Orientador: Marcos Roberto da Silva Tavares / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Física, 2013

Orientador: Alexandre Reily Rocha / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-02-22T12:27:05Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luiz Eduardo de Sousa Freire - 2015.pdf: 1113525 bytes, checksum: 2604d25df22a0fce378e1f9840262c72 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-02-22T12:28:32Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luiz Eduardo de Sousa Freire - 2015.pdf: 1113525 bytes, checksum: 2604d25df22a0fce378e1f9840262c72 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-22T12:28:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Luiz Eduardo de Sousa Freire - 2015.pdf: 1113525 bytes, checksum: 2604d25df22a0fce378e1f9840262c72 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-03-20 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In this paper we investigate two-dimensional membranes, such as graphene, using Quantum Field Theory, more specifically by the path integral formalism and using Hubbard- Stratonovich transformations. With graphene as a motivation, we use models for electrons in a graphene layer, when they interact with phonons, Kekule deformation and gauge fields. We start by considering a theory in which bosons and fermions interact via a Yukawa type coupling. We present a method already known to eliminate the degrees of freedom of the fermionic system and use the Hubbard-Stratonovich transformations to derive an effective bosonic theory. For this, we introduce an auxiliary field in the model and show that the effective theory for this field is equivalent to the effective theory for the physical bosonic field. Thus, we calculated and obtained the gap equations for this system in 1+1, 2+1 and 3+1 dimensions and then compared with the Gross-Neveu model for quartic interactions between fermions in 1+1 dimensions. We see that for a particular coupling constant the massive electrons lose all their mass by interacting with bosons, an effect caused by symmetry breaking. We then present the chiral gauge model of Jackiw-Pi for graphene, where Yukawa type interactions are present. However, this theory is a particular case of a more general model proposed by Frederico et al. where bosonic self-interactions at higher orders and bosons/fermions with more general interactions are considered. Again, we use the Hubbard- Stratonovich transformations to derive effective models for fermions and the gap equations. We identified chiral invariance transformations of the group U(1) for the limiting case of Jackiw-Pi model. Finally, we investigated a model for phonons in the graphene background, more specifically building on the papers by Katsnelson et al. Guinea et al.. At this point, anharmonic terms are included in the Lagrangian of the system in an attempt to describe changes in the background structure. We eliminate the degrees of freedom of the scalar system, which are responsible for describing power modes on and off plane and thus obtained an effective theory for the electronic part. As in the previous model, we see a change in the effective potential and derive their gap equations. Finally, we present the Coulomb potential to derive an effective theory for fermions when they interact with a gauge field. Thus, we compare this result with the studied models and analyzed the effective fermionic interactions present in the obtained Lagrangians. / Neste trabalho investigamos membranas bidimensionais, tal como o grafeno, usando Teoria Quântica de Campos, mais especificamente pelo formalismo de integrais de trajetória e usando transformações de Hubbard-Stratonovich. Com o grafeno como motivação, usamos modelos para os elétrons em uma camada de grafeno, quando estes interagem com fônons da rede, deformações de Kekulé e campos de gauge. Começamos analisando uma teoria em que bósons e férmions interagem entre si por meio de um acoplamento tipo Yukawa. Apresentamos um método já conhecido para eliminar os graus de liberdade fermiônicos do sistema e usamos as transformações de Hubbard-Stratonovich para derivar uma teoria efetiva bosônica. Para isto, inserimos um campo auxiliar no modelo e mostramos que a teoria efetiva pra este campo é equivalente à teoria efetiva para o campo bosônico físico. Assim, calculamos e simulamos as equações de gap para este sistema em 1+1, 2+1 e 3+1 dimensões e comparamos com o modelo de Gross-Neveu para interações quárticas entre férmions em 1+1 dimensões. Vemos que para dada constante de acoplamento, férmions massivos perdem toda sua massa ao interagir com os bósons, efeito causado por quebra de simetria. Em seguida, apresentamos o modelo de gauge quiral de Jackiw-Pi para o grafeno, onde interações tipo Yukawa estão presentes. Contudo, uma generalização é proposta por Frederico et al. em que auto-interações bosônicas de ordens mais altas e interações bósons/férmions mais gerais são consideradas. Novamente, usamos as transformações de Hubbard-Stratonovich para derivar modelos efetivos para os férmions e as equações de gap. Identificamos a invariância por transformações quirais do grupo U(1) para o caso limite do modelo de Jackiw-Pi. Em seguida, investigamos um modelo para os fônons da rede no grafeno, mais especificamente, a partir dos trabalhos de Katsnelson et al e Guinea et al. Neste ponto, termos anarmônicos são incluídos na lagrangiana do sistema no intento de descrever modificações na estrutura da rede. Eliminamos os graus de liberdade escalares do sistema, que são aqueles responsáveis por descrever os modos de energia dentro e fora do plano e, assim, obtivemos uma teoria efetiva para a parte eletrônica. Como no modelo anterior, inferimos uma mudança no potencial efetivo e derivamos as respectivas equações de gap. Por fim, apresentamos o potencial de Coulomb ao derivar uma teoria efetiva para férmions quando estes interagem com um campo de gauge. Assim, comparamos este resultado com os modelos estudados e analisamos as interações fermiônicas efetivas presentes nas lagrangianas obtidas.

