A radiação térmica é um mecanismo de transferência de calor muito importante em processos que envolvem gases participantes, como CO2 e H2O, em temperaturas elevadas. A dependência altamente irregular do coeficiente de absorção em relação ao número de onda torna a integração linha-por-linha (LBL) da equação da transferência radiativa (RTE) impraticável, sobretudo em situações onde a radiação pode ser apenas parte de um problema mais complexo. Modelos espectrais globais, como a soma-ponderada-de-gases- cinza (WSGG) e a soma-ponderada-de-gases-cinza baseada em linhas espectrais (SLW), representam alternativas à integração LBL. Entretanto, alguns modelos requerem o uso da aproximação de escala (que assume que as dependências espacial e espectral da seção transversal de absorção são separáveis). Essa aproximação pode produzir erros consideráveis, principalmente quando existem gradientes elevados de temperatura e de concentração. Neste trabalho, os resultados de alguns modelos espectrais globais foram comparados com os da solução LBL. E, a partir de algumas proposições dos modelos WSGG e SLW (integração espectral através de gases cinza e intervalos espectrais fixos por meio da definição de uma temperatura de referência), foi desenvolvida a soma-ponderada-de-gases-cinza com coeficientes não constantes (NCC-WSGG). Nesse modelo, os coeficientes de absorção e de emissão para cada gás cinza são funções polinomiais da temperatura. O modelo NCC-WSGG foi aplicado em problemas unidimensionais e bidimensionais, envolvendo CO2, H2O e mistura dessas espécies químicas. Comparações com a solução LBL mostraram que o NCC-WSGG pode fornecer resultados muito satisfatórios para o fluxo de calor e para o termo fonte radiativos em problemas não isotérmicos e não homogêneos. / The thermal radiation is a very important mechanism of heat transfer in processes that embody participating gases, as CO2 and H2O, at high temperature. The highly irregular dependence of the absorption coefficient with respect to the wavenumber makes the application of line-by-line (LBL) integration of the radiative transfer equation (RTE) prohibitive, principally in situations where the radiation can be only part of a more complex problem. Global spectral models, like the weighted-sum-of-gray-gases (WSGG) and the spectral line based weighted-sum-of-gray-gases (SLW), are alternatives to the LBL integration. However, some models demand the application of the scaling approximation (which assumes that the spatial and spectral dependences of the absorption cross-section are separable). This approximation can lead to pronounced errors, mainly under high gradients of temperature and concentration. In this work, some results obtained from global models were compared with the LBL solution. And, applying some proposals from WSGG and SLW models (spectral integration through gray gases and fixed spectral intervals by the definition of a reference condition), it was developed the nonconstant coefficient weighted-sum-of-gray-gases (NCC-WSGG). In this model, the absorption and emission coefficients of each gray gas are polynomials functions of the temperature. The model was applied to solve one and two dimensional problems, which were comprise of CO2, H2O and mixtures of these chemical species. Comparisons with the LBL solution showed that the NCC-WSGG can provide very good results for the heat flux and for the radiative heat source under nonisothermal and nonhomogeneous conditions.

A radiação térmica é um mecanismo de transferência de calor muito importante em processos que envolvem gases participantes, como CO2 e H2O, em temperaturas elevadas. A dependência altamente irregular do coeficiente de absorção em relação ao número de onda torna a integração linha-por-linha (LBL) da equação da transferência radiativa (RTE) impraticável, sobretudo em situações onde a radiação pode ser apenas parte de um problema mais complexo. Modelos espectrais globais, como a soma-ponderada-de-gases- cinza (WSGG) e a soma-ponderada-de-gases-cinza baseada em linhas espectrais (SLW), representam alternativas à integração LBL. Entretanto, alguns modelos requerem o uso da aproximação de escala (que assume que as dependências espacial e espectral da seção transversal de absorção são separáveis). Essa aproximação pode produzir erros consideráveis, principalmente quando existem gradientes elevados de temperatura e de concentração. Neste trabalho, os resultados de alguns modelos espectrais globais foram comparados com os da solução LBL. E, a partir de algumas proposições dos modelos WSGG e SLW (integração espectral através de gases cinza e intervalos espectrais fixos por meio da definição de uma temperatura de referência), foi desenvolvida a soma-ponderada-de-gases-cinza com coeficientes não constantes (NCC-WSGG). Nesse modelo, os coeficientes de absorção e de emissão para cada gás cinza são funções polinomiais da temperatura. O modelo NCC-WSGG foi aplicado em problemas unidimensionais e bidimensionais, envolvendo CO2, H2O e mistura dessas espécies químicas. Comparações com a solução LBL mostraram que o NCC-WSGG pode fornecer resultados muito satisfatórios para o fluxo de calor e para o termo fonte radiativos em problemas não isotérmicos e não homogêneos. / The thermal radiation is a very important mechanism of heat transfer in processes that embody participating gases, as CO2 and H2O, at high temperature. The highly irregular dependence of the absorption coefficient with respect to the wavenumber makes the application of line-by-line (LBL) integration of the radiative transfer equation (RTE) prohibitive, principally in situations where the radiation can be only part of a more complex problem. Global spectral models, like the weighted-sum-of-gray-gases (WSGG) and the spectral line based weighted-sum-of-gray-gases (SLW), are alternatives to the LBL integration. However, some models demand the application of the scaling approximation (which assumes that the spatial and spectral dependences of the absorption cross-section are separable). This approximation can lead to pronounced errors, mainly under high gradients of temperature and concentration. In this work, some results obtained from global models were compared with the LBL solution. And, applying some proposals from WSGG and SLW models (spectral integration through gray gases and fixed spectral intervals by the definition of a reference condition), it was developed the nonconstant coefficient weighted-sum-of-gray-gases (NCC-WSGG). In this model, the absorption and emission coefficients of each gray gas are polynomials functions of the temperature. The model was applied to solve one and two dimensional problems, which were comprise of CO2, H2O and mixtures of these chemical species. Comparisons with the LBL solution showed that the NCC-WSGG can provide very good results for the heat flux and for the radiative heat source under nonisothermal and nonhomogeneous conditions.