Este trabalho visa a síntese e estudo das propriedades ópticas de uma série de complexos tetrakis(β-dicetonatos) de terras raras (TR3+) com alta intensidade de luminescência, tanto na forma sólida quando dissolvidos em líquidos iônicos a base de imidazólio. Nesta síntese dos complexos [Cnmim][TR(TTA)4] (TR: Gd3+ e Eu3+) foram utilizados o ligante tenoiltrifluoroacetonato (TTA–) e os contracátions 1-alquil-3-metilimidazólio ([Cnmim]+), variando o comprimento da cadeia alquílica do imidazólio de três a oito átomos de carbono. Também foram sintetizados os líquidos iônicos brometo de 1-alquil-3-metil-imidazólio [Cnmim]Br, com a cadeia alquílica variando de três até oito. Os compostos foram caracterizados pelas técnicas de análise elementar de CHN, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de próton, análise térmica, e difração de raios X pelo método de pó. Os complexos preparados tiveram as suas propriedades ópticas estudadas, tanto no estado sólido como em soluções dos líquidos iônicos [Cnmim]Br correspondentes, utilizando espectroscopia fotoluminescente por meio dos espectros de excitação e de emissão, espectro de emissão resolvido no tempo, e curvas de decaimento luminescentes. Os espectros de absorção no infravermelho mostraram que o ligante TTA– atua como um quelato. Por meio dos dados espectrais de fosforescência dos complexos [Cnmim][Gd(TTA)4] foi possível estudar a as posições dos estados excitados singleto (S) e tripleto (T) do ligante TTA–. Observou-se que as bandas alargadas de absorção, oriundas dos estados excitados singleto e tripleto do ligante, são ligeiramente deslocadas para regiões de maior energia com o aumento do tamanho da cadeia alquílica do contracátion imidazólio. Ademais, a posição do estado T1 do ligante TTA encontra-se em energia maior do que o nível emissor 5D0 do Eu3+, sendo assim possível a transferência intramolecular de energia ligante→Eu3+. Os complexos [Cnmim][Eu(TTA)4] apresentaram luminescência intensa na cor vermelha, proveniente do íon európio trivalente, tanto no estado sólido quanto em soluções de líquidos iônicos, proveniente das transições 5D0→7F0-4. Os espectros de excitação dos complexos em cada um dos casos mostraram que a transferência de energia do ligante TTA– para o íon Eu3+ é bastante eficiente. Também, foi observado que os espectros de excitação dos complexos em soluções de líquidos iônicos exibiram o mesmo perfil espectral. Os desdobramentos dos níveis de energia 7F0-4 permitiram inferir que sítio de simetria do Eu3+ se aproxima de C4v no caso dos complexos [C5mim][Eu(TTA)4], [C6mim][Eu(TTA)4], e [C7mim][Eu(TTA)4], ao passo que o sítio de simetria se aproxima de C2v no caso dos complexos [C3mim][Eu(TTA)4], [C4mim][Eu(TTA)4], e [C8mim][Eu(TTA)4]. Observou-se que todos os seis complexos [Cnmim][Eu(TTA)4] em soluções de líquidos iônicos [Cnmim]Br correspondentes apresentam espectros de emissão com o mesmo perfil espectral. Este resultado indicou que todos estes complexos assumem a mesma forma em solução. Os complexos apresentaram altos valores do parâmetro intensidade experimental Ω2 tanto no estado sólido quanto em solução, refletem a alta intensidade da transição 5D0→7F2 quando comparada com a intensidade da transição 5D0→7F1. Os valores dos parâmetros Ω4 dos complexos em solução de líquidos iônicos são semelhantes, evidenciando que existe uma pequena mudança de estrutura do complexo do estado sólido para solução. Os sistemas preparados neste trabalho apresentam alta eficiência quântica, em torno de 75%. Tal resultado mostra o potencial destes sistemas de terras raras para a aplicação em dispositivos moleculares conversores de luz (DMCLs). / The aim of this work was to study the optical properties of a new series of rare earth (RE3+) tetrakis(β-diketonates) complexes with high luminescence intensity, both in solid state and when dissolved in imidazolium-based ionic liquids. The [Cnmim][RE(TTA)4] (RE: Gd3+ e Eu3+) complexes were prepared by using the ligand thenoyltrifluoroacetonate (TTA–) and the countercations 1-alkyl-3-methylimidazolium ([Cnmim]+), varying the length of the alkyl chain at the imidazolium from three to eight carbon atoms. Besides, all the ionic liquids 1-alkyl-3-methyl-imidazolium bromide ([Cnmim]Br) were also synthesized and discussed. The RE3+ coordination compounds were characterized by the techniques of CHN elemental analysis, infrared absorption spectroscopy, proton nuclear magnetic resonance, thermal analysis, and X-ray powder diffraction. The synthetized complexes had their optical properties studied, both in the solid state and in solutions of the corresponding ionic liquids [Cnmim]Br, using photoluminescence spectroscopy of excitation and emission, time resolved emission spectra, and luminescence decay curves. The infrared absorption spectroscopy showed that the TTA– ligand act as a bidentate chelate ligand. Based on the phosphorescence spectral data of the complexes [Cnmim][Gd(TTA)4], it was possible to determine the singlet (S) and triplet (T) excited states positions of the TTA– ligand. The broad absorption bands from the singlet and triplet excited states of the ligand are slightly shifted to higher energy as increases the alkyl chain size of the imidazolium countercation. In addition, the T1 state position of the TTA ligand is at higher energy than the 5D0 emitting level of the Eu3+, thus allowing the intramolecular energy transfer ligand-Eu3+. The [Cnmim][Eu(TTA)4] complexes showed a high intense red-colored luminescence from the trivalent europium ion, both in the solid state and in solutions of ionic liquids, originating from the 5D0→7F0-4 transitions. The excitation spectra of the complexes in each case showed that the transfer of