Técnicas modernas de preparo de amostra têm sido utilizadas na determinação de diferentes classes de compostos em diversos tipos de matrizes. Essas técnicas podem ser divididas em dois grandes grupos, as baseadas em solvente e as baseadas sorvente, foco do trabalho. Dentre os materiais sorventes mais estudados atualmente, os derivados de grafeno têm se destacado devido a suas propriedades físico-químicas favoráveis para realizar sorção com uma grande variedade de compostos de interesse. Por isso, no presente trabalho são apresentadas possibilidades de utilização de materiais baseados em grafeno nas seguintes técnicas de preparo de amostras: microextração por sorvente empacotado (MEPS), extração \"\"on-line\"\" e extração sortiva em barra de agitação (SBSE). Para a técnica MEPS, foi realizado a síntese de óxido de grafeno e grafeno suportados por ligação covalente em aminopripil sílica. Esses materiais foram empregados como sorventes para determinação de parabenos em amostras de água. O método desenvolvido apresentou limites de quantificação (LOQ) que variaram de <a name=\"_Hlk498351551\">0,2 a 0,3 &mu;g/L, coeficientes de variação (CV) &lt; 19,2% e exatidão de 82,3 a 119,2%. Os materiais utilizados na técnica MEPS também foram utilizados para empacotar colunas de extração \"on-line\" e realizar uma comparação entre as fases sintetizadas. O método de extração \"on-line\" apresentou LOQ de 0,5 &mu;g/L, exatidão de 88,2 à 107,2 e CV &lt; 16%. A comparação entre as colunas de extração empacotadas com o grafeno e seu óxido suportados na aminopropil sílica mostrou que o grafeno suportado na sílica apresenta maior retenção para os parabenos mais apolares. Com relação ao desenvolvimento de barras de SBSE revestidas com grafeno, o método desenvolvido empregando as barras de SBSE apresentou valores de LOQ que variaram de 2 à 8 &mu;g/L, exatidão de 81,9 à 126,3% e CV &lt; 30%. Além disso, avaliou-se o uso do grafeno e óxido de grafeno ligado a sílica com grupamentos amino variando algumas condições de síntese e testando esses materiais para analitos das classes das triazinas, sulfonamidas e anti-inflamatórios não esteroidais. Também são apresentados testes iniciais realizados para um novo modo de extração proposto, similar a técnica SBSE, avaliando a extração de parabenos e anti-inflamatórios não esteroidais. / Modern sample preparation techniques have been applied to the determination of different compounds class in several matrices. These techniques might be divided into two groups, solvent and sorbent based, the last being the goal of this work. Nowadays, among the most studied materials the graphene based ones has been highlighted due to its physical chemical properties favorable to sorption process of a variety of interested compounds. The present work shows possibilities to employ graphene based materials in the follow sample preparation techniques: microextraction by packed sorbent (MEPS), \"on-line\" extraction, and stir bar sorptive extraction (SBSE). For MEPS, the materials graphene oxide and graphene supported on aminopropyl silica through covalent bounds were synthesized. These materials were employed as sorbent to determine parabens in water samples. The developed method showed limits of quantification (LOQ) ranging from 0,2 a 0,3 &mu;g/L, coefficients of variation (CV) &lt; 19,2% and accuracy ranging from 82,3 à 119,2%. The synthetized materials used in MEPS were also used and compared to an \"on-line\" method employing an extraction column packed with them. The \"on-line\" method showed LOQ of 0,5 &mu;g/L, accuracy ranging from 88,2 to 107,2 and CV &lt; 16%. The comparison between packed column with graphene and graphene oxide supported on aminopropyl silica showed that graphene had a higher retention for parabens with high Log Kow. The method developed with SBSE bars coated with graphene showed LOQ ranging from 2 to 8 &mu;g/L, accuracy ranging from 81,9 to 126,3% and CV &lt; 30%. Moreover, the employment of graphene oxide and graphene synthetized by changing some synthesis conditions and testing these materials to extract triazines, sulfonamides, and non-steroidal anti-inflammatory drugs was also evaluated. In addition, are presented the preliminary tests regarding to a new extraction mode, similar to SBSE. These tests were done for parabens and non-steroidal anti-inflammatory drugs.