Orientador: Maria José Santos Pompeu Brasil / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-25T21:17:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalezBalanta_MiguelAngel_D.pdf: 5068966 bytes, checksum: c4aafc0a3e660efae9cc987f6dd987e5 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho investigamos a interação entre portadores confinados em poços quânticos de InGaAs/GaAs e íons de Mn de uma dopagem tipo delta na barreira do poço. Utilizamos como base para este estudo dois tipos de estruturas. O primeiro tipo tem apenas a dopagem tipo delta de Mn e o segundo tipo, inclui duas camadas de dopagem tipo delta nas duas barreiras do poço, sendo uma dopagem de C e a outra de Mn. Observamos que a assimetria das estruturas devido às dopagens se reflete na interação dos portadores confinados com os íons de Mn. Os resultados indicam que esta interação se torna relativamente mais forte no conjunto de amostras com dopagem assimétrica apenas de Mn. Em nossa investigação, utilizamos diversas técnicas ópticas como fotoluminescência, fotoluminescência de excitação e fotoluminescência resolvida no tempo, incluindo análises da polarização da luz emitida e efeitos de campo magnético. Apesar da separação espacial entre os íons de Mn e os portadores confinados no poço, observamos vários efeitos que associamos a interação entre estas entidades. Observamos uma significativa amplificação da intensidade da força de oscilador de transições proibidas do poço em estruturas dopadas apenas com Mn. Este efeito foi interpretado como uma possível indicação da formação de polarons magnéticos ligados. Nas medidas com campo magnético, vimos que o grau de polarização dos portadores apresenta uma componente associada à presença dos íons de Mn. Esta componente, dominante apenas a baixos campos magnéticos, segue uma função tipo Brillouin associada a sistemas ferromagnéticos. Dependendo do perfil da estrutura, esta componente pode ter seu sinal invertido, levando a uma dependência da polarização com o campo magnético anômala. Finalmente, realizamos um estudo detalhado da dinâmica de polarização dos portadores com medidas de fotoluminescência resolvida no tempo. Desenvolvemos uma técnica especial envolvendo dois feixes de laser pulsados com controle tanto da separação temporal entre seus pulsos, quanto das suas polarizações circulares, que podiam ser iguais ou invertidas. Observamos que o grau de polarização gerado por um pulso é alterado se logo antes dele (centenas de pico-segundos), a amostra é excitada com pulso com polarização invertida. Associamos este efeito a um tipo de memória de polarização relacionada com a magnetização óptica dos íons de Mn. Assim, a excitação com luz circularmente polarizada gera portadores com spin preferencial, que atuam sobre os íons magnéticos, e que por sua vez afetam a polarização dos próprios portadores, agindo como um reservatório de polarização devido aos tempos de spin relativamente mais longos dos íons de Mn. Notamos que os efeitos mencionados acima são consideravelmente mais fortes no conjunto de amostras apenas com dopagens de Mn que devem apresentar um perfil de potencial mais assimétrico. Também obtivemos resultados consistentes que demonstram que estes efeitos tendem a diminuir quando a quantidade de Mn na camada delta é reduzida, quando a separação entre a camada delta de Mn e o poço quântico é aumentada, e quando aumentamos a temperatura do sistema. Em especial, os efeitos tendem a desaparecer para temperaturas em torno de 60 K, consistente com os valores da temperatura de Curie obtida para amostras similares / Abstract: In this work we investigated the interaction between confined carriers in of InGaAs/GaAs quantum wells (QWs) and Mn ions from a Mn delta-doping at the barrier of the QW. We have used two types of structures in this study. Samples of the first type have only a Mn delta-doping at the QW barrier, while samples from the second type include an additional C delta-doping layer at the other barrier. We found that the asymmetry of the structures due to doping is reflected in the interaction of carriers confined in the well and the Mn ions. The results indicate that this interaction becomes relatively stronger in the set of samples with asymmetrical doping of Mn solely. In our research, we have performed continuous-wave photoluminescence (CW-PL), excitation photoluminescence (CW-PLE), time-resolved photoluminescence (TR-PL), including analysis of the polarization of the emitted light and effects of a magnetic field. Despite the spatial separation between the Mn ions and the carriers confined in the QW, we observed various effects attributed to the interaction between these entities. We observed a significant enhancement of the intensity of the oscillator strength from transitions that are prohibited for symmetric QWs for the Mn doped structures. This effect was interpreted as a possible indication of the formation of bound magnetic polarons (BMP). In the measurements under a magnetic field, we observed that the degree of polarization of the carrier has a component associated with the presence of Mn ions. This component dominates the polarization under small magnetic fields and follows a like-Brillouin function associated to ferromagnetic systems. Depending on the profile of the structure, this component may have its sign reversed, leading to an anomalous polarization dependency with magnetic field. Finally, we performed a detailed study of the dynamics of the polarization of the carriers with time-resolved photoluminescence. We have developed a special technique involving two pulsed beams with a variable time-delay and individually-controlled circular-polarizations, which could be equal or reversed. We observed that the degree of polarization generated by a pulse is changed if just before it (hundreds of pico seconds) the sample was excited with a pulse with reversed polarization. We associated this effect to a kind of polarization memory related to the optical magnetization of Mn ions. Therefore, the excitation with circularly-polarized light generates carriers with a preferential spin that might act on the magnetic ions. In turn, the polarized Mn ions must affect the spin-polarization of the carriers, acting as a reservoir of the polarization, due to the relatively longer spin times of the Mn ions. We noticed that all these effects are considerably stronger for the set of samples doped only with Mn, that should present a more asymmetric potential profile. We also obtained consistent results revealing that all these effects tend to decrease when the amount of Mn in the delta-layer is reduced, when the separation between the Mn layer and the QW is increased, and when we increase the temperature of the sample. In particular, the effects tend to disappear at temperatures around 60 K, in accordance with the Curie temperature found for similar samples / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

