semicondutores ZnS/Glu com ions cobre e cobalto teve um efeito de diminuir as intensidades de fluorescencia dependente da concentracao nominal dos dopantes em ambos os casos, sugerindo que o cobalto atua de modo analogo ao cobre. Considerando-se tanto o efeito sobre as intensidades de emissao do ZnS quanto a ausencia de transicoes d-d do metal, o estudo sugeriu que a dopagem reduz a concentracao de vacancias de cations, bem como o envolvimento de pelo menos um dos estados eletronicos do cobalto nos processos de transicao. Nao se observou variacoes nos comprimentos de onda para diferentes concentracoes dos dopantes, provavelmente pela ausencia de interferencia no tamanho dos nanocristais semicondutores formados. Por fim, o estudo preliminar da supressao de fluorescencia dos nanocristais semicondutores pelo efeito de diferentes concentracoes do corante safranina mostrou que concentracoes significativamente baixas do corante foram suficientes para diminuir a intensidade de fluorescencia. Diferentes componentes das bandas de emissao dos nanocristais semicondutores foram influenciados de modo distinto. A analise dos dados pelos graficos de Stern-Volmer sugeriu a ocorrencia de mais de um processo de transferencia (energia e/ou eletrons). Este estudo sera aprofundado nos trabalhos futuros.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O diÃxido de estanho (SnO2) em forma de filme fino pode ser produzido com grande transparÃncia à luz visÃvel e boa condutividade elÃtrica. Os filmes finos de SnO2 possuem muitas aplicaÃÃes tecnolÃgicas na indÃstria, principalmente em aparelhos eletrÃnicos que utilizam display de visualizaÃÃo, como em dispositivos em laboratÃrios de pesquisa. Uma das aplicaÃÃes mais promissoras à a sua utilizaÃÃo como Ãxido condutor transparente em cÃlulas solares fotovoltaicas. Devido as suas caracterÃsticas de transparÃncia Ãtica no espectro visÃvel e baixa resistividade, os filmes finos de diÃxidos de estanho sÃo empregados como componente constituinte de cÃlulas solares fotovoltaicas. A proposta deste trabalho à a utilizaÃÃo de um forno, que utiliza a tecnologia de CombustÃo em Meios Porosos para fabricaÃÃo de filmes finos de diÃxido de estanho sobre substratos de vidro, utilizando a tÃcnica de spray pirÃlise. O forno utilizado nesse projeto possui uma cÃmara, onde os filmes de SnO2 sÃo sinterizados, e uma antecÃmara, onde a soluÃÃo precursora dos filmes à aplicada sobre substratos de vidro. Uma pistola spray foi adaptada ao forno, acoplada a antecÃmara, para a aspersÃo da soluÃÃo de estanho sobre substratos de vidro. Foi utilizada a tÃcnica de dopagem dos filmes finos com flÃor com o intuito de reduzir a resistÃncia à corrente elÃtrica. Os filmes finos de SnO2 foram caracterizados em relaÃÃo a transmitÃncia Ãtica ao espectro visÃvel e em relaÃÃo a resistÃncia elÃtrica. TambÃm foram realizadas medidas de difraÃÃo de raios-X e microscopia de forÃa atÃmica para a revelaÃÃo e estudo da estrutura dos filmes de Ãxido de estanho. / The tin dioxide (SnO2) as thin film can be produce with high transparency to visible light and good electrical conductivity. The SnO2 thin films have many technological applications in industry, mainly in electronic devices that use preview display, such as devices in research laboratories. One of the most promising applications is its use as a transparent conductive oxide in photovoltaic solar cells. Due to its transparency in the visible spectrum and low resistivity, the films of tin dioxide are used as a constituent component of photovoltaic solar cells. The present work aims to use a heat furnace, which uses combustion in porous media technology for the production of thin films of tin dioxide (SnO2) on glass substrates, using the technique of spray pyrolysis. The furnace used has a chamber where the films of SnO2 are sintered and a pre-chamber, where the precursor solution is applied films on glass substrates. Spray gun was adapted to furnace and coupled to the antechamber for the spraying of the solution of tin on glass substrates. The technique of doping thin films of Fluoride was used in order to reduce the resistance to electrical current. The thin films of SnO2 was characterized by their optical transmittance spectrum and electrical resistance. The structure of films of tin oxide was study by x-ray diffraction and atomic force microscopy.