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2017-08-03T12:52:24Z No. of bitstreams: 1 Pedro Lemos de Almeida Junior.pdf: 3276258 bytes, checksum: 9cfc77040db57e5dc73048d5ce92da67 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T12:52:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedro Lemos de Almeida Junior.pdf: 3276258 bytes, checksum: 9cfc77040db57e5dc73048d5ce92da67 (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The development of multilayer self-assembled films using the Layer Layer (LbL) approach has showed a high efficiency on the fabrication o ultrathin films. The LbL technique have been successfully and increasingly employed on developing new arquitectures for immobilization of enzymes, catalysts, electron mediators and other chemicals on conventional solid electrode surfaces for the development of electrochemical sensors and biosensors. This work followed two main paths: it was proposed the development and application of a new miniaturized dip-coating equipment, named LbL System, for the preparation of multilayers thin films on solid electrodes, and also a new method for the modification of gold electrodes for the immobilization of ferricyanide ions into a silica network, with application for the determination of nitrite ions. The proposed LbL System is automatic and has an embedded microcontroller that simplifies its hardware and software, and also favors its miniaturization. The system makes it possible all the modification process of being carried out automatically without attendance during the operation, only requiring the definition of some parameters by the user. The development of the equipment was based on a new concept of dip-coating, where, the solution flows to a fixed electrode instead of dipping the electrode in the solution, as it happens at all the commercial equipments, making possible to work with microvolumes of reagents and solutions keeping a high reproducibility of the modification process. The proposed new method for immobilization of ferricyanide ions on gold electrodes was based on its affinity with a silica network modified with a spacer containing amine terminal groups, anchored on the surface via silanol groups of the opposite terminal bound to other silanol groups of a self-assembled monolayer previously deposited on the metal. The gold modified electrode presents the voltammetric characteristic reversible signal of the redox pair Fe((III)/Fe(II), showing the maintenance of the Fe(III)/Fe(II) in the molecular arquitecture mounted on the metal surface. The modified electrode presented electrocatalytic activity for the reduction of nitrite ions and was successfully applied on a flow injection analysis system for analyses of natural waters, presenting a linear response range of 1x10-6 to 4x10-5 mol L-1 (r = 0.9995), with a detection limit of 0,53x10-6 mol L-1. / A elaboração de filmes contendo multicamadas automontadas utilizando a técnica camada sobre camada (LbL, do inglês “Layer by Layer”) tem se mostrado um método eficaz para a fabricação de filmes ultrafinos. Filmes LbL vêm sendo crescentemente empregados com sucesso na elaboração de novas arquiteturas para imobilização de enzimas, catalisadores, mediadores de elétrons e outras espécies na superfície de eletrodos sólidos convencionais para elaboração de sensores e biossensores eletroquímicos. Neste trabalho foram propostas duas vertentes. Primeiramente se descreve a fabricação e aplicação de um equipamento microcontrolado, denominado Sistema LbL, para a obtenção de filmes finos multicamadas sobre eletrodos sólidos. Em seguida se propõe um novo método para a modificação de eletrodo de ouro pela imobilização de íons ferricianeto em rede de sílica, com aplicação para determinação de íons nitrito. O Sistema LbL desenvolvido é automatizado e traz consigo um microcontrolador, que simplifica significativamente seu hardware e software, além de possibilitar sua miniaturização. O Sistema permite que todo o processo de modificação da superfície de eletrodos sólidos seja realizado automaticamente e sem requerer assistência durante a operação, cabendo ao usuário apenas a definição prévia de determinados parâmetros. O desenvolvimento do equipamento fundamentou-se em uma nova concepção de sistema dip-coating, em que ao invés de introduzir o eletrodo nas soluções, como realizado nos equipamentos comerciais, leva-se as soluções até o eletrodo, tendo como resultado um método de modificação que utiliza microvolumes de reagentes e soluções, com elevada reprodutibilidade do processo de modificação. O novo método, desenvolvido para imobilização de íons ferricianeto em eletrodo de ouro, baseou-se na afinidade dos íons ferricianeto por uma rede de sílica modificada com um espaçador contendo grupamentos amina terminais ancorado no eletrodo via grupos silanóis do terminal oposto, sendo este previamente fixado no eletrodo por condensação com grupos silanóis de uma monocamada automontada na superfície do ouro. Após a modificação, o eletrodo de ouro passa a apresentar o sinal voltamétrico reversível característico do par redox Fe(III)/Fe(II), demonstrando que a atividade redox é mantida na arquitetura molecular montada sobre a superfície do metal. O eletrodo modificado apresentou atividade eletrocatalítica para a redução de íons nitrito e foi aplicado com sucesso num sistema de análise por injeção em fluxo para análises de águas naturais, apresentando resposta linear na faixa de 1x10-6 a 4x10-5 mol L-1 (r = 0,9995), com limite de detecção de 0,53x10-6 mol L-1.

