Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-04-25T12:30:03Z No. of bitstreams: 1 2012_AdrianaLinharesDrummond.pdf: 14005902 bytes, checksum: 1fbd843baf7c0b2c043eb0e48e97011d (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-04-26T13:06:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_AdrianaLinharesDrummond.pdf: 14005902 bytes, checksum: 1fbd843baf7c0b2c043eb0e48e97011d (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-26T13:06:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_AdrianaLinharesDrummond.pdf: 14005902 bytes, checksum: 1fbd843baf7c0b2c043eb0e48e97011d (MD5) / As pesquisas envolvendo a síntese e a aplicação de sistemas magnéticos nanoestruturados em biomedicina se intensificaram nas últimas décadas, devido, em especial, à potencial especificidade desses sistemas. Os estudos, entretanto, se limitavam às formas esféricas, em detrimento das anisotrópicas. Comportamentos diferenciados entre nanopartículas isométricas e anisotrópicas são esperados em meio biológico, de forma que o uso desses sistemas em aplicações biomédicas in vivo e in vitro, apesar de ainda pouco explorado, tem perspectivas promissoras. O objetivo desse estudo, portanto, é o desenvolvimento de novos sistemas magnéticos nanoestruturados, baseados em nanopartículas alongadas de magnetita (Fe3O4) e maghemita (-Fe2O3), visando aplicações biomédicas. A síntese das nanopartículas foi realizada por meio da coprecipitação de Fe2+ e Fe3+ em meio alcalino a 100 °C. A fim de se alcançar o sistema mais adequado para as finalidades propostas, foram investigadas a influência do tempo de reação, natureza dos contra-íons, proporção entre Fe(II) e Fe(III) e natureza da base, nas propriedades das nanopartículas obtidas. Os resultados mostraram que a combinação FeSO4.7H2O, FeCl3.6H2O e ureia, na proporção de Fe(II):Fe(III) = 1:2 foi a mais apropriada para a obtenção de nanopartículas magnéticas alongadas de magnetita, com formato de bastão. Essas nanopartículas apresentaram comportamento ferromagnético nas curvas M vs H e uma variação de temperatura grande com a aplicação de campos magnéticos altos, nos experimentos de hipertermia. Apesar de não ser o objetivo do estudo, no decorrer dessa investigação, nanopartículas monodispersas esféricas de maghemita, com comportamento superparamagnético nas curvas M vs H, foram obtidas por um procedimento simples, com a mesma combinação de reagentes descrita acima, exceto a ureia, em uma síntese do tipo one-pot, em solução amoniacal. Em virtude dos resultados positivos, essas sínteses também foram investigadas. A amostra obtida com seis horas de digestão apresentou uma variação de temperatura grande com a aplicação de campos magnéticos baixos, nos experimentos de hipertermia. Pelos resultados, ambas as amostras possuem potencial para aplicações em hipertermia magnética. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The researches involving the synthesis and application of nanostructured magnetic systems in biomedicine have been intensified in recent decades, due to the potential specificity of these systems in particular. The studies, however, were limited to spherical shapes, instead of anisotropic ones. Distinct behavior between anisotropic and isometric magnetic nanoparticles are expected in a biological environment, so that the use of these systems in biomedical applications (in vivo and in vitro), although poor explored, has interesting perspectives. Therefore, the aim of this study is the development of new nanostructured magnetic systems based on elongated nanoparticles of magnetite (Fe3O4) and maghemite (-Fe2O3) for biomedical applications. The synthesis of nanoparticles was realized by coprecipitation of Fe2+ and Fe3+ in alkaline medium at 100 °C. In order to achieve the most appropriate system for the purposes, the influence of reaction time; nature of counter ions; ratio of Fe (II) and Fe (III); and nature of the base on the nanoparticles properties were investigated. The results showed that the combination FeSO4.7H2O, FeCl3.6H2O and urea in the proportion of Fe(II):Fe(III) = 1:2 was the most suitable for obtaining rod-shaped elongated magnetite nanoparticles. These nanoparticles showed ferromagnetic behavior in M vs H curves and a large temperature variation with the application of high magnetic fields, in the hyperthermia experiments. Although was not the aim of this study, in the course of this investigation, monodisperse spherical maghemite nanoparticles, showing superparamagnetic behavior in M vs H curves, were obtained by a simple procedure, with the same combination of reagents described above, except urea, in an one-pot synthesis, in ammoniacal solution. Given the positive results, these syntheses were also investigated. The sample obtained with six hours of digestion showed a large temperature variation with the application of low magnetic fields in the experiments of hyperthermia. The results showed that both samples have potential for applications in magnetic hyperthermia.