Orientador: Nelson Ramos Stradiotto / Banca: Sônia Maria Alves Jorge / Banca: Eder Tadeu Gomes Cavalheiro / Banca: Fernando Cruz Moraes / Banca: Marcelo Firmino de Oliveira / Resumo: A vinhaça de cana-de-açúcar é um coproduto gerado a partir da produção de etanol através da fermentação de carboidratos por leveduras em indústrias de álcool e açúcar, com alto poder poluente (cerca de cem vezes maior do que o esgoto doméstico) e requer alta demanda química de oxigênio. Estima-se que a produção de vinhaça de cana-de-açúcar no Brasil seja entre 265,1 e 370,3 bilhões de litros na safra 2017/2018. O desenvolvimento de métodos para determinação da composição química da vinhaça é de extrema importância para agregar maior valorização a esse coproduto industrial. Com o intuito de avaliar novos processos de aplicação, produção ou extração de aminoácidos a partir da vinhaça, é de fundamental importância a caracterização precisa da composição química desse coproduto. Neste trabalho, foram investigados detectores nanoestruturados de óxido de grafeno reduzido (RGO) contendo nanopartículas de óxidos metálicos de níquel, cobre e prata para detecção e determinação de aminoácidos em vinhaça de cana-de-açúcar utilizando cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) acoplada com detecção eletroquímica. Os eletrodos modificados construídos foram caracterizados por voltametria cíclica (CV), espectroscopias de impedância eletroquímica (EIS), fotoemissão de raios X (XPS), Raman e energia dispersiva de raios X (EDX), e microscopias eletrônica de varredura de alta resolução (SEM) e eletrônica de transmissão (TEM). A oxidação eletrocatalítica dos aminoácidos em meio alcalino foi es... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Sugarcane vinasse is a co-product generated from ethanol production from yeast fermentation of carbohydrates in sugar and ethanol plants, with high pollutant power (about a hundred times higher than domestic sewage) and requires high chemical oxygen demand (COD). It is estimated that the sugarcane vinasse production in Brazil will be between 265.1 and 370.3 billion litres in 2017/2018 harvest. The methods development for determining the chemical composition of vinasse is extremely important to add value to this co-product and bioenergy applications. In order to evaluate new application processes, production or extraction of amino acids from vinasse, is fundamental to accurate characterization of the chemical composition of this co-product. In this work, we investigated reduced graphene oxide (RGO) containing nickel, copper and silver metal oxide nanoparticles nanostructured detectors for amino acids detection and determination in sugarcane vinasse using high performance liquid chromatography (HPLC) coupled to electrochemical detection. The modified electrodes constructed were characterized by cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), X-ray photoemission spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The electrocatalytic oxidation of the amino acids in alkaline medium was studied by CV with scan rate of 100 mV s-1. The results showed ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Nelson Ramos Stradiotto / Banca: Sonia Maria Alves Jorge / Banca: Leonardo Lataro Paim / Banca: André Luiz dos Santos / Banca: Rodrigo Alejandro Abarza Munoz / Resumo: A vinhaça é um expressivo coproduto da destilação do etanol que apesar de ser considerada poluidora, vem sendo utilizada como fertilizante nas plantações de cana-de-açúcar, colocando em risco a contaminação de aquíferos subterrâneos e salinização do solo. Cerca de 10 a 18 litros de vinhaça são produzidos por litro de etanol destilado e sua constituição é de principalmente sais de potássio, cálcio, magnésio e compostos orgânicos. Dentre estes, os polióis tornam-se importantes compostos por estarem presentes em concentrações altamente significativas e também por apresentar expressiva importância na indústria farmacêutica e alimentícia. Com isso, o conceito de biorrefinarias surge como a possibilidade das usinas terem um pleno aproveitamento deste resíduo, garantindo fins mais lucrativos e ecológicos. Assim, é de grande importância o desenvolvimento de novos métodos para determinação desses compostos, com destaque aos eletroanalíticos, que vem nos últimos anos se destacando por apresentar métodos de análises confiáveis mesmo em baixas concentrações do analito, pequenos volumes de amostra e em matrizes complexas que requerem alta especificidade. Sendo assim, nesse trabalho foi desenvolvido sensores eletroquímicos baseados na técnica de impressão molecular, capaz de produzir polímeros que incorporam as moléculas de interesse em sua estrutura e que são capazes de formar locais específicos de reconhecimento molecular, tornando-se atrativos devido a sua elevada seletividade e estabil... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Vinasse is an expressive co - product of ethanol distillation, which despite being conside red polluting, has been used as fertilizer in sugarcane plantations, which may put at risk the contamination of groundwater and soil salinization. About 10 to 18 liters of vinasse are produced per liter of distilled ethanol and its composition is mainly of salts of potassium, calcium, magnesium and organic compounds. Among these, polyols become important compounds because they are present in highly concentrations and also due to its importance in the pharmaceutical and food industry . With this, the concept of biorefineries becomes a possibility for the sugar cane plants to take full advantage of this residue, guaranteeing more profitable and ecological ends. Thus, the development of new methods for the determination of these compounds is very important, wit h emphasis on electroanalytical methods, which recently has been presenting reliable methods of analysis even at low analyte concentrations, small sample volumes and in complex matrices that require high specificity . So, in this work, we developed electroc hemical sensors based on the molecular imprinted technique, capable of producing polymers that incorporate the molecules of interest in their structure and that are able to form specific sites of molecular recognition . Therefore, this work reports the deve lopment of an electrochemical method for the determination of polyols based on molecularly imprinted polymers (MIP) using go... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Química e Biológica, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-05-12T13:22:09Z No. of bitstreams: 1 2016_CleitonLopesCarvalho.pdf: 2587756 bytes, checksum: 806dd77cb3ed9832a141875e283b480b (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-23T16:49:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_CleitonLopesCarvalho.pdf: 2587756 bytes, checksum: 806dd77cb3ed9832a141875e283b480b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-23T16:49:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_CleitonLopesCarvalho.pdf: 2587756 bytes, checksum: 806dd77cb3ed9832a141875e283b480b (MD5) / Nesse trabalho, foram investigadas a estrutura e as propriedades eletroquímicas de filmes ultrafinos de polianilina (PANI), óxido de grafeno (OG) e óxido de grafeno reduzido (RGO), com o objetivo de desenvolver capacitores eletroquímicos. Para tanto, o OG foi preparado pela esfoliação oxidativa do grafite segundo o método de Hummers e Offemann. O RGO foi obtido por redução química do OG com solução aquosa de hidrazina. Os nanocarbonos foram caracterizados por difratometria de raios X, espectroscopias de absorção UV-vis, micro-Raman e FT-IR, microscopia eletrônica de transmissão, medidas de potencial zeta e diâmetro hidrodinâmico. Os resultados mostram que OG e RGO foram satisfatoriamente obtidos, na forma de folhas individuais, contendo uma variedade de grupos oxigenados (álcool, alcóxido, ácido carboxílico), que podem ser formuladas como soluções coloidais com potencial zeta bastante negativo (OG: -57,3 mV e RGO: -60,3 mV). Os filmes ultrafinos foram depositados pela técnica de automontagem LbL sobre substratos de quartzo, vidro, microeletrodo interdigitado e vidro condutor (ITO) a partir das soluções de PANI dopada e desdopada (PANI-ES e PANI-EB, respectivamente). Nessa etapa, observa-se que os filmes com bicamadas de PANI-EB/OG e PANI-EB/RGO são formados predominantemente por ligação de hidrogênio entre seus componentes, com a massa de material adsorvido muito maior que aquela verificada em filmes de PANI-ES/OG, formados por atração eletrostática. Em todas as arquiteturas de filme, a massa de materiais adsorvidos apresenta uma dependência linear com o número de bicamadas depositadas Para a caracterização do comportamento elétrico foram realizadas medidas de resistência elétrica, espectroscopia de impedância elétrica e de condutividade pelo método van der Pauw. Quando a fase PANI-EB é convertida à PANI-ES, a condutividade dos filmes (PANI-EB/RGO)10 é de 0,5 S.cm-1. O comportamento eletroquímico foi estudado por voltametria cíclica (VC), impedância eletroquímica (IE) e crono potenciometria (CP). Nesses estudos, observa-se o caráter condutivo do filme quando dopado e regiões de transições redox da PANI com relativa estabilidade à degradação, assim como efeitos de polarização e acúmulo de cargas superficiais (PANI-EB, com eletrólito neutro). Em particular, o filme PANI-EB/RGO exibe um comportamento capacitivo e que pode ser operado sucessivamente durante mais de 200 ciclos de carga-descarga sem haver perda significativa da carga acumulada ao longo dos ciclos. A capacitância específica do filme, determinada com base num modelo de circuito equivalente, é 2795 μF.cm-2. Os espectros de impedância eletroquímica revelam um comportamento capacitivo não ideal, onde a difusão e a transferência das espécies eletroativas é dependente da frequência. _______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work, the structure and eletrochemical properties of ultrathin films of polyaniline (PANI), graphene oxide (GO), and