FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / As estruturas a base de carbono tem um papel de grande importÃncia nos campos da ciÃncia e da tecnologia. Isso graÃas à versatilidade do elemento carbono, pilar da quÃmica orgÃnica, que consegue formar uma diversidade de estruturas (cerca de 10 milhÃes de compostos), alÃm de ser um constituinte bÃsico de toda forma de vida conhecida. Dependendo das condiÃÃes de formaÃÃo, este fenomenal elemento, pode se apresentar em diversas formas alotrÃpicas: desde um material extremamente frÃgil, como o grafite, atà materiais incrivelmente resistentes como o diamante, nanotubos de carbono e o grafeno. Esses materiais grafÃticos tÃm sido extensivamente estudados, apresentando propriedades Ãnicas e grande potencial em aplicaÃÃes tecnolÃgicas. Dentre eles, o grafeno ocupa, atualmente, a posiÃÃo de maior destaque por possuir propriedades mecÃnicas e eletrÃnicas diferenciadas. O Ãxido de grafeno à uma classe de estruturas grafÃticas constituÃda basicamente de uma camada de grafeno decorada com grupos epÃxido e hidroxila na superfÃcie e grupos carboxÃlicos e carbonila nas bordas. A sua estequiometria depende fortemente do mÃtodo de obtenÃÃo. Esse material, alÃm de ser uma das principais rotas para a obtenÃÃo em larga escala do grafeno, tambÃm apresenta diversas propriedades interessantes, que possibilitam, por exemplo, aplicaÃÃes biolÃgicas, uma vez que seus grupos funcionais o tornam bastante reativo alÃm de ser facilmente dispersado em Ãgua. Muitas questÃes relacionadas ao Ãxido de grafeno ainda nÃo estÃo bem esclarecidas, como sua prÃpria estrutura, processo de formaÃÃo e mecanismos de interaÃÃo. Nesse sentido, foi utilizada, como principal ferramenta, a microscopia de forÃa elÃtrica (EFM) para estudar propriedades eletrostÃticas de uma amostra de Ãxido de grafeno obtida utilizando-se um mÃtodo de Hummer modificado. Por meio de um modelo simplificado, foi possÃvel desenvolver um mÃtodo para anÃlise das mediÃÃes de EFM e assim determinar a presenÃa e o sinal da carga lÃquida da amostra. AlÃm de ser possÃvel esclarecer a origem do fenÃmeno de borda observado nos experimentos de EFM. / Carbon-based structures have played a major role in scientific and technological fields. This is due to the versatility of the element carbon, the pillar of organic chemistry, which can form a variety of structures (about 10 million compounds), besides being a basic constituent of all known life forms. Depending on the conditions, this phenomenal element can occur in several allotropic forms: from an extremely brittle material, such as graphite, so incredibly resistant materials such as diamond, carbon nanotubes and graphene. These graphitic materials have been studied extensively, and present unique properties and great potential for technological applications. Among these materials, graphene currently occupies the most prominent position by having special electronic and mechanical properties. The graphene oxide is a class of graphitic structure consisting essentially of a graphene layer decorated with epoxide and hydroxyl groups on the surface and carboxyl and carbonyl groups on the edges. Its stoichiometry depends strongly on the method of production. In addition the graphene oxide is one of the main routes for obtaining large-scale graphene also it has several interesting properties, which allow, for example, biological applications, since their functional groups make it very reactive, besides being easily dispersed in water. Many issues related to graphene oxide are yet unclear, as also its structure, training procedure and mechanisms of interaction. Thus, the electric force microscopy (EFM) was used as the main tool to study electrostatic properties of a graphene oxide sample obtained by a modified Hummer method. By means of a simplified model, it was possible to develop a method for the analysis of the EFM measurements and so determine the presence and the sign of the net charge of the sample. Furthermore it is possible to clarify the origin of the edge phenomenon observed in EFM experiments.