O uso das ferritas de manganês zinco em fontes de potência de carregadores de bateria vem crescendo nos últimos anos, devido a suas baixas perdas magnéticas em induções da ordem de 0,2 T. Estas ferritas pertencem à categoria de ferritas moles, são óxidos ferrimagnéticos, policristalinos com estrutura cúbica tipo espinélio. Pós desse material foram compactados em prensa uniaxial e em prensa automática de produção para anel e toróide, respectivamente. Foram realizados dois ciclos de queima variando o teor de oxigênio entre 5 e 15%, no patamar de sinterização, com o propósito de avaliar seu efeito na densidade, microestrutura, perdas magnéticas em altas induções (0,2 T) e permeabilidade. Amostras sinterizadas em posições mais quentes do forno resultaram em maior densidade e maior tamanho de grão, conforme esperado, mas resultaram em maiores perdas a 25 °C. O aumento do teor de oxigênio entre 5 e 15% não alterou sistematicamente a densidade, mas resultou num pequeno aumento do tamanho de grão. Já a correlação entre teor de oxigênio e perdas foi complexa. Foi observado que existe uma temperatura de mínimo nas perdas totais por volta de 60 °C. O mesmo comportamento foi observado na curva da perda histerética, compatível com a variação da constante de anisotropia magnetocristalina (K1). Foram realizados ensaios de curvas de histerese a partir de 25 até 100 °C, a 0,2 T com o objetivo de avaliar o efeito da temperatura nas duas parcelas da perda histerética. Amostras sinterizadas a 1290 °C com a menor pressão de oxigênio apresentaram menor temperatura de mínimo de perda. As técnicas de análise química do teor de Fe2+ não foram capazes de estabelecer, inequivocamente, a esperada relação entre essa variável e o teor de oxigênio da atmosfera de sinterização. / The use of manganese zinc ferrite in power sources of battery chargers is growing, due to its low magnetic power losses at inductions around 0.2 T. These ferrites belong to the soft magnetic materials group, they are polycrystalline ferromagnetic oxides with face centered cubic structure. Powders of this material were compacted in uniaxial press and in automatic press of production, by ring and toroidal form, respectively. Two firing cycles, varying the atmosphere oxygen content between 5 and 15%, were applied to evaluate its effect on microstructure, density, magnetic losses in high induction and permeability. Samples sintered in warmer positions inside the furnace resulted in higher density and larger grain size, as expected, but higher losses at 25 °C were achieved. Increasing the atmosphere oxygen content from 5 to 15% did not alter density significantly, but resulted in a slight increase in grain size. On the other hand, the correlation between oxygen content and losses was complex. There are lower losses, at 60 °C. Similar behavior was observed with hysteresis loss, which is compatible with the change in magnetocrystalline magnetic anisotropy (K1). Measurements were performed from 25 to 100 °C, at 0.2 T, aiming at the evaluation of the effect of temperature on the two parcels of hysteresis loss. Samples sintered at 1290 °C with low atmosphere oxygen content showing a minimum on the losses versus temperature curve. The available techniques to analyze Fe2+ content were not capable of establishing, unequivocally, the expected relation between this variable and the oxygen content of the sintering atmosphere.

O dióxido de manganês (MnO2) é um catalisador eficiente de baixo custo utilizado no cátodo de baterias do tipo metal-ar e células a combustível alcalinas, sendo capaz de promover a redução completa de oxigênio pela rota 4e-. No entanto, o dióxido de manganês é um semicondutor e só pode ser utilizado como material eletródico nos dispositivos mencionados se combinado com algum suporte condutor. O suporte condutor mais utilizado para este fim é o carbono em pó. Entretanto, este material não possui estabilidade suficiente nas condições operacionais das células alcalinas, sendo convertido gradativamente em CO2. Uma das possíveis estratégias para tentar minimizar esta deficiência é incrementar a condutividade eletrônica do óxido puro pela dopagem com alguns cátions metálicos. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo geral pesquisar de maneira sistemática o efeito da dopagem de dióxido de manganês com alguns cátions metálicos, como o Bi3+e Ce4+ nas propriedades físico-químicas e eletrocatalíticas deste óxido, visando o uso dos mesmos como em cátodos de baterias recarregáveis do tipo Zn-ar. As análises das características morfológicas dos catalisadores por meio de MEV e TEM mostram que os óxidos de manganês são gerados na forma de nano-bastões de 50 a 100 nm de comprimento. Os óxidos puros e dopados com bismuto e cério apresentam estruturas tetragonais típicas, ocorrendo expansão da célula unitária dos óxidos dopados pela troca de íons manganês pelos correspondentes dopantes na rede cristalina de MnO2. Os resultados eletroquímicos sugerem um aumento de condutividade do óxido dopado que possibilita seu uso sem mistura com carbono. Além disso, observa-se que a RRO é catalisada por um mecanismo que envolve a transferência de 4e- nestes materiais com participação de peróxido como intermediário. O óxido de manganês dopado com Bi apresentou promissor desempenho catalítico para a RDO, o que junto com os demais resultados apresentados para a RRO o qualificou a funcionar como o catalisador bifuncional mais promissor de todos os estudados em baterias do tipo metal-ar. Experimentos realizados em mini baterias do tipo Zn-ar demonstraram a total capacidade do catalisador dopado com bismuto operar como catalisador do eletrodo de ar, resultando num desempenho superior ao de um catalisador convencional de MnO2/C. / Manganese dioxide is at the same time an efficient and low-cost material used as cathode catalyst in the air electrode of metal-air and alkaline fuel cells, capable to promote the complete reduction of oxygen thru the 4e- mechanism. However, manganese dioxide is a semiconductor and can be used as electrodic material in the mentioned devices only combined with a conductor support. High surface area carbon powder is the most commonly used material for such purpose. The problem is that carbon suffers from severe instabilities in the experimental conditions that fuel cells and metal-air batteries operates, being gradually converted into CO2. A possible strategy to overcome or at least minimize the low oxide conductivity is by doping this material with some metallic cations. In this sense, the main purpose of this work was the systematic investigation of the physicochemical and electrocatalytic properties of Bi3+ and Ce4+ doped manganese dioxide materials used as cathode catalysts in the air electrode of alkaline type Zn-air batteries. The morphologic characterization performed SEM and TEM revealed that pure as well cation doped MnO2 are formed as poly dispersed nanorods with 50-100 nm length. Both pure and doped materials presented typical tetragonal structures, although a cell expansion was observed in the doped oxides caused by the exchange of some manganese cations by the doping counter parts. Electrochemical results suggest that a material with increased conductivity results from the doping process, allowing it to operate as air catalyst without the use of a carbon support. Besides, it is observed that the oxygen reduction reaction proceeds thru the 4e- mechanism on the doped oxides involving hydrogen peroxide as intermediate. The Bi doped oxide presented the best performance for the oxygen evolution reaction among all catalysts investigated. This result together with the superior performance for the oxygen reduction reaction presented by this material suggest that Bi doped MnO2 is a potential candidate to operate as an air catalyst of rechargeable alkaline metal-air batteries. Experiments conducted in a mini Zn-air battery using Bi doped MnO2 as air catalyst corroborated this observation.

