Orientador: Iris Concepcion Linares de Torriani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T13:36:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aguero_OscarEnrique_D.pdf: 9568417 bytes, checksum: db4b9632a94f1d1cb2691c4eeb1404ec (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Uma serie de compostos ineditos ou pouco estudados foram sintetizados e as propriedades físicas foram estudadas usando difração de raios X e medidas magneticas em função da temperatura. Neste tipo de compostos as propriedades estruturais estão fortemente correlacionadas com as propriedades magnéticas e de transporte. Neste trabalho apresentaremos a síntese, caracterização estrutural e magnética de ligas metálicas nanoestruturadas de Cu-Fe, compostos intermetálicos R3M4Sn13(R= terra rara, M= Co e Ir), e cobaltitas (Nd1-xC axCoO3 e GdBaCo2O5,5). Parâmetros de cela, tamanho de domínios e tensões de ligas nanoestruturadas Cu1-xFex (0<x<0,5) preparadas por ball-milling foram determinados usando difração de pó. Todos as amostras apresentam a estrutura FCC do Cu. Os parâmetros de cela aumentam com x. Usando métodos de análise do perfil de difração (largura integrada e Warren-Averbach), determinamos o tamanho dos domínios cristalinos e tensões na rede. O tamanho dos domínios decresce e as tensões aumentam com x. As estruturas cristalinas dos compostos R3M4Sn13(R= terra rara, M= Co e Ir) foram determinadas por difração de monocristais à temperatura ambiente. Todos os compostos R3C o4Sn13 e Eu3I r4Sn13 cristalizam com uma cela cúbica Pm-3n, com parâmetros de cela a~ 9,5- 9,8 Å. Os compostos R3I r4Sn13 (R= La, Ce, Pr, Nd) apresentam uma superestrutura cúbica de corpo centrado com a¿~2a. Os compostos de Yb e Eu mostram um comportamento anômalo associado a um estado de valência diferente das outras terras raras. Estudos de difração de pó a baixas temperaturas para os compostos R3Co4Sn13 (R= La, Ce, Pr, Nd e Gd) mostram uma transição abaixo de T=150 K para uma superestrutura cúbica de corpo centrado com parâmetro de cela a¿~2a. Os compostos R3Ir4Sn13 não apresentam transições de fase até 20 K. As propriedades estruturais e magnéticas das cobaltitas Nd1-xCaxCoO3 (0 =x =0,4), foram estudadas usando difração de pó, magnetização dc e susceptibilidade ac em função da temperatura (2-800 K). Todos os compostos cristalizam com uma estrutura ortorrômbica (Pnma) no intervalo de temperatura estudado (20-800 K). Para x =0,1 o sistema mostra um comportamento paramagnético até 2 K, com os íons Co3+ e Co 4+ em estados de baixo spin (LS) para T<180 K. Para 0,2 =x =0,4, duas transições magnéticas são observadas para T<60 K. Estas transições estão associadas a estados de "spin glass" ou "cluster glass". Um diagrama de fases magnéticas e de estados de spin foi construído e comparado com outros sistemas similares. Foi realizada a síntese do composto GdBaCo2O5,50 e estudadas as propriedades estruturais e de transporte em função da temperatura (2-800 K). Sucessivas transições de fase magnéticas foram observadas a: TPM= 70 K, TN~ 260 K; TC~ 273 K. Observamos uma transição metal isolante a TMI~ 360 K, simultânea com uma transição de spin dos íons de Co3+ . Os resultados magnéticos são compatíveis com estados de spin: 50%Co3+ (IS)+50% Co3+ (LS) para T<TMI e 50% Co3+ (IS)+50% Co3+ (HS) para T > TMI. Estudos estruturais usando difração de pó com fonte convencional e luz de síncrotron, mostram que a TMI uma transição de spin LS ÎHS ocorre para os íons Co3+ nos octaedros. Uma transição ortorrômbica-tetragonal, de tipo ordem-desordem, foi observada a TOD~ 760 K / Abstract: A series of new compounds have been synthesized and their physical properties studied using X-ray diffraction and magnetic measurements as a function of temperature. In this type of compounds, structural properties are strongly correlated with their magnetic and transport properties. In this work we present details of the synthesis as well as the structural and magnetic characterization of nanostructured metallic alloys (Cu-Fe), intermetallic compounds of the type R3M4Sn13 (R=rare earth, M= Co, Ir), and the cobaltates Nd1-xCaxCo03 and GdBaCo2O5,5. The lattice parameters, crystallite size and lattice strain of nanostructured Cu1-xFex(0< x <0,5) alloys prepared by the ball milling method were determined from X-ray powder diffraction analysis. All samples present the Cu FCC structure. The lattice parameter of the Cu1-xFex phases increases with x. The X-ray diffraction peaks were analyzed using the Warren-Averbach and Integral Breadth methods. The crystallite size decreases and the lattice strain increases with Fe concentration. Crystal structures of the R3M4Sn13 (R= rare earth, M=Co, Ir) intermetallic compounds were determined from single crystal X-ray diffraction at room temperature. All R3Co4Sn13 and Eu3Ir4Sn13 compounds crystallize in the cubic Pm-3n space group with cell parameters a~9,5-9,7 ÿ. The R3IrSn13(R= La, Ce, Pr, Nd) compounds present a body centered cubic superstructure with aÂ' ~2a. In this series, the Yb and Eu compounds exhibit an anomalous behavior associated to valence states different from those of the other rare earths. Low temperature X-ray powder diffraction studies for R3Co4S n13(R= La, Ce, Pr, Nd and Gd) show a phase transition