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-02T19:56:39Z No. of bitstreams: 1 PauloMelo.pdf: 1885214 bytes, checksum: 6465bf341f7075901189f6e8c3bc6680 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T19:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PauloMelo.pdf: 1885214 bytes, checksum: 6465bf341f7075901189f6e8c3bc6680 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa e ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Maranhão (FAPEMA) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) / The oxygen reduction reaction (ORR) is a fundamental reactionin the performance of próton exchange membrane fuel cells (PEMFC). In these systems, platinum (Pt) nanoparticles dispersed on Vulcan XC-72 carbon still remains the most widely used system to promote the RRO in aqueous solutions. In the last decades, new carbonaceous materials, as fullerene, single wall carbon nanotubes (SWCNT) and multiwall carbono nanotubes (MWCNT), graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO), were developed and researched as new support materials for electron mediators in different areas, as electrochemistry, sensor, surface science and heterogeneous catalysis. In this work, Pt nanoparticles have been dispersed on Vulcan XC-72, MWCNT, GO e rGO by the alcohol reduction method using ethylene glycol as solvent and reduction agent. Physical characterization of these materials were conducted with energy dispersive Xray spectroscopy (EDS or EDX), X-ray diffraction spectroscopy (DRX), transmission electron microscopy (TEM) and Raman spectroscopy. The electrochemical properties of these materials were investigated, in 1,0 mol L-1 KOH solutions, with the cyclic voltammetry, rotating disk electrode and techniques, and showed that these carbonaceous materials promote the ORR through a peroxide mechanism (2-electrons) and the electrocatalytic activity decreases in the order rGO >> CNT > Vulcan > GO. After modifications with Pt nanoparticles, the ORR proceeds via a direct mechanism (4-electrons) and the electrocatalytic activity decreases in the order Pt/CNT > Pt/Vulcan XC-72 > Pt/GO > Pt/rGO. / A reação de redução de oxigênio (RRO) é uma reação fundamental no desempenho das células à combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC). Nestes sistemas, nanopartícula de platina (Pt) dispersa sobre carbono Vulcan XC-72 ainda continua sendo o sistema mais utilizado para promover a RRO em soluções aquosas. Nas últimas décadas, novos materiais carbonáceos, como fulereno, nanotubos de carbono de paredes simples (SWCNT) e de paredes múltiplas (MWCNT), óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido (rGO), foram desenvolvidos e vêm sendo pesquisados como suporte de mediadores eletrônicos nas áreas de eletroquímica, sensores, ciência de superfície e catálise heterogênea. Neste trabalho, nanopartículas de Pt foram dispersas sobre Vulcan XC-72, MWCNT, GO e rGO pelo processo de redução de álcool utilizando etileno glicol como solvente e agente redutor. Caracterizações físicas destes materiais foram realizadas com as técnicas de espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDX), espectroscopia de difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e espectroscopia Raman. As propriedades eletroquímicas destes materiais foram estudadas, em soluções aquosas KOH 1,0 mol L-1, com as técnicas de voltametria cíclica e eletrodo de disco rotatório, e os resultados mostraram que os materiais carbonáceos promovem a RRO por meio do mecanismo peróxido (2 elétrons) e atividade eletrocatalítica decresce na ordem rGO >> CNT > Vulcan > GO. Após modificações com nanopartículas de Pt, a RRO processa-se de acordo com o mecanismo direto (4 elétrons) e a atividade electrocatalítica indica uma diminuição na seguinte ordem de Pt/CNT > Pt/Vulcan > Pt/GO > Pt/RGO.