energy from the TTA– ligand to the Eu3+ ion is very efficient. It was observed that the excitation spectra of the complexes in solutions of ionic liquids exhibited the same spectral profile. The 7F0-4 energy level splitting suggests that the Eu3+ ion is situated in a symmetry site close to a C4v for the complexes [Cnmim][Eu(TTA)4] with n = 5, 6 and 7. On the other hand, the complexes with values of n = 3, 4 e 8 the Eu3+ ion is situated in a symmetry site close to C2v. It was also observed that all the six [Cnmim][Eu(TTA)4] complexes in solutions of the corresponding [Cnmim]Br ionic liquids have the same emission spectral profiles, indicating that the Eu3+ ion are in the same chemical environment. The complexes presented high values for the experimental intensity parameter Φ2 in both solid and solution states, showing the high intensity of the 5D0→7F2 transition when compared to the intensity of the 5D0→7F1 transition. The Ω4 values of the complexes in solution of ionic liquids are similar, suggesting that there is a small change of structure of the complex from the solid state to the solution. The Eu3+ coordination compounds have high emission quantum efficiencies (~ 75%). This result shows a great potential of these europium systems for application as light-converting molecular devices (LMDCs).

Esta tese consiste na investigação estrutural de sais fundidos em baixas temperaturas, os chamados líquidos iônicos (LIs). Estes sais foram estudados nas fases líquida, líquido super-resfriado, cristalina e vítrea através de mudanças nas variáveis termodinâmicas temperatura e pressão. Devido ao complexo comportamento de fases de LIs, este trabalho também contempla o estudo da competição entre os processos de transição vítrea e cristalização com ênfase no processo de nucleação frustrada. Uma grande variedade de LIs, formados por diferentes espécies de cátions e ânions, foram investigados por uma conjunção de metodologias experimentais e simulações computacionais. Os resultados obtidos das simulações de dinâmica molecular (MD) foram confrontados com medidas de espalhamento de raios X de amplo ângulo (WAXS) utilizando radiação síncrotron. Desta forma, a organização estrutural local na fase líquida de uma série de LIs pôde ser elucidada. A espectroscopia Raman permitiu o estudo de aspectos estruturais das fases formadas a partir das diferenças em frequência vibracional, intensidades relativas e forma de banda resultante da modificação da conformação ou do ambiente local experimentado pelos íons. A região de baixas frequências dos espectros Raman, contendo informações sobre a dinâmica intermolecular do sistema, auxiliou na análise das transformações de fase. Cálculos de química quântica ajudaram na atribuição das frequências vibracionais observadas experimentalmente e no estudo das interações entre os íons. Além disso, medidas de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e difração de raios X (XRD) contribuíram para o entendimento do comportamento macroscópico e das mudanças estruturais ocorridas em baixas temperaturas. Dentre os resultados obtidos mais relevantes, destacam-se a formação do estado glacial, mistura de cristalitos envoltos em líquido super-resfriado, antes somente observado para líquidos moleculares e a heterogeneidade microscópica verificada na cristalização de um LI prótico em alta pressão / This thesis presents a structural investigation of molten salts at low temperatures, so-called ionic liquids (ILs). These salts were studied in different phases: liquid, supercooled liquid, crystalline, and vitreous, through changes in temperature and pressure. Due to the complex phase behavior of ILs, this thesis also comprises the study of competition between the glass transition and crystallization focusing in the process of frustrated nucleation. A wide variety of ILs based on different species of cations and anions were investigated by a combination of experimental methods and computer simulations. Molecular dynamics simulations (MD) were compared with measurements of wide angle X-ray scattering (WAXS) using synchrotron radiation, so that local structural organization in the liquid phase of a series of IL could be elucidated. Raman spectroscopy has allowed the study of structural aspects of the phases formed from the changes in vibrational frequency, band shapes, and relative intensities resulting from changes in conformation or local environment experienced by the ions. The low frequency region of the Raman spectra, containing information about the intermolecular dynamics of the system, assisted in the analysis of phase transformations. Quantum Chemical Calculations helped in the assignment of vibrational frequencies observed experimentally and in the study of interactions between ions. In addition, differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffraction (XRD) contributed to the understanding of the macroscopic behavior and structural changes at low temperatures. Among the most relevant results, it is highlighted the formation of the glacial state, crystallites mixture wrapped in supercooled liquid, that have been observed only for molecular liquids, and microscopic heterogeneity in the crystallization of a protic IL at high pressures