below 150 K from a simple cubic to a body centered cubic superstructure with cell parameter aÂ'~ 2 a. The temperature of the phase transition decreases with the rare earth ionic radii. No phase transitions were observed for the R3Ir4Sn13 series for temperatures down to 20 K. The structural and magnetic properties of the cobaltates Nd1-xCaxCoO3(0 =x =0,4), were studied using powder X-ray diffraction, dc magnetization and ac susceptibility measurements as a function of temperature (2-800 K). All compounds crystallize with an orthorhombic (Pnma) structure in the temperature range (20- 800 K). For x =0,1 the Nd1-xCaxCoO3system shows a paramagnetic behavior down to 2 K, with the Co3+e Co4+ions in low spin state (LS) for T<180 K. For 0,2 =x =0,4, two magnetic transitions were observed for T<60 K. These transitions are associated to a spin or cluster glass states. A magnetic phase and spin state diagram was constructed for comparison with similar systems. The compound GdBaCo2 O5.50was synthesized and the structural and transport properties were studied as a function of temperature [2-800 K]. Successive magnetic phase transitions were observed: TPM= 70 K, TN~ 260 K; TC~ 273 K. A metal-insulator transition is observed at TMI~ 360 K, with a simultaneous spin transition of the Co 3+ions. The magnetic measurements results are compatible with the spin states 50%Co3+(IS)+50% Co3+(LS) for T<TMI and 50%Co3+(IS)+50%Co3+(HS) for T>TMI. Structural studies using powder diffraction with a conventional X-ray source and synchrotron radiation show that the LS Ã?HS spin state transition occurs only for the Co3+ions in the octahedrons. An orthorhombic-tetragonal transition of the order-disorder type was observed at TOD~ 760 K / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Na primeira parte desta dissertação, nos concentramos na utilização de uma abordagem baseada na remoção oxidativa controlada de sementes/núcleos promovida pela adição de HCl na síntese poliol de nanofios de prata (Ag). Isto possibilitou um controle fino sobre a espessura dos nanofios gerados na faixa de de 65 a 765 nm, no qual as larguras obtidos apresentaram um aumento linear em função do aumento na concentração de HCl utilizado na reacção. Embora a largura também se mostrou dependente de outros parâmetros experimentais, tais como a concentração de AgNO3 e polivinilpirrolidona (PVP) e temperatura, remoção oxidativa promovida por HCl possibilitou o controle sobre uma faixa de tamanhos mais ampla. Também investigamos as propriedades ópticas dos nanofios de Ag em função do seu tamanho e sua aplicabilidade como substratos para detecção atraves do fenômeno de espalhamento Raman intensificado por superfície (SERS). Na segunda parte deste trabalho, nanotubos de Ag-Au, Ag-Pt e Ag-Pd contendo morfologias de superfície controladas foram obtidos através da reação de substituicão galvânica entre os nanofios de Ag e íons AuCl4-, PtCl62-, e PdCl42-, respectivamente. Nesse caso, superfícies lisas foram obtidas a 100 oC enquanto superfícies rugosas foram observadas a temperatura ambiente. Mostramos ainda que superfícies lisas também puderam ser obtidas usando-se uma solução saturada de NaCl como solvente durante a reação galvânica. Na terceira parte deste trabalho, investigamos o efeito da excitação da ressonância plasmônica de superfície (SPR) nos nanofios de Ag sobre a atividade catalítica frente a redução do 4-nitrofenol. Contudo, nossos resultados mostraram um queda da atividade catalítica pela excitação SPR, mostrando que a excitação do SPR também pode levar a efeitos detrimentais sobre a atividade catalítica dependendo do mecanismo de reação estudado e natureza de intermediários na etapa determinante da velocidade de reação. Como as propriedades de nanoestruturas metálicas são fortemente dependentes de tamanho, forma e composição, acreditamos que os resultados apresentados aqui relatados podem ter implicações importantes para o design de nanomateriais unidimensionais com características/propriedades desejadas para aplicações em diversas áreas, incluindo óptica e catalise. / In the first part of this thesis, we focused on the utilization of an approach based on controlled oxidative etching for the removal of seeds/nuclei promoted by the addition of HCl in the polyol synthesis of silver nanowires (Ag). This allowed a precise control over the width of the Ag nanowires in the 65-765 nm range. In this case, the widths showed a linear increase with the HCl concentration employed in the reaction. While the width was also dependent on other experimental parameters such as the concentration of AgNO3 and polyvinylpyrrolidone (PVP) as well as the temperature, oxidative etching promoted by HCl enabled the control over a wider range of sizes. We also investigated the optical properties of Ag nanowires as a function of their size and their applications as substrates for surface enhanced Raman scattering (SERS). In the second part of this work, Ag-Au, Ag-Pt, and Ag-Pd nanotubes displaying controlled surface morphologies were obtained by galvanic replacement reaction between the Ag nanowires and AuCl4-, PtCl62-, e PdCl42- ions, respectively. In this case, while smooth surfaces were obtained at 100 °C, rough surfaces were observed at room