O mal-das-folhas, principal doença da seringueira, ainda restrita ao continente americano, tem frustrado todas as tentativas de cultivo da seringueira em regiões com distribuição de chuvas durante todo o ano, tais como a Amazônia tropical úmida. A utilização da técnica de enxertia de copa com clones resistentes é uma solução para contornar este problema, porém, o efeito depressivo das copas enxertadas, ocasionado pela perda da estabilidade do látex tem sido um dos principais obstáculos para a adoção dessa técnica. O papel da cianogênese na perda da estabilidade do látex foi sugerido pelos resultados do estudo da incompatibilidade de enxertia de clones de copa sobre o clone de painel IPA 1 em plantas jovens mantidas em jardim clonal. Verificou-se que a incompatibilidade ocorria devido ao transporte de glicosídeos cianogênicos (linamarina e lotaustralina) sintetizados nos folíolos jovens dos clones de copa enxertados, para o caule do IPA 1, cujos sintomas iniciavam com a perda da estabilidade do látex seguido de sua coagulação nos laticíferos. Tais sintomas evoluíram para necrose do floema, além de acúmulo de polifenóis e taninos, aumento do número de esclereídeo, inclusão de tilosóides nos vasos laticíferos e depósito intercelular de lignina amorfa de coloração marrom acinzentada, muito semelhante aos descritos para um dos tipos de secamento do painel, denominado Brown Bast, cuja causa ainda não está esclarecida. O passo inicial da biossíntese dos dois glicosídeos cianogênicos linamarina e lotaustralina é catalisado por citocromos multifuncionais, enzimas que se encontram ligadas à membrana e são denominadas, genericamente, de citocromos P-450. O aumento da atividade dessa enzima foi observado in vivo sob doses de nitrogênio (N), neste caso, acompanhado pelo aumento do conteúdo de glicosídeo cianogênico, e in vitro na presença de manganês (Mn). Essas evidências levaram à elaboração das seguintes hipóteses: i) clones de copa capazes de sintetizar grandes quantidades de glicosídeos cianogênicos (HCNp) podem translocá-los para o painel, elevando a concentração destes na casca do tronco, ii) altas concentrações de HCNp na casca do clone de painel, provenientes de copas enxertadas, reduzem a estabilidade do látex, produzindo o efeito depressivo sobre a produção, podendo evoluir para o secamento do painel de sangria do tipo Brown Bast. iii) a quantidade de glicosídeos cianogênicos produzidos nas folhas é influenciada pelo teor de N e Mn no tecido vegetal. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi determinar critérios de seleção de clones de copa para a obtenção de combinações copa/painel mais produtivas, com base na avaliação das relações entre a cianogênese, estado nutricional, estabilidade do látex e incidência de secamento do painel de sangria com os seguintes estudos: a) levantamento do potencial cianogênico (HCNp) entre os clones de copa, b) evidências do transporte de glicosídeos cianogênicos da copa para o tronco, como fator de variação do HCNp da casca do painel de sangria, c) relação entre a cianogênese e a estabilidade do látex e o secamento do painel de sangria, d) efeito da adubação com N e Mn na formação de glicosídeos cianogênicos. Verificou-se que o potencial cianogênico (HCNp) apresenta ampla faixa de variação dentro das espécies estudadas como clones de copa, com os valores mais baixos obtidos com os clones de Hevea nítida e os mais altos com os de H. rigidifolia . No entanto, a ocorrência de indivíduos de H. nítida com valores médios de HCNp e H. rigidifolia com valores baixos indicam que essa característica ainda não se encontra bem definida dentro das espécies de Hevea. As copas enxertadas exercem influência sobre o potencial cianogênico (HCNp) da casca do tronco dos clones de painel. No entanto, a ausência de correspondência entre os HCNps das folhas dos clones de copa e o da casca do tronco invalida a utilização do HCNp da copa como critério de seleção destas. Futuras pesquisas são necessárias para identificar o mecanismo do efeito das copas enxertadas sobre o HCNp do painel. A atividade da enzima -glicosidase não foi influenciada pelas combinações copa/painel, estando a capacidade cianogênica (HCNc) diretamente relacionada ao HCNp das cascas das plantas. Os teores foliares de N, Mn e clorofila apresentam correlação com o HCNp das folhas novas e diagnóstico, podendo os mesmos serem utilizados em futuros processos de seleção. Em baixas concentrações de N (0,8% de uréia), o Mn influência a absorção de nitrogênio, potássio, fósforo, cálcio, enxofre, ferro e manganês pelas plantas de seringueira, na fase de