reduced graphene oxide (RGO) were investigated aiming the development of electrochemical capacitors. GO was prepared by oxidative exfoliation of graphite, while RGO was prepared by chemical reduction of GO with aqueous hydrazine. The nanocarbons were characterized by X ray diffraction, UV-vis absorption, micro-Raman and FTIR spectroscopies, transmission electron microscopy, and zeta potential and hydrodynamic diameter measurements. The results show that GO and RGO were satisfactory prepared as individual sheets possessing a variety of oxygenated groups (alcohol, alkoxide, carboxilic acid) and can be formulated as colloidal solutions displaying a highly negative zeta potential (GO: -57,3 mV and RGO: -60,3 mV) The ultrathin films were deposited by the layer-by-layer (LbL) technique onto quartz, glass, interdigitated microelectrodes and conducting glass (ITO) from doped and dedoped PANI solutions. In this step, it was verified that films with PANI-EB/GO and PANI-EB/RGO bilayers are mainly formed through hydrogen bonding between their components. The amount of adsorbed materials is greater in these films when compared to the PANI-ES/GO film produced through electrostatic interaction. In all film architectures, the amount of adsorbed materials displays a linear dependence on the number of film bilayers. When the PANI-EB phase is converted to PANI-ES, the electrical conductivity of the resulting PANI-EB/RGO film is about 0.5 S.cm-1. The electrochemical behavior of films in acidic media has a major faradaic component while in neutral media, the films essentially behave as capacitors. In particular, the PANI-EB/RGO film can be successively operated for more than 200 charge-discharge cycles without loss of accumulated charge. The film's specific capacitance, as determined from an equivalent circuit model, is 2795 μF.cm-2. The electrochemical impedance spectra reveals a non-ideal capacitive behavior, where the diffusion and transfer electroactive species is frequency-dependent.

Desempenho e consumo energético são requisitos fundamentais em sistemas de computação. Um desafio comumente encontrado é conciliar esses dois aspectos, buscando manter o mesmo desempenho, consumindo cada vez menos energia. Muitas técnicas possibilitam a redução do consumo de energia em aplicações paralelas, mas na maioria das vezes elas envolvem recursos encontrados apenas em processadores modernos ou um conhecimento amplo das características da aplicação e da plataforma alvo. Nesse trabalho propomos uma abordagem em formato de Workflow. Na primeira fase, o comportamento da aplicação paralela é investigado. A partir dessa investigação, a segunda fase realiza a execução da aplicação paralela com diferentes frequências (mínima e máxima) de processador, utilizando a caracterização das regiões, obtida na primeira fase da abordagem. Esse Workflow foi implementado em formato de biblioteca dinâmica, a fim de que ela possa ser utilizada em qualquer aplicação OpenMP. A biblioteca possui suporte as duas fases do Workflow, na primeira fase é gerado um arquivo que descreve as assinaturas comportamentais das regiões paralelas da aplicação. Esse arquivo é posteriormente utilizado na segunda fase, quando a biblioteca vai alterar dinamicamente a frequência de processador. O benchmark Lulesh é utilizado como cenário de testes da biblioteca, com isso o maior ganho obtido é a redução de 1,89% do consumo de energia. Esse ganho acarretou uma sobrecarga de 0,09% no tempo de execução. Ao comparar nossa técnica com a política de troca de frequência adotada pelo governor Ondemand do Sistema Operacional Linux, o ganho de 1,89% é significativo em relação ao benchmark utilizado, pois nele existem regiões paralelas de curta duração, o que impacta negativamente no overhead da operação de troca de frequência. / Performance and energy consumption are fundamental requirements in computer systems. A very frequent challenge is to combine both aspects, searching to keep the high performance computing while consuming less energy. There are a lot of techniques to reduce energy consumption, but in general, they use modern processors resources or they require specific knowledge about application and platform used. In this work, we propose a performance analysis workflow strategy divided into two steps. In the first step, we analyze the parallel application behavior through the use of hardware counters that reflect CPU and memory usage. The goal is to obtain a per-region computing signature. The result of this first step is a configuration file that describes the duration of each region, their hardware counters, and source code identification. The second step runs the parallel application with different frequencies (low or high) according to the characterization obtained in the previous step. The results show a reduction of 1,89% in energy consumption for the Lulesh benchmark with an increase of 0,09% in runtime when we compare our approach against the governor Ondemand of the Linux Operating System.