Os resultados apresentados neste trabalho estão sistematizados em três partes. Em uma primeira etapa, efetuamos um estudo sistemático do comportamento da estrutura eletrônica em super-redes de deltas em função do período da super-rede e em função da concentração planar de dopantes. Uma nova abordagem, que se baseia no método celular e na solução autoconsistente das equações de Schroedinger e de Poisson, foi desenvolvida e aplicada para super-redes com dopagem planar tipo n em GaAs e em silício. Em ambos os casos, foi observada a transição de um comportamento eletrônico de caráter bi- para tridimensional conforme o período da super- rede diminui. No caso de super-redes de deltas de Si em GaAs foi empreendido o cálculo da energia de corte nos espectros de fotoluminescência de excitação. Uma boa concordância com as medidas experimentais foi obtida. O estudo da estrutura eletrônica para o caso de super-rede de deltas de Sb em Si foi pioneiro. Isto tornou os resultados de nossa investigação teórica de importância fundamental para experimentais e teóricos atuando na 6rea. A concordância entre nossas previsões teóricas e dados experimentais da literatura demonstram a consistência e o poder da abordagem desenvolvida. Em uma segunda etapa, foi efetuado o estudo da distribuição espacial do campo elétrico interno em heteroestruturas contendo camadas tipo \"bulk\", compostas por GaAs e (A1Ga)As. Uma nova abordagem foi desenvolvida para a execuqi3o de cálculos dos perfis de potencial eletrostático e de campo elétrico, sem assumir a ionização total dos dopantes e a não-degenerescência do material. Nosso método transforma a equação de Poisson em uma equação integral que deve ser resolvida autoconsistentemente. Os exemplos numéricos demonstram a aplicabilidade de nossa abordagem a sistemas reais. Perfis do campo elétrico calculados são usados para interpretar os espectros de fotorefletância. Em uma terceira etapa, a teoria geral da fotorefletância de heteroestruturas semicondutoras foi desenvolvida neste trabalho para tornar a interpretação de espectros de fotorefletância precisa e de aplicação eficiente. Um novo metodo de cdculo do coeficiente de reflexgo na presenga de inomogeneidade espacial da funggo dieletrica no interior de cada camada fmeceu um novo patamar de cornpreens20 dos espectros de fotorefletiincia. Este metodo e baseado na construgiio de uma matriz de transferhcia que iraclui as inomogeneidades no interior da camada de um mod0 integral. Portanto, para descrever uma camada de heteroestrutura e preciso ter apenas uma ma& de transferencia. 0s resultados de simulag6es numericas de espectros da fotoreflethcia estilo em uma concordhcia bastante boa com aqueles obtidos atravb de medidas opticas. A eficiencia de nosso metodo o torna aplicavel a simulag6es tip0 \"on-line\". 0s resultados dos metodos anteriores sgo reproduzidos como casos limites de nossa abordagem geral. / The results presented in this work can be displayed along the following three lines. In the first we performed a systematical study of the electronic structure behavior in delta superlattices as a function of superlattice period and sheet doping concentration. A new approach, based on the cellular method and on the selfconsistent solution of Schroedinger and Poisson equations, was developed and applied to superlattices with n-type delta doping in GaAs and silicon. In both cases, a transition from bi- to three- dimensional electronic behavior with the decrease of superlattice period was observed. For Si delta-doping superlattices in GaAs we performed calculations of the energy threshold in the photoluminescence excitation spectra. A good agreement with experimentally measured values was observed. Our investigation of the electronic structure of Sb delta-doping superlattices in Si was a pioneer theoretical study. Due to thls fact, the results of our work are of great importance for experimentalists and theoreticians acting in this area. The agreement between our theoretical predictions and the available experimental data demonstrates the consistency and the power of the developed approach. Along the second line we studied electric field spatial distribution inside of heterosinctures containing bulk layers of GaAs and (A1Ga)As. A new approach was developed to calculate the electrostatic potential and electric field profiles, providing the possibility to take .into account the incomplete ionization of impurities and the degeneracy of the materials. Our method transforms the Poisson equation into an integral equation, which must be solved selfconsistently. Numerical examples show the way to apply our approach to real systems. Internal electric field proiiles, calculated by means of our method are used to interpret photoreflectance spectra. In the third line, a general theory of photoreflectance for semiconductor heterostructures was developed in this work to make the interpretation of fotoreflectance spectra more precise and straightfornard. A new method to calculate the reflection coefficient in the presence of weak spatial inhomogenities of the dielectrical function inside each layer, provided us with a new degree of comprehension of the photoreflectance spectra. This method is based on the construction of a transfer matrix which includes the inhomogenities inside the layer in an integral way. This explains why we need only one matrix to describe one layer of the heterostructure. Results of our numerical simulations are in very good agreement with data of optical measurements. The efficiency of our method makes it suitable for on-line simulations. The results of previous methods emerge from our general approach as limit cases.