O presente trabalho tem como objetivo principal um estudo sistemático de líquidos iônicos imidazólicos, ou seja, sais líquidos a temperaturas relativamente baixas derivados do anel imidazol, tendo como técnica principal a espectroscopia Raman. Foram estudados os cátions 1-alquil-3- metilimidazólio e 1-alquil-2,3-dimetilimidazólio, sendo o grupo alquil composto por 2, 4, 6, 8 ou 10 átomos de carbono, com os ânions brometo, hexafluorofosfato ou bis(trifluorometanosulfonil)imida (TFSI-), totalizando 30 sistemas distintos. O estudo foi dividido em três partes. Na primeira, foram estudados compostos derivados de imidazol, neutros e catiônicos, para entender as diferenças entre os cátions formadores (o ânion foi desconsiderado) de ILs e seus precursores. A espectroscopia Raman forneceu informações sobre as alterações nos modos vibracionais com as substituições, sendo possível constatar que os modos do anel se tornaram menos intensos com as substituições e a contribuição de grupos -CH se tornou mais importante. Cálculos de cargas de Mulliken foram realizados para estas espécies e os resultados obtidos reforçam as interpretações dos espectros vibracionais. A segunda etapa consistiu no estudo de ILs puros, analisando tanto cátion quanto ânion. A cadeia carbônica tem grande influência no espectro Raman, sendo observadas bandas atribuídas a confôrmeros diferentes, que aparecem em maior número e menor intensidade à medida que a cadeia se torna menor. Os ânions foram estudados nos ILs e em sais inorgânicos, sendo observados espectros muito semelhantes destes nos diversos ILs, porém diferentes nos sais inorgânicos. Os mesmos resultados foram encontrados nas medidas de XANES (espectroscopia de raio-X próxima à borda de absorção), que permitiu sondar a estrutura eletrônica ao redor de diversos átomos, utilizada como técnica auxiliar. Após analisado cátions e ânions, foi possível caracterizar o par iônico formado por estes íons, enfocando as bandas Raman das cadeias carbônicas, já que, como a interação de Coulomb é baixa, estes se ligam principalmente via ligação de hidrogênio. Para os ILs com -H no carbono 2, o ânion Br- forma um par iônico mais forte com os diversos cátions, enquanto PF6- e TFSI-</sup formam pares iônicos fracos, já que são menos coordenantes. A adição do metil no carbono 2 altera essa dinâmica, e mesmo o brometo não consegue formar um par iônico forte. Por fim, a terceira etapa visou o estudo destes sistemas em solução com um solvente molecular, a dimetilformamida (DMFA), usada como sonda, pois foi analisado o deslocamento da banda correspondente ao grupo C=O. Em um primeiro momento foram estudadas soluções equimolares de ILs e DMFA, em que foi possível observar a estruturação dos ILs na mistura, diferenciando efeito do cátion e do ânion. Posteriormente, selecionou-se alguns sistemas para um estudo em diversas frações molares de IL e DMFA. Em baixas concentrações de IL, o comportamento foi semelhante ao observado para solventes moleculares. Conforme se aumentou a concentração destes sais, observou-se um comportamento anômalo no deslocamento da banda C=O, que pode ser atribuída ao caráter iônico destes sistemas. / The present work aims to be a systematic study, by Raman spectroscopy, of imidazolic ionic liquids, which means low temperature molten salts derived from imidazole ring. The study involved the cations 1-alkil-3-methylimidazolium and 1-alkyl-2,3-dimethylimidazolim, being alkyl chain composed of 2, 4, 6, 8 or 10 carbon atoms and with the anions bromide, hexafluorophosphate and bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (TFSI-), in a grand total of 30 species with distinct properties. The study has been separated in three steps. The first one aimed to study both neutral and cationic molecules derived from imidazolic ring to understand the difference between cations that can form ILs and their precursors. Raman spectroscopy gave information about the changes in the vibrational modes with the substitutions. The results show that the intensity of modes from the ring decreases with the substitutions, while the contribution of -CH modes increases. In accordance with this are the results obtained from theoretical calculation of Mulliken charge, used as an auxiliary technique. The second step consisted in the study of pure ILs, analyzing both cation and anion effects. The carbonic chain plays a major role in Raman spectra, exhibiting bands attributed to different conformers. These bands become more abundant and less intense when the chain length increases. The anions have been studied in both ILs and inorganic salts, being observed very similar spectra for all the ILs but different ones for the inorganic salts. These results have been confirmed by XANES (X-ray absorption near edge structure) spectroscopy, which makes possible to probe the electronic structure of different atoms. After the analysis of both cation and anion, it was possible to better understand the ion pair formation in ILs, focusing in hydrogen bonds in the carbonic chain, since the Coulombic interaction is too weak. For ILs with hydrogen in carbon 2, it could be observed that bromide anion forms a stronger ion pair when compared to PF6- and TFSI-, less coordinating anions. The addition of methyl group in carbon 2 modifies this behavior, and even bromide does not form the strong ion pair. At last, the third step focused in the better understanding of binary systems containing ILs and a molecular solvent, dimethylformamide (DMFA), used also as probe since the shift of the band attributed to C=O group was used in this study. In a first stage it has been studied equimolar solutions of ILs and DMFA, in which it has been observed the organization of ILs in the mixture, and the contribution of both cation and anion. The second stage was dedicated to the understanding of these mixtures with different molar fraction of ILs and DMFA, for which some ILs have been selected. For low concentration of ILs, their behavior was similar to molecular solvents, but when the concentration of IL was increased, an anomalous behavior in the shift of C=O band has been observed, which can be attributed to the ionic character of these systems.