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / In this dissertation, we studied the electronic properties of a graphene nanoestructure under influence of external fields. We considered the application of an uniform transversal electric field and an uniform perpendicular magnetic field. Using a nearest-neighbor Tigh-binding model, we investigated how those fields change the band structure and the local density of states (LDOS) of the system. Then, we studied the transport properties of nanostructures. We assumed ballistic transport due to the long mean free path of graphene. Through a numerical model that it consists in solving the Tight-binding Hamiltonian in real space and the combination of the boundary conditions between the central region and the reservoir, we calculated the transmission coefficients for two specifics systems: First, for a graphene ribbon under the influence of a transversal electric field in a region of finite length; Next, for a three terminal ballistic junction (JBTT) of graphene under the influence of a transversal electric field in the region immediately before the junction. / Nesta dissertaÃÃo, estudamos as propriedades eletrÃnicas de nanoestruturas de grafeno submetidas a campos externos. Consideramos a aplicaÃÃo de um campo elÃtrico uniforme transversal e um campo magnÃtico uniforme perpendicular à estrutura. Utilizando um modelo Tight-binding com hopping de primeiros vizinhos, vimos como esses campos modificam a estrutura de bandas e a densidade local de estados (LDOS) do sistema. Em seguida, estudamos as propriedades de transporte das nanoestruturas. Consideramos transporte balÃstico devido ao longo livre caminho mÃdio do grafeno. AtravÃs de um modelo numÃrico que consiste em resolver o Hamiltoniano Tight-binding no espa ̧co real e combinar condiÃÃes de contorno entre a regiÃo central e os reservatÃrios, calculamos os coeficientes de transporte para dois sistemas especÃficos: Primeiro, para uma nanofita de grafeno submetida a um campo elÃtrico transversal em uma regiÃo de extensÃo finita. Em seguida, para uma junÃÃo balÃstica de trÃs terminais (JBTT) de grafeno submetida a um campo elÃtrico transversal na regiÃo imediatamente adjacente à junÃÃo.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho revisamos a base teÃrica do confinamento topolÃgico no grafeno bicamada. Esse confinamento à obtido pela aplicaÃÃo de um potencial elÃtrico entre as camadas de grafeno, podendo controlar a largura do gap entre as camadas de conduÃÃo e de valÃncia definidas pelos pontos de Dirac K e K'. Estas estruturas de defeitos sÃo caracterÃsticas de uma estrutura de paredes de domÃnio interpolando regiÃes com diferentes polaridades. No nosso caso especifico, utilizamos um mÃtodo que recentemente foi introduzido na literatura cientÃfica e que jà tem gerado resultados interessantes em fÃsica de altas energias, principalmente no cenÃrio de branas, o chamado modelo multikink em uma dimensÃo. As estruturas de defeito produzidas por este mÃtodo 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 alÃm dos estados intragap jà conhecidos. Mostramos ainda que o perfil utilizado, seja kink-kink, ou kink-antikink, modifica as curvas que representam os estados quiriais nas estruturas dos nÃveis de energia.

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.

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.