Made available in DSpace on 2016-08-18T18:19:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Welber de Jesus Mendes Lima.pdf: 8607012 bytes, checksum: e1e51a1203951dd30beafb4d273369b3 (MD5) Previous issue date: 2008-03-18 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / In this work, are studies the electronic and structural properties of the (8,0)@(13,0) e (6,0)@(13,0) double wall carbon nanotube of zig-zag type doped with atoms of the nitrogen and boron on the inner tube and outer tube. To studies these properties we used of the ab initio method employed of the density functional theory in the generalized gradient approximations. All simulations are make with the SIESTA code. Through of the results we observed that electronic properties, analysis via band structure, are changes with introduction of the impurity this systems. The results shown that nitrogen atom to act how a type-n doped and boron atoms act how a type-p doped. Through of the formation energy calculation we observed that (8,0)@(13,0) and (6,0)@(13,0) DWCNTs are energetic more favorable when is doped with nitrogen in inner tube and boron in outer tube. / Neste trabalho foram estudadas as propriedades eletr onicas e estruturais dos nanotubos de carbono de camada dupla (8,0)@(13,0) e (6,0)@(13,0) do tipo zig-zag dopados com os átomos de Nitrogênio e Boro tanto no tubo interno como no tubo externo. Para estudar tais propriedades, utilizamos o método ab initio com uso da teoria do funcional de densidade na aproximação do gradiente generalizado. Todas as simulações foram realizadas com a utilização do código siesta. Através dos resultados encontrados observamos que as propriedades eletrônicas, analisadas via estrutura de bandas, são afetadas com a introdução de impurezas neste sistema. Os resultados mostram que o átomo de Nitrogênio atua como um dopante tipo-n e o átomo de Boro atua como um dopante tipo-p. Através do cálculo de energia de formação observamos que os nanotubos de carbono de camada dupla (DWCNTs) (8,0)@(13,0) e (6,0)@(13,0) são energeticamente mais estáveis quando estes são dopados com Nitrogênio no tubo interno e com Boro no externo.

Submitted by Rosa Assis (rosa_assis@yahoo.com.br) on 2017-10-02T18:36:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) PRISCILA ROMAGNOLI.pdf: 5679153 bytes, checksum: 33c89deb6013a43a474ebfdd521b2f64 (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2017-10-03T14:48:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) PRISCILA ROMAGNOLI.pdf: 5679153 bytes, checksum: 33c89deb6013a43a474ebfdd521b2f64 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-03T14:48:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) PRISCILA ROMAGNOLI.pdf: 5679153 bytes, checksum: 33c89deb6013a43a474ebfdd521b2f64 (MD5) Previous issue date: 2017-05-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Fundo Mackenzie de Pesquisa / Graphene is a two-dimensional material composed of carbon atoms arranged in a hexagonal lattice with excellent electronic properties, such as high electron mobility, and optical properties, such as wavelength-independent absorption due to the zero electronic bandgap [1]. Novoselov and Geim [2] isolated graphene for the rst time in 2004 and, since then, it has been proving applicable to several areas. In photonics, to date, application as saturable absorbers, polarizers and modulators, among others, have been demonstrated using the nanomaterial on transparent dielectric substrates. This type of substrate becomes necessary for photonic applications, since generally absorption is undesirable. With this requirement in mind, this thesis studies graphene on transparent dielectric substrates, with two main objectives. The rst objective is to increase the optical contrast of graphene on transparent substrates, improving its visualization. The re ectance of silicate glasses covered with graphene, for example, is 4.3% (normal incidence), while the re ectance of glass without graphene is 4.0%, which generates low values of contrast, of the order of 8%. This problem is studied and two solutions to increase the optical contrast are presented. The rst one uses re ected light at the Brewster angle of the substrate, which allows the cancellation of the substrate re ection and, thus, for the observation of re ection only in regions covered with graphene. The technique showed an increase in optical contrast of up to 380 over conventional optical microscopy. The second technique to enhance the contrast explores the unusual fact that re ection on a glass with graphene depends on from which medium light incides (from air or glass). With normal incidence, it was observed that glass substrate incidence