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2010. / Submitted by wiliam de oliveira aguiar (wiliam@bce.unb.br) on 2011-07-01T20:04:15Z No. of bitstreams: 1 2010_LuizEduardoCelinoBenedito.pdf: 1715680 bytes, checksum: 8d24d55931f7cf8d7f3dd42d1ee9cdcd (MD5) / Approved for entry into archive by Guilherme Lourenço Machado(gui.admin@gmail.com) on 2011-07-04T12:32:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_LuizEduardoCelinoBenedito.pdf: 1715680 bytes, checksum: 8d24d55931f7cf8d7f3dd42d1ee9cdcd (MD5) / Made available in DSpace on 2011-07-04T12:32:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_LuizEduardoCelinoBenedito.pdf: 1715680 bytes, checksum: 8d24d55931f7cf8d7f3dd42d1ee9cdcd (MD5) / Fluidos magnéticos do tipo EDL-MF (Electric Double Layered Magnetic Fluids) são dispersões coloidais de nanopartículas do tipo ferritas espinélio peptizadas em meio aquoso ácido ou básico. Como sendo um material impar, magnético e fluido ao mesmo tempo, vem sendo empregado em nanotecnologia na indústria e mais recentemente na medicina e áreas afins. Avanços na caracterização deste tipo de material têm sido primordial neste sentido. O fato de serem amostras muito absorventes limita o emprego de técnicas espectroscópicas convencionais de análise na região do UV-VIS. Por outro lado, o recente emprego de técnicas eletroquímicas que, diferentemente, exploram as propriedades elétricas do meio, se torna neste caso uma ferramenta poderosa. Neste trabalho procuramos investigar a condução elétrica de um EDL-MF a base de ferrita de cobalto. As amostras investigadas foram sintetizadas quimicamente utilizando-se o método “bottom-up” e caracterizadas à luz de um modelo “core-shell” onde um background teóricoexperimental é apresentado. Em seguida, exploramos questões de estabilidade coloidal das mesmas segundo um modelo do tipo DLVO a partir de medidas experimentais de titulações condutimétricas e potenciométricas simultâneas, com a determinação da densidade superficial de carga elétrica e as constantes de equilíbrio dos sítios ácidos superficiais que lhe dão origem. Finalmente, através de medidas condutimétricas AC procuramos investigar a contribuição das nanopartículas para a condução elétrica de um EDL-MF. Num primeiro experimento as nanopartículas foram floculadas e a condutividade AC do sobrenadante comparada àquela do colóide original. Em um segundo experimento a condutividade AC da amostra foi medida em função do aumento da viscosidade pela adição de glicerol no sentido de reduzir uma possível contribuição das nanopartículas para a condução elétrica do meio pela redução drástica de sua mobilidade em relação àquela dos íons do meio carreador. A partir da análise destes resultados nenhuma evidência foi encontrada no sentido de uma contribuição das partículas para a condutividade AC global do meio. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Electric Double Layered Magnetic Fluids (EDL-MF) are colloidal dispersions of spinel ferrites nanoparticles peptized in aqueous acid or base medium. As being an odd material, magnetic and fluid at the same time, it has been used in industrial nanotechnology and more recently in medicine and related areas. In this regard, advances in characterization have been of paramount importance. The fact that they are highly absorbent samples limits the use of conventional spectroscopic analysis in the UV-VIS range. However, the recent use of electrochemical techniques that, unlike spectroscopic ones, explore the electrical properties of the medium, becomes a powerful tool. In this work we investigate the electrical conduction of an EDL-MF based on cobalt ferrite. The investigated samples were chemically synthesized using a bottom-up method and characterized by a core-shell model. In this context, a theoretical and experimental background is first presented. Then, we explore the colloidal stability using a DLVO approach using experimental measurements of simultaneous conductimetric and potentiometric titration. It allows the determination of the equilibrium constants of surface acid sites and the consequent surface density of electric charge. Finally, by using AC conductivity measurements, we investigated the contribution of nanoparticles to the electric conduction of EDL-MF. In a first experiment, the dispersion has been flocculated and the AC conductivity of the supernatant was compared to that of the original colloid. In a second experiment, AC conductivity has been measured as a function of the sample viscosity which has been tuned by adding glycerol. Indeed, the decrease of the nanoparticles mobility would drastically reduce the nanoparticles contribution to the electrical conduction of the medium when compared to that of ions. The analysis of these results have shown no evidence towards a contribution of particles to the total AC conductivity of the medium.