[pt] Líquidos criogênicos são amplamente empregados em diversos segmentos da atuação humana, destacando-se a Medicina, Engenharia Genética, setor industrial e no desenvolvimento cientifico. Sendo assim, efetuar o controle metrológico sobre os dispositivos e sistemas utilizados na comercialização de tais materiais é fundamental. Nesta dissertação propomos a implementação do controle metrológico neste segmento como forma de estabelecer confiabilidade e garantir trocas cada vez mais justas, sem prejuízos as partes envolvidas. Para tal, a estrutura legal é amparada pela regulamentação vigente no âmbito brasileiro, a qual é abordada e confrontada com as diretrizes internacionais. Os diferentes sistemas de medição atualmente adotados são abordados, com o intuito de julgar a adequação dos mesmos e estabelecer requisitos mínimos. Diante da inexistência de uma regulamentação ampla, capaz de agregar aspectos não só inerentes às boas práticas, mas que contemplem a realidade do mercado nacional, são estabelecidas proposições e diretrizes a serem seguidas na implementação e efetivação do controle metrológico. / [en] Cryogenic liquids are widely employed in several fields of human activity,such as in Medicine, Genetics Engineering, the industrial sector and for the scientific development. This way, applying the metrological controls in devices and systems used for the commercialization of cryogenic liquids is essential. In this dissertation we proposed the implementation of the metrological controls in this area, objectifying to establish the reliability and the guarantee of fair trade,without damages for the involved parts. Thus, the legal structure is supported by the valid regulamentation in the Brazilian case, that is mentioned and faced against international policies. The different measurement systems adopted nowadays are approached, for judging their adequacy and establishing minimum requests. Considering that there is not a broad regulamentaion, capable of aggregate aspects of the good practice and to heed the national reality, proposals and guidelines are presented for reaching the implementation of effective metrological controls.

Este trabalho visa a síntese e estudo das propriedades ópticas de uma série de complexos tetrakis(&#946;-dicetonatos) de terras raras (TR3+) com alta intensidade de luminescência, tanto na forma sólida quando dissolvidos em líquidos iônicos a base de imidazólio. Nesta síntese dos complexos [Cnmim][TR(TTA)4] (TR: Gd3+ e Eu3+) foram utilizados o ligante tenoiltrifluoroacetonato (TTA&#8211;) e os contracátions 1-alquil-3-metilimidazólio ([Cnmim]+), variando o comprimento da cadeia alquílica do imidazólio de três a oito átomos de carbono. Também foram sintetizados os líquidos iônicos brometo de 1-alquil-3-metil-imidazólio [Cnmim]Br, com a cadeia alquílica variando de três até oito. Os compostos foram caracterizados pelas técnicas de análise elementar de CHN, espectroscopia vibracional na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear de próton, análise térmica, e difração de raios X pelo método de pó. Os complexos preparados tiveram as suas propriedades ópticas estudadas, tanto no estado sólido como em soluções dos líquidos iônicos [Cnmim]Br correspondentes, utilizando espectroscopia fotoluminescente por meio dos espectros de excitação e de emissão, espectro de emissão resolvido no tempo, e curvas de decaimento luminescentes. Os espectros de absorção no infravermelho mostraram que o ligante TTA&#8211; atua como um quelato. Por meio dos dados espectrais de fosforescência dos complexos [Cnmim][Gd(TTA)4] foi possível estudar a as posições dos estados excitados singleto (S) e tripleto (T) do ligante TTA&#8211;. Observou-se que as bandas alargadas de absorção, oriundas dos estados excitados singleto e tripleto do ligante, são ligeiramente deslocadas para regiões de maior energia com o aumento do tamanho da cadeia alquílica do contracátion imidazólio. Ademais, a posição do estado T1 do ligante TTA encontra-se em energia maior do que o nível emissor 5D0 do Eu3+, sendo assim possível a transferência intramolecular de energia ligante&#8594;Eu3+. Os complexos [Cnmim][Eu(TTA)4] apresentaram luminescência intensa na cor vermelha, proveniente do íon európio trivalente, tanto no estado sólido quanto em soluções de líquidos iônicos, proveniente das transições 5D0&#8594;7F0-4. Os espectros de excitação dos complexos em cada um dos casos mostraram que a transferência de energia do ligante TTA&#8211; para o íon Eu3+ é bastante eficiente. Também, foi observado que os espectros de excitação dos complexos em soluções de líquidos iônicos exibiram o mesmo perfil espectral. Os desdobramentos dos níveis de energia 7F0-4 permitiram inferir que sítio de simetria do Eu3+ se aproxima de C4v no caso dos complexos [C5mim][Eu(TTA)4], [C6mim][Eu(TTA)4], e [C7mim][Eu(TTA)4], ao passo que o sítio de simetria se aproxima de C2v no caso dos complexos [C3mim][Eu(TTA)4], [C4mim][Eu(TTA)4], e [C8mim][Eu(TTA)4]. Observou-se que todos os seis complexos [Cnmim][Eu(TTA)4] em soluções de líquidos iônicos [Cnmim]Br correspondentes apresentam espectros de emissão com o mesmo perfil espectral. Este resultado indicou que todos estes complexos assumem a mesma forma em solução. Os complexos apresentaram altos valores do parâmetro intensidade experimental &#937;2 tanto no estado sólido quanto em solução, refletem a alta intensidade da transição 5D0&#8594;7F2 quando comparada com a intensidade da transição 5D0&#8594;7F1. Os valores dos parâmetros &#937;4 dos complexos em solução de líquidos iônicos são semelhantes, evidenciando que existe uma pequena mudança de estrutura do complexo do estado sólido para solução. Os sistemas preparados neste trabalho apresentam alta eficiência quântica, em torno de 75%. Tal resultado mostra o potencial destes sistemas de terras raras para a aplicação em dispositivos moleculares