?rea de concentra??o: Qu?mica Anal?tica. / Submitted by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2014-12-18T17:29:43Z No. of bitstreams: 1 delton_martins_pimentel.pdf: 3429904 bytes, checksum: 0bdb59431143a44261723bfd797ed6b3 (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2014-12-18T17:56:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 delton_martins_pimentel.pdf: 3429904 bytes, checksum: 0bdb59431143a44261723bfd797ed6b3 (MD5) / Approved for entry into archive by Rodrigo Martins Cruz (rodrigo.cruz@ufvjm.edu.br) on 2014-12-18T18:02:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 delton_martins_pimentel.pdf: 3429904 bytes, checksum: 0bdb59431143a44261723bfd797ed6b3 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-18T18:02:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 delton_martins_pimentel.pdf: 3429904 bytes, checksum: 0bdb59431143a44261723bfd797ed6b3 (MD5) Previous issue date: 2013 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (Capes) / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do estado de Minas Gerais (FAPEMIG) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / No presente trabalho fabricou-se um material comp?sito ? base de polianilina (PAni), grafeno(rGO) e Horseradish peroxidase (HRP), visando o desenvolvimento de uma nova plataforma para detec??o de per?xido de hidrog?nio (H2O2) com uma alta sensibilidade. O grafeno utilizado foi produzido a partir da redu??o do ?xido de grafite (GO) por redu??o em forno de micro-ondas, que por sua vez foi sintetizado pelo m?todo de Laura J. Cote et al. Posteriormente, o nanomaterial foi modificado quimicamente com O,O?-Bis(2-aminoetil)-polietilenoglicol, produzindo assim grafeno funcionalizado com grupo amino (rGO-PEG-NH2). Ap?s esta etapa, foi produzido o comp?sito PAni/rGO-PEG-NH2 por via potenciodin?mica e o mesmo foi utilizado como substrato para fabricar um sensor para H2O2 atrav?s da imobiliza??o da enzima HRP sobre o pol?mero produzindo-se assim um material comp?sito. Os experimentos eletroqu?micos foram realizados em uma cela eletroqu?mica com capacidade para 10 mL com tr?s eletrodos, sendo o eletrodo de refer?ncia Ag/AgCl, contra eletrodo de fio platina, e eletrodo de trabalho de Au (0,071 cm2). Estudos comparativos entre os processos redox da PAni e PAni/rGO-PEG-NH2 realizados por voltametria c?clica e imped?ncia eletroqu?mica deixaram evidente que o material comp?sito apresenta uma maior densidade de corrente bem como uma menor resist?ncia ? transfer?ncia de carga em altos e baixos potenciais. Por fim, com o prop?sito de avaliar o comportamento eletroqu?mico do sistema a duas dimens?es 2D, foram realizadas imagens eletroqu?micas da PAni bem como da PAni/rGO-PEG-NH2 por Microscopia Eletroquimica de Varredura (SECM, do ingl?s Scanning Electrochemical Microscopy) utilizando uma c?lula eletroqu?mica de 3 mL com quatro eletrodos. Conforme observado, a PAni/rGO-PEG-NH2 apresenta regi?es com alta densidade de corrente devido ao maior feedback positivo em compara??o ? PANI na aus?ncia do grafeno, al?m de proporcionar um transporte mais efetivo de pr?tons para dentro e para fora da matriz polim?rica; tornando assim o material bastante promissor para imobiliza??o de esp?cies com carga formal positiva. Ap?s a inser??o da HRP ao material comp?sito os estudos realizados com o biossensor resultou em uma sensibilidade de 44 ?A mM?1 e LOD de 0,31 ?M e LOQ de 0,94 ?M para a detec??o de H2O2, sendo estes valores muito superiores aos de outros trabalhos presentes na literatura e muito superior ao obtido pelo pol?mero condutor aplicado isoladamente com a enzima. / Disserta??o (Mestrado) ? Programa de P?s-Gradua??o em Qu?mica, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2013. / ABSTRACT In the present work a composite material based on polyaniline (PAni), graphene (rGO) and Horseradish peroxidase (HRP) was fabricated, aiming the development of a new platform for the detection of hydrogen peroxide (H2O2) with high sensitivity. The graphene used in this work was produced from the reduction of graphite oxide, using a microwave oven. The graphite oxide was synthesized by the method of J. Laura Cote et al. Subsequently, the nanomaterial was chemically modified with O, O'-Bis (2 - aminoethyl) polyethylene glycol, thus producing graphene functionalized with amino groups (rGO / PEG). After this step, the