Layer-by-layer (LBL) polyelectrolyte capsules can be modified to incorporate stimuli such as superparamagnetic nanoparticles which respond to a magnetic field only when it is turned on. Thus, they can act as a switch to load or unload their drug cargo on demand. Specifically, magnetite is incorporated into bilayer capsules made of alternating poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and poly(sodium-p-styrenesulfonate) (PSS) which surrounds calcium carbonate core. The core is then dissolved using ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). These capsules are loaded with at FITC-BSA conjugate and examined with fluorescence to show the unloading of the FITC-BSA from capsules as it brightens the entire field of view of the microscope. The results suggest that we can next load and unload an anticancer drug such as doxorubicin using the combination of microcapsule and alternating magnetic field (AMF) to treat the cancer cells. Preliminary data interprets that the low frequency AMF we use has little to no adverse effect cells viability. This coincides with the general thought that low frequency AMF signals are not harmful to humans. Therefore, as an alternative to hyperthermia methods which use heat, it may be possible to deliver the anticancer drugs specifically to the cells when and where it is needed.

This thesis presents work done to improve the switching speed and contrast performance of electrochromic devices. Layer-by-Layer (LbL) assembly was used to deposit thin electrochromic films of materials ranging from organic, inorganic, conducting polymers, etc. The focus was on developing new materials with high contrast and long lifecycles. A detailed switching-speed study of solid-state EC devices of already-developed (PEDOT (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), polyviologen, inorganic) materials and some new materials (Prodot-Sultone) was performed. Work was done to achieve the optimum thickness and number of bilayers in LbL films resulting in high-contrast and fast switching. Device sizes were varied for comparison of the performance of the lab-made prototype device with the commercially available "small pixel" size displays. Symmetrical EC devices were fabricated and tested whenever conducting polymers are used as an EC material. This symmetrical configuration utilizes conducting polymers as an electroactive layer on each of two ITO-coated substrates; potential is applied to the two layers of similar conducting polymers and the device changes color from one redox state to another. This method, along with LbL film assembly, are the main factors in the improvement of switching speed results over already-published work in the literature. PEDOT results show that EC devices fabricated by LbL assembly with a switching speed of less than 30 ms make EC flat-panel displays possible by adjusting film thickness, device size, and type of material. The high contrast value (84%) for RuP suggests that its LbL films can be used for low-power consumption displays where contrast, not fastest switching, is the prime importance. In addition to the electrochromic work, this thesis also includes a section on the application of LbL assembly in fabricating electromechanical bending actuators. For bending actuators based on ionic polymer metal composites (IPMCs), a new class of conductive composite network (CNC) electrode was investigated, based on LbL self-assembled multilayers of conductive gold (Au) nanoparticles. The CNC of an electromechanical actuator fabricated with 100 bilayers of polyallylamine hydrochloride (PAH)/Au NPs exhibits high strain value of 6.8% with an actuation speed of 0.18 seconds for a 26 µm thick IPMC with 0.4 µm thick LbL CNCs under 4 volts. / Ph. D.