temperature. We also showed that smooth surfaces could be obtained by using a saturated solution of NaCl as the solvent during the galvanic reaction. Finally, in the third part of this study, we investigated the effect of surface plasmon resonance (SPR) excitation on Ag nanowires over the catalytic activity towards the 4-nitrophenol reduction. However, our results indicated a drop in catalytic activity with SPR excitation, showing that the SPR excitation can also lead to detrimental effects on the catalytic activity depending on the nature of the chemical reaction mechanism and intermediates in the rate-determining step of the reaction. As properties in metallic nanostructures are strongly dependent on size, shape and composition, we believe that the results reported here may have important implications for the design of one-dimensional nanomaterials design with desired features/properties for applications in various fields that include optics and catalysis.

Neste trabalho utilizamos métodos computacionais ab initio, baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), para simular em nível atomístico propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas de nanoestruturas de grafeno. Estudamos nanoflocos de grafeno (GNFs) em estado pristino e GNFs com defeitos intrínsecos (monovacância, divacância e Stone-Wales). Escolhemos GNFs com diferentes terminações e formas, e estudamos também empilhamentos duplos - biflocos - em diferentes composições. Empregamos dois enfoques diferentes de DFT, a aproximação de gradiente generalizado simples no nível teórico de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE), e PBE híbrida (PBEh), incorporando uma fração de troca de Hartree-Fock. Todos os cálculos foram realizados através do código all-electron AIMS, incluindo correções de van der Waals. Nossos GNFs foram escolhidos com simetrias específicas: D2h, D3h e D6h, e com diferentes bordas, armchair (AC), zigue-zague (ZZ) e misturas das duas. Os flocos hexagonais D6h apresentam um gap de energia e nao apresentam spin, enquanto flocos perfeitos com bordas zigue-zague e mistas apresentam spin intrínseco. Esse spin não nulo é devido à diferença no numero de átomos entre uma e outra subrede do grafeno (Liebs imbalance). Defeitos em materiais de carbono sao frequentes, e tem sido estudados experimental e teoricamente. Aqui, estudamos a monovaçancia, através de modelos de cluster e supercélulas, e obtemos para esse defeito o momento magnético de = 2B, (B ´e o magneton de Bohr). Mostramos que as diferenças entre resultados anteriores são oriundas do erro de auto-interação presente na DFT simples, amenizado através do uso de PBEh. Através da mesma metodologia estudamos a interação de nanoestruturas de grafeno com moléculas de água, focalizando em propriedades estruturais. A grafite é um material hidrofóbico, mas a nanoestrutura poderia favorecer a interação com a água. Obtemos que pequenos agregados de água são adsorvidos na superfície de GNFs e biflocos, entretanto a inclusão desses agregados na região interna dos biflocos é altamente desfavorável. Assim podemos esperar que essas nanoestruturas empilhadas sejam também hidrofóbicas. / In this work, computational ab initio methods based on density functional theory (DFT) are used to simulate on an atomistic level the structural, electronic and magnetic properties of graphene nanostructures. We study pristine graphene nanoflakes (GNFs), and GNFs with intrinsic defects (monovacancy, divacancy, Stone-Wales). We design GNFs with different terminations and shapes and also studied stacked forms -biflakes- in different compositions. We employed two DFT approaches, plain generalized gradient approximation in the Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) level of the theory, and hybrid PBE (PBEh) incorporating a fraction of Hartree-Fock exchange. All calculations were performed with the all-electron code AIMS, including van der Waals corrections. Our GNFs were chosen from three symmetry groups: D2h, D3h and D6h, and with different edges, armchair (AC), zigzag (ZZ) and a mixture of both. Our chosen D6h- hexagonal flakes present an energy gap and no spin, while perfect trigonal zigzag and mixed edges GNFs have an intrinsic spin. This non-zero spin is due to the graphene sublattice imbalance (Liebs imbalance). Defects are common in carbon materials, and have been experimentally and theoretically studied in graphene. Here, the single vacancy in graphene was studied, by cluster and supercell approaches, finding that the vacancy induces a magnetic moment = 2B (Bohr magneton). We show that conflicting results for the magnetic moment coming from theoretical studies come from the self-interaction error present in plain PBE, cured through the use of PBEh. Using the same methodology we studied the interaction of carbon nanostructures with water molecules, focusing on structural properties. Graphite is a hydrophobic material but nanostructuring could favor the interaction with water. We obtained that small water groups are adsorbed on the surface of GNFs and biflakes, however the inclusion of these groups in the internal region of biflakes is highly unfavorable, thus we can expect these stacked nanostructures to be also hydrophobic.