Dentre as formas alotrópicas do carbono, o grafeno merece destaque. Este material consiste de uma monocamada atômica de carbono sp2 disposta em uma rede bidimensional cristalina hexagonal tipo favo de mel. Uma das formas de se obter o grafeno é pela esfoliação química, que consiste da oxigenação do grafite policristalino em um ambiente altamente oxigenado, formando um produto intermediário chamado de grafeno oxidado (GO). Por este método, gera-se um produto altamente estável e solúvel em água, podendo ser utilizado na construção de filmes ultrafinos. Uma das aplicações possíveis do grafeno oxidado é em sensores e biossensores, área de aplicações de novos materiais que viabilizem o diagnostico rápido, preciso, seletivo e de baixo custo, principalmente os do tipo, point-of-care. O grafeno é um forte candidato, nessa área, devido a sua alta performace e seu baixo custo de processamento. Neste trabalho, a técnica de automontagem eletrostatic layer-by-layer (ELBL) foi utilizada na construção de filmes de grafeno oxidado, juntamente com o policátion dendritico poli(amido amina) geração 4 (PAMAM-G4) em uma plataforma potenciométrica, utilizando um amplificador de instrumentação comercial AD620 como transdutor em um sensor de pH para caracterização da sensibilidade do dispositivo. Diversas técnicas espectroscópicas, óticas e morfológicas foram utilizadas para caracterizar a esfoliação química do grafite e dos filmes automontados. Através destas caracterizações mostrou-se que a esfoliação ocorreu satisfatoriamente concordando com resultados já existentes na literatura. A construção dos filmes ultrafinos ocorreu pela rápida adsorção do GO em camadas alternadas de PAMAM-G4, e o monitoramento do crescimento dos filmes foi realizado utilizando espectroscopia no UV-Vis, onde o crescimento é linear a partir da décima camada. Por microscopia de força atômica, mostrou-se que a adsorção das folhas de grafeno se dá primeiramente pelas folhas de menor número de camada (1 e 2 camadas) de GO e para camadas de número superior tem-se uma morfologia totalmente diferente da primeira. Por espectroscopia no infravermelho, mostrou-se a interação entre os dois polieletrólitos, onde há formação de ligações do tipo cross-linking entre as camadas. Medidas de potenciometria indicam a sensibilidade máxima em torno de 57 mV/pH em um substrato de ouro( sensibilidade Nerstiana), o que evidencia a sua aplicabilidade em sensoriamento e também a sua aplicação em biossensores. / Among the allotropic forms of carbon, graphene deserves special attention. This material consists of one atomic monolayer of sp2 carbon arranged in a two-dimensional hexagonal lattice type, namely \"honeycomb\". One common method to obtain graphene is -=by chemical exfoliation, which consists of oxygenation of polycrystalline graphite in a highly oxygenated medium, forming an intermediate product namely graphene oxide (GO). This method generates a highly stable and water soluble GO that can be used in the fabrication of ultrathin films. Graphene is a strong candidate for sensing, due to its high performance and low cost processing. In this dissertation, GO was obtained via chemical routs and processed in the form of ultrathin films in conjunction with polyamidoamine dendrimer (PAMAM G4) in a layered fashion using the Electrostatic Layer-by-Layer (ELBL). The GO/PAMAM films were deposited on potentiometric platforms and used as pH sensors using a commercial amplifier AD620 instrumentation as the detection technique. GO and the LbL films were characterized via spectroscopic, optical and morphological techniques. Film growth was monitored via UV-Vis spectroscopy and revealed a linear adsorption up to the tenth GO/PAMAM bilayer. AFM analyses revealed that graphene sheets containing 1 or 2 layers occurred adsorbed first on the substrates. Potentiometric measurements indicated a maximum sensitivity of ca. 57 mV/pH for GO/PAMAM films deposited on gold substrates (Nernstian Sensitivity), which demonstrates the applicability of the films in sensing and biosensing.