viveiro. / The South American leaf blight (SALB), main disease of the rubber tree, which is still restricted to the American continent, has frustrated all the attempts of cultivation of the rubber tree in regions with rainfall distributed throughout the year, such as the humid tropical Amazon. The use of crown grafting with clones resistant to the disease is one possible solution to obviate this problem. However, the depressant effect of the grafted crowns caused by the loss of latex stability is one of the main obstacles to this technique. The role of cyanogenesis in the loss of latex stability was suggested in view of the findings of the study of incompatibility of crown clone grafting and the IPA 1 panel clone in young plants kept in the clonal nursery. This incompatibility occurred due to the transport of cyanogenic glycosides (linamarin and lotaustralin) synthesized in the young follicles of the grafted crown clones to the stem of IPA 1, which first symptoms were the loss of latex stability followed by coagulation within the lactiferous ducts. Such symptoms evolved to phloem necrosis, including the accumulation of polyphenols and tannins, increased number of sclereids, inclusion of tyloses in the lactiferous ducts and intracellular deposit of amorphous lignin of a greyish- brown color very similar to the one described in one of the types of panel dryness called Brown Bast, which cause has not yet been clarified. The first step of biosynthesis of the two cyanogenic glycosides linamarin and lotaustralin is catalyzed by multifunctional cytochromes, enzymes connected with the membrane generically called P-450 cytochromes. The increased activity of the referred enzyme was observed in vivo when nitrogen (N) rates were applied, in this case, followed by increased cyanogenic glycoside content, and in vitro in the presence of manganese (Mn). Such evidence led to the creation of the following hypotheses: i) crown clones capable of synthesizing large amounts of cyanogenic glycosides (HCNp) may transport them to the panel, thus increasing their concentration in the bark of the tree trunk, ii) high concentrations of HCNp in the bark of the panel clone, from the grafted crowns, reduce latex stability, producing a depressant effect on the production that may evolve to panel dryness similar to the Brown Bast disease. iii) the amount of cyanogenic glycosides produced in the leaves is influenced by the N and Mn concentrations in the vegetable tissue. In this context, the present study aimed to determining criteria for the selection of tree crown clones to obtain more productive crown/panel arrangements, based on the assessment of the relationships between cyanogenesis, nutritional status, latex stability and incidence of dryness in the panel, through the following studies: a) assessment of cyanogenic potential (HCNp) of the crown clones, b) evidence of transport of cyanogenic glycosides from the crown to the tree trunk as a determining factor in the variation of HCNp level in the panel bark c) relationship between cyanogenesis and latex stability and the dryness of the panel, d) N and Mn fertilization effects on cyanogenic glycosides formation. The cyanogenic potential (HCNp) was found to have a broad range of variation among the studied species as crown clones, with the lowest values obtained with Hevea nítida clones and the highest values obtained with H. rigidifolia. However, the occurrence of H. nítida individuals with average HCNp values and H. rigidifolia individuals with low values indicate that this characteristic is not well defined within Hevea species. The grafted crowns influence the cyanogenic potential (HCNp) of the bark of the tree trunk of the panel clones. Yet, the lack of correspondence between the HCNps of the trees of the crown clones and that of the bark of the trunk invalidate the use of the crown HCNp as a selection criterion. Further research is necessary to identify the mechanism of the effect of grafted crowns on the panel HCNp. The activity of the -glicosidase enzyme was not influenced by the crown/panel arrangements, with the cyanogenic capacity (HCNc) found to be directly related to the HCNp of the barks of the trees. In rubber tree, regardless the age and species of Hevea, the foliar chlorophyll, N and Mn concentrations have a positive relationship to the HCNp of the young leaves and diagnosis, so they can be used in future selection processes. Under low N contents (0.8% of urea), the Mn influences the nitrogen, potassium, phosphorus, calcium, sulphur, iron and manganese uptake by rubber tree plants at nursery stage.