conversores de luz (DMCLs). / The aim of this work was to study the optical properties of a new series of rare earth (RE3+) tetrakis(&#946;-diketonates) complexes with high luminescence intensity, both in solid state and when dissolved in imidazolium-based ionic liquids. The [Cnmim][RE(TTA)4] (RE: Gd3+ e Eu3+) complexes were prepared by using the ligand thenoyltrifluoroacetonate (TTA&#8211;) and the countercations 1-alkyl-3-methylimidazolium ([Cnmim]+), varying the length of the alkyl chain at the imidazolium from three to eight carbon atoms. Besides, all the ionic liquids 1-alkyl-3-methyl-imidazolium bromide ([Cnmim]Br) were also synthesized and discussed. The RE3+ coordination compounds were characterized by the techniques of CHN elemental analysis, infrared absorption spectroscopy, proton nuclear magnetic resonance, thermal analysis, and X-ray powder diffraction. The synthetized complexes had their optical properties studied, both in the solid state and in solutions of the corresponding ionic liquids [Cnmim]Br, using photoluminescence spectroscopy of excitation and emission, time resolved emission spectra, and luminescence decay curves. The infrared absorption spectroscopy showed that the TTA&#8211; ligand act as a bidentate chelate ligand. Based on the phosphorescence spectral data of the complexes [Cnmim][Gd(TTA)4], it was possible to determine the singlet (S) and triplet (T) excited states positions of the TTA&#8211; ligand. The broad absorption bands from the singlet and triplet excited states of the ligand are slightly shifted to higher energy as increases the alkyl chain size of the imidazolium countercation. In addition, the T1 state position of the TTA ligand is at higher energy than the 5D0 emitting level of the Eu3+, thus allowing the intramolecular energy transfer ligand-Eu3+. The [Cnmim][Eu(TTA)4] complexes showed a high intense red-colored luminescence from the trivalent europium ion, both in the solid state and in solutions of ionic liquids, originating from the 5D0&#8594;7F0-4 transitions. The excitation spectra of the complexes in each case showed that the transfer of energy from the TTA&#8211; ligand to the Eu3+ ion is very efficient. It was observed that the excitation spectra of the complexes in solutions of ionic liquids exhibited the same spectral profile. The 7F0-4 energy level splitting suggests that the Eu3+ ion is situated in a symmetry site close to a C4v for the complexes [Cnmim][Eu(TTA)4] with n = 5, 6 and 7. On the other hand, the complexes with values of n = 3, 4 e 8 the Eu3+ ion is situated in a symmetry site close to C2v. It was also observed that all the six [Cnmim][Eu(TTA)4] complexes in solutions of the corresponding [Cnmim]Br ionic liquids have the same emission spectral profiles, indicating that the Eu3+ ion are in the same chemical environment. The complexes presented high values for the experimental intensity parameter &#934;2 in both solid and solution states, showing the high intensity of the 5D0&#8594;7F2 transition when compared to the intensity of the 5D0&#8594;7F1 transition. The &#937;4 values of the complexes in solution of ionic liquids are similar, suggesting that there is a small change of structure of the complex from the solid state to the solution. The Eu3+ coordination compounds have high emission quantum efficiencies (~ 75%). This result shows a great potential of these europium systems for application as light-converting molecular devices (LMDCs).

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T19:06:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Uchoa_Bruno_D.pdf: 3173776 bytes, checksum: bbc84ac454d01ce5ee4aa4ae8b9d5b42 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Investigamos os efeitos macroscópicos de ondas das densidade de carga ( CDW) e da supercondutividade em sistemas organizados em planos que exibem quebra da simetria de inversão da rede (o que permitiria o aparecimento de piezoeletricidade), como nos metais de transição dicalcogenados (TMDs). Partindo da teoria de Ginzburg-Landau com dependência temporal a baixas temperaturas, estudamos como as distorções da rede e os modos coletivos de baixa energia da CDW se acoplam ao parâmetro de ordem supercondutor na presença de campos eletromagnéticos. Demonstramos que a supercondutividade e a piezoeletricidade podem coexistir nesses metais singulares. Além disso, este estudo indica a natureza do ponto crítico quântico entre a fase CDW comensurá.vel e a fase de faixas de carga, observado em função da pressão aplicada. Estes resultados são utilizados para fundamentar um modelo microscópico que unifica a supercondutividade às fases de CDW nos TMDs. Baseados na natureza do acoplamento elétron-fônon e na topologia peculiar da superfície de Fermi, propomos que o gap de CDW tem simetria f e quebra a simetria de inversão da rede na fase disorcida. As quase- partículas da teoria são férmions de Dirac definidos pelas exitações elementares da CDW na vizinhaça dos nós da superfície de Fermi, onde o gap da CDW se fecha. O estado supercondutor é formado pela atração entre férmions de Dirac através de fônons virtuais mediados pelo acoplamento piezoelétrico. Segundo esta teoria, as propriedades de transporte e o tempo de meia-vida das excitações de quase-partícula mostram fortes desvios em relação à teoria do líquido de Fermi / Abstract: We investigate the macroscopic effects of charge density waves (CDW) and superconductivity in layered superconducting systems with broken lattice inversion symmetry (allowing for piezoelectricity) such as two dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMD). We work with the low temperature time dependent Ginzburg-Landau theory and study the coupling of lattice distortions and low energy CDW collective modes to the superconducting order parameter in the presence of electromagnetic fields. We show that superconductivity and piezoelectricity