composite PAni/rGO-PEG-NH2 was produced by potentiodynamic method and it was used as a substrate to fabricate a sensor for H2O2 by immobilizing the enzyme HRP over the polymer, thus producing a composite material. Electrochemical experiments were performed in an electrochemical cell for up to 10 mL, with three electrodes: Ag / AgCl was used as the reference electrode; platinum wire as the counter electrode and the working electrode was an Au electrode with an area of 0.071 cm2. Comparative studies of the redox processes of PAni and PAni/rGO-PEG-NH2, performed by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy, made it clear that the composite material has a higher current density and a lower charge transfer resistance in high and low potentials. Finally, in order to evaluate the electrochemical behavior of the two dimensional (2D) system, electrochemical images were taken of PAni and PAni/rGO-PEG-NH2 by Scanning Electrochemical Microscopy (SECM) using an electrochemical cell with 3 mL and four electrodes. As noted, the PAni/rGO-PEG-NH2 presents regions with high current density due to the higher positive feedback compared to PAni in the absence of graphene, besides it promotes a proton transportation more effective, to the inside and the outside of the polymeric matrix. After insertion of the HRP enzyme to the composite material, the studies performed with the biosensor resulted in a sensitivity of 44 ?A mM-1, LOD 0.31 and LOQ 0.94 mM for the detection of H2O2, being these values much higher than other works found in the literature, and much higher than the one obtained with the conducting polymer used only with the enzyme.

Orientador: Ivana Cesarino / Resumo: O glifosato é o agrotóxico mais usado no mundo e atualmente é detectado em amostras por métodos cromatográficos. A fim de contribuir com as limitações desta técnica, este trabalho apresenta uma nova alternativa para a análise deste pesticida através de uma técnica eletroanalítica. Trata-se de uma molécula não eletroativa e que, portanto, não é detectada voltametricamente com sua estrutura básica, seja na forma molecular ou iônica. No entanto, é possível detectá-la de forma indireta devido à sua propriedade de formar complexos com íons cúpricos. Um sensor foi desenvolvido para a detecção de glifosato, usando a técnica de voltametria de pulso diferencial (DPV) e um eletrodo de carbono vítreo (GC) modificado com um compósito de óxido de grafeno reduzido (rGO) e nanopartículas de cobre (CuNPs), sintetizado por método químico. O comportamento eletroquímico dos eletrodos GC/rGO-CuNPs foi caracterizado por voltametria cíclica (CV) em solução tampão fosfato (PBS) pH 7,4no intervalo de -0,3 a +0,2 V vs. Ag/AgCl/KCl (3,0 mol L-1), com velocidade de varredura de 50mV s-1. Foram observados processos de oxidação em 30 mV e redução em -180 mV, que comprovam que rGO foi modificado com as CuNPs.Por DPV, a diminuição na corrente de pico anódica do cobre em presença de glifosato, atribuída formação do complexo Cu(II)-glifosato, foi usada para quantificar o analito em amostras. Assim, o eletrodo desenvolvido foi avaliado e otimizado na detecção glifosato por DPV, e os melhores resultados obtido... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Glyphosate is the most widely used pesticide in the world and is currently detected in samples by chromatographic methods. In order to contribute to the limitations of this technique, this work presents a new alternative for the analysis of this pesticide through an electroanalytical technique. It is a non-electroactive molecule and therefore is not detected voltammetrically with its basic structure, either in molecular or ionic form. However, it is possible to detect it indirectly because of its property of forming complexes with cupric ions. A sensor was developed for the detection of glyphosate using the differential pulse voltammetry (DPV) technique and a modified graphene oxide (GC) electrode with reduced graphene oxide (rGO) and copper nanoparticles (CuNPs), synthesized by chemical method. The electrochemical behavior of the GC / rGO-CuNPs electrodes was characterized by cyclic voltammetry (CV) in phosphate buffered saline (PBS) pH 7.4 in the range of -0.3 to +0.2 V vs. Ag / AgCl / KCl (3.0 mol L-1), with a scanning speed of 50mV s-1. Oxidation processes were observed at 30 mV and reduction at -180 mV, which proved that rGO was modified with CuNPs. By DPV, the decrease in the anodic peak current of copper in the presence of glyphosate, attributed the formation of Cu (II) -glyphosate, was used to quantify the analyte in samples. Thus, the electrode developed was evaluated and optimized for glyphosate detection by DPV, and the best results were obtained in the following c... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