Neste trabalho é apresentado em detalhe a fabricação de dispositivos com contato túnel em grafeno, com foco nas caracterizações físico-químicas de barreiras túnel de Al2O3, crescidas sobre grafeno. Uma investigação detalhada das interfaces Co/Al2O3/grafeno é apresentada. Técnicas de caracterização tais como Raman, AFM, HRTEM, STEM, EDX, EELS são utilizadas, assim como processos de nanofabricação de dispositivos via litografia por feixe de elétrons. Os resultados mostram o crescimento de barreira via nucleação de clusters tipo Volmer-Weber e a existência de contatos Co/grafeno via pinholes através da barreira. A fabricação de barreiras finas com espessura nominal de 1 nm resulta no recobrimento parcial do grafeno por camadas com espessura atingindo cerca de 4 nm. A espessura mínima de barreira para a cobertura total da superfície do grafeno é alcançada através da deposição nominal de uma camada de Al2O3 de 3 nm. A caracterização elétrica dos contatos apresenta um caráter assimétrico, semelhante a um diodo túnel, sendo resultante de componentes de contato túnel, associadas a possível formação de cargas e, também, condução via pinholes, assim como efeitos da geometria dos contatos. / In this work, we report the devices constructions and a detailed investigation of the structural and chemical characteristics of thin evaporated Al2O3 tunnel barriers of variable thickness grown onto single-layer graphene sheets. Advanced electron microscopy (HRTEM, STEM) and spectrum-imaging techniques were used to investigate the Co/Al2O3/graphene/SiO2 interfaces. Direct observation of pinhole contacts was achieved using FIB cross-sectional lamellas. Spatially resolved EDX spectrum profiles confirmed the presence of direct point contacts between the Co layer and the graphene. The chemical nature of the Al2O3 barriers was also analyzed using electron energy loss spectroscopy (EELS). On the whole, the high surface diffusion properties of graphene led to Volmer-Weber-like Al2O3 film growth, limiting the minimal possible thickness for complete barrier coverage onto graphene surfaces using standard Al evaporation methods. The results indicate a minimum thickness of nominally 3 nm Al2O3, resulting in a 0.6 nm rms rough film with a maximum thickness reaching 5 nm. The electrical characterization of the device contacts seems to be a resultant of tunneling contact behavior associated to charge trapping,pinhole contacts and geometry of the contacts.

Made available in DSpace on 2018-06-27T18:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Marcos Andre Pereira dos Santos.pdf: 1399807 bytes, checksum: 95e887716f9af791512ffaa6d1d92dc6 (MD5) Marcos Andre Pereira dos Santos.pdf.jpg: 3031 bytes, checksum: 1f26d8583aceb9e2d84423f908d4f9bd (MD5) Previous issue date: 2009-03-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study on the interaction of TiCl4 and TiCl3 molecules with a single- and bi-layer graphene by using the density functional theory. It is evaluated the changes in structural, electronic and magnetic properties of graphene after the adsorption of these molecules, that can behave donors or acceptors of electronic charge. We evaluated the arrangements for TiCl4 and TiCl3 molecules at three different sites using one molecule per unit cell, making use of periodic boundary conditions. In both cases the molecules have more stable chemical configuration when they are placed in the center of a hexagonal site. Significant changes in the electronic properties of the systems are observed. The molecule TiCl4 behaves like a Lewis acid (electronic charge acceptor), while in the case of the confined molecule between two graphene planes the molecule behaves as a Lewis basis (electronic charge donor). The TiCl4 on graphene remains non-magnetic in all configurations studied here. The adsorption of the molecule causes distortions in the graphene sheet, they originating a small change in the original electronic states, as a gap opening. TiCl3 molecule presents a Lewis basics behavior, which is seen directly on the lifting of the Fermi level. The TiCl3 presents a stronger binding energy when compared to the TiCl4 in graphene; this fact also shows that the electronic properties also change. It is observed that the magnetic moment of the adsorbed TiCl3 graphene associated with the spin polarization, dependent on the adsorption configuration. Therefore, this innovative work predicts the properties associated with the interaction of molecules with donors or accepted electronic charge behavior adsorbed on graphene