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-10-22T12:21:25Z No. of bitstreams: 1 2013_FabioTelesCosta.pdf: 4021538 bytes, checksum: b17e9acb686629896ff7252170be0a3a (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-10-22T12:40:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_FabioTelesCosta.pdf: 4021538 bytes, checksum: b17e9acb686629896ff7252170be0a3a (MD5) / Made available in DSpace on 2013-10-22T12:40:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_FabioTelesCosta.pdf: 4021538 bytes, checksum: b17e9acb686629896ff7252170be0a3a (MD5) / A escassez de novas ferramentas para o controle dos agentes microbianos responsáveis por infecções humanas consiste em um grande desafio. Muitas pesquisas têm sido realizadas na busca e caracterização de novas tecnologias que possuam ações antimicrobianas para a criação de modelos promissores de novos fármacos. As Infecções relacionadas à Assistência à Saúde (IrAS), são causadas por uma grande variedade de microrganismos, principalmente, bactérias e em ambientes hospitalares. Entretanto, estas bactérias podem ser encontradas em todos os locais onde há assistência ao paciente, envolvendo sistemas de não internação, como enfermarias, ambulatórios e consultórios, manifestando-se durante a internação ou até mesmo após a alta e podendo se relacionar com a internação ou com procedimentos hospitalares. Neste sentido os nanomateriais constituem um amplo campo de descobertas para novas tecnologias, que possam ser utilizadas como ferramentas para a produção de novos compostos, que possam atuar no controle de infecções hospitalares. Dessa forma, esse trabalho apresenta a síntese de um colóide magnético aquoso ácido (pH=3) à base de nanopartículas de CoFe2O4@?-Fe2O3, com diâmetro médio de 9,5 nm, analisado por difração de raios-x e por micorscopia eletrônica de transmissão. Esse coloide, também foi utilizado em bioensaios contra bactérias patogênicas e sua atividade antimicrobiana foi avaliada. O colóide, na forma aquosa, não apresentou atividade contra os patógenos Escherichia coli e a Staphylococcus aureus. Diferentemente, o pó de partículas, adquirido ápos a secagem do colóide, apresentou-se efetivo contra a bactéria patogênica humana E. coli e a S. aureus. Contudo, os resultados apresentados nesse trabalho mostram o potencial desse material nanoestruturado na produção de uma ferramenta que possa gerar a redução dos danos causados por infecções hospitalares. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The shortage of new tools for the control of microbial agents responsible for human infections consists of a great challenge. Many researches have been conducted in the search and characterization of new technologies that have antimicrobial actions for creating models of promising new drugs. Infections related to Health Assistance (IrHA) are caused by a variety of microorganisms, mainly bacteria in hospital settings. However, these bacteria can be found in all places where there are patient care, involving systems of no hospitalization, as wards, outpatient clinics, manifesting during hospitalization or even after discharge, and may relate to the hospitalization or with hospital procedures. In this sense nanomaterials constitute a wide field for discoveries of new technologies that can be used as tools for the production of new compounds that may act to control nosocomial infections. Thus, this work presents the synthesis of a magnetic colloid aqueous acid (pH = 3) based on nanoparticles CoFe2O4@?- Fe2O3, with an average diameter of 9.5 nm analyzed by x-ray diffraction and microscopic electron transmission. This colloid was also used in bioassays against pathogenic bacteria and antimicrobial activity was evaluated. The colloid, in liquid form, didn't present activity against the pathogens Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Differently, the powder particles, obtained after drying the colloid, was presented as effective against human pathogenic bacteria E. coli and S. aureus. However, the results presented in this study show the potential of this nanostructured material can generate the possibility of reducing the damage caused by hospital infections.