ARAÚJO, F. R. V. Transporte Eletrônico em Phased Arrays de Nanofitas de Grafeno. 2017. 70 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Pós-Graduação em Física (posgrad@fisica.ufc.br) on 2017-08-23T17:06:25Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_frvaraujo.pdf: 3006955 bytes, checksum: 96cafe22b25ecd5c8d4c555c7a4a5c83 (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2017-08-23T17:44:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_frvaraujo.pdf: 3006955 bytes, checksum: 96cafe22b25ecd5c8d4c555c7a4a5c83 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-23T17:44:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_frvaraujo.pdf: 3006955 bytes, checksum: 96cafe22b25ecd5c8d4c555c7a4a5c83 (MD5) Previous issue date: 2017 / Graphene, a layer of carbon atoms arranged in a honeycomb crystal lattice, has remarkable physical properties. After its experimental obtaining in 2004 by A. K. Geim and K. S. Novoselov, several researches were carried out aiming to understand such physical properties and several possibilities of applications were proposed. At the low energy limit, there is a linearity relationship between energy and momentum for the electric charge carriers in this material and, therefore, they behave as relativistic particles of zero mass, described by the Dirac equation. One of the implications is that the electron-associated eigenfunctions that cross a potential barrier may not undergo damping under certain circumstances, a phenomenon known as Klein's paradox. Even without damping, these eigenfunctions acquire a phase factors that may depend only on the height and width values of the potential barrier. In this study, we investigate the properties transport in two electronic devices that use this phenomenon and that may be associated to phased arrays (electronic systems that have several emitters of waves, mechanically or electromagnetic, properly organized). We studied the electronic transport mechanisms in these physical systems and performed numerical simulations of electrical conductance as a function of energy and electrical conductance as a function of the electric potential and it was observed that the direction of propagation of the electrons can be controlled by varying the values of height and width of potential barriers. / O grafeno, uma camada de átomos de carbono arranjados em uma rede cristalina honeycomb (favo de mel), possui propriedades físicas notáveis. Após sua obtenção experimental em 2004 por A. K. Geim e K. S. Novoselov, várias pesquisas foram realizadas objetivando compreender tais propriedades físicas e diversas possibilidades de aplicações foram propostas. No limite de baixas energias, existe uma relação de linearidade entre a energia e o momento para os portadores de carga elétrica nesse material e, com isso, os mesmos comportam-se como partículas relativísticas de massa nula, descritas pela equação de Dirac. Uma das implicações disso é que as autofunções associadas aos elétrons que atravessam uma barreira de potencial podem não sofrer amortecimento em dadas circunstâncias, fenômeno esse conhecido como paradoxo de Klein. Mesmo sem sofrer amortecimento, essas autofunções adquirem fatores de fase que podem depender apenas dos valores de altura e largura da barreira de potencial. Nesse trabalho investigamos as propriedades de transporte em dois dispositivos eletrônicos que utilizam-se desse fenômeno e que podem ser associados a phased arrays (sistemas eletrônicos que possuem vários emissores de ondas, mecânicas ou eletromagnéticas, devidamente organizados). Estudamos os mecanismos de transporte eletrônico nesses sistemas físicos e realizamos simulações numéricas da condutância elétrica em função da energia e da condutância elétrica em função do potencial elétrico e observamos que a direção de propagação dos elétrons pode ser controlada através da variação dos valores de altura e largura das barreiras de potencial.