generates an increase in optical contrast of 1.3 in relation to air incidence. The technique can be easily implemented in a conventional optical microscope. The second objective of this thesis is to investigate a new method for electrically doping graphene on glass. Doping allows adjustment of the optical and electronic characteristics of graphene. The method consists of exploring the process of thermal poling of silicate glasses. Poling is a known method for recording an electric eld close to the surface in glasses. The doping by poling is investigated by the generated spectral shifts in the Raman G band of graphene and from surface plasmon excitations. It was noted, however, that poling generated a charge concentration in graphene that was lower than expected, 2,9 1012cm􀀀2, which indicates that the recorded eld is neutralized before it reaches graphene. Although the origin of such neutralization is not yet understood, one possibility is the migration of charges from graphene to the substrate, which would screen the electric eld in graphene. The e ects of doping due to interaction with the atmosphere and the substrate are also shown to be important factors that signi cantly in uence the nanomaterials charge concentration. A signi cant reduction in these e ects is demonstrated using a substrate of exfoliated hBN on silica and in an argon atmosphere. / O grafeno é um material bidimensional composto de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal com excelentes propriedades eletrônicas, como a alta mobilidade eletrônica, e ópticas, como a absorção independente do comprimento de onda devido ao gap zero [1]. Novoselov e Geim [2] isolaram o grafeno pela primeira vez em 2004 e, desde então, o grafeno vem demonstrando aplicações nas mais diversas áreas. Na área de fotônica, até o momento, aplicacões como absorvedores saturáveis, polarizadores e moduladores, entre outras, já foram demonstradas utilizando o nanomaterial em substratos transparentes dielétricos. Esse tipo de substrato torna-se necessário em aplicações fotônicas, uma vez que em geral sua absorção da luz pelo substrato é indesejada. Com este requerimento em vista, esta tese de doutorado estuda o grafeno sobre substratos dielétricos transparentes, com dois objetivos principais. O primeiro objetivo é aumentar o contraste óptico do grafeno sobre substratos transparentes, melhorando sua visualização. A refletância de vidros silicatos recobertos com grafeno, por exemplo,é de 4,3% (incidência normal), enquanto a refletância do vidro sem grafeno é de4,0%, o que gera valores de contraste _optico baixos, da ordem de 8%. Este problema é estudado e duas soluções para o aumento de contraste são apresentadas. A primeira utiliza a condição de polarização por reflexão da luz em ângulo de Brewster, que possibilita o cancelamento da reflexão do substrato e a obtenção de reflexão somente onde há grafeno. A técnica proposta mostrou um aumento do contraste óptico de até 380x em relação á microscopia óptica convencional. A segunda técnica de aumento de contraste explora o fato, não muito usual, de que a reflexão no grafeno sobre vidro depende do meio a partir do qual a luz incide (a partir do ar ou vidro). Com incidência normal, foi observado que a incidência pelo substrato de vidro gera um aumento no contraste óptico de 1,3x em relação _a incidência pelo ar. A técnica pode ser facilmente implementada em um microscópio óptico convencional. O segundo objetivo da presente tese consiste em investigar um novo método de dopagem elétrica de grafeno sobre vidros. A dopagem permite o ajuste das características ópticas e eletrônicas do grafeno. O método consiste em explorar o processo de poling térmico de vidros silicatos. O poling é um método conhecido para gravação de um campo elétrico próximo á superfície em vidros. A dopagem gerada pelo poling é investigada a partir dos deslocamentos espectrais gerados na banda G Raman do grafeno e a partir da excitação de plásmons de superfície. Observou-se, entretanto, que o poling gerava uma concentração de portadores no grafeno menor do que a esperada, de ~2,9x1012cm-2, indicando que o campo gravado é neutralizado antes de chegar ao grafeno. Apesar de não se entender ainda a origem de tal neutralização, uma possibilidade é uma migração de cargas do grafeno para o substrato, o que blindaria o campo elétrico no grafeno. Os efeitos de dopagem decorrentes de interação com o ambiente e com o substrato também são mostrados como fatores importantes que influenciam significativamente a concentração de cargas do nanomaterial.É demonstrada uma redução significativa nesses efeitos utilizando-se um substrato de hBN esfoliado sobre sílica e atmosfera de argônio.