this contributing for optimizing and developing potential application of this novel material. / Nesta Dissertação apresentamos um estudo da interação das moléculas TiCl4 e TiCl3 com grafeno de camada simples e bicamada fazendo uso da teoria do funcional da densidade. Avaliamos as alterações nas propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas do grafeno interagindo com as moléculas, as quais podem se comportar como sistemas doadores ou aceitadores de carga eletrônica. Foram avaliadas as configurações mais estáveis para as moléculas de TiCl3 e TiCl4 em três sítios utilizando uma molécula por célula unitária e fazendo uso de condições periódicas de contorno. Em ambos os casos, as moléculas possuem maior estabilidade química na configuração em que essas são colocadas no centro de um hexágono do grafeno. Após a simulação foram observadas alterações significativas nas propriedades eletrônicas do sistema. A molécula TiCl4 apresenta caráter de ácido de Lewis (receptor de carga), enquanto, no caso da molécula estar confinada entre dois planos de grafeno, comporta-se como uma base de Lewis (doador de carga). Também se observa que o TiCl4 permanece não magnético em todas as configurações estudadas. A adsorção da molécula causa distorções geométricas na folha de grafeno, originando uma pequena mudança nos estados eletrônicos do grafeno, visto na abertura de um gap de energia. Por outro lado, a molécula de TiCl3 apresenta caráter de base de Lewis, visto diretamente no aumento do valor do nível de Fermi. O TiCl3 apresenta energia de ligação bem superior quando comparado ao TiCl4 no grafeno, este fato mostra também que as propriedades eletrônicas também se modificam. Observa-se que o momento magnético do TiCl3 adsorvido no grafeno apresenta polarização de spin, dependente da configuração estrutural. Desta forma, este trabalho busca, de forma inédita, demonstrar as propriedades associadas com a interação de moléculas doadoras e aceitadoras de carga eletrônica adsorvidas no grafeno fomentando o potencial de aplicação tecnológica deste material inovador.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-17T19:22:30Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_BibianaCulauLopes.pdf: 2194937 bytes, checksum: 262e67bf2660f0e0bc2210c458d84e70 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T19:22:30Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_BibianaCulauLopes.pdf: 2194937 bytes, checksum: 262e67bf2660f0e0bc2210c458d84e70 (MD5) Previous issue date: 2017-03-31 / One of the most common methods applied to heavy metal removal from contaminated aqueous solutions is adsorption through materials like activated carbon, and silica. In general, those materials are efficient and possible to reuse, although after their lifespan they become an environment liability, especially if inappropriately discharged. So that, it is seeking for materials that show more efficiency, that are easily regenerated, reusable and that generate less environmental impact. It is promising the use of graphene oxide (GO) as an adsorbent for environmental pollutants. GO with metallic nanoparticles attached to it, they confer magnetic features to GO, which makes it separation from the aqueous solution easy. In this study it was synthesized graphene oxide through Hummers & Offeman (1958) adapted method. Synthesized GO as well as commercial graphene oxide (Sigma) were submitted to hydrothermal process for insertion of ferrite (NiFe3O4) in its structure, then forming a nanocomposite NiFe2O4/GO. Nanomaterials were characterized by DRX, FTIR, Raman spectroscopy, MEV, BET and magnetization test, which all prove the formation and magnetization of the material. A solution of 100 mg.L-1 concentration of potassium dichromate (K2Cr2O7), was used as Cr(VI) source, for adsorption tests. The results show great efficiency of adsorption, which was stable in 150 min of stirring for more concentrated solutions of Cr(VI). It was used 500 mg.L-1 concentration of potassium dichromate in the photocatalytic process, which resulted in significant decrease of Cr(VI) and release of Cr(III) in the solution. The results obtained show high efficiency in the adsorption and the removal mechanism defined was through electrostatic attraction, due to the difference between charges of adsorbent and pollutant. A solution with 0.03 g of commercial graphene oxide decorated with ferrite and potassium dichromate in a concentration of 80 mg.L-1, adsorption reaction achieved the equilibrium, approximately, 20 minutes after the reaction