can coexist in these singular metals. Furthermore, our study indicates the nature of the quantum phase transition between a commensurate CDW phase and the stripe phase that has been observed as a function of applied pressure. These results are used to support a microscopic unified picture with superconductivity and CDW phases in TMD. Based on the nature of the electron-phonon coupling and Fermi surface topology, we propose a f-wave symmetry CDW gap which breakes the lattice inversion symmetry in the distorted phase. The quasiparticles are Dirac fennions defined by the elementary excitations of the CDW in the vicinity of the Fermi surface nodes, where the CDW gap is zero. The superconducting state has its origin in virtual phonon attraction of the Dirac fermions, mediated by the piezoelectric coupling. According to this theory, the transport properties and the quasiparticles life-time show strong deviations from the Fermi liquid theory / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

O presente trabalho utilizou a técnica de automontagem camada-por-camada para produzir eletrodos híbridos de poli(o-metoxianilina) e nanopartículas de pentóxido de vanádio. Foram obtidos filmes acusticamente rígidos, homogêneos com relação à massa depositada e com crescimento linear com o número de bicamadas depositadas. A caracterização eletroquímica foi realizada por voltametria cíclica, onde esse filme apresentou alta capacidade de intercalação/desintercalação de íons lítio e de forma reversível. A capacidade eletroquímica desse filme foi então comparada com filmes automontados de poli(dialildimetilamônio)/V2O5 e polialilamina/V2O5. O filme de Poli(dialildimetilamônio) apresentou um crescimento irregular com dissolução das nanopartículas, o que resultou em uma capacidade eletroquímica extremamente inferior ao filme de poli(o-metoxianilina). O filme de polialilamina apresentou uma deposição mais eficiente de V2O5 que o filme de poli(o-metoxianilina), entretanto essa maior quantidade de pentóxido de vanádio não refletiu em um aumento da capacidade do eletrodo. Os resultados de espectroscopia de impedância eletroquímica mostram que o filme de polialilamina é significativamente mais resistivo que o filme de poli(o-metoxianilina). Essa diminuição da condutividade, associada ao fato de que a poli(o-metoxianilina) também participa do processo de eletrointercalação, explicam seu melhor desempenho frente a intercalação de lítio. A difusão iônica do lítio nos filmes automontados foi estudada por varredura linear a diferentes velocidades, foi observado que o coeficiente de difusão no filme com polialilamina é uma ordem de grandeza menor que no filme de poli(o-metoxianilina). Por fim, o desempenho eletroquímico do filme de poli(o-metoxianilina)/V2O5 foi comparado no eletrólito composto por um líquido iônico hidrofóbico [bis(trifluorometanosulfonil)imideto de 1-butil-2,3-dimetil-imidazólio] com um solvente orgânico convencional (carbonato de propileno). O eletrodo se mostrou estável no líquido iônico, com maior capacidade específica e menor perda de capacidade. O desempenho superior ao eletrólito convencional está relacionado com a natureza iônica do líquido iônico e com a dissolução do filme em carbonato de propileno. Esses resultados, associados com o fato de que o líquido iônico estudado é compatível com ânodos de lítio metálico, indicam cátodos de poli(o-metoxianilina)/V2O5 em eletrólitos de (bis(trifluorometanosulfonil)imideto de 1-butil-2,3-dimetil-imidazólio podem desenvolver baterias de lítio de alta capacidade, durabilidade e segurança. / The present work used layer-by-layer technique to assemble hybrid electrodes of poly(o-methoxyaniline) and vanadium pentoxide nanoparticles. The film obtained was acoustically rigid, with homogeneous mass deposition and linear growth over the bilayer deposition. The electrochemical characterization was performed by cyclic voltammetry and the film showed high capacity for lithium intercalation and high reversibility in the extraction process. This film\'s capacity was compared with self-assembled poly(diallyldimetylammonium)/V2O5 and polyallylamine/V2O5. In the poly(diallyldimetylammonium) film, dissolution of the nanoparticles was observed, which reflected on a very low electrochemical capacity. The deposition of vanadium pentoxide was more efficient in polyallylamine, but even with a higher amount of V2O5, this electrode presented a smaller electrochemical capacity than poly(o-methoxyaniline)/ V2O5. Electrochemical impedance spectroscopy measurements showed that the film with polyallylamine was much more resistive than the film with poly(o-methoxyaniline). The smaller conductivity and the fact that poly(o-methoxyaniline) also participates in the electroinsertion processes explains the higher performance of poly(o-methoxyaniline)/ V2O5 electrode. Linear sweep experiments with different scan rates were performed to study the chemical diffusion of lithium in the layer-by-layer films. It was observed that the diffusion coefficient in the polyallylamine film is ten times smaller than in the poly(o-methoxyaniline) film. The capacity poly(o-methoxyaniline)/V2O5 electrode was also compared in different electrolytes; a hydrophobic ionic liquid [1-butyl- 2,3-dimethyl-imidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide] and an organic solvent (propylene carbonate). In ionic liquid the film was stable, had higher capacity and better cyclability, which is related to the ionic nature of the electrolyte and the fact that in propylene carbonate, dissolution of the film was observed. These results, and the possibility of using metallic lithium as anode in [1-butyl-2,3-dimethyl-imidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide], indicates the feasibility of using ionic liquids and poly(o-methoxyaniline)/V2O5 cathodes in safe, durable and high performance lithium batteries.