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2010. / Submitted by Raquel Viana (tempestade_b@hotmail.com) on 2011-05-30T18:24:57Z No. of bitstreams: 1 2010_PriscillaCoppoladeSouzaRodrigues.pdf: 1663409 bytes, checksum: 967c8e6328146b7ef61daac8ead2a3bc (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2011-06-02T01:04:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_PriscillaCoppoladeSouzaRodrigues.pdf: 1663409 bytes, checksum: 967c8e6328146b7ef61daac8ead2a3bc (MD5) / Made available in DSpace on 2011-06-02T01:04:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_PriscillaCoppoladeSouzaRodrigues.pdf: 1663409 bytes, checksum: 967c8e6328146b7ef61daac8ead2a3bc (MD5) / Em ferrofluidos, bem como nos sistemas de soluções coloidais, tem havido um constante interesse sobre a estabilidade da dispersão, tanto teórica quanto experimental: sua estrutura, as interações entre partículas, e seu comportamento de fase. Em tais sistemas é essencial descrever o seu comportamento de fase em função de diferentes parâmetros que podem influenciar o alcance e as interações interpartículas. Na verdade a forma e a amplitude do potencial interpartículas podem ser ajustadas a partir de parâmetros como pH, força iônica, e a pressão osmótica. Além disso, durante a síntese de ferrofluidos é possível controlar esses parâmetros experimentais, bem como variar a fração molar das partículas ᶲ. Por conseguinte, soluções coloidais devem, portanto, levar ao mesmo tipo de diagramas de fase de sistemas atômicos: gás, líquido, fluido e fase sólida. A pressão osmótica π substitui a pressão P e a fração volumétrica em partículas ᶲ substitui o volume V. A fase gasosa corresponde a uma solução de baixa fração volumétrica, a fase líquida corresponde a uma solução densa, mas não organizada, e a fase cristalina é uma fase sólida organizada. Neste contexto, este trabalho concentra-se na elaboração de amostras de ferrofluido, utilizando a técnica de compressão osmótica, onde a dispersão coloidal é colocada na membrana ou saco de diálise que consiste de uma rede de celulose entrelaçada. O limiar de permeabilidade da membrana é entre 12.000 e 14.000 g/mol, o que corresponde a um diâmetro de poro de 25 Å. Assim, o saco de diálise é colocado dentro de um reservatório, considerado infinito; contendo um polímero neutro (PEG com massa molar Mw de 35000 u) e a pressão osmótica depende apenas da concentração do polímero e fixa o potencial químico. Ainda foram mantidos constantes parâmetros como pH e força iônica. A concentração em massa usada para definir a pressão osmótica é determinada a partir do PEG 35000. A fração volumétrica ᶲ em partículas foi determinada levando em consideração o modelo químico núcleo-superfície de composição das nanopartículas. Além disso, temos sido capazes de obter ferrofluidos com ᶲ entre 2 a 30%, apresentando fases fenomenológicas de gás, líquido e sólido. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In ferrofluids as well as in the colloidal solutions systems, there has been a constant interest on the dispersion stability, both from theoretical and experimental: their structure, the interactions between particles, and their phase behavior. In such systems is essential to depict their phase behavior as a function of the different parameters that can influence the range and strength of interparticle interactions. Indeed the shape and the amplitude of the interparticle potential can be tuned by adjusting parameters such as pH, ionic strength, and the osmotic pressure. Moreover during synthesis method of ferrofluids it is possible to control these experimental parameters as well as to vary the molar fraction of particles ᶲ. Therefore colloidal solutions should thus lead to the same kind of phase diagrams as atomic systems: gas, liquid, fluid, and solid phases should exist. The osmotic pressure π replaces the pressure P and the volume fraction of particles ᶲ replaces the volume V. The gas phase corresponds to a solution of low volume fraction, the liquid phase corresponds to a dense but not organized solution, and the crystal phase is an organized solid phase. In this context we report the elaboration of concentrated ferrofluid samples, using the technique of osmotic compression, where the ferrofluid colloidal dispersion is placed in membrane bag that consists of a network of interwoven cellulose. The threshold of permeability of the membrane is between 12000 and 14000 g / mol, which correspond to a pore diameter of 25 Å. Thus the membrane bag is placed in a reservoir, considered infinite; containing a neutral polymer (PEG with a molar mass Mw of 35000 u) and the osmotic pressure depends only on the concentration of the polymer and fixes the chemical potential of water. Still has been kept constant parameters as pH and ionic strength. The mass concentration used to set the osmotic pressure is determined from the PEG 35000. The volume fraction of particles ᶲ was determined taking into consideration the chemical core/shell model of nanoparticle composition. Furthermore we have been able to obtain ferrofluids with ᶲ between 2 to 30%, presenting phenomenological phases of gas, liquid and solid.