Orientador: Ronei Jesus Poppi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T17:49:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MamianLopez_MonicaBenicia_D.pdf: 23169913 bytes, checksum: cf40556e2a6f09ccb3f2b2bf36b0b234 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Foi utilizada a espectroscopia Raman amplificada por superfície SERS, em conjunto com ferramentas quimiométricas de resolução de curvas e alguns algoritmos complementares, em quatro aplicações analíticas que incluíram imagem SERS, monitoramento de um sistema dinâmico multicomponente e quantificação de nicotina e moxifloxacina em urina. Como intensificadores do sinal foram empregados um sistema coloidal de ouro, sintetizado segundo o método de Lee-Miesel e um substrato sólido comercial de ouro nanoestruturado / Abstract: In this work, four chemometric-assisted analytical procedures using surface-enhanced Raman spectroscopy are proposed. A multivariate curve resolution method in conjuction with others algorithms were employed to quantify the alkalloid nicotine in presence of two related compounds; determinate the antibiotic moxifloxacin in urine and to study its photolyitic degradation. Besides, SERS imaging was applied to study the paracetamol distribution in polymeric films. As SERS enhancers were used colloidal gold and a nanostructured gold substrate / Doutorado / Quimica Analitica / Doutora em Ciências

Orientador: Daniela Zanchet / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T16:45:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leite_MarinaSoares_M.pdf: 8993425 bytes, checksum: d5f840823be37847f365bda8db9ed578 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: O estudo do arranjo atômico em nanopartículas (NPs) é um problema interessante em metais nobres, como Ag e Au, devido às transições estruturais com o tamanho e tendo em vista sua influência nas propriedades do sistema. Nesse trabalho estudou-se NPs de Ag e Au sintetizadas quimicamente ¿ com diâmetro entre 2 e 10 nm ¿ recobertas por moléculas orgânicas (ligante). O principal objetivo desse projeto foi comparar estruturalmente NPs de Ag e Au, buscando entender os possíveis fatores que afetam a formação das NPs. O trabalho foi divido em duas etapas: a obtenção de amostras em diferentes condições experimentais e a caracterização estrutural das mesmas. As técnicas usadas na determinação do tamanho médio das NPs foram: Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos (SAXS). No estudo da estrutura, utilizou-se TEM de Alta Resolução (HRTEM) e Difração de Raios X (XRD). A associação de técnicas de caracterização direta e local, como (HR)TEM, com técnicas que dão medidas estatísticas (SAXS, XRD) se mostrou fundamental no decorrer desse estudo. Sintetizando NPs de Ag e Au nas mesmas condições experimentais verificou-se que o diâmetro das NPs de Ag são sempre maiores (aproximadamente 4 nm para Ag e 2 nm para Au). Uma possibilidade para explicar esse resultado é a ligação metal-ligante ser mais forte no Au-S, dificultando o crescimento das NPs. Outra hipótese é que os mecanismos envolvidos na formação das NPs de Ag e Au sejam diferentes; algumas evidências indicam que as NPs de Ag podem ser formadas a partir de micelas. HRTEM mostrou que todas as amostras apresentam uma distribuição de estruturas. Mostrou-se que NPs de Ag e Au formam, preferencialmente, estruturas FCC com planos de defeito e decaedros (DEC), respectivamente. A formação dessas estruturas tem origens distintas. Nas NPs de Ag, a cinética de reação é responsável pelo caráter HCP das NPs, já que a estrutura FCC perfeita é esperada para NPs com mais de 4,0 nm. Nas NPs de Au os DEC são as estruturas mais prováveis, mostrando que a cinética tem um efeito menor. Esse trabalho mostrou que sínteses em diferentes condições experimentais podem induzir a formação de estruturas distintas e que materiais similares podem se comportar de maneira diferente em escala nanométrica. O estudo da influência da estrutura nas outras características do sistema, como a morfologia, pode levar à obtenção de materiais com propriedades únicas e, conseqüentemente, o desenvolvimento de novas tecnologias / Abstract: The atomic arrangement in nanoparticles (NPs) is an interesting problem in noble metals, such as Ag and Au, since structural transitions may occur in the nanoscale regime and influence system properties. Here, it is presented the results in the chemical synthesis of Ag and Au NPs, in the range of 2 - 10 nm in diameter, capped by organic molecules (ligand). The main goal of this project has been to compare Ag and Au NPs from the structural point of view, understanding the parameters that affect NP growth. The project was realized in two steps: NP synthesis in different experimental conditions and their structural characterization. For the size distribution determination Transmission Electron Microscopy (TEM) and Small Angle X Ray Scattering (SAXS) have been used. High Resolution TEM (HRTEM) and X Ray Diffraction (XRD) have been applied for structural investigations. The association of local techniques, such as (HR)TEM, with statistical ones (SAXS, XRD) have been very important in this work. Using the same synthesis conditions, Ag NP always present larger diameters than Au ones (approximately 4 nm for Ag and 2 nm for Au). A possible mechanism to explain this result is the metal-ligand interaction, which seems to be stronger in Au, slowing down their