O açaí é uma fruta da amazônia brasileira de consumo emergente no Brasil e outras regiões do mundo. Primordialmente consumida na sua forma de polpa e estabelecida como uma \"superfruta\" graças ao seu potencial antioxidante e anti-inflamatório. No entanto, pouco se sabe sobre sua composição em relação aos elementos químicos essenciais. No presente estudo, a análise sistemática de 12 polpas produzidas com frutos de diferentes localidades demonstrou que a polpa de açaí é naturalmente rica nos elementos Ca, Cu, Fe, Mg, Zn, com destaque para as concentrações encontradas de Mn que foram notoriamente maiores do que as comumente observadas em alimentos considerados como fonte principal deste elemento químico essencial na dieta. Cabe destacar que em valores médios, todos os elementos químicos estudados no açaí apresentaram-se em concentrações que contribuem significativamente para as suas necessidades diárias preconizadas. Entretanto, a análise do fracionamento químico da polpa de açaí demonstrou que o ferro está em uma forma potencialmente indisponível; enquanto que cerca de 40% dos elementos cálcio, magnésio, manganês e zinco estão quelados a um composto não fenólico de alta solubilidade em água e que pode aumentar suas biodisponibilidades. Diferentemente dos demais, o cobre interagiu significativamente com a fração fenólica solúvel em água do alimento. A fração fenólica eluída com metanol por SPE demonstrou ter considerável atividade antioxidante direta no ensaio de sequestro de DPPH com EC50 de 19,1 ?g/L e foi eficaz na atenuação da citotoxicidade, estresse oxidativo e alteração funcional induzidos por 500 ?M de MnCl2 em cultura primária de astrócitos, avaliados pelos ensaios de LDH e MTT, GSH/GSSG, F2-IsoPs, captação de glutamato e expressão de Nrf2. Este extrato de açaí em uma concentração ótima de 0,1 ?g/mL preveniu o estresse oxidativo induzido por Mn restaurando a razão GSH/GSSG, protegendo as membranas astrocitárias da lipoperoxidação e diminuindo a expressão de Nrf2. Uma concentração mais elevada de extrato de açaí exacerbou os efeitos do Mn nestes mesmos parâmetros, exceto na lipoperoxidação medida pela formação de F2-IsoPs. Assim, o pré-tratamento dos astrócitos com concentrações mais elevadas destas antocianinas com exposição ao Mn em sequência, pode predispor os astrócitos fazendo com que um efeito pró-oxidante prevaleça. Estes achados devem ser considerados em estudos futuros que explorem a potencialidade das antocianinas do açaí em formulações nutracêuticas para obtenção de efeitos antioxidantes e neuroprotetores ideais. Assim, conclui-se que o próprio açaí possui uma fração de compostos fenólicos capaz de atenuar os efeitos oxidativos do Mn e que portanto, pode indicar uma segurança alimentar do consumo do fruto em quantidades moderadas. / Açaí is a fruit from Brazilian Amazon with an exotic flavor possessing high antioxidant and anti-inflammatory properties. Based on these properties, the fruit is classified as one of the new \"super fruits\". However, few is known about its essential chemical elements content. In this study, the systematic analysis of 12 freeze-dried pulps processed with açaí of different locations showed that açaí pulp is naturally rich in Ca, Cu, Fe, Mg, Zn, and especially amounts of Mn, which was significantly greater than in foods considered Mn dietary source, were found. In average values, all determined essential chemical elements contribute significantly to their recommended daily intake requirements. However, fractionation analysis of açai showed that iron is potentially not bioavailable. While about 40% of calcium, magnesium, manganese, and zinc are binding to a non-phenolic compound high soluble in water, which may increase their bioavailabilities. Copper is significantly bound to water-soluble phenolic fraction in açaí. This phenolic fraction eluted with methanol by SPE provided considerable direct antioxidant activity on the DPPH scavenging assay with EC50 of 19.1 ?g/L and was effective attenuating cytotoxicity, oxidative stress, and functional alterations induced by 500 ?M of MnCl2 in primary cultured astrocytes, which was assessed by MTT and LDH assay, GSH/GSSG ratio, F2-IsoPs formation, glutamate uptake, and Nrf2 levels. This anthocyanin-rich açaí extract in an optimal concentration of 0.1 ?g/mL prevented oxidative stress induced by Mn restoring the GSH/GSSG ratio, protecting the astrocytic membrane from lipid peroxidation and decreasing levels of Nrf2. A higher concentration of the same açaí extract exacerbated the effects of Mn in these same parameters, except on lipid peroxidation assessed by F2-IsoPs. In constrast, pre-treating with high concentrations of açaí\'s anthocyanins followed by Mn exposure, pro-oxidant effects likely prevails. These findings should be considered in future studies regarding the potential of anthocyanins in açaí on nutraceutical formulations to obtain optimal antioxidant and neuroprotective effects. Thus, we conclude that the own açaí has a phenolic fraction capable of attenuates the oxidative effects of Mn. So, may indicates that moderate açaí consumption is dietary safe regarding Mn neurotoxicity.

Neste trabalho foi desenvolvido um sistema analítico tendo como elemento central uma câmara flow-batch com aquecimento direto e fotômetro acoplado, empregado para determinação de açúcares redutores em vinhos e de manganês em amostras vegetais. A instrumentação foi implementada utilizando o conceito flow-batch e o processo de multicomutação em fluxo. A proposta da câmara com aquecimento direto foi concebida para viabilizar procedimentos analíticos baseados em reações lentas. Adicionalmente, foi realizada a instalação do sistema de detecção fotométrica no próprio corpo da câmara, eliminando a necessidade de resfriamento e transporte da solução para outro componente para monitoramento. Esta estratégia possibilitou a redução das dimensões do sistema e o incremento na frequência de amostragem. O controle do sistema é realizado usando aplicativo desenvolvido na linguagem Visual Basic®, o qual aciona seus componentes e realiza a leitura do sinal analítico através de uma interface. Para propulsão dos fluidos é utilizada uma bomba peristáltica multicanal, ambos dispositivos foram desenvolvidos dentro do presente trabalho. Para a determinação de açúcares redutores em vinho, o método analítico adotado utiliza como reagente cromogênico o hexacianoferrato (III) de potássio em meio alcalino sob aquecimento (50 oC) e leitura em 420 nm. O sistema apresentou uma faixa de resposta linear entre 0,75 e 6% (m/v) frutose (R2= 0,999), limite de detecção de 0,14% (m/v; n = 11), desvio padrão relativo menor que 4%, e frequência analítica de 75 determinações por hora. O procedimento para a determinação de manganês foi baseado na reação de oxidação à permanganato, utilizando como agente oxidante periodato de sódio em meio ácido, aquecimento a 55 oC, e leitura em 530 nm. Após estabelecer as variáveis de controle, o sistema apresentou faixa de resposta linear entre 5 e 30 mg.L-1(R² = 0,997), limite de detecção de 2 mgL-1 (n = 11) Mn2+, desvio padrão relativo de 5%, e frequência analítica de 40 determinações por hora. A exatidão