La presente tesis es el resultado del estudio de la síntesis de compuestos de polianilina (PAni) con nanoestructuras de carbono para su aplicación en músculos artificiales y electrodos de supercondensadores. Las nanoestructuras que se emplearon en los compuestos de PAni son nanotubos de carbono multicapa (MWCNT), nanotubos de carbono multicapa dopados con nitrógeno (CNx-MWCNT), nanotubos de carbono multicapa funcionalizados con grupos oxigenados (COx-MWCNT) nanotubos de carbono multicapa exfoliados (exMWCNT), nanofibras de carbono de listones grafíticos helicoidales (HR-CNF) y óxido de grafeno (GO). Antes de abordar el trabajo experimental, se ha llevado a cabo una revisión bibliográfica acerca del estado del arte de la PAni, las nanoestructuras de carbono empleadas, los compuestos de PAni y la utilización de estos materiales como músculos artificiales y electrodos de supercondensadores. Más adelante se muestran y discuten los resultados experimentales de la síntesis de los compuestos de PAni mediante un método mecánico, al principio (utilizando únicamente MWCNTs y CNx como cargas), y después utilizando la polimerización interfacial in situ. Se analiza la dispersión de las cargas en la matriz polimérica así como su efecto en la conductividad eléctrica de los compuestos. En la sección correspondiente al empleo de los compuestos de PAni como músculos artificiales se describe la construcción de actuadores lineales (constituidos de polvos de compuestos aglomerados con acetato de polivinilo) y actuadores flexionantes bicapa (de compuestos procesados con N-metil-2-pirrolidona) así como el efecto de cada nanoestructura de carbono en el accionamiento de estos dispositivos. Además de los experimentos de accionamiento, a las películas de compuestos de PAni (procesada con NMP) se les realizó una caracterización termomecánica. En el capítulo siguiente se discuten los resultados experimentales sobre la utilización de películas de compuestos de PAni (procesadas con NMP) como electrodos de supercondensadores. Además de las pruebas de voltamperometría cíclica y de carga/descarga (típicas en aplicaciones electroquímicas) se realizó una caracterización termogravimétrica a los compuestos junto a una caracterización termomecánica. Se describe con detalle el efecto de las nanoestructuras de carbono en las propiedades electroquímicas y mecánicas de los electrodos de compuestos de PAni. Las conclusiones más importantes se compendian en un capítulo al final de esta memoria. La bibliografía empleada se lista al final de cada capítulo.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study of properties of functionalized carbon nanotubes and graphene nanoribbons. We studied, by first principles simulations, the structural and electronic properties of functionalized nanotubes and interacting with molecules of biological interest. Furthermore, we analyzed the properties of these systems under the action of applied electric fields, noting changes on their behavior due the external perturbation. In the case of nanotubes interacting with anti-inflammatory nimesulide, the interaction is repulsive, resulting in energetically unstable systems, but which may have their behavior controlled by the external field. We noted that when the carbon nanotube interacts with the antimalarial primaquine, a strong bond between the systems occurs, where the presence of primaquine can modify the electronic properties of nanotubes. In the other hand, for the case of carbon nanostructures interacting with vitamins, the interaction is weak. We also evaluated the structural, electronic and magnetic properties of Ti and Mn doped carbon nanoribbons (or graphene nanoribbons) and properties of defective nanoribbons, by first principles simulations (code SIESTA), and analyzed the electronic transport properties of some of these systems, by tight-binding methods associated with Green s functions. We noted that there is an edge and sublattice effect in zigzag edged nanoribbons, where the properties of the systems can be modified depending on the defect location with respect to the edge. We demonstrate that carbon nanostructures can act as selective sensors of atoms or adsorbed molecules, besides representing a route to drug delivery. / Este trabalho apresenta um estudo de propriedades de nanotubos e nanofitas de carbono funcionalizados. Estudamos, via simulação de primeiros princípios, as propriedades estruturais e eletrônicas de nanotubos funcionalizados e interagindo com moléculas