Made available in DSpace on 2017-07-20T12:37:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vagner dos Santos1.pdf: 3358133 bytes, checksum: 5d65fc2649ed2010f554ec6574971249 (MD5) Previous issue date: 2013-06-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis describes the use of the chloride of 3-n-propyl-pyridinium-silsesquioxane polymer (SiPy+Cl-) as an efficient stabilizer for the synthesis of platinum nanoparticles (NPs-Pt). Transmission Electron Microscopy (TEM) and measurements of dynamic light scattering (DLS) showed good distribution of NPs-Pt (3-40 nm) in the cavities of the SiPy+Cl-. The nanohybrid (Pt-SiPy+Cl-) obtained was used as polycation in the preparation of thin films by the Layer-by-Layer (LbL) technique. In order to investigate the electrocatalytic properties, films were obtained by the alternated deposition of the polyanions poly-2,5-metoxipropiloxisulfonated-phenylenevinylene (PPV-SO3) and acid (polyvinylsulfonic) (PVS) with Pt-SiPy+Cl- polycation in the architectures (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n, (Pt-SiPy+Cl-/PPV)n, (PVS/Pt-SiPy+Cl-)n and (Pt-SiPy+Cl-/PVS)n, respectively. The deposition of the films was monitored by UV-Vis spectroscopy, which showed a linear growth in each bilayer deposited. In addition, it was observed by UV-Vis spectra that the deposition sequence initiated by polyanions (PPV-SO3 or PVS) showed higher absorbance, indicating that the architectures (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n and (PVS/Pt-SiPy+Cl-)n contain more species of NPs-Pt available on the surface of the films. The presence of polyelectrolytes in the films and the interaction between them were verified by Infrared spectroscopic (FTIR) and Raman. Electrochemical measurements for the detection of DA, with the LbL films from PVS e Pt-SiPy+Cl-, showed that the oxidation currents for the (PVS/Pt-SiPy+Cl-)3 in presence of its interferent the ascorbic acid (AA) were more intense, with a difference between the oxidation potential equal to 550 mV at pH 7. For the films containing PPV-SO3 and Pt-SiPy+Cl- it was found that the presence of PPV-SO3 is crucial to help the NPs-Pt in the process of electron transfer. The (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 LbL film detected simultaneously the DA and the interferents AA and uric acid (UA) (ΔE = 640 mV) with an oxidation potential difference of 90 mV higher than the observed with the (PVS/Pt-SiPy+Cl-)3 LbL film containing PVS (ΔE =550 mV). In addition, the better values of sensitivity (2,7 μmol L-1), detection limit (LD = 3,19 x 10-7 mol L-1), quantification limit ( LQ = 2,07 x 10-6 mol L-1) were observed in the studies with the LbL films (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 instead of PVS. In order to mimic a biological system, the LbL film (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 was selected to DA detection confined into liposomes from dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC). This film provided a difference of oxidation potential of 350 mV of the encapsulated DA, in the presence of AA and UA interfering. In vitro measurements for the detection of DA in striatal rat brain were performed successfully with drop-coated film of polyelectrolyte PPV and Pt-SiPy+Cl-, immobilized on screen-printed carbon electrode. Besides this analyte, the architectures of LbL films (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n and (Pt-SiPy+Cl-/PPV)n were used in the detection of H2O2 and glucose. After immobilization of glucose oxidase (GOx) on the surface of the films, the biosensor (PPV/Pt-SiPy+Cl-)6GOx exhibited sensitivity = 1.17 μmol L-1, LD = 27.4 μmol L-1, LQ = 91.4 μmol L-1 e app m k = 2.64 mmol L-1, values greater than more complex films reported in the literature, demonstrating the importance of NPsPt for these films. / Esta tese descreve o uso do polímero cloreto de 3-n-propil-piridínio-silsesquioxano (SiPy+Cl-) como um eficiente estabilizante para síntese de nanopartículas de platina (NPs-Pt). Imagens de Microscopia Eletrônica de Transmissão e medidas de espalhamento dinâmico de luz indicaram boa distribuição das NPs-Pt (3-40 nm) nas cavidades do SiPy+Cl-. O nanohíbrido Pt-SiPy+Cl- obtido foi utilizado como policátion na preparação de filmes finos pela técnica Layer-by-Layer (LbL). Para investigação das propriedades eletrocatalíticas das NPs-Pt incorporadas ao SiPy+Cl-, obteve-se filmes pela deposição alternada dos poliânions poli-2,5-metoxipropiloxi-sulfonado fenilenovinileno (PPV-SO3) e ácido-polivinilsulfônico (PVS) com o policátion Pt-SiPy+Cl-, nas arquiteturas (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n e (Pt-SiPy+Cl-/PPV)n, (PVS/Pt-SiPy+Cl-)n e (Pt-SiPy+Cl-/PVS)n, respectivamente. A deposição nos filmes LbL foi monitorada por espectroscopia de absorção na região do UV-Vis, a qual revelou um crescimento linear dos filmes a cada bicamada depositada. Além disso, nos espectros UV-Vis foi constatado que a sequência de deposição iniciada pelos poliânions (PPV-SO3 ou PVS) apresentou maior absorbância, indicando que nas arquiteturas (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n e (PVS/Pt-SiPy+Cl-)n há mais espécies disponíveis de NPs-Pt na superfície dos filmes. A presença dos polieletrólitos nos filmes e a interação entre estes foram constatadas por medidas espectroscópicas de infravermelho (FTIR) e Raman. Nas medidas