Este estudo foi dedicado à síntese e à caracterização de filmes de ZnO crescidos sobre substratos de alumínio e de grafite. A síntese foi realizada através de método hidrotérmico que é um método simples e de baixo custo. A associação de diferentes técnicas de caracterização permitiu estudar as propriedades eletrônicas e estruturais dos filmes obtidos e avaliar o desempenho dos mesmos frente à fotodegradação do azul de metileno. Foram utilizadas as técnicas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopias de Reflectância Difusa (DRS), de Raios-X na borda-K do Zn (XAS), de Fotoelétrons Induzidos por Raios-X (XPS) e Fotoluminescência. Os resultados mostraram uma forte influência do substrato na morfologia dos filmes. Os filmes de ZnO, de estrutura cristalina hexagonal, apresentaram defeitos estruturais que geram emissão na faixa do espectro visível. A maior eficiência fotocatalítica para a decomposição do azul de metileno foi associada ao filme com menor quantidade de defeitos estruturais. / This study was dedicated to the synthesis and characterization of ZnO films grown on aluminum and graphite substrates. The synthesis was carried out through the hydrothermal method that is simple and low cost. The association of different characterization techniques allowed the study of electronic and structural properties of the films in order to evaluate their performances towards methylene-blue photo-decomposition. The Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD), Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS), Xray Absorption Spectroscopy at the Zn K edge (XAS), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and photoluminescence techniques were used. The results showed a strong influence of the substrate in the morphology of the films. The ZnO films with hexagonal crystalline structure, present defects in their structure that generates emissions in the visible spectrum. The highest photocatalytic efficiency to the methylene blue decomposition was associated to the film with the lower quantity of structural defects.

Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-04-22T17:47:41Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Griselda Paola Fuentes Morales.pdf: 6398822 bytes, checksum: abe5113b3b1d3adb1d70f2fa2cc69623 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-22T17:47:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Griselda Paola Fuentes Morales.pdf: 6398822 bytes, checksum: abe5113b3b1d3adb1d70f2fa2cc69623 (MD5) Previous issue date: 2015-07-31 / CAPES / Neste trabalho utilizamos a simulação micromagnética para o estudo dos efeitos de interações dipolares em arranjos de nanofios de níquel. Especificamente, utilizamos o Nmag como ferramenta de cálculo, que é baseado no método dos elementos finitos para resolver as equações micromagnéticas. Para o estudo, arranjos hexagonais de fios policristalinos foram construídos à base de cadeias de elipsoides. As dimensões de cada elipsoide foram fixadas em 30 nm de semieixo transversal à cadeia e 60 nm ao longo do eixo da cadeia. Cada amostra está formada por um total de 10 10 cadeias de estes elipsoides e formam uma matriz com ordenamento hexagonal. O tamanho da matriz foi otimizado ao tempo de cálculo. Num primeiro estudo analisamos os efeitos do comprimento dos fios (cadeias de elipsoides). Para definir o tamanho dos fios tomamos cadeias compostos por 1 até 4 elipsoides para um comprimento máximo de 240 nm. Um outro estudo compreende os efeitos da distância entre os fios. Para isso estudamos arranjos cuja distância de eixo a eixo da cadeia adota valores de 70 nm, 65 nm, 60 nm, 55 nm, 50 nm, 45 nm, 40 nm e 35 nm. Todo o estudo foi feito sobre a base do comportamento da curva de histerese em função do ângulo do campo aplicado. Depois de calculadas as curvas foram extraídos os valores do campo coercitivo e a remanência, com a finalidade de verificar a sua dependência angular. Entre os resultados mais significativos, temos a variação acentuada da derivado das curvas estudadas. O motivo principal é o aumento da energia dipolar à medida que número de elipsoides aumenta na cadeia. A remanência também apresenta mudanças drásticas que explicam o porque das tantas divergências reportadas na literatura, para fios que supostamente são longos. No estudo, nos preocupamos inicialmente na escolha do método de cálculo e também trabalhamos na otimização do tamanho de célula na discretização dos fios. Para isso analisamos os cálculos utilizando o OOMMF (método de diferenças finitas) que permitem o cálculo para células de 4 nm e 2 nm. O cálculo com 2 nm resultou ser bem demorado, motivo pelo qual escolhemos a de 4 nm. Logo depois, para comparar com o método de elementos finitos, utilizamos Nmag. Com este simulador fizemos os cálculos para tamanho de célula diferentes a fim de otimizar o tempo. Os resultados com OOMMF e Nmag foram comparados e depois de algumas analises observamos que Nmag seria a melhor escolha. Sendo assim a maior parte dos resultados apresentados aqui são obtidos por elementos finitos. / In this work we used the micromagnetic simulation to study the effects of dipolar interactions in nickel nanowires arrays. Specifically, we use the Nmag as calculation tool, which is based on the finite element method to solve the micromagnetics equations. For this study, hexagonal arrays of polycrystalline wires were constructed by ellipsoids