O presente trabalho teve como objetivo a produção de ânodos de mistura de óxidos metálicos de composição nominal Ti/Ru0,3Ti0,7O2 utilizando um líquido iônico como solvente no preparo da solução precursora. A utilização deste tipo de solvente permite a síntese de materiais com morfologia e estrutura específicas, visto sua influência nas propriedades dos materiais. Neste trabalho foram utilizados líquidos iônicos baseados no imidazol, com o intuito de avaliar os efeitos do tamanho da cadeia carbônica ligada ao anel aromático heterocíclico, utilizando para comparação um eletrodo comercial (De Nora do Brasil). Por meio da caracterização física foi possível verificar que os eletrodos produzidos no laboratório apresentaram um filme mais compacto e com a formação de grânulos, o que indica um aumento na densidade de metais depositados. Além disso, o aumento na temperatura de calcinação favoreceu a deposição do óxido metálico catalítico (RuO2) na superfície do eletrodo ao se utilizar o hidrogenossulfato de 1-butilimidazólio ([HBIm]HSO4) como solvente na solução precursora. O eletrodo comercial apresentou uma área superficial superior aos eletrodos produzidos no laboratório, sendo a maior parte dessa área referente aos sítios internos desse eletrodo. O ânodo produzido utilizando [HBIm]HSO4 calcinado a 550 &deg;C apresentou 15% mais remoção do pesticida alaclor em meio de sulfato que o eletrodo comercial, além de um consumo energético 16% menor. No caso das eletrólises realizadas na presença de cloreto, houve uma menor remoção do pesticida, apesar da melhora na resposta eletroquímica dos eletrodos nesse meio. Esse desempenho negativo pode estar relacionado à geração de substâncias que apresentam aderência à superfície dos eletrodos durante o processo de oxidação, obstruindo parcialmente a superfície ativa. / The present work aims to the production of mixed metal oxide anodes with nominal composition Ti/Ru0,3Ti0,7O2 using an ionic liquid as solvent in the preparation of the precursor solution. The use of this type of solvent allows the synthesis of materials with specific morphology and structure, since their influence on the properties of the materials. In this work, ionic liquids based on imidazole were used in order to evaluate the effects of the carbon chain size bonded to the heterocyclic aromatic ring, using a commercial electrode (De Nora do Brasil) for comparison. By means of the physical characterization, it was possible to verify that the laboratory made electrodes presented a more compact film with formation of granules, which indicates an increase in the deposited metal density. Moreover, the increase in the calcination temperature favored the deposition of the catalytic metal oxide (RuO2) on the surface of the electrode by using 1-butylimidazolium hydrogen sulfate ([HBIm]HSO4) as the solvent in the precursor solution. The commercial electrode presented a surface area superior to the laboratory made anodes, being the greater part of that area referring to the internal sites of this electrode. The anode produced using [HBIm]HSO4 calcined at 550 &deg;C showed 15% more alachlor removal in sulfate medium than the commercial electrode, in addition to a 16% lower energy consumption. In the case of the electrolysis carried out in the presence of chloride, there was less pesticide removal, despite the improvement in the electrochemical response of the electrodes in this medium. This negative performance may be related to the generation of substances that have adhesion to the surface of the electrodes during the oxidation process, partially obstructing the active surface.

O método de imobilização de uma biomolécula é um dos principais fatores que melhoram o desempenho eletroquímico de um biossensor e o emprego de materiais como solução de quitosana, nanotubos de carbono e líquidos iônicos na preparação de eletrodos modificados tem sido cada vez maior devido as suas propriedades que facilitam a reação de transferência de elétrons entre a biomolécula e a superfície do eletrodo. Baseado neste conceito, o presente trabalho apresenta o estudo do comportamento eletroquímico da heme-proteína citocromo c quando imobilizado nos eletrodos de carbono vítreo e num novo substrato tridimensional de feltros de microfibras de carbono recobertos por nanotubos de carbono do tipo \"cup stacked\" (FCSNTc). Para imobilizar o citocromo c, compósitos contendo quitosana e o líquido iônico tetrafluoroborato de 1-butil-2,3-dimetilimidazólio (BMMIBF4) foram formulados, indicando que a otimização das quantidades destes componentes podem influenciar na atividade redox do biomaterial. A partir da caracterização eletroquímica do citocromo c em carbono vítreo foi observado que a presença do líquido iônico BMMIBF4 no compósito manteve a sua eletroatividade devido a reação de oxidação e redução do átomo de ferro do grupo heme, e ao utilizar os feltros FCSNTc o citocromo c apresentou o desempenho eletroquímico superior aos obsevados em carbono vítreo, e a incorporação do líquido iônico no compósito de imobilização, resultou em biossensores com sensibilidade superiores durante os experimentos de detecção eletrocatalítica de peróxido de hidrogênio, quando comparados com outros FCSNTc modificados sem presença do material totalmente iônico. Os experimentos espectroscópicos na região da luz visível, foram fundamentais para mostrar que o novo microambiente causado pelos compósitos não modificam a integridade do citocromo c, e que a permanência da bioeletroatividade obtida durante os experimentos eletroquímicos sugerem a aplicação dos eletrodos de FCSNTc para o desenvolvimentos de novos biossensores com o citocromo c. / The immobilization method of biomolecules have been considered the major reason in order to improve a biosensor electrochemical performance and chitosan solution, carbon nanotubes and room temperature ionic liquids have been extensively used as a material for electrode preparation due to their properties of facilitating the direct electron transfer reaction between protein and electrode surface. In this context, the present work shows the electrochemical behavior of the heme-protein cytochrome c when it is immobilized onto a glassy carbon and in a new tridimensional substrate of carbon microfibers recovered by cup staked type carbon nanotubes (FCSNTc) electrodes. The cytochrome c immobilization was carried by the formulation of different composites based on chitosan solution and the ionic liquid 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetrafluoroborate (BMMIBF4), and it will be shown that a volume optimization ratio between these compounds can influence in the biomaterial redox activity. During the electrochemistry characterization of cytochrome c onto glassy carbon electrode, it was observed that composites with BMMIBF4 kept its electroactivity due the iron heme group redox process. When FCSNTc felt were used the electrochemical performance was enhanced, giving better biosensors due the increase on sensitivity during the electrocatalytic activity towards hydrogen peroxide reduction when it was compared with another modified FCSNTc without ionic liquid. In addition, the spectroscopic data in the visible region were essential to show that the new microenvironment promoted by the composite did not change the cytochrome c conformational structure. Finally, the bioelectroactivity obtained during electrochemical studies suggest the use of FCSNTc modified electrode as a new platforms to develop new cytochrome c biosensors.