eletroquímicas para detecção de DA, com os filmes formados por PVS e Pt-SiPy+Cl-, verificou-se que o (PVS/Pt-SiPy+Cl-)3 apresentou correntes de oxidação para a DA mais intensas em meio ao interferente ácido ascórbico (AA), com uma diferença entre os potenciais de oxidação igual a 550 mV, em pH 7. Nos filmes contendo PPV-SO3 e Pt-SiPy+Cl- verificou-se que a presença do PPV-SO3 é fundamental para auxiliar as NPs-Pt no processo de transferência de elétrons. O filme LbL (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 detectou simultaneamente a DA em meio aos interferentes AA e ácido úrico (AU) (ΔE = 640 mV), com uma diferença de potenciais de oxidação 90 mV maior do que a observada com o filme contendo PVS (550 mV). Além disto, melhores valores de sensibilidade (2,7 μmol L-1), limite de detecção (LD = 3,19 x 10-7 mol L-1) e limite de quantificação (LQ = 2,07 x 10-6 mol L-1) foram observados nos estudos com o filme LbL (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 em relação ao PVS. A fim de mimetizar um sistema biológico, escolheu-se o filme LbL (PPV/Pt-SiPy+Cl-)3 para detecção de DA confinada nos lipossomos de dipalmitoilfosfatidil colina (DPPC). Este filme possibilitou uma diferença de potencial de oxidação de 350 mV da DA encapsulada, na presença dos interferentes AA e AU. A partir desta constatação, medidas in vitro para a detecção de DA em estriados cerebrais de ratos foram realizadas com sucesso com o filme drop-coated dos polieletrólitos PPV e Pt-SiPy+Cl-, imobilizados sobre eletrodo de carbono impresso. Além deste analito, as arquiteturas dos filmes LbL (PPV/Pt-SiPy+Cl-)n e (Pt-SiPy+Cl-/PPV)n foram utilizadas na detecção de H2O2 e glicose. Após imobilização de glicose oxidase (GOx) na superfície dos filmes, o biossensor (PPV/Pt-SiPy+Cl-)6GOx exibiu sensibilidade = 1,17 μmol L-1, LD = 27,4 μmol L-1, LQ = 91,4 μmol L-1 e appmk = 2,64 mmol L-1, valores estes superiores a filmes mais complexos relatados na literatura, demonstrando a importância das NPsPt para estes filmes.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cleverson S Santos.pdf: 2872449 bytes, checksum: 6d5838a843155793c2eb115ea3d233c4 (MD5) Previous issue date: 2012-03-13 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The research focused on the development of electrochemical sensors based on LBL films have grown exponentially in recent years. In this context, this paper reports the development of an electrochemical sensor using the Layer-by-layer (LbL) technique, which enables the construction of ultrathin films from electrostatic interactions between oppositely charged polyelectrolytes. For this purpose, the tetrasulfonated nickel phthalocyanine (NiTsPc) was used as polyanion molecule and the 3-n-propilpyridinium silsesquioxane chloride (SiPy+Cl-) as the polycation. This silsesquioxane polyelectrolyte is an excellent ion exchange and has high ability to form stable films on the surface of solid substrates. The LbL films were built using two different architectures: one with an outer layer of phthalocyanine designated as (SiPy+Cl-/NiTsPc)n and another with the phthalocyanine as the inner layer, (NiTsPc/SiPy+Cl-)n with different bilayers, (where n = number of bilayers). The deposition of the bilayers was monitored using the UV-VIS spectroscopy in the region from 500 to 800 nm, where the phthalocyanines exhibit two absorption bands, one related to the dimeric species at 630 nm and another at 669 nm related to monomeric form. It was observed that the parameters:immersion time, pH and concentration directly influenced the construction of these films and therefore they were optimized. The optimized parameters were: immersion time of 280 s, pH = 8 and concentrations of polyeletrolytes solutions of 2 mg mL-1, which provided stable and homogeneous films, with higher concentrations of monomeric species. Monitoring the bilayers deposition in the UV-VIS region, a linear relationship was obtained between the absorbance and the number of bilayers deposited. FTIR and Raman spectra showed that the interactions between the polyelectrolytes occurs by the SO3 groups in the structure of tetrasulfonated phthalocyanines with the pyridinium groups present in the structure of the SiPy+Cl-. Using the AFM technique, it was observed that the average roughness of the films decreased with the increase of bilayers. On the other hand, the thickness of the films increased with the number of bilayers, and the average thickness of each bilayer was 22 nm for the architecture (SiPy+Cl-/NiTsPc)n, and 19.2 nm for the opposite configuration. The electrodes were applied for simultaneous determination of dopamine (DA) in the presence of the interfering species, such as ascorbic acid (AA) and uric (UA). It was observed that the architecture as well as the thickness of the films has influenced significantly the electrochemical response in the presence of analytes. The film with the highest current density and less positive potential values for these analytes was (SiPy+Cl-/NiTsPc)2. For this electrode, f om the cyclic voltammetry technique, anodic peaks were observed at 0.30 V,0.68 V and 0.74 V in the presence of DA, AA and UA, respectively. Studies in different scan rates in presence of dopamine showed that the kinetics of electron transfer is controlled by diffusion of species to the electrode surface. Using the square wave voltammetry, DA was