chains. The dimensions of each ellipsoid was fixed with transversal minor axis of 30 nm and major axis along the chain of 60 nm. Each sample is formed by a total of 10 10 chains of these ellipsoids and form a hexagonal array. The array size is optimized to the calculations time. We change wire lengths and study their effects (ellipsoids chains). To set the size of the wire, chains formed by 1 to 4 ellipsoids were used to a maximum length of 240 nm. We analized the effects of distance between wires. For this, we make arrangements that change the axis to axis distance of the chain takings values of 70 nm, 65 nm, 60 nm, 55 nm, 50 nm, 45 nm, 40 nm and 35 nm. The results were analyzed compared with the hysteresis curve behavior as a function of the applied field angle. Then we used this curves to obtain the coercive field and remanence, in order to verify their angular dependence. Among the most significant results, we have the sharp variation of the derivative of the studied curves. The main reason is the increase of the dipolar energy as minimal ellipsoid increases in the chain. The remanence also features dramatic changes that explain why so many of the discrepancies reported in the literature for wires that are supposed to be long. We carefully choose the method of calculation and work on optimizing the size of discretization of the cell. For this we analysed the calculations using the OOMMF (finite difference method) that allow the calculation for cells of 2 and 4 nm. The calculation with 2 nm is time consuming, that is why we chose to use 4 nm cell. Then, to compare with finite elements method, we use Nmag. With this simulation we made the calculations for different cell sizes in order to optimize the time. The results with OOMMF and Nmag were compared and after some analysis we observe that Nmag would be the best choice. Thus the major part of the results presented are obtained by finite elements.

A presente tese de doutorado apresenta resultados sobre nanoestruturas obtidas pelo processo de anodização a partir de Al Bulk, filmes finos de Al sobre Si e de Ti Bulk e alguns resultados novos e preliminares sobre o uso das mesmas em aplicações tais como: superfícies superhidrofóbicas e foto-catalisadores para produção de H2. Foi desenvolvida uma rota inovadora de fabricação de nanotubos de alumina, através da mudança da geometria (razão dos eletrodos de Pt e Al) do sistema de anodização, seguida de etching químico em temperatura de 5°C. Essa mudança altera a cinética da anodização, modificando a velocidade de expansão da célula hexagonal da alumina. Com isso, obtêm-se zonas de defeitos que são revelados durante o processo de etching químico. No processo de anodização em filmes finos de Al, foi demonstrado um procedimento de controle dimensional e estrutural de nanoporos de alumina, a partir do controle do tamanho de grãos de Al. Foi verificado também que o aumento do tempo de anodização para filmes finos de Al sobre Si, induz a oxidação do Si, gerando um stress na interface, devido à expansão do SiO2. Esse efeito é responsável pela mudança dimensional e estrutural da alumina porosa. Na anodização do Ti para a formação de nanotubos de TiO2, obtivemos um novo método de dopagem in situ dos nanotubos com nanopartículas de ouro, modificando as propriedades físico-químicas dos nanotubos de TiO2. Na última parte desta tese de doutorado, são apresentadas possíveis aplicações para estas nanoestruturas, como superhidrofobicidade e como catalisadores para produção de H2. Os principais resultados mostram que no caso da superhidrofobicidade foram obtidos ângulos de contato de 165° e, na produção de H2, um aumento significativo com a amostra dopada com nanopartículas de Au. / This thesis presents results on nanostructures obtained by anodization of Al bulk, Al thin films on Si and Ti bulk, and some new and preliminary results on the use of these structures in applications, such as superhydrophobic surfaces and photocatalysts for H2 production. We developed a novel route for fabrication of alumina nanotubes by changing the geometry (ratio between electrodes of Pt and Al) of the anodization system, followed by chemical etching at a temperature of 5°C. This procedure modifies the kinetics of anodization, increasing the expansion speed of the hexagonal alumina cell. Therefore, defective areas are revealed during chemical etching. It is shown that control of the Al grain size before the anodization process of Al thin films makes possible control of dimension and structure of the alumina nanopores. It was also found that increse of anodization time leads to oxidation of the Si substrate, wich generates a stress at the interface between the Al thin film and the Si substrate due to the expansion of SiO2. This effect is responsible for the dimensional and structural change of porous alumina. A new Ti anodization process for doping the TiO2 nanotubes with Au nanoparticles is presented. This process is capable of modifing the physico-chemical properties of the TiO2 nanotubes as photo-catalysts. In the last part of this thesis it is presented applications for these nanostructures, using them as superhydrophobic structures and as photo-catalysts for H2 production. The main results show that contact angles of 165° for a superhydrophobic surface were obtained, as well as a significant increase of H2 production from the sample doped with Au nanoparticles.