growth. Another hypothesis is that Ag and Au NPs formation follow different process. Some evidences suggest that Ag NPs may be formed inside micelles HRTEM has shown that a structure distribution exist in all samples. However, Ag NPs have the tendency to form FCC with stacking faults whereas Au ones form preferentially decahedra (DEC). The distinct atomic arrangements in Ag and Au NPs have different origins. In Ag NPs, kinetics reaction induces the HCP character, since the perfect FCC structure is expected for NPs larger than 4.0 nm. DEC is the expected structures in Au NPs of approximately 2 nm, suggesting that kinetics plays a minor role. This work has pointed out that different experimental conditions may lead to different structures and that similar bulk materials may be different at nanoscale. The study of structure effect in other NPs attributes, such as morphology, may lead to the generation of materials with unique properties and, as a result, the development of new technologies / Mestrado / Física / Mestra em Física

Orientador: Vitor Baranauskas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-24T16:43:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parizotto_NivaldoAntonio_D.pdf: 13997717 bytes, checksum: 8e9a437c14abb40ef0dc13dfec1c96bc (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho apresenta uma série de resultados referentes a utilização da Microscopia de Força Atômica (MFA) em aplicações na observação de materiais biológicos, comprovando sua eficácia como importante método para investigação de variados fenômenos, A estrutura molecular do colágeno do tendão de rato foi utilizado como modelo de reparação teciduaL Utilizou-se laser de ReNe (6 mW) como recurso no intuito de promover ou facilitar a cicatrização e se analisou por meio da MFA, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR), estes últimos com objetivos de dar um panorama de menor ampliação do tecido em reparação e avaliar os aspectos das possíveis modificações bioquímicas na estrutura das moléculas de colágeno, respectivamente. A MEV mostrou evidências de melhor organização na reparação do tendão nos animais tratados com o laser de ReNe, acelerando-a em relação aos animais controle, não tratados. Os animais tratados pelo laser com diferentes doses, mostrou sinais de aceleração do processo na dependência da dose. As doses que foram mais eficientes foram 5 J/cm2, 50 J/cm2e 0,5 J/cm2 considerados em ordem decrescente. Tais resultados foram corroborados com a MFA, repetindo as características de auto enrolamento, mesmo quando observado em resoluções maiores. Não houve modificações dignas de nota quando comparados os resultados obtidos com FT-IR. Provavelmente houve alguma falha na preparação das amostra para este objetivo, uma vez que as amostras eram as mesmas preparadas para análises no MFA... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Some works were seem results by use of Atomic Force Microscopy (AFM) in biological applications. This method of investigation has been aproved in some kinds of biological analysis. The collagen molecular structure of rat tendon were used as a model of tissue repair. The HeNe laser (CW power = 6 mW) were applied to promote or stimulate the wound repair. We analised this phenomenon by Atomic Force Microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Infrared Spectroscopy (FT-IR). The SEM has low amplificationin the image and can show the repair tissue and the FTIR revealed the biochemical changes in the collagen molecule structure. The SEM image show best tendon repair in HeNe laser treated animals than controls, no treated, specially in the rate of organization. AlI treated groups exhibited faster tendon repair than for the control groups, but the dose of laser is very important in this way. The best doses were in decreasing order 5J/cm2, 50 J/cm2 and 0,5 J/cm2. These results were confirmed with AFM, which presents coiling formatoIn the results, FT-IR exhibits no differences in the groups of animals. The phenomena of best collagen molecule order, raise in fiber diameter, collagen bundle to grow thick and raise the azimutal axis are several of evidence to support the idea of positive laser action in collagen molecule. Probably the laser radiation play as a signal in extracellular matrix for the fibrillar structural changes, that occur after the coherent electromagnetic field interaction with collagen molecules... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Monica Alonso Cotta / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:49:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bortoleto_JoseRobertoRibeiro_D.pdf: 16802950 bytes, checksum: 1ef2bf92db0b00f30e5db9c5e3e3f34d (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho estudamos os mecanismos de crescimento durante a epitaxia de estruturas III-V baseadas na liga InP. Em particular, o principal objetivo foi correlacionar os mecanismos cinéticos durante a nucleação de nanoestruturas auto-formadas com as propriedades estruturais da camada que serve de substrato. Todas as amostras foram crescidas usando um sistema de epitaxia por feixe químico (CBE). De forma geral as amostras foram caracterizadas usando microscopia de força atômica (AFM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de elétrons de alta energia (RHEED) e difração de raios-X. Na primeira parte deste trabalho correlacionamos as mudanças morfológicas nos filmes homoepitaxiais