de interesse biológico. Analisamos, ainda, as propriedades destes sistemas sob a ação de campos elétricos aplicados, observando alterações em seus comportamentos devido à perturbação externa. No caso dos nanotubos interagindo com o anti-inflamatório nimesulida, a interação é repulsiva, resultando em sistemas energeticamente instáveis, mas que podem ter seu comportamento controlado pelo campo externo. Notamos que quando o nanotubo de carbono interage com o antimalárico primaquina, ocorre uma ligação forte entre estes sistemas, onde a presença da primaquina pode alterar as propriedades eletrônicas dos nanotubos. Já para o caso de nanoestruturas de carbono interagindo com vitaminas, a interação é fraca. Avaliamos também as propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas de nanofitas de carbono (ou nanofitas de grafeno) dopadas por átomos de Ti e Mn e propriedades de nanofitas defeituosas, por meio de simulações de primeiros princípios (código SIESTA), e avaliamos as propriedades de transporte eletrônico de alguns destes sistemas, por métodos tight-binding associados a funções de Green. Observamos que existe um efeito de borda e de sub-rede nas nanofitas de borda zigzag, onde as propriedades dos sistemas podem ser alteradas de acordo com a localização do defeito com relação à borda. Nós mostramos que as nanoestruturas de carbono podem agir como sensores seletivos de átomos ou moléculas adsorvidos, além de representarem uma rota de carreamento de fármacos.

Orientador: Antonio Carlos Ferreira Seridonio / Resumo: Esta tese é dedicada ao estudo teórico das propriedades de transp orte eletrônico do grafeno hosp edando um par de átomos adsorvidos em diferentes geometrias. Na primeira delas, verificamos a densidade lo cal de estados (LDOS) do plano de grafeno hos p edando um par de átomos adsorvidos, distantes entre si, no centro de uma célula hexagonal da rede. Nesta primeira configuração, efeitos de correlação revelaram uma es trutura multiníveis na LDOS e padrõ es de batimentos na densidade de estados (DOS) induzida. Amb os efeitos são anisotrópicos e o correm na vizinhança dos p ontos de Dirac. Em um segundo arranjo, estudamos a formação de estados ligados ao contínuo (BICs) adsorvendo um par de átomos em lados op ostos do plano de grafeno e colineares com o centro de uma célula hexagonal. Mostramos que nesta configuração a LDOS é caracterizada p or uma dep endência cúbica na energia e que um mecanismo de interferência Fano destrutiva assistida p or uma correlação de Coulomb nas impurezas leva a formação de BICs. Na terceira geometria, analisamos os efeitos do acoplamento não-lo cal de um par de átomos adsorvidos colineares a um átomo de carb ono da rede na LDOS do grafeno. Em tal arranjo, canais de tunelamento eletrônico distintos dão origem a um fator de interferência Fano q0, que se torna um parâmetro de controle natural do sistema. Verificamos três regimes distintos para o sistema: (i) quando q0 < qc1 (ponto crítico) uma dependência mista do pseudogap, ∆ ∝ | ε| , | ε| 2, leva o si... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this thesis we present a detailed theoretical study of the electronic transp ort prop erties of graphene systems hosting a pair of adatoms in distinct geometries. In the first one, where the adatoms are placed distant from each other at the center of the hexagonal cell, we verify multilevels struture in the lo cal density of states (LDOS) and b eat patterns in the induced density of states (DOS) profiles due to correlation effects. The b oth findings are anissotropic and o ccour near the Dirac p oint. In the second system, we study the formation of b ound states in the continuum (BICs) in a pair of adatoms on opp osite sides of the graphene sheet and colinear with the center of the hexagonal cell. In such a set, we show that the LDOS is caracterized by a cubic dep endence in energy and that the Fano destrutive interference assisted by Coulomb correlation in the adatoms gives rise to the BICs formation. In the third configuration, we analyze the effects of the nonlo cal coupling in a pair of adatoms collinear to a carb on atom of the graphene sheet. In such a geometry, distinct tunneling paths lead to a Fano factor of interferance q0, which becomes a natural control parameter of the system. In this sense, we verify three distinct regimes: (i) when q0 < qc1 (critical point) a mixed dependence of the pseudogap, ∆ ∝ | ε| , | ε| 2, gives rise to a phase presenting spin-degenerates BICs; (ii) near to q0 = qc1, we find a pseudogap ∆ ∝ | ε| 2 , where the system is drives to a quan... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