Nesta tese de doutorado, apresentamos três trabalhos desenvolvidos durante este processo. No primeiro estudamos a influência da forma do catalisador sobre a fotólise, no segundo produzimos e caracterizamos nanopartículas fluorescentes de carbono e no último desenvolvemos um laser aleatório composto por nanotubos de óxido de tântalo dispersos em solução com rodamina. No primeiro trabalho, observamos que a produção de hidrogênio por dissociação da molécula de água através de fotólise pode ser otimizada a partir do controle da forma do material catalisador. Observamos que, em um sistema onde os nanocatalisadores têm forma tubular, a produção de hidrogênio é quase 6 vezes maior do que quando os catalisadores possuem forma esférica. Através do uso da teoria de espalhamento Rayleigh-Gans e de uma solução no regime quase-estático com o método de campo local foi possível obter resultados analíticos para o espalhamento e absorção de luz para os dois distintos sistemas. Como o processo de fotólise se inicia a partir da absorção da luz, modelamos a diferença de produção de hidrogênio entre os dois sistemas. No segundo, produzimos nanopartículas fluorescentes de carbono por ablação de grafite em diferentes líquidos iônicos, BMI-BF4, BMI-NTf2 e OMI-NTf2, por ablação à laser. As nanopartículas formadas, com diâmetro médio de aproximadamente 3 e 1,5 nm, apresentam uma intensa absorção na região do UV com uma cauda que se estende ao infravermelho. Quando excitadas em 355 nm, as nanopartículas apresentam uma emissão de fluorescência com espectro bem largo na região do visível, tornando-se branca. No último trabalho sintetizamos nanotubos de óxido de tântalo que foram dispersos em uma solução de rodamina B. Nestes sistemas foram realizadas medidas de livre caminho médio de transporte da luz e análises da emissão em função da energia de bombeio, o que resultou no desenvolvimento de um laser aleatório com realimentação incoerente. / In this thesis, we present three works developed at this doctorate process. In the first work, we have studied the influence of the photocatalytic form on the water splitting process, in the second we have produced and characterized fluorescent carbon nanoparticles and, in the thirth, a random laser of tantalum oxide nanotubes suspended in a rhodamine solution, was developed. In the first work, we have observed that the hydrogen production by water splitting can be optimized by controlling the form of the nanocatalysts material. Was also observed that in a system where the nanocatalysts have a tubular form, the hydrogen production is almost 6 times greater than in a system of spherical nanocatalysts. Adopting the Rayleigh-Gans theory and a local field solution in a semi-static approach, we determine analytic solutions of the absorption and scattering cross sections for both systems. By those solutions, we modelate the difference on the amount of the hydrogen produced by nanospheres and nanotubes. In the second work, we have produced fluorescent Carbon nanoparticles by laser ablation of graphite in different Ionic Liquids, BMIM-BF4, BMIM-NTf2 and OMI-NTf2. The produced nanoparticles, whith a mean size of 3 and 1.5 nm, presented an intense absorption at the UV region with a tail extended to the IR spectra region. When excited in 355 nm, the nanoparticles presented a broadband fluorescence emission in the visible, becoming white. Lastly, we synthesized tantalum oxide nanotubes that were dispersed in a Rhodamine solution. In this systems we performed measurements of transport mean free path of light and analyzed the emission in function of the pump energy, which resuts at the development of a random laser with incoherent feedback.