Submitted by PPG Engenharia e Tecnologia de Materiais (engenharia.pg.materiais@pucrs.br) on 2018-11-26T11:03:21Z No. of bitstreams: 1 diss_final_Barbara_pgetema.pdf: 1961642 bytes, checksum: e697bce70379b05d18b7de59fe7b4784 (MD5) / Approved for entry into archive by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2018-11-27T16:37:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 diss_final_Barbara_pgetema.pdf: 1961642 bytes, checksum: e697bce70379b05d18b7de59fe7b4784 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-27T16:43:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 diss_final_Barbara_pgetema.pdf: 1961642 bytes, checksum: e697bce70379b05d18b7de59fe7b4784 (MD5) Previous issue date: 2018-07-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / An efficient and low-cost strategy in the search for processes for the separation of CO2 from the natural gas is the physical immobilization of the ionic liquids (ILs) in solid materials. Mesoporous silicas are interesting materials to be used as supports because they have high surface area and pore volume. Besides that, the ionic liquids have been studied and appointed as a potential substitute for the commercial solvents, due to their characteristics and the possibility of combining a selection of anions and cations. In this case, anions having direct interference in the sorption capacity. In this context, the objective of this study was to evaluate the effect of the physical immobilization of two ionic liquids with different anions (bmim [Cl] and bmim [OAc]) on two mesoporous supports (commercial silica SBA-15 and silica extracted from rice husk) for the separation of CO2 from the natural gas through the experimental determination of CO2 sorption, selectivity (CO2/CH4) and sorption kinetics. The results have shown that pure solid supports have the greatest sorption capacity of CO2 when compared to immobilized. However, the CO2 removal efficiency in the CO2/CH4 mixture of the immobilized supports (evaluated by the selectivity) improves considerably. The best selectivity results were obtained for supports immobilized with the IL bmim[Cl] and the contribuition of SIL-Cl (3.03 ? 0.12) to separation performance (CO2/CH4) is similar to SBA-Cl (3.29 ? 0.39). The materials supported with ionic liquids have also presented fastest sorption kinetics when compared to the pure ILs. Also, the SIL-Cl was the most interesting combination of support and ionic liquid, when considering these parameters and the cost. / Uma estrat?gia interessante na busca de processos para separa??o de CO2 do g?s natural mais eficiente e de baixo custo ? a imobiliza??o f?sica de l?quidos i?nicos (LIs) em materiais s?lidos. As s?licas mesoporosas s?o materiais interessantes para a utiliza??o como suportes, pois apresentam grande ?rea superficial e volume de poros, j? os l?quidos i?nicos v?m sendo estudados e apontados como potencial substituinte aos solventes comerciais, devido a suas caracter?sticas e possibilidade de combina??o atrav?s da escolha de c?tions e ?nions, sendo que os ?nions t?m interfer?ncia direta na capacidade de sor??o. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da imobiliza??o f?sica de dois l?quidos i?nicos com ?nions diferentes (bmim[Cl] e bmim[OAc]) em dois suportes mesoporosos (s?lica comercial SBA-15 e s?lica extra?da da casca de arroz) para separa??o de CO2 do g?s natural atrav?s da determina??o experimental da sor??o de CO2, seletividade (CO2/CH4) e cin?tica de sor??o. Os resultados mostraram que os suportes s?lidos puros tem a maior capacidade de sor??o do CO2 quando comparados com os imobilizados, entretanto a efici?ncia de remo??o do CO2 na mistura CO2/CH4 (avaliada pela seletividade) dos suportes imobilizados melhora consideravelmente. Os melhores resultados de seletividade foram obtidos com os suportes imobilizados com o LI bmim[Cl] e a contribui??o de SIL-Cl (3,03 ? 0,12) para a separa??o (CO2/CH4) foi similar a SBA-Cl (3,29 ? 0,39). Os materiais suportados com l?quidos i?nicos tamb?m apresentaram cin?tica de sor??o r?pida quando comparados com os LIs puros, sendo SIL-Cl a combina??o mais interessante de suporte e l?quido i?nico, considerando estes par?metros e o custo.