dos resultados foi avaliada aplicando o teste t-Student, onde foram comparados os resultados obtidos com os procedimentos propostos com aqueles obtidos com métodos de referência, e não foram observadas diferenças significativas ao nível de confiança de 95 % / In this work was developed an analytical system, employing a flow-batch chamber with direct heating coupled to a LED based photometer, which was tailored for the determination of reducing sugars in wine and manganese in plant samples. The instrumentation was implemented using the flow-batch concept and multicommutation flow analysis process. The proposed camera with direct heating was designed to enable analytical procedures based on slow reactions. The photometer coupling to the flow-batch chamber body, eliminated the need for a cooling step and as well as solution transportation for another component, where signal would be monitored. This strategy allowed the reduction of the system dimensions, and enabling an increase in sampling frequency. The system control was performed using software developed in Visual Basic ® language, which drove the actives components of the system. For fluid propulsion was used a multichannel peristaltic pump, which was also developed in the present work. For the determination of reducing sugars in wine, the analytical procedure was based on the reaction of potassium hexacyanoferrate (III) in an alkaline medium under heating at 50 ° C, which was monitored at 420 nm. The procedure provided a linear response ranging from 0.75 to 6.00 % (w / v) fructose (R2 = 0.999), a 0.14% limit of detection (w/v, n = 11), a relative standard deviation less than 4.0 %, and an analytical frequency of 75 determination per hour. The procedure for the determination of manganese was based on the permanganate oxidation reaction in acid medium, using sodium periodate solution as an oxidizing reagent. The flow-batch was maintained at 55 ° C, and signal was monitored at 530 nm. After establishing the control variables, the procedure provided a linear response ranging from 5.0 to 30.0 mg L-1 (R2 = 0.997), a detection of limit 2.0 mg L-1 (n = 11) Mn2+, a relative standard deviation of 5.0 % (n = 8) and an analytical frequency of 40 determination per hour. The accuracy of the results was assessed by applying the Student t-test between results obtained employing the proposed procedures and a reference method, and not significant difference at 95 % confidence level was observed

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A drenagem ácida de mina no Complexo Mínero Industrial de Poços de Caldas - CIPC, das Indústrias Nucleares do Brasil, INB, tem origem nas grandes quantidades de rejeitos constituídos de minério sulfetado de baixo teor de U (<200ppm) e o estéril dispostos em grandes áreas circunvizinhas da região mineradora. Essas áreas tornaram uma fonte de drenagem ácida, gerando águas ácidas com pH em torno de 2,6, contendo radionuclídeos e metais pesados em níveis de concentração acima dos valores permitidos pela legislação para o lançamento direto ao ambiente. Nesse contexto, o presente estudo foi realizado visando a recuperação de urânio e a remoção de manganês presentes nas águas ácidas do CIPC através da utilização de vários materiais adsorventes e trocadores iônicos. Foi realizado um levantamento dos principais locais de drenagem ácida, sob ponto de vista da proteção do meio ambiente e selecionada uma amostra de água ácida para o estudo. A amostra de água, denominada de BIA, neste trabalho, foi selecionada para os ensaios de adsorção pois apresentou o maior teor de urânio (12 - 15mg/L) e manganês (173mg/L), além teor de ferro muito elevado (180mg/L). A partir das isotermas de adsorção e dos ensaios contínuos em coluna, foi possível obter a capacidade de carregamento dos adsorventes e trocadores iônicos mais eficientes em relação ao urânio e manganês, além de uma melhor definição das variáveis operacionais como o pH, influência dos íons sulfato e fluoreto. A resina aniônica IRA-910U do fabricante Rohm&Haas foi o material, dentre os doze materiais testados, que se mostrou como o melhor removedor de urânio por ter apresentado o mais elevado carregamento deste metal. O carregamento máximo de urânio atingiu valores próximos de 79mg de urânio por grama de resina, em pH ajustado para 3,9, contendo 12mg/L de urânio. A presença do íon sulfato foi deletéria para o carregamento do urânio pois, o sulfato competiu com os sítios da resina. Já o fluoreto não influenciou o processo de troca iônica. A remoção mais efetiva de manganês do efluente, só ocorreu em pH 7,0 utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae, isolada da Destilaria José Cruz, Salinas/MG. Este material bioadsorvente atingiu carregamento máximo próximo de 65,0mg de manganês por grama de levedura. Os resultados mostram, portanto, que as águas ácidas podem ser tratadas por técnicas de troca iônica/adsorção para a recuperação de urânio e a remoção do manganês. / The Acid Mine Drainage that occurs in the Mineral Industrial Complex of Poços de Caldas (CIPC), which belongs to the Nuclear Industries of Brazil, (INB), is due to the great amount of sulfide waste and tailings with low uranium content (200ppm) disposed in the surrounding areas near the mining region. These areas represent a source of acid waters with pH around 2.6, containing radionuclideos and metals in concentration above the permissible level for discharging in the environment according to Brazilian legislation. In this context, the present study was carried out aiming at the recovery of uranium and removal of manganese present in acid waters of the CIPC by using ionic adsorbents and exchang materials. First, a survey of the main places of acid drainage was carried out, according to environmental protection guidelines. The acid water sample BIA which presented the highest uranium (12 - 15mg/L) and manganese content (173mg/L) along with a very high content of iron (180mg/L), was used in the adsorption assays. From the adsorption isotherms and the continuous column experiments, it was possible to determine the uranium and manganese loading capacity of the most efficient adsorbents and ions exchangers. The optimum pH as well as the influence of ions such as sulphate and chloride was also determined. The anion exchange resin IRA-910U from Rohm&Haas was selected amongst the twelve materials tested, for its best removal of uranium. This resin presented the highest loading capacity around 79mg per gram of IRA 910U resin in acid waters, pH 3.9, with 12mg/L of uranium. The presence of sulphate had a deleterious effect on the uranium removal due to the competition of these species for the resin sites. Fluoride, on the other hand, did not influence the ionic process. Manganese was effectively removed from the effluent, in pH 7.0 by using the Saccharomyces cerevisiae, yeast isolated from white rum at the Distillery Jose Cruz, Salinas/MG. This biosorvent material was able to load around 65.0mg of manganese per gram of yeast. The results showed, therefore, that ionic xchange/adsorption techniques can be used for the uranium recovery and the removal of manganese present in acid waters.