Orientador: Alexys Bruno Alfonso / Banca: Jeverson Teodoro Arantes Junior / Banca: Augusto Batagin Neto / Resumo: Gregory H. Wannier, em 1937, introduziu uma representação dos orbitais eletrônicos cristalinos em termos de funções ortogonais localizadas relacionadas com os orbitais atômicos. Posteriormente, tais funções foram denominadas de funções de Wannier. Nos últimos 30 anos, estudos têm apontado um crescente interesse da comunidade científica por estas funções, as quais se apresentam como uma poderosa ferramenta para a investigação de propriedades eletrônicas dos materiais. No presente trabalho, calculamos as funções de Wannier de sistemas nanométricos uni e bidimensionais. Inicialmente abordamos o cumuleno, que consiste em uma cadeia de átomos de carbono equidistantes. As funções de Bloch são obtidas por meio de uma aproximação tight binding e as funções de Wannier, usuais e generalizadas, são calculadas a partir delas. São discutidas as relações entre as funções de Wannier generalizadas obtidas por meio da aproximação tight binding e os orbitais híbridos sp. Isto é explicado mediante um cálculo alternativo das funções de Wannier, com a resolução de um problema de autovalores generalizado. As funções de Wannier das bandas pz do grafeno também são calculadas a partir das funções de Bloch obtidas por meio de uma aproximação tight binding. Elas assemelham-se a um par ligante-antiligante de orbitais moleculares, e suas propriedades de simetria e localização são discutidas. Finalmente, por meio de uma combinação dos pacotes PWscf (baseado em ondas planas e na teoria do funcional da dens... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Gregory H. Wannier, in 1937, introduced a representation of crystalline electronic orbitals in terms of localized orthogonal functions related to the atomic orbitals. Subsequently, these functions were called as Wannier functions. Over the past 30 years, studies have shown a growing interest of the scientific community on these functions, which are presented as a powerful tool to investigate the electronic properties of materials. In this work, we calculate the Wannier functions of one and two-dimensional nanometric systems. Initially, we deal with cumulene, which consists of a chain of equidistant carbon atoms. The Bloch functions are obtained by means of a tight binding approximation, and the standard and the generalized Wannier functions are derived from them. The relations between the generalized Wannier functions and the sp hybrid orbitals is discussed. This is explained through an alternative calculation of the Wannier functions, solving a generalized eigenvalue problem. The pz Wannier functions of graphene are also calculated from the Bloch functions obtained by means of a tight binding approximation. They resemble a bonding-antibonding pair of molecular orbitals, and their symmetry and localization properties are discussed. Finally, by combining the computational codes PWscf (based on plane waves and the Density-functional Theory) and wannier90, the Bloch functions and the maximally localized Wannier functions are calculated for atomic arrangements which are periodic ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

O objetivo deste trabalho é desenvolver e caracterizar filmes de ZnO nanoestruturados com o propósito de se construir um biosensor de glicose. Os filmes foram preparados sobre substratos diferentes (vidro, silício e aço inox), utilizando o método hidrotérmico. A síntese hidrotérmica é um processo relativamente simples e de baixo custo, que uma vez otimizado, é capaz de produzir nanoestruturas de ZnO de alta qualidade. A DRX (Difração de Raios X) foi usada para fornecer a estrutura cristalina dos filmes enquanto que MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) foi empregado para avaliar a morfologia das nanoestruturas obtidas. O XPS (Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por Raios X) permitiu sondar o ambiente químico dos elementos presentes na superfície das amostras. Finalmente foi construído um biosensor de glicose utilizando um filme de ZnO (depositado em aço), sobre o qual foi imobilizada a proteína glicose oxidase (GOx). Os resultados das medidas de voltametria cíclica (VC) mostraram que a GOx aderiu na superfície do filme, e que o sensor desenvolvido foi capaz de detectar a presença de glicose numa solução aquosa. / The purpose of this work is to develop and characterize ZnO nanostructured films in order to build a glucose biosensor. The films were prepared using the hydrothermal method and deposited onto different substrates (glass, silicon and stainless steel). The hydrothermal synthesis is a simple and relatively low cost method, which once optimized, provides high quality nanostructured ZnO. The XRD (X-Ray Diffraction) was used to provide the crystalline structural of the films while SEM (Scanning Electron Microscopy) was applied to evaluate the morphology of the resulting nanostructures. The XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) allowed to probe the chemical environment of the elements present at the samples’ surface. Finally, a glucose sensor was made by using the well characterized ZnO film (deposited on steel) on top of which the protein glucose oxidase (GOx) was immobilized. The cyclic voltammetry (CV) results showed that the GOx was indeed fixed at the film, and that the developed biosensor was capable of detecting the presence of glucose in aqueous solution.