No fim do século XX cresceu o interesse por materiais com potencial para aplicação na área da nanotecnologia. Um destes materiais é o grafeno (alótropo do carbono da espessura de um átomo), indicado para aplicações que exploram desde propriedades ópticas até mecânicas. Todavia, os métodos de produção estabelecidos até o momento geram normalmente um produto com alto grau de defeitos estruturais. Por isso, o objetivo deste estudo foi desenvolver um método mais brando para obtenção de grafeno, por meio do desenrolamento de nanotubos de carbono (NTC) de parede múltipla na presença de líquidos iônicos (LI) (que possuem caráter lubrificante e estabilizador) e adicioná-lo à resina epoxídica para avaliar seu efeito nas propriedades do nanocompósito. A metodologia consistiu em definir a rota a que a mistura NTC:LI (bis(trifluorometanosulfonil)imidato de 1-n-butil-3-metilimidazólio – BMImNTf2), na proporção 1:10, deveria ser submetida e depois avaliar variações para validação do método (alteração de temperatura, solventes – LI BMImCl e tolueno e nanocarga – grafite). As misturas de grafeno-NTC/LI produzidas foram adicionadas na proporção de 0,1% em massa de grafeno-NTC à resina epoxídica. A caracterização das misturas se deu pelas técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia Raman e microscopia de força atômica (AFM), e dos nanocompósitos, também por microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial exploratória (DSC), infravermelho (IV) análise dinâmico-mecânica (DMA) e ensaios mecânicos. A morfologia observada em MET e AFM evidenciou que a rota em que a mistura permaneceu 3 h em aquecimento e agitação magnética sob vácuo e 3 h sob sonificação resultou em grafeno de algumas camadas. Os resultados de Raman mostraram que foi produzido grafeno de boa qualidade, baseando-se na razão ID/IG. Nos nanocompósitos, confirmou-se que BMImNTf2 mantém as folhas de grafeno abertas. Já com BMImCl a morfologia dos NTC permanece inalterada, mas seu grau de emaranhamento é diminuído pela ação lubrificante deste LI, o que reflete em melhoria na resistência ao impacto. Os NTC sem a presença de um LI de forma geral não conferiram melhoria à matriz polimérica (ex: queda de 35% na dureza). / In the late twentieth century, the interest in materials with potential application in the nanotechnology´s field has increased. One of these materials is graphene (carbon allotrope of a single atom thickness), suitable for applications, which exploit properties such as optical or mechanical. However, the methods developed up to now to obtain graphene usually generate a product with high degree of structural defects. Therefore, the aim of this study was to produce graphene sheets through a milder route of unrolling multi-walled carbon nanotubes (CNT) in ionic liquids (IL; which have a lubricating and stabilizing character) and to add it to an epoxy resin to evaluate its effect on the nanocomposite properties. The methodology consisted of defining the route through which the 1:10 mixture of CNT:IL (1-n-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imidate - BMImNTf2) should be submitted, and then evaluate possible variations for validating the method (change in temperature, solvents - toluene and IL BMImCl and nanofiller - graphite). The produced graphene-CNT/IL mixtures were added at 0.1% by weight of graphene-CNT to epoxy resin. Characterization of the graphene/IL mixtures was done by transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy and atomic force microscopy (AFM), and the nanocomposites also by scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), dynamical mechanical analysis (DMA) and mechanical tests. The morphology observed using TEM and AFM showed that the route based on 3 h under heating, stirring and vacuum, followed by 3 h of sonication leads to CNT unrolling. Raman spectra showed that the produced graphene was of good quality, based on the low ID/IG ratio. In the nanocomposites, CNT unrolling was confirmed when IL BMImNTf2 was used, yielding reasonable property improvements. In the case of IL BMImCl, the unrolling of the CNT did not occur, but the lubricant effect of the IL decreased the degree of entanglement, which increased its impact strength. Differently, the non-treated CNT generally reduced the properties of the polymer matrix, e.g. a 35% drop in hardness.