[pt] A rápida evolução tecnológica vem acompanhada da necessidade de se obter cada vez mais materiais com melhores desempenhos. Os materiais poliméricos, muito utilizados em nosso cotidiano devido as suas características de boa resistência, boa estabilidade química, fácil processabilidade e baixo custo, ainda são restritos para algumas aplicações devido as suas baixas propriedades mecânicas e térmicas, quando comparados ao aço. A fim de atender a essas características, os materiais compósitos à base de polímeros vêm ganhando um importante espaço. Muito já foi relatado sobre a eficiência da inclusão de cargas em escala nanométrica em uma matriz polimérica, para se obter melhoras nas propriedades térmicas e mecânicas. A poliamida 11, muito utilizada em aplicações offshore como revestimento de risers, é um exemplo de polímero que pode possuir melhores propriedades com a aplicação de reforços. Os nanotubos de titanato apresentam boas características mecânicas com módulo de Young em torno de 230 GPa e se apresentam como uma boa carga para nanocompósitos. Sendo assim, no presente trabalho foram fabricados compósitos à base de poliamida 11 com cargas de nanotubos de titanano (TTNT) e nanopartículas de TiO2. Os nanotubos utilizados possuem estrutura de trititanatos e as nanopartículas são do tipo comercial P-25 e foram utilizadas no intuito de comparar os resultados obtidos com os nanotubos, uma vez que estas possuem uma área superficial bem menor. Os nanocompósitos fabricados (A1, A2, A3 e A4) e a poliamida 11 pura (A0 e Ap) foram submetidos a ensaios de tração, termogravimetria (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foi observada uma melhora significativa nas propriedades mecânicas para as amostras A1 e A3 e nas propriedades térmicas para as amostras A1, A3 e A4, quando comparadas com a poliamida pura. / [en] The fast technological developments comes with the need to obtain more materials combined with better performance. Polimeric materials, commonly used in our daily because of its characteristics of good strength, good chemical stability, easy processability and low cost, are still restricted for some applications owing to their low mechanical and thermal properties compared to steel. In order to improve these characteristics, composite materials based on polymers are gaining an important space. Much has been reported on the effectiveness of inclusion of fillers at nanoscale in a polymer matrix, to obtain improvements in mechanical and thermal properties. The polyamide 11, widely used in offshore applications as coatings of risers, is one example of polymer which can has better properties with the use of reinforcement. The titanate nanotubes exhibit good mechanical properties with Young’s modulus around 230 GPa and appear as good nanocomposite reinforcement. In this study, polyamide 11 composites reinforced with titanate nanotubes (TTNT) and TiO2 nanoparticles were manufactured. The nanotubes used have trititanate structure