O uso das ferritas de manganês zinco em fontes de potência de carregadores de bateria vem crescendo nos últimos anos, devido a suas baixas perdas magnéticas em induções da ordem de 0,2 T. Estas ferritas pertencem à categoria de ferritas moles, são óxidos ferrimagnéticos, policristalinos com estrutura cúbica tipo espinélio. Pós desse material foram compactados em prensa uniaxial e em prensa automática de produção para anel e toróide, respectivamente. Foram realizados dois ciclos de queima variando o teor de oxigênio entre 5 e 15%, no patamar de sinterização, com o propósito de avaliar seu efeito na densidade, microestrutura, perdas magnéticas em altas induções (0,2 T) e permeabilidade. Amostras sinterizadas em posições mais quentes do forno resultaram em maior densidade e maior tamanho de grão, conforme esperado, mas resultaram em maiores perdas a 25 °C. O aumento do teor de oxigênio entre 5 e 15% não alterou sistematicamente a densidade, mas resultou num pequeno aumento do tamanho de grão. Já a correlação entre teor de oxigênio e perdas foi complexa. Foi observado que existe uma temperatura de mínimo nas perdas totais por volta de 60 °C. O mesmo comportamento foi observado na curva da perda histerética, compatível com a variação da constante de anisotropia magnetocristalina (K1). Foram realizados ensaios de curvas de histerese a partir de 25 até 100 °C, a 0,2 T com o objetivo de avaliar o efeito da temperatura nas duas parcelas da perda histerética. Amostras sinterizadas a 1290 °C com a menor pressão de oxigênio apresentaram menor temperatura de mínimo de perda. As técnicas de análise química do teor de Fe2+ não foram capazes de estabelecer, inequivocamente, a esperada relação entre essa variável e o teor de oxigênio da atmosfera de sinterização. / The use of manganese zinc ferrite in power sources of battery chargers is growing, due to its low magnetic power losses at inductions around 0.2 T. These ferrites belong to the soft magnetic materials group, they are polycrystalline ferromagnetic oxides with face centered cubic structure. Powders of this material were compacted in uniaxial press and in automatic press of production, by ring and toroidal form, respectively. Two firing cycles, varying the atmosphere oxygen content between 5 and 15%, were applied to evaluate its effect on microstructure, density, magnetic losses in high induction and permeability. Samples sintered in warmer positions inside the furnace resulted in higher density and larger grain size, as expected, but higher losses at 25 °C were achieved. Increasing the atmosphere oxygen content from 5 to 15% did not alter density significantly, but resulted in a slight increase in grain size. On the other hand, the correlation between oxygen content and losses was complex. There are lower losses, at 60 °C. Similar behavior was observed with hysteresis loss, which is compatible with the change in magnetocrystalline magnetic anisotropy (K1). Measurements were performed from 25 to 100 °C, at 0.2 T, aiming at the evaluation of the effect of temperature on the two parcels of hysteresis loss. Samples sintered at 1290 °C with low atmosphere oxygen content showing a minimum on the losses versus temperature curve. The available techniques to analyze Fe2+ content were not capable of establishing, unequivocally, the expected relation between this variable and the oxygen content of the sintering atmosphere.

Catalisadores catódicos para aplicação em células a combustível alcalinas (AFCs) baseados em dióxido de manganês, como alternativa aos tradicionais catalisadores baseados em platina foram estudados no presente trabalho. O principal objetivo foi avaliar a viabilidade do uso de &alpha;-MnO2 através do estudo da atividade eletrocatalítica frente à reação de redução de oxigênio (RRO) do referido óxido em comparação com a atividade eletrocatalítica do material de referência baseado em platina, visando minimizar os elevados custos desses catalisadores que tornam muito restrita a comercialização das células a combustível apesar das vantagens comprovadas desse tipo de tecnologia. O uso de &alpha;-MnO2 para completa substituição da platina se mostrou viável por apresentar atividade catalítica comparável à da platina, e com a vantagem adicional de ser um material de menor custo devido à sua abundância. Estudos prévios demonstraram que a RRO catalisada pelo dióxido de manganês ocorre preferencialmente por duas vias: redução direta via quatro elétrons, ou redução por dois elétrons com formação de peróxido de hidrogênio como produto final. A redução direta via quatro elétrons é o mecanismo mais comum, seguido na maioria das estruturas cristalográficas, e é o mecanismo de reação de interesse para aplicação em células a combustível, sendo, portanto, o peróxido de hidrogênio um produto indesejável para esse tipo de aplicação. Foram promovidas modificações do referido óxido de manganês (&alpha;-MnO2) pela incorporação de metais não nobres (Cu e Bi) para estudar o impacto dessas modificações nas propriedades físico-químicas desses óxidos. Os resultados obtidos demonstraram que a dopagem com Cu não promoveu alterações significativas nas propriedades desses óxidos. Em contrapartida, a dopagem com bismuto promoveu resultados significativos. A incorporação de Bi3+ na estrutura cristalina do &alpha;-MnO2 promoveu o aumento da condutividade eletrônica desse óxido, permitindo assim a eliminação do suporte de carbono, ocasionando desse modo, a eliminação quase que total da formação de peróxido de hidrogênio. Dessa maneira, os resultados mostraram que no caso específico desse material dopado, a RRO se dá predominantemente pela redução direta via quatro elétrons. Os resultados apresentados no presente trabalho, demonstraram que a dopagem do &alpha;-MnO2 com Bi3+ resulta em um material bastante promissor como catalisador catódico de AFCs. / Cathode catalysts for application in alkaline fuel cells (AFCs) based on manganese dioxide as alternative to traditional platinum-based catalysts were studied in this work. The main