started. When tested concentrations of 100, 80 and 40 mg.L-1 of potassium dichromate, the reaction achieved the equilibrium in 30 minutes. Adsorption reactions in concentrations of 300, 250 and 150 mg.L-1 of potassium dichromate stabilized 150 minutes after the reaction started. All tests were done with a fixed mass of 0.30 g of commercial graphene oxide decorated with ferrite. The results indicated that the major efficiency, when higher concentrations of Cr(VI) 9 source, depends on the adjustment of adsorbent added. Photocatalytic reaction promoted the reduction of Cr(VI) to Cr(III), which was proved through the difference in absorbance solution. The removal mechanism was through difference between charges, photocatalytic reaction also promoted the desorption of Cr(III) from the adsorbent surface, as it has negatively charged, they naturally repel. / Um dos métodos mais comuns aplicado para remoção de metais pesados de soluções aquosas contaminadas é por adsorção através de materiais, como carvão ativado e sílica. Em geral esses materiais são eficientes e possibilitam a reutilização, porém ao final de sua vida útil se tornam passivo ambiental, principalmente se não forem descartados de forma correta. Desta forma busca-se por materiais que apresentem maior eficiência, facilidade de regeneração, de reutilização e que gerem menor impacto ambiental. O uso do óxido de grafeno como adsorvente, para remoção de poluentes de amostras ambientais, tem se mostrado promissor, principalmente se tratando de íons de metais. Quando o óxido de grafeno é agregado a nanopartículas metálicas, isso promove um caráter magnético, o que facilita a separação deste da solução aquosa. No presente estudo foi sintetizado o óxido de grafeno através do método adaptado de Hummers, Offeman (1958). O óxido de grafeno sintetizado, assim como óxido de grafeno comercial (Sigma), foram submetidos a um processo para inserção de ferrita (NiFe3O4) em sua estrutura via processo hidrotermal, formando o nanocompósito NiFe2O4/GO. Os nanomateriais obtidos foram caracterizados por difração de raios-x, espectroscopia no infrevermelho, espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura, teste de Brunauer-Emmett-Taller e teste de magnetização, os quais comprovam formação do óxido de grafeno e da magnetização do mesmo. Para os testes de adsorção e fotocatálise, utilizou-se solução de dicromato de potássio (K2Cr2O7) como fonte de Cr(VI). Os resultados obtidos demonstram alta eficiência de adsorção e o mecanismo de remoção definido foi por atração eletrostática, devido a diferença de cargas entre o adsorvente e o poluente. Para uma solução contendo 0,30 g de óxido de grafeno comercial decorado com ferrita e com uma concentração de 80 mg.L-1 de dicromato de potássio, a reação de adsorção atingiu o equilíbrio aproximadamente 20 minutos depois do inicio do processo. Quando testadas as concentrações de 100, 80 e 40 mg.L-1 de dicromato de potássio, a reação atingiu o equilíbrio em 30 minutos. As reações de adsorção em concentrações de 300, 250 e 150 mg.L-1 de dicromato de potássio estabilizaram depois de 150 minutos depois do inicio da reação. Todos os testes foram realizados com a quantidade fixa de 0,30 g de óxido de grafeno comercial decorado com ferrita. Os resultados indicam que a maior eficiência, 7 quando em maiores concentrações de fonte de Cr(VI), depende do ajuste na quantidade de adsorvente adicionado. A reação de fotocatálise promoveu a redução do Cr(VI) para Cr(III), o que foi comprovado através da diferença medida nas absorbâncias da solução. O mecanismo de remoção foi por por diferença de cargas, a reação de fotocatálise promove também a dessorção do Cr(III) da superfície do adsorvente, já que esse é carregado negativamente, eles se repelem naturalmente.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-17T20:13:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_JoseSolonDaSilvaJunior.pdf: 4702814 bytes, checksum: f3853067fbfa9aca7b0ecd88eaf5c6e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T20:13:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_JoseSolonDaSilvaJunior.pdf: 4702814 bytes, checksum: f3853067fbfa9aca7b0ecd88eaf5c6e9 (MD5) Previous issue date: 2018-03-28 / Recent studies demonstrate the effectiveness of nanostructures in dentistry. Some applications reduce physiological implications, such as the non-acceptance of a dental implant by the body. A promising nanostructure in several areas of knowledge that has been little explored for this purpose is graphene. In this work, we