PINHEIRO, Hudson Pacheco. Confinamento topológico em grafeno sob regime de novas estruturas globais. 2014. 69 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-15T20:26:10Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_hppinheiro.pdf: 2310924 bytes, checksum: 3b30342e8c2c8dc590517a07815e3254 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-15T20:32:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_hppinheiro.pdf: 2310924 bytes, checksum: 3b30342e8c2c8dc590517a07815e3254 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-15T20:32:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_hppinheiro.pdf: 2310924 bytes, checksum: 3b30342e8c2c8dc590517a07815e3254 (MD5) Previous issue date: 2014 / Neste trabalho revisamos a base teórica do confinamento topológico no grafeno bicamada. Esse confinamento é obtido pela aplicação de um potencial elétrico entre as camadas de grafeno, podendo controlar a largura do gap entre as camadas de condução e de valência definidas pelos pontos de Dirac K e K'. Estas estruturas de defeitos são características de uma estrutura de paredes de domínio interpolando regiões com diferentes polaridades. No nosso caso especifico, utilizamos um método que recentemente foi introduzido na literatura científica e que já tem gerado resultados interessantes em física de altas energias, principalmente no cenário de branas, o chamado modelo multikink em uma dimensão. As estruturas de defeito produzidas por este método permitiram a analise do confinamento para potenciais com perfil de um kink, 2-kink, 3-kink e 4-kink. Neste contexto, mostramos o aparecimento de modos zero quirais, ou seja, estados topologicamente confinados, no grafeno bicamada, assim como de novos estados de baixa energia além dos estados intragap já conhecidos. Mostramos ainda que o perfil utilizado, seja kink-kink, ou kink-antikink, modifica as curvas que representam os estados quiriais nas estruturas dos níveis de energia.

XAVIER, Leandro Jader Pitombeira. Confinamento eletrônico em bicamadas de grafeno. 2011. 92 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-16T20:16:23Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_ljpxavier.pdf: 22751750 bytes, checksum: 0c79760922f8cf3c9ccf576a092c48d7 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-20T20:54:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_ljpxavier.pdf: 22751750 bytes, checksum: 0c79760922f8cf3c9ccf576a092c48d7 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-20T20:54:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_ljpxavier.pdf: 22751750 bytes, checksum: 0c79760922f8cf3c9ccf576a092c48d7 (MD5) Previous issue date: 2011

SILVA, Agmael Mendonça. Estudo teórico das propriedades estruturais, eletrônicas e vibracionais de pontos quânticos de silício e grafeno e cálculos no formalismo DFT aplicados a cristais de ácido úrico. 2010. 148 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-15T18:26:42Z No. of bitstreams: 1 2010_dis_amsilva.pdf: 13243236 bytes, checksum: 7a9affef7c51dfd265b97f3957b677d3 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-21T20:33:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_dis_amsilva.pdf: 13243236 bytes, checksum: 7a9affef7c51dfd265b97f3957b677d3 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-21T20:33:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_dis_amsilva.pdf: 13243236 bytes, checksum: 7a9affef7c51dfd265b97f3957b677d3 (MD5) Previous issue date: 2010 / There is a great interest in understanding the electronic properties of nano-structured materials aiming the development of new nano devices, especially how to modify the electronic properties of nano structures already known in a controlled manner. This work shows our studies, which were made in a pure atomistic way by computational simulation, on the electronic, optical and vibrational properties of (a) spherical quantum dots, silicon solid and hollow ones, (b) graphene nanoflakes and (c) crystals of uric acid, anhydrous, mono and dihydrate ones, using methods of Molecular Dynamics, Semiempirical, DFTB+ and DFT. We used the software called AMPAC and the modules of Materials Studio (Accelrys), the Forcite, CASTEP, Gulp and Dmol3 that are states of art in atomistic simulations. From the classical point of view we used Brenner force fields, which allow the formation and breaking of covalent bonds; and from the quantum dots of view, we used the method of density functional and DFTB+. In the study of silicon quantum dots, it was obtained a decrease of the energy gap due to the increase of the radius for massive dots, and contrary behavior to the hollow dots, when we fixed one point and varied only the radius of the hole. In