de InP com o padrão de RHEED exibido durante o crescimento epitaxial. Mostramos que as mudanças morfológicas de 3D para 2D com os parâmetros de crescimento estão diretamente relacionadas com as reconstruções superficiais 2x1 e 2x4, respectivamente. Além disso, indicamos que a formação de defeitos morfológicos é devido à dimerização In-P, através da ativação local do mecanismo de bias na difusão. Por outro lado, também investigamos o efeito dos parâmetros de crescimento (temperatura, taxa de crescimento e quantidade de material) na nucleação e auto-formação de ilhas de InP sobre InGaP/GaAs. Na segunda parte desta tese concentramos nossa atenção no efeito das propriedades da camada buffer de InGaP sobre nanoestruturas auto-formadas, principalmente sobre a sua organização espacial. Para tanto, em primeiro lugar, investigamos as propriedades de bulk da liga de InGaP e a dependência com os parâmetros de crescimento. Nossos resultados mostram que o InGaP exibe tanto ordenamento atômico de rede quanto modulação de composição. Estes dois fenômenos estão correlacionados com o tipo de reconstrução superficial. Em específico, a liga de InGaP apresenta ordenamento CuPtB quando a superfície exibe reconstrução superficial 2x1, conforme descrito na literatura. Por outro lado, a reconstrução superficial 2x4 desempenha um papel importante no fenômeno de modulação de composição. De fato, tanto a modulação de composição quanto a morfologia superficial do filme depende dos mecanismos cinéticos de superfície, que envolvem tanto os átomos adsorvidos de In quanto de Ga. Por fim mostramos que a modulação de composição na liga de InGaP pode organizar espacialmente a nucleação de ilhas de InP em uma rede quadrada. Além disso, mostramos que é possível criar redes bidimensionais de pontos quânticos de InAs/GaAs a partir do arranjo espacialmente ordenado das ilhas de InP/InGaP / Abstract: In this work we study the growth mechanisms during epitaxy of III-V structures based on InP. The main goal was to correlate the kinetic mechanisms during nucleation of self-assembled nanostructures with the bulk properties of the buffer layer. All samples were grown by chemical beam epitaxy (CBE) and characterized using atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), reflection high-energy electron diffraction (RHEED) and X-ray diffraction. In the first part of this work we correlate the morphological changes in homoepitaxial InP films with the RHEED pattern during growth process. We show that the morphological transition from 3D to 2D with growth parameters is related to changes in surface reconstruction, from 2x1 to 2x4. Moreover, we point out that the formation of morphological defects is due to mixed In-P dimerization, via the local activation of the diffusion bias mechanism. On the other hand, we also investigate the influence of the growth parameters (temperature, growth rate and amount of deposited material) on the nucleation and selfassembly of InP islands grown on InGaP/GaAs layers. In the second part of this work we concentrate our attention on the InGaP bulk properties, and their effect on the self-assembled InP nanostructures, mainly regarding their spatial ordering. In this way, we first investigate the dependence of InGaP bulk properties with the growth parameters. Our results show that our InGaP layers exhibit atomic ordering as well as compositional modulation. Both phenomena are correlated to the surface reconstruction exhibited by the InGaP surface during growth process. The InGaP alloy presents CuPtB atomic ordering when the RHEED pattern shows 2x1 reconstruction, in agreement with reports in literature. On the other hand, the 2x4-type reconstruction plays an important role in the compositional modulation phenomena. Actually, both compositional modulation and surface morphology of InGaP films depend on surface kinetic mechanisms, and thus on In and Ga adatom mobilities. At last we show that the compositional modulation in the InGaP alloy can be used to organize spatially the InP islands in a square lattice. Moreover, we point out that it is possible to produce bidimensional lattices of InAs/GaAs quantum dots starting from a template of laterally organized InP/InGaP nanostructures / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Marisa Masumi Beppu / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T11:40:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vasconcellos_FernandodaCruz_D.pdf: 16906370 bytes, checksum: f307344fa0f9ccb976c0dbb73c5bf226 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O trabalho trata da produção de filmes nanoestruturados multicamadas de biopolímeros sobre substratos sólidos com a técnica de deposição layer-by-layer (LbL). A técnica de montagem layer-by-layer é uma ferramenta adequada para produção controlada de filmes de multicamadas com propriedades importantes tais como: a biocompatibilidade, a biodegrabilidade, a baixa toxicidade, a hidrofilicidade e a baixa citotoxicidade, concedendo a estes filmes grande versalitidade em suas aplicações. O foco principal da pesquisa foi estudar multicamadas dos polieletrólitos naturais quitosana e ácido hialurônico e sua aplicabilidade para: 1) promover a adesão de linfócitos B, 2) gerar superfícies antibacterianas. Os testes da preparação e o estudo da variação de parâmetros de montagem de filmes dos biopolímeros, assim como sua caracterização foram úteis para a avaliação dessas