studied the interaction of adsorbed graphene with phosphorus (P), silver (Ag) and calcium (Ca) atoms with titanium dioxide clusters (TiO2), with nomenclature (TiO2)n, with n varying from 1 to 3. The aim of this study is to identify systems that are relevant to the area of implantology, i. e., nanosystems that could facilitate the adhesion of the implant to the organism. The dopant atoms were chosen because of their biocompatibility with bone tissue (P and Ca) and antibacterial properties (Ag). The clusters of TiO2 were used to mimic the oxide that is usually formed on titanium implants. For this, we performed calculations of first principles, based on the Density Functional Theory, as implemented in the SIESTA code. The exchange and correlation potential was treated within the generalized gradient approximation and the description of the valence electrons was done using the pseudopotential method. The results showed that the interaction of graphene adsorbed with calcium with TiO2 clusters is the most promising system that meets the purposes of the work. The adsorption energies for this case vary from 2.41 eV to 4.70 eV, indicating a strong interaction. In the case of silver-adsorbed graphene, the adsorption energies are lower, but still characterize a strong interaction, which varies from 1.31 eV for the cluster with n = 2 and 2.05 eV for the cluster with n = 3. For the cluster with n = 1, the value found for the adsorption energy was 1.92 eV. The system that was not relevant to the objectives of this work was the graphene adsorbed with phosphorus interacting with the clusters. In this case, the adsorption energies were high, 3.42 eV for (TiO2)1, and 2.16 eV for (TiO2)3, however, we observed that the cluster removed the atoms adsorbed from the graphene. For the cluster (TiO2)2, the interaction was weak, with an adsorption energy of 0.46 eV. These results, while theoretical, show that graphene can be a potential candidate for the creation of thin films to be used in the coating of titanium implants. / Estudos recentes demonstram a eficácia do emprego de nanoestruturas na odontologia. Certas aplicações reduzem implicações fisiológicas como, por exemplo, a não aceitação de um implante dentário pelo organismo. Uma nanoestrutura promissora em várias áreas do conhecimento e que tem sido pouco explorada para este fim, é o grafeno. Assim, neste trabalho, estudamos a interação do grafeno adsorvido com átomos fósforo (P), prata (Ag) e cálcio (Ca) com clusters de dióxido de titânio (TiO2), com nomenclatura (TiO2)n, onde n varia de 1 a 3. O objetivo desse estudo consiste em apontar sistemas que sejam relevantes para a área de implantodontia, ou seja, nanosistemas que pudessem facilitar a adesão do implante ao organismo. Os átomos dopantes foram escolhidos por apresentar biocompatibilidade com o tecido ósseo (P e Ca) e propriedades antibactericidas (Ag). Já os clusters de TiO2 foram utilizados com o intuito de mimetizar o óxido que geralmente se forma sobre os implantes de titânio. Para isso, realizamos cálculos de primeiros princípios, baseados na Teoria do Funcional da Densidade, conforme implementado no código SIESTA. O potencial de troca e correlação foi tratado dentro da aproximação do gradiente generalizado e a descrição dos elétrons de valência foi feita utilizando o método de pseudopotenciais. Os resultados obtidos mostraram que a interação do grafeno adsorvido com cálcio com os clusters de TiO2, é o sistema mais promissor que atende os propósitos do trabalho. As energias de adsorção para esse caso variam de 2,41 eV a 4,70 eV, indicando uma interação forte. Já para o caso do grafeno adsorvido com prata, as energias de adsorção são mais baixas, mas ainda assim caracterizando uma interação forte, as quais variam de 1,31 eV para o cluster com n = 2 e 2,05 eV para o cluster com n = 3. Para o cluster com n = 1, o valor encontrado para a energia de adsorção foi de 1,92 eV. O sistema que não se mostrou relevante para os objetivos do trabalho foi o grafeno adsorvido com fósforo interagindo com os clusters. Nesse caso, as energias de adsorção foram altas, 3,42 eV para o (TiO2)1, e 2,16 eV para o (TiO2)3, porém, observamos que o cluster afastou o átomos adsorvido do grafeno. Para o cluster (TiO2)2, a interação foi fraca, com uma energia de adsorção de 0,46 eV. Esses resultados, embora teóricos, mostram que o grafeno pode ser um candidato potencial para a criação de filmes finos, a serem utilizados no revestimento de implantes de titânio.

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