detected in presence of AA with a peak separation potential of 350 mV. However, for a fixed concentration of DA, it was observed an increase of the intensity of peak current with increasing of AA concentration, which is an indication that the AA electrocatalyzes the oxidation reaction of DA to dopaminequinone, causing an increase in the current, which prevents the accurate determination of these analytes simultaneously. On the other hand, in the presence of UA in a fixed concentration of 4.7 x 10-4 mol L-1, it was possible to quantify DA in the range of 1.0 x 10-5 to 9.9 x 10-5 mol L-1 with a detection limit of 2.37 x 10-6 mol L-1 and quantification limit of 7.9 x 10-6 mol L-1 with peak separation Ep= 500 mV. By varying both the concentration of DA and UA, in the range of 1.0 x 10-4 to 9.0 x 10-4 mol L-1 for DA and 1.0 x 10-5 to 9.9 x 10-5 mol L-1 for UA, it was obtained a correlation coefficient of R = 0.997 and R = 0.988 for AU and DA respectively. The results showed that the electrode (SiPy+Cl-/NiTsPc)2 is selective and sensitive for DA determination in presence of interfering species AA and UA. / As pesquisas voltadas para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos a base de filmes LbL têm crescido exponencialmente nos últimos anos. Neste âmbito, este trabalho relata o desenvolvimento de um sensor eletroquímico, utilizando a técnica Layer-by-Layer (LbL), a qual possibilita a construção de filmes ultrafinos a partir de interações eletrostáticas entre polieletrólitos de cargas opostas. Para tanto foi utilizado como poliânion a molécula ftalocianina tetrassulfonada de níquel (NiTsPc), e como policátion o cloreto de 3-npropilpiridínio silsesquioxano (SiPy+Cl-). Tal composto constitui um excelente trocador iônico, além de apresentar alta capacidade de formação de filmes estáveis sobre a superfície de substratos sólidos. Foram construídos filmes em duas arquiteturas: uma com a ftalocianina na camada mais externa designada como (SiPy+Cl-/NiTsPc)n e outra com esta na camada mais interna, (NiTsPc/SiPy+Cl-)n com diferentes bicamadas, (onde n= número de bicamadas). A deposição das bicamadas foi monitorada utilizando-se a técnica de espectroscopia de absorção na região do UV-VIS, mais precisamente na região de 500 a 800 nm, onde as ftalocianinas apresentam duas bandas de absorção, uma referente a forma agregada em 630 nm e outra referente a forma monomérica em 669 nm. Foi observado que as variáveis: tempo de imersão, pH e concentração dos polieletrólito influenciam diretamente na construção dos filmes e portanto estas foram otimizadas. Os parâmetros otimizados foram: tempo de imersão de 280 s, pH = 8 e concentrações de 2 mg mL-1 obtendo-se filmes estáveis e homogêneos, com maiores concentrações de espécies monoméricas em relação a espécies agregadas. O monitoramento da deposição das bicamadas na região do UV-VIS mostrou uma relação linear entre absorbância e o número de bicamadas depositadas. Os espectros de FTIR e Raman, evidenciaram as interações entre os grupos SO3 presentes na estrutura das ftalocianinas tetrassulfonadas com os grupos piridínios presentes na estrutura do SiPy+Cl-. Utilizando a técnica de microscopia de força atômica foi possível verificar que a rugosidade média dos filmes diminuiu em função do aumento do número de bicamadas. Por outro lado, a espessura dos filmes aumentou com o número de bicamadas, sendo que a espessura média de cada bicamada foi de 22 nm para a configuração (SiPy+Cl-/NiTsPc)n, e de 19,2 nm para a configuração oposta. Os eletrodos foram aplicados na determinação simultânea de dopamina (DA) em meio aos interferentes ácido ascórbico (AA) e úrico (AU). Observou-se que a arquitetura assim como a espessura dos filmes influenciaram de maneira significativa na resposta eletroquímica na presença dos analitos. O filme que apresentou maior intensidade de corrente e valores de potencial de pico menos positivos foi (SiPy+Cl-/NiTsPc)2. Para este eletrodo, a partir da técnica de voltametria cíclica, foram observados picos anódicos em 0,30 V, 0,68 V e 0,74 V, na presença de DA, AA e AU, respectivamente. Estudos da variação da velocidade de varredura para dopamina mostraram que a cinética de transferência eletrônica é controlada pela difusão de espécies a superfície do eletrodo. Utilizando a técnica de voltametria de onda quadrada, detectou-se DA na presença de AA, com separação de potenciais de pico de 350 mV. No entanto, para uma concentração fixa de DA, foi observado um aumento da intensidade de corrente de pico com o aumento da concentração de AA, o que é um indicativo de que o AA eletrocatalisa a reação de oxidação de dopaminaquinona a DA novamente, o que impossibilita a determinação precisa destes analitos simultaneamente. Por outro lado, na presença de AU com concentração fixa de 4,7 x 10-4 mol L-1, foi possível quantificar DA na faixa de 1,0 x 10-5 a 9,9 x 10-5 mol L-1 com limite de detecção de 2,4 x 10-6 mol L-1 e quantificação de 7,9 x 10-6 mol L-1 com separação de potencial de pico de 500 mV. Variando-se simultaneamente a concentração das duas espécies, DA e AU, na faixa de 1,0 x 10-4 a 9,0 x 10-4 mol L-1 para DA e 1,0 x 10-5 a 9,9 x 10-5 mol L-1 para AU, obteve-se coeficiente de correlação iguais a R = 0,997 e R = 0,988, para AU e DA respectivamente. Os resultados mostram que o eletrodo é seletivo e sensível a determinação de DA em meio aos interferentes AA e AU.