aplicações. O estudo também incluiu a produção de filmes multicamadas contendo outros biopolímeros (alginato de sódio e carboximetilcelulose), assim como polímeros sintéticos e nanopartículas. A caracterização dos filmes envolveu diversas técnicas de análise, dentre elas: microscopia de força atômica (MFA), que permitiu obter informações sobre a topologia e elasticidade dos filmes, e microbalança de cristal de quartzo com dissipação (QCM-D), que permitiu fazer uma análise em tempo real das características dos filmes durante a deposição dos biopolímeros. Os resultados obtidos neste trabalho mostram a viabilidade da fabricação de filmes multicamadas a base de biopolímeros para uso na imobilização de linfócitos B. Os resultados mapeiam e otimizam as variáveis de preparação dos filmes de multicamadas dos polieletrólitos (PEMs) de HA e CHI através do pH, força iônica, e última camada depositada, que influenciam a imobilização seletiva dos linfócitos. Estes filmes exploram as interações CD44-ácido hialurônico sem a necessidade de utilização de reações químicas agressivas e promovem a adesão seletiva de linfócitos assegurando a viabilidade, habilidade de replicação e funções dos linfócitos, após a imobilização. Filmes assim construídos tem aplicação em biossensores a base de células, engenharia do sistema imune, sistemas de diagnóstico e tratamento de doenças entre outras. Os resultados mostraram também que a técnica LbL é viável para a construção de superfícies antibacterianas. As propriedades antibacterianas e de imobilização de linfócitos da superfície desses filmes são passíveis de aplicações biotecnológicas / Abstract: This thesis is on the production of biopolymer nanostructured multilayered thin films deposited on solid substrates utilizing the layer-by-layer (LbL) deposition technique. The layer-by- layer deposition technique of assembly is a simple yet versatile and powerful tool for the controlled production of biopolymer multilayered thin films carrying important properties, such as: biocompatibility, biodegradability, low toxicity, hydrophilicity, low cytotoxicity, which entice them as candidates for a wide variety of applications. The main focus of the research was the study of natural biopolymer polyelectrolytes such as chitosan and hyaluronic acid, and their applicability in: 1) promoting the adhesion of B lymphocytes, and 2) generating antibacterial surfaces. The film preparation process in itself and the study of the film properties as a function of deposition parameters, such as pH and ionic strength, during assembly, were very important in tailoring the multilayer film for specific applications. The study also included the production of multilayered films composed by other biopolymers (sodium alginate, carboxymethylcellulose), as well as by synthetic polymers and nanoparticles. The characterization of the films involved various techniques, such as: atomic force microscopy (AFM) - which allowed the acquisition of information regarding film topology and elasticity, and the quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D), which permitted an analysis, in real time, of the film characteristics during deposition of the biopolymers. The results obtained in this work show the feasibility of fabricating multilayered thin films based on biopolymers for their use in the adhesion of B lymphocytes. The results map out and optimize the preparation of polyelectrolyte multilayered (PEMs) composed of HA and CHI through the variation of pH, ionic strength, and choice of last layer deposited, all factors that influence the selective immobilization of lymphocytes. These films explore the CD44- hyaluronic acid interactions without the use of aggressive chemical reactions to promote the selective adhesion of lymphocytes, maintaining their viability, meaning, maintaining their ability to replicate and their native functions after being immobilized. The results also show the feasibility of the LbL technique in producing biopolymer films having antibacterial properties. Both film characteristics - the adhesion and the antibacterial properties - find applicability in the area of bionanotechnology. These films may be used in the fabrication of cell based sensors, in immune system engineering, in diagnostics systems and in disease treatments, among others / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Fernando Iikawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T10:28:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gadret_EvertonGeiger_M.pdf: 38585296 bytes, checksum: 3da598e65313d603b738c440498d2858 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho foram estudadas as propriedades ópticas de nanofios de InP crescidos pelo método Vapor-Liquid-Solid (VLS) no sistema Chemical Beam Epitaxy (CBE) através da técnica de micro-fotoluminescência variando parâmetros de medida, tais como potência de excitação, polarização do sinal emitido e temperatura da amostra. Devido à formação de politipismo (InP nas fases cúbica, do tipo blenda de zinco (ZB), e hexagonal, do tipo wurtzita (WZ)) esta estrutura se torna interessante sob o ponto de vista das propriedades ópticas, devido às interfaces InP¿ZB/InP¿WZ do tipo II. Notamos que há poucas informações na literatura a respeito da estrutura eletrônica do InP na fase wurtzita porque esta fase só foi relatada em nanofios. Concentramos, assim, nossa investigação sobre a estrutura eletrônica de nanofios que