objective was to evaluate the feasibility of using &alpha;-MnO2 through the study of electrocatalytic activity toward the oxygen reduction reaction (ORR) of said oxide compared to the electrocatalytic activity of platinum-based reference materials, aiming to cheapen the high costs of these catalysts that make very limited the marketing of fuel cells despite the proven benefits of such technology. The use of &alpha;-MnO2 as a complete substitution of platinum demonstrated to be viable due to its catalytic activity comparable with that of platinum, having the additional advantage of being a less costly material because of its abundance. Previous studies demonstrated that the ORR catalyzed by manganese dioxide takes place preferably in two ways: Direct reduction via four electrons or two electrons by reduction with formation of hydrogen peroxide as the final product. The direct reduction via four electrons is the most common mechanism, followed in most crystal structures, and the reaction mechanism is the one of interest for application in fuel cells. The production of hydrogen peroxide is undesirable for this type of application. Modifications of said manganese oxide (&alpha;-MnO2) by the incorporation of non-noble metals (Cu and Bi) were promoted to study the impact of these modifications on the physicochemical properties of these oxides. The results showed that doping with Cu did not cause significant changes in the properties of these oxides. By contrast, doping with bismuth promoted interesting and significant results. The incorporation of Bi3+ in a crystalline structure of &alpha;-MnO2 promoted the increase of the electronic conductivity of this oxide, thereby allowing the elimination of the carbon support, consequently causing the almost complete elimination of the formation of hydrogen peroxide. Thus, the results showed that in the specific case of this doped material, the ORR occurs predominantly by direct reduction via 4 electrons. The results presented in this study demonstrated that the &alpha;-MnO2 doped with Bi3+ showed a very promising cathode material for application in AFCs.

Este trabalho apresenta a preparação de filmes nanoestruturados de óxido de manganês e de vanádio por diferentes técnicas e a sua caracterização eletroquímica utilizando diferentes líquidos iônicos como eletrólito. Os filmes de óxido de manganês foram preparados por automontagem camada-por-camada e por eletrodeposição assistida por molde de nanoesferas de poliestireno. Os filmes de óxido de vanádio foram preparados também por automontagem camada-por-camada e por deposição eletroforética. Diversos aspectos relacionados ao uso dos líquidos iônicos como eletrólitos foram discutidos: os resultados obtidos para os filmes de óxido de manganês por automontagem camada-por-camada mostraram que os íons do líquido iônico participam do processo de compensação de carga superficialmente e que o cátion do líquido iônico, apesar de mais volumoso, apresenta coeficiente de difusão maior que o Li+, formando uma barreira à intercalação dos mesmos na estrutura do material. A partir dos resultados obtidos para os filmes de óxido de manganês por eletrodeposição assistida por nanoesferas de poliestireno, foi possível verificar que o desempenho do sistema depende da natureza do líquido iônico utilizado, sendo possível obter desempenho superior aos solventes orgânicos convencionais com um dos líquidos iônicos utilizados do ponto de vista da ciclabilidade. Desempenho superior aos eletrólitos convencionais também foi observado para os filmes de óxido de vanádio obtidos por automontagem camada-por-camada. Por fim, a caracterização eletroquímica em líquidos iônicos dos filmes de óxido de vanádio obtidos por deposição eletroforética mostrou que não apenas o uso de nanopartículas, mas também o modo de deposição das mesmas influencia no desempenho eletroquímico do sistema. De maneira geral, os resultados obtidos mostraram que o uso de filmes nanoestruturados e de líquidos iônicos como eletrólitos constituem alternativas promissoras para a obtenção de dispositivos de armazenamento e conversão de energia de alto desempenho e segurança. / This work presents the preparation of manganese and vanadium oxides nanostructured films by different techniques and their electrochemical characterization in different ionic liquids based electrolytes. Manganese oxide films have been prepared by self-assembly layer-by-layer and by electrodeposition assisted by polystyrene nanospheres template. Vanadium oxide films have been also prepared by self-assembly layer-by-layer deposition and by electrophoretic deposition. Several aspects related with the use of ionic liquids as electrolytes have been discussed: the obtained results from layer-by-layer deposition of manganese oxide have shown that ionic liquid ions also participate in the charge compensation process, but only superficially; in spite of ionic liquid cation been larger than Li+, it moves faster, achieving the electrode surface before, being a barrier for Li+ intercalation. From the results obtained for the manganese oxide prepared by template assisted electrodeposition, it was possible to notice that electrochemical performance is dependent on the ionic liquid structure, being possible to achieve higher performance than with conventional organic solvent electrolyte with one of the studied ionic liquid. Superior performance in comparison with conventional electrolyte has also been achieved for vanadium oxide films prepared by layer-by-layer deposition from the point of view of cyclability. Finally, the electrochemical characterization of vanadium oxide films prepared by electrophoretic deposition in ionic liquids has shown that not only the use of nanoparticles but also the deposition method employed influences the electrochemical performance. To conclude, the obtained results have shown that the use of nanostructured films and ionic liquids as electrolytes are promising alternatives for the obtention of high performance energy storage and conversion devices.