Ce travail est consacré à l’exploitation de la stéréocomplexation issue du mélange d’oligolactate de chiralité opposée (OLLA et ODLA) afin de construire des films multicouches à travers la technique de dépôt en couche par couche (LbL). Dans la littérature, cette interaction basée sur un phénomène de co-cristallisation, a été utilisée pour préparer des assemblages supramoléculaires (micelles, gels) en milieu solvant, à travers notamment la synthèse de copolymères greffés ou séquencés contenant des segments d’OLA. Dans ce contexte, des copolymères greffés constitués de chaîne principale hydrophile (guar ou alcool polyvinylique (PVOH)) porteur de segments d’OLA optiquement purs et de chiralité opposée (guar-g-OLA ou PVOH-g-OLA) ont été synthétisés. Ces dérivés ont été obtenus par un couplage de type « Grafting onto » basé sur une réaction d’estérification entre i) le polymère hydrophile et ii) des oligolactates L ou D, de masse contrôlée et porteurs de fonctions acide carboxylique en extrémité. Dans le cas des copolymères à base de guar, la synthèse s’est avérée laborieuse et n’a permis que d’obtenir des copolymères dont le pourcentage massique en OLA varie de 2 à 18 %. Concernant les copolymères à base de PVOH et à travers la variation des paramètres expérimentaux, des copolymères optiquement purs présentant des degrés de substitution (DS) en OLA variés (de 2 à 8 %), soit un pourcentage massique en OLA variant de 40 à 80 %, ont été obtenus. L’aptitude de ces derniers copolymères énantiomère à stéréocomplexer en masse et milieu solvant (DMSO) a été étudiée en détail par des techniques expérimentales complémentaires telles que la DSC, la DRX, la RMN 1H et la FTIR. Il s’avère que le greffage covalent des OLA sur la chaîne de PVOH ne limite en rien la stéréocomplexation. De plus, en milieu solvant, la cinétique de stéréocomplexation s’avère très rapide, ce qui est un pré-requis essentiel pour élaborer des films multicouches par la technique dite du LbL. Des analyses en AFM, de mouillabilité et de spectroscopie FTIR en mode ATR ont montré la faisabilité de construire des films multicouches LbL par stéréocomplexation. De plus, l’influence du degré de substitution de ces copolymères ainsi que l’impact du procédé de dépôt (« dip-coating » versus « spin-coating » de solutions de copolymères énantiomère seuls, ou de solutions de complexes préalablement formés) ont été étudiés. / This work is devoted to the exploitation of the mixture of stéréocomplexation oligolactate of opposite chirality (OLLA and ODLA) to construct multilayer films through deposition technique layer by layer (LbL). In the literature, this interaction based on the phenomenon of co-crystallization, was used to prepare supramolecular assemblies (micelles, gels) in a solvent medium, in particular through the synthesis of graft or block copolymers containing segments OLA. In this context, graft copolymers of hydrophilic main chain (guar or polyvinyl alcohol (PVOH)) bearing optically pure OLA segments of opposite chirality (guar-g-OLA or PVOH-g-OLA) were synthesized. These derivatives were obtained by a coupling type "grafting onto" based on an esterification reaction between i) the hydrophilic polymer and ii) oligolactates L- or D- with controlled mass and bearing carboxylic acid functions in end. In the case of guar-based copolymers, the synthesis has proved laborious and has allowed to obtain copolymers which the percentage by mass OLA varies from 2 to 18%. Regarding copolymers based PVOH and through the variation of experimental parameters, optically pure copolymers having different degrees of substitution (DS) of OLA (2 to 8%), a percentage by mass OLA ranging from 40 to 80 %, were obtained. The ability of these latter copolymers enantiomer to stereocomplexation in mass and in solvents (DMSO) was studied in detail by complementary experimental techniques such as DSC, XRD, 1 H NMR and FTIR. It turns out that the covalent grafting of OLA on the PVOH chain does not limit the stéréocomplexation. Moreover, in a solvent medium, the stéréocomplexation kinetics is very fast, which is an essential prerequisite for the development of multilayer films by the LbL technique called. Analyzes AFM, wettability and FTIR spectroscopy in ATR mode showed the feasibility of building LbL multilayer films by stéréocomplexation. In addition, the influence of degree of substitution of these copolymers as well as the impact of the deposition process ("dip coating" versus "spin coating" of copolymer solutions enantiomer alone, or complex solutions previously formed) have been studied.