contenham ambas as fases. Identificamos emissões ópticas dos poços quânticos tipo II em nanofios de InP assim como emissões envolvendo impurezas aceitadoras rasas e recombinação no gap do InP¿WZ. A emissão óptica dos poços quânticos tipo II é dominante a baixas temperaturas, abaixo de 100K, e está entre 1,44 e 1,46eV a 10K. O comportamento desta emissão como função da temperatura, potência de excitação e polarização da luz está de acordo com a estrutura proposta e é confirmada por imagem de microscopia eletrônica de transmissão (TEM). A emissão óptica da impureza rasa está ~ 43meV abaixo da emissão do poço quântico, valor bem próximo do carbono aceitador no InP na fase cúbica. A emissão óptica associada ao InP¿WZ em 1,49eV (10K) foi observada a temperaturas de 10K a 300K, em concordância com resultados relatados na literatura. Observamos também transição óptica relacionada a portadores localizados nas barreiras dos poços quânticos a temperaturas mais altas, acima de 150K. / Abstract: Optical properties of InP nanowires grown by Vapor-Liquid-Solid (VLS) method in a Chemical Beam Epitaxy system were investigated by using micro-photoluminescence spectroscopy varying experimental parameters such as excitation power, emitted signal polarization and sample temperature. Due to polytypism (InP in cubic, zincblende (ZB), and hexagonal, wurtzite (WZ) phases), this structure becomes interesting by the point of view of optical properties, due to type¿II InP¿ZB/InP¿WZ interfaces. We have noticed that there are few informations in the literature about electronic structures of InP in wurtzite phase, because this phase has been only reported in nanowires. We focused, thus, our investigation about electronic structure of nanowires having both structural phases. We identified optical emissions from type II quantum wells in InP nanowires as well as emissions involving shallow acceptor impurities and InP¿WZ gap recombination. The type II quantum well optical emission is dominant at low temperatures, below 100K, which is in 1,44 ¿ 1,46eV range at 10K. This emission behavior as function of temperature, excitation power and light polarization is in agreement with the proposed structure and is supported by transmission electronic microscopy (TEM) imagem. The shallow impurity emission is ~ 43meV below the quantum well emission, a value close to the carbon acceptor in InP in cubic phase. The optical emission associated to the InP¿WZ at 1,49eV (10K) was observed from temperatures of 10K to 300K, in agreement with results reported in literature. We also observed an additional optical transition related to the carrier localized at the barriers of the quantum wells at at high temperatures, above 150K. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: José Antônio Brum / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T23:45:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andriolo_HelderFaria_M.pdf: 2066347 bytes, checksum: c0835c5528aa09df816a2dfb45249e5f (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Nesse trabalho estudamos um sistema de GaAs/In_{0.27}Ga_{0.73} As/Al_{0.3}Ga_{0.7}As, intencionalmente dopado com material do tipo-n, em que ocorre a transferência de elétrons, provenientes da dopagem, para o poço quântico de In_{0.27}Ga_{0.73}As, formando um gás de elétrons bidimensional no poço. A seguir o efeito da introdução de pontos quânticos auto-organizados de InAs na estrutura foi analisado. Nossos resultados mostram uma pequena mudança no perfil de potencial da estrutura. O que ocorre após a introdução dos pontos quânticos é, basicamente, uma redistribuição dos elétrons, que agora passam a ocupar o poço quântico e o ponto quântico. Estudamos também as propriedades ópticas, espectros de absorção e emissão, de pontos quânticos acoplados com gás de portadores. Para isso foi necessário estabelecer um método na qual discretizamos o contínuo de níveis energéticos do gás de portadores (elétrons), o método através da cadeia de Wilson foi o utilizado nos cálculos, embora outros dois métodos também tenham sido mostrados. Introduzimos, por fim, um íon de manganês no centro do ponto quântico e calculamos espectros de emissão desse sistema com os níveis do gás elétrons discretizados através da cadeia de Wilson / Abstract: In this work, we study a GaAs/In_{0.27}Ga_{0.73}As/Al_{0.3} Ga_{0.7}As system intentionally doped n-type material, which occurs a transfer of electrons from the doping into In_{0.27}Ga_{0.73}As quantum well, forming a two-dimensional electron gas in the well. Next, the effect of introducing self-assembled InAs quantum dots in the structure was analyzed. Our results show little change in potential profile of the structure. What happens after the introduction of quantum dots is basically a redistribution of electrons, that now occupy the quantum well and quantum dot. We also studied the optical properties, absorption and emission, of quantum dots coupled with carrier gas. This required establishing a method in which discretize the continuous energy levels of the carrier gas (electrons), the method by Wilson chain was used in the calculations, although other two methods also have been shown. Introduced, finally, a manganese ion in the center of the quantum dot, and we calculated emission spectra of this system, with the electron gas levels discretized by Wilson chain / Mestrado / Física / Mestre em Física / 131432/2013 / 2013/25371-1 / CNPQ / FAPESP