relation to the graphene nanoflakes, it was obtained the stability of structures by the Dynamics Molecular, verifying that they keep their flattened form up to 1000 K; over 3400 K structures begin to have their links broken. The HOMO-LUMO energy gaps are sensitive to edges. Analysis of spin states revealed that only the triangular nanoflakes with zigzag edge have excess of electrons with alpha spin, however symmetry dependent. The modes of vibration for structures with nC ~ 50 were obtained and it was observed that rectangular nanoflake displays absorption bands in common with zigzag nanoflakes in two ranges of the infrared spectrum. Finally for the uric acid crystals, we observed that the lattice parameters for the dihydrate crystal are less consistent with experimental values. The gap of the crystal of uric acid, anhydrous and mono ones, is direct (~ 3.18 eV and 3.16 eV, respectively) and of the dihydrate is indirect (~ 2.89 eV). The 2p orbitals are the largest contributors to the density of states. Water has great influence in the conduction band of the dihydrate crystal. There is an anisotropic behavior in relation to the study of the optical properties of these crystals along four directions of incidence of the electric field, where the anisotropy is more accentuated to the dihydrate. The studies fit in the theme of the role of Instituto de NanoBioEstruturas & Simulação NanoBioMolecular [NANO(BIO)SIMES], one of the National Institutes of Science and Technology funded by CNPq from the beginning of 2009, which aims to develop research activities and high-quality human resource training in nanobiostructures and nanobiomolecular simulation. / Com a finalidade do desenvolvimento de novos nanodispositivos, há um grande interesse em conhecer as propriedades eletrônicas de materias nanoestruturados. Sobretudo, como modificar as propriedades eletrônicas de nanoestruturas já bem conhecidas de forma controlada. Com este objetivo, muitas metodologias e experimentos tem sido desenvolvidos. Neste trabalho, estudamos de forma inteiramente atomística através de simulação computacional as propriedades eletrônicas, ópticas e vibracionais de (a) pontos quânticos esferéricos maciços e ocos de silício, (b) nanoflocos de grafeno e (c) cristais de ácido úrico anidro, mono e dihidratado utilizando métodos de Dinâmia Molecular, Semiempírico, DFTB+ e DFT, para tanto utilizamos o programa AMPAC e os módulos do Materials Studio (Accelrys), o Forcite, CASTEP, Gulp e o Dmol3 que são estados de arte em simulações atomísticas. Do ponto de vista clássico utilizamos campos de força Brenner, que permite a formação e rompimento de ligações covalentes; do ponto de vista quântico, utilizamos o método do funcional da densidade e DFTB+ . No estudo dos pontos quânticos silício obteve-se uma diminuição do gap de energia em função do aumento do raio para os pontos maciços, e comportamento contrário para os pontos ocos, quando fixamos um ponto e variamos tão somente o raio do buraco. Para os nanoflocos de grafeno obteve-se por meio de Dinâmica Molecular a estabilidade das estruturas, averiguando que até 1000K elas conservam sua forma plana; acima de 3400K as estruturas começam a ter suas ligações rompidas. Os gaps de energia HOMO-LUMO são sensíveis às bordas. A análise dos estados de spins revelou que somente os nanoflocos triangulares com borda zigzag possuem excesso de elétrons com spin alfa, dependente no entanto da simetria. Os modos de vibração para estruturas com nC ~ 50 foram obtidas e observou-se que nanofloco retangular exibe bandas de abosorção em comum com nanoflocos zigzag em dois intervalos do espectro infravermelho. Finalmente para os cristais de ácido úrico, observou-se que os parâmetros de rede para o cristal dihidratado são menos coerentes com valores experiemntais. O gap do cristal de ácido úrico anidro e mono é direto (~ 3.18 eV e 3.16 eV, respectivamente) e do dihidratado é indireto (~ 2.89 eV). Os orbitais 2p são os maiores contribuintes à densidade de estados. A água tem bastante influência na banda de condução do cristal dihidratado. Há um comportamento anisotrópico quando do estudo das propriedades ópticas destes cristais ao longo de quatro direções de incidência do campo elétrico, sendo a anisotropia mais acentuada para o dihidratado. As pesquisas realizadas enquadram-se na temática de atuação do Instituto de NanoBioEstruturas & Simulaçãoao NanoBioMolecular [NANO(BIO)SIMES], um dos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia financiados pelo CNPq a partir do início de 2009, que visa desenvolver atividades de pesquisa e formação de recursos humanos de alto nível em nanobioestruturas e simulação nanobiomolecular.