Filmes ultrafinos de polímeros que contém azocromóforos são importantes para muitas aplicações como armazenamento óptico, formação de grades de relevo superficiais, alinhamento de camadas de cristal líquido e dispositivos ópticos com propriedades não-lineares. Dentre as muitas técnicas de fabricação de filmes orgânicos ultrafinos, a técnica de Automontagem eletrostática camada a camada (Layer-by-Layer, LBL) é muito atrativa devido a sua simplicidade e versatilidade, permitindo o controle na espessura e na composição dos filmes em escalas nanométricas. Contudo, a completa caracterização estrutural de tais filmes enfrenta dificuldades devido à falta de técnicas experimentais apropriadas. Utilizamos a Geração de Segundo Harmônico (SHG) para estudar a orientação molecular de filmes automontados de um polieletrólito catiônico (PAH - Poli(alilamina hidroclorada)) e um polieletrólito aniônico contendo azocromóforos como grupos laterais (Ma-co-DR13) sobre substrato de vidro. O sinal de SHG é proporcional à susceptibilidade não-linear de segunda ordem do filme, que por sua vez depende da distribuição orientacional dos azocromóforos nesse filme. Os resultados indicam que existem uma orientação preferencial dos azocromóforos, que leva a uma não-linearidade óptica significativa. Entretanto, a intensidade do sinal e a anisotropia não são homogêneas por toda a amostra, indicando a presença de domínios orientacionais, que é verificado por meio da Microscopia a Ângulo de Brewster (BAM). O sinal médio de SHG não aumenta com a espessura do filme, indicando que a ordem orientacional das sucessivas bicamadas são independentes. Analisando o sinal de SHG em função das polarizações de saída e entrada, alguns parâmetros da distribuição orientacional dos azocromóforos podem ser deduzidos. Ajustando as medidas de SHG a uma distribuição modelo concluímos que os cromóforos possuem uma certa distribuição angular com um ângulo médio em relação à superfície do plano de aproximadamente 40° e uma pequena anisotropia ao longo do plano do filme. Utilizamos também o Método da Máxima Entropia (MEM) para determinar a distribuição mais larga possível compatível com nossos dados experimentais e comparar então com a distribuição modelo obtida através dos procedimentos de ajuste. / Ultrathin films of polymers containing azochromophores are important for many applications such as optical data storage, formation of surface relief gratings, liquid crystal alignment layers and non-linear optical devices. Among several techniques for fabricating organic thin films, the Layer-By-Layer electrostatic self-assembly (LBL) is very attractive due to its simplicity and versatility, allowing one to control film thickness and composition in the nanometer scale. However, thorough structural characterization of such films is often difficult due to lack of appropriate experimental techniques. We have used optical second-harmonic generation (SHG) to study the molecular orientation of Layer-by-Layer films of a cationic polyelectrolyte ((PAH - Poly(allylamine hydrochloride)) and a anionic polyelectrolyte containing azochromophores with azo side groups (PAH/Ma-co-DR13) on a glass substrate. The SHG signal is proportional to the second-order nonlinear susceptibility of the film, which in turn depends on the orientational distribution of the azo chromophores in the film. The results indicate that there is a preferential orientation of the azo chromophores in the film, leading to a significant optical nonlinearity. However, both the signal strength and its anisotropy are not homogeneous throughout the sample, indicating the presence of orientational domains. This is verified through Brewster Angle Microscopy (BAM). The average SHG signal does not increase with film thickness, indicating that the orientational order of successive bilayers are independent. Analyzing the SHG signal as a function of the input and output polarizations, a few parameters of the azochromophore orientational distribution can be deduced. Fitting the SHG signal to a simple model distribution, we have concluded that the chromophores have an angular distribution with a mean tilt from the surface plane of approximately 41° and a slight in-plane anisotropy. We have also used the Maximum-Entropy Method (MEM) to determine the widest orientational distribution compatible with our data and compared it to the model distribution obtained by the fitting procedure.

Orientador: Everaldo Carlos Venâncio. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2010.