Os eletrodos de metais nobres, considerados os melhores, implicam em altos custos para qualquer tipo de aplicação em larga escala. Com intuito de minimizar os custos e manter a eficiência, muitos estudos buscam materiais alternativos. O óxido de estanho apresenta-se como uma boa alternativa para material de eletrodo, principalmente por poder ser utilizado na forma de filme condutor transparente. Atualmente, é aplicado em sensores eletroquímicos para detecção de gases, painéis de cristal líquido e em células fotovoltaicas. Como se trata de um semicondutor, é comum o uso de dopantes para melhorar a condutividade elétrica do composto. Entre os diversos dopantes já estudados, o flúor apresenta resultados muito bons, sendo um dos mais utilizados hoje em dia. Entretanto, pouco se sabe sobre como esse aditivo influi sobre as características físico-químicas do óxido de estanho. A proposta do presente trabalho é estudar a influência do uso de haletos (F e Cl) como aditivos para o óxido de estanho. Inicialmente, foram preparados pós de SnO2 com diferentes concentrações de flúor ou cloro, através do método de precursores poliméricos. Esses pós foram caracterizados por difração de raios X, reflectância difusa de infravermelho e medidas de área superficial através de isoterma BET. Os resultados obtidos mostram que os aditivos concentram-se no contorno de grão. As amostras dopadas sofreram aumento de área superficial e mudança no espectro IV da superfície. Os padrões de difração de raios-X permaneceram inalterados, indicando que não houve formação de solução sólida ou qualquer outro tipo de alteração no retículo cristalino do Sn O2. Os pós também foram submetidos à análise térmica e estudos de mobilidade dinâmica eletroforética. Desses estudos foi possível concluir que a presença dos aditivos modifica a interface do óxido, influindo sobre sua acidez e hidrofobicidade. Além do estudo dos pós, também foi explorada a resposta eletroquímica do óxido dopado, na forma de filmes e pastilhas. As pastilhas foram preparadas através da sinterização dos pós. Os filmes foram preparados por dip coating utilizando vidro ou ouro como substrato. Devido à alta resistência elétrica das pastilhas e dos filmes suportados sobre vidro, não foi possível obter resposta eletroquímica satisfatória. Já os filmes suportados sobre ouro foram caracterizados eletroquimicamente usando eletrólito inerte, sonda eletroquímica (par redox Fe(CN)6-4 / Fe(CN6-3) e eletrólito simulando ambiente corrosivo. Os resultados obtidos mostram que os filmes são pouco homogêneos e que parte do substrato metálico ficou exposto. Os filmes dopados com flúor também foram caracterizados por espectroscopia de impedância eletroquímica. Um circuito equivalente foi ajustado às respostas obtidas. Parâmetros como resistência da transferência de carga e capacitância da dupla camada elétrica puderam ser calculados. / Alternative materiaIs for electrochemical applications are studied and developed due to the high cost of noble metaIs electrodes, still the best materiaIs for electrodes today. Tin oxide presents good results as an alternative electrode material. The material is capable to show both transparency and electrical conductivy when applied as a film. It is currently used as electrochemical sensors for gases detection, liquid crystal display\'s and photovoltaic cells. Being tin oxide a semiconductor, dopants are usually added in order to improve the conductivity. Among several already known additives, fiuorine is one of the most applied, providing very good results. However, there are few information about the fiuorine action over the phisycal-chemistry properties ofthe oxide. The present work focus on the infiuence of halide (F or Cl) doping over some tin oxide characteristics. At first, Sn O2 powders with different additive contents were prepared via a Pechini\'s method derived route. These powders were characterized by X-ray diffraction, diffuse refiectance infrared spectroscopy and BET isoterm suface area measurement. From the obtained results, it can be infered that the additives are mainly in the grain surface. The doped samples showed higher surface areas and differences in the IR spectra. The XRD pattern showed neither shifts nor new phases. Therefore, there were neither solid solution formation nor any kind of crystaline lattice changing. Moreover, thermal analysis and electrophoretic dynamic mobility measurements were performed and showed that the additive presence modifies the tin oxide acidity and hydrofobicity. Besides, the electrochemical behavior of films and syntered tin oxide were explored. Films were prepared through dip coating and supported on glass or gold substrates. Syntered tin oxide was prepared in pellet shape. Pellets and glass supported films showed high resistivity, which leads to poor electrochemical response. Only the gold supported fiims showed good response. These films were electrochemicaly characterized with an inert electrolyte, an electrochemical probe (Fe(CN6-4 / Fe(CN6-3 redox pair) and an corrosive electrolyte. Scaning electronic microscopy was performed too. According to the results, the films are not homogeneous and the metallic substrate was exposed. Electrochemical impedance spectroscopy studies were either performed with fiuorine-doped films. A proposed equivalent circuit was capable to fit the results. Charge transfer resistance and double layer capacity ofthe films could be calculated.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work we used the density functional theory to study InAs and InP nanowires and InAs/InP nanowire heterostructures. Initially we studied the structural, electronic and mechanical properties of InAs and InP nanowires as a function of the diameter and the influence of external mechanical stress on the electronic properties of these systems. Our results show that all analyzed properties change with increasing quantum confinement. Further, the application of an external stress along the nanowire axis reveals a direct to indirect band gap transition for compressive strain in very thin nanowires. We have also studied the quantum confinement effects on the effective masses of charge carriers in InAs nanowires grown in different crystallographic directions. We found the electron and hole effective masses increase with decreasing diameter independently of the growth direction. However, in the range of the studied diameters, the hole effective mass is significantly smaller to the corresponding one at the bulk system. From the study of the stability and electronic properties of the cadmium and zinc doped InAs nanowires, we show that the Cd impurity prefers to be at the core region, whereas Zn impurity is found to be equally distributed along the nanowire diameter. The analysis of the electronic properties of these systems show that these impurities introduce shallow acceptor levels in the band gap, enabling a p-type behavior of these nanowires. Finally, we determined (i) the structural, electronic and mechanical properties of axially and radially modulated InAs/InP nanowire heterostructures for a specific diameter and (ii) the structural and electronic properties of radial InAs/InP nanowire heterostructures as a function of the diameter and composition. From (i), our calculations showed the analyzed properties have an intermediate value between those for the pure InAs and InP nanowires with similar diameters. In particular, the presence of an InP shell covering the InAs nanowires enhances the InAs electron mobility, as compared to the uncapped InAs nanowires. In addition, for the radial heterostructure, the conduction and the valence band alignments favor a type-I heterojunction, while for the axial heterostructure a transition from a type-I to a type-II heterojunction could occur at this range of diameters. From (ii), we observed that for nanowire heterostrutures of similar diameters, the variation of their structural and electronic properties with the composition possesses significant deviations from the linear behavior, which are dependent of the nanostructure diameter. The conduction band offset is approximately zero and the valence band offset decrease regardless of diameter and composition of the heterostructure. / Neste trabalho realizamos um estudo teórico, baseado na teoria do funcional da densidade, em nanofios de InAs e InP e em heteroestruturas de nanofios InAs/InP. Inicialmente estudamos a variação das propriedades estruturais, eletrônicas e mecânicas com o diâmetro em nanofios de InAs e InP, e as possíveis alterações nas propriedades eletrônicas destes sistemas sob a influência de uma tensão mecânica externa. Nossos resultados mostram que todas as propriedades analisadas são alteradas com o aumento do confinamento quântico. Além disso, a aplicação de uma tensão externa ao longo do eixo de crescimento dos fios leva a uma transição de gap direto para indireto nos nanofios de menores diâmetros. A seguir, avaliamos os efeitos do confinamento quântico na massa efetiva dos portadores de carga em nanofios de InAs crescidos em diferentes direções cristalográficas. Encontramos que as massas efetivas dos elétrons e dos buracos aumentam com a redução do diâmetro, independentemente da direção de crescimento dos nanofios. Contudo, no intervalo de diâmetro estudado, a massa efetiva dos buracos nos nanofios é significativamente menor do que a massa efetiva dos buracos no cristal. Do estudo da estabilidade e das propriedades eletrônicas de nanofios de InAs dopados substitucionalmente com cádmio e zinco observamos que, independentemente do diâmetro dessas nanoestruturas, as impurezas de Cd são mais estáveis quando estão no centro do nanofio, enquanto que as impurezas de Zn se distribuem quase que uniformemente ao longo do diâmetro do fio. Do ponto de vista eletrônico, observamos que estas impurezas introduzem níveis aceitadores rasos no gap de energia desses materiais possibitando um comportamento tipo-p desses nanofios. Por fim, determinamos: (i) as propriedades estruturais, eletrônicas e mecânicas de heteroestruturas axiais e radiais de nanofios InAs/InP para um determinado diâmetro; e (ii) as propriedades estruturais e eletrônicas de heteroestruturas radiais InAs/InP como uma função do diâmetro e da composição. Em (i), nossos resultados mostram que as propriedades analisadas possuem valores intermediários entre aqueles dos nanofios de InAs e InP de mesmo diâmetro. Em particular, observamos que a presença de uma camada de InP sobre nanofios de InAs aumenta significativamente sua mobilidade eletrônica quando comparada com a de um nanofio de InAs puro. Além disso, na heteroestrutura radial, o alinhamento das bandas de condução e das bandas de valência favorece uma heteroestrutura do tipo I, enquanto que na heteroestrutura axial, uma transição de uma heteroestrutura do tipo I para uma heteroestrutura do tipo II poderá ocorrer neste intervalo de diâmetros. Em (ii), para as heteroestruturas com diâmetros similares, observamos que a variação de suas propriedades estruturais e eletrônicas com a composição possui desvios significativos do comportamento linear, sendo estes dependentes do diâmetro dessas nanoestruturas. O descasamento da banda de condução é aproximadamente nulo enquanto que o descasamento da banda de valência diminui independente do diâmetro e da composição da heteroestrutura.

Elétrons em bandas estreitas de energia são fortemente afetados pela interação coulombiana como também por desordem na rede. Ambos os efeitos podem levar à localização, mas de naturezas diferentes: estado isolante de Mott, induzido por correlação, e localização de Anderson, induzida por desordem. A existência da fase de Mott ´e também significativamente dependente do preenchimento da banda. Abordagens teóricas para lidar com esse tipo de sistema são usualmente baseadas no hamiltoniano de Hubbard ou modelos relacionados, incluindo desordem como uma distribuição de energias locais. Neste trabalho, utilizando a Teoria de Campo Médio Dinâmico (DMFT), estudamos o modelo de Anderson-Falicov-Kimball e sua versão de três bandas, obtida como uma simplificação do modelo de Hubbard de três bandas associado aos planos de CuO2 dos cupratos supercondutores de alta temperatura crítica, realizando nossa análise para os casos magnético e não magnético. A densidade de estados de uma partícula é obtida por medias aritmética e geométrica sobre a desordem, já que somente a última pode detectar a localização na ausência de um gap de energia. Variando as intensidades de interação coulombiana e desordem, construímos diagramas de fases para esse modelo, onde identificamos transições metal-isolante mediadas por correlação e desordem, bem como a inter-relação entre esses efeitos. Isso é feito para vários preenchimentos de banda, já que nosso principal interesse aqui é estudar como a variação da densidade de elétrons (dopagem) afeta os diagramas de fases previamente obtidos na ausência de dopagem. Para o modelo de uma banda no caso paramagnético, as informações reveladas pela densidade de estados são confirmadas pela análise das condutividades estática e dinâmica, incluindo efeitos de temperatura. Quando consideramos a solução magnética, observamos o comportamento da temperatura de Néel e podemos apresentar um diagrama de fases mais completo. Além de uma análise bastante extensa do modelo de uma banda, fazemos um estudo inicial do modelo de três bandas, focalizando comportamentos que possam vir a ser comparados ao que se observa nos óxidos supercondutores. / Electrons in narrow-band solids are strongly affected by the Coulomb interaction as well as lattice disorder. Both effects can lead to localization, but of different nature: correlation-induced Mott insulating state, and disorder-induced Anderson localization. The existence of the Mott phase is also significantly dependent on the band filling. Theoretical approaches to deal with this kind of system are usually based on the Hubbard Hamiltonian or related models, including disorder as a distribution of the on-site energies. In this work, utilizing Dynamic Mean Field Theory (DMFT), we study the Anderson- Falicov-Kimball and its three-band version, obtained as a simplification of the three-band Hubbard model associated to the CuO2 planes of high-critical-temperature cuprate superconductors, performing our analysis for the magnetic and non-magnetic cases. The one-particle density of states is obtained by both arithmetic and geometrical averages over disorder, since only the latter can detect localization in the absence of an energy gap. Varying the strengths of Coulomb interaction and disorder, we construct phase diagrams for these models, where we identify metal-insulator transitions driven by correlation and disorder, as well as the interplay between these effects. This is done for various band fillings, since our main interest here is to study how the variation of the electron density affects the phase diagrams previously obtained in the absence of doping. For the one-band model in the paramagnetic case, the picture revealed by the density of states is further checked by evaluating the static and dynamic conductivities, including temperature effects. When we consider the magnetic solution, we observe the N´eel temperature behavior, and we are able to present a more complete phase diagram. Besides a quite extensive analysis of the one-band model, we develop an initial study of the threeband model, focusing on behaviors that might be linked with what is observed on the superconducting oxides.

Orientadores: Peterson Bueno de Moraes, Edério Dino Bidóia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia / Made available in DSpace on 2018-08-22T03:26:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Claro_ElisMarinaTurini_M.pdf: 2348408 bytes, checksum: 866377db43cbdf888b73040dcfb89167 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O uso de tecnologias alternativas de tratamento de água contribui para suprimir limitações e inconvenientes oriundos dos processos convencionais de tratamento. Dentre estas, destaca-se a fotocatálise heterogênea, a qual foi utilizada nesse trabalho visando redução da concentração de matéria orgânica, nitrito, inativação de coliformes totais e Escherichia coli da água do rio Piracicaba, para ser utilizada como água de entrada em uma ETA. Avaliou-se o processo fotocatalítico utilizando TiO2 P25 e ZnO comercial além de fotocatalisadores dopados sintetizados (SiZnO, N-SiZnO, F-N-SiZnO, N-SiZnO + NH4Cl, TiO2 + NaOH, TiO2 + NH4OH e TiO2 + NH4F) nas concentrações 1,0 g l-1 e 0,5 g l-1, submetidos à ação de três fontes de radiação distintas (lâmpada de vapor de mercúrio de 250 W, simulador solar e um reator utilizando LED UV de 0,12 W), avaliando-se a toxicidade com sementes de alface (Lactuca sativa). Os resultados demonstraram que em 0,5 g L-1 dos fotocatalisadores, melhor concentração estudada, todos apresentaram atividade fotocatalítica, sendo que nenhum dos sintetizados foram capazes de proporcionar degradação superior ao TiO2 e ao ZnO para tratamento da água do rio. Os melhores resultados dos fotocatalisadores sintetizados foram obtidos com o N-SiZnO para remoção de matéria orgânica em 60 minutos (37% para vapor de mercúrio) e inativação de micro-organismos maiores que 4,0 log para coliformes totais e E. coli, utilizando vapor de mercúrio em 30 minutos de tratamento, além de apresentar a menor fitotoxicidade para as três fontes de radiação. A lâmpada de vapor de mercúrio foi a que apresentou resultados mais satisfatórios em 60 minutos de tratamento. Para o nitrito, não houve redução nas concentrações em 60 minutos de tratamento em relação à inicial, porém, ocorreu aumento nos valores de nitrito em 15 minutos de tratamento, indicando provável oxidação a nitrato. A fotocatálise heterogênea poderia ser aplicada para utilização como tratamento de água de entrada de uma ETA convencional de ciclo completo, entretanto, devido à necessidade de separação dos fotocatalisadores da água e aumento da toxicidade, é recomendado uma minuciosa análise de custo x benefício / Abstract: The use of alternative technologies for water treatment contributes to suppress limitations and disadvantages of conventional processes. Among the promising technologies, there is heterogeneous photocatalysis which was used in this work in order to reduce the concentration of organic matter, nitrite, inactivation of total coliforms and Escherichia coli in samples of water from Piracicaba River, to be used as primary feed for a Municipal Water Treatment Plant (MWTP). We evaluated the photocatalytic process using TiO2 P25 (Degussa) and commercial ZnO as well as synthesized photocatalysts doped (SiZnO, N-SiZnO, F-N-SiZnO, N-SiZnO + NH4Cl, TiO2 + NaOH, TiO2 + NH4OH and TiO2 + NH4F) in concentrations of 1.0 g L-1 and 0.5 g L-1 irradiated under three different sources (high-pressure mercury vapor lamp, solar simulator and UVLED) and monitoring the toxicity with lettuce seeds (Lactuca sativa). The results showed that 0.5 g L-1 was the best concentration; at this value all photocatalysts presented photo-activity whereas none of the synthesized was able to overcome the degradation rates observed by the TiO2 and ZnO. The best results were obtained by photocatalysts synthesized with N-SiZnO irradiated by the high-pressure mercury lamp: 37% of organic matter removal (60 minutes) and inactivation of microorganisms higher than 4.0 log for total coliforms and E. coli (after 30 minutes of treatment), besides to result in the smallest phytotoxicity of the three radiation sources. The use of mercury vapor lamp showed the best results for 60 minutes of treatment time. No fall in the nitrite concentration was obtained during 60 minutes of treatment although a rise in the nitrite concentration has been observed in 15 minutes, which may indicate probable oxidation to nitrate. The proposed photocatalysts could be applied for treating inlet water's at MWTP; however, due to necessity of separation of solution water-photocatalyst and due to small increase of values observed in the toxicity tests, a detailed cost-benefit analysis is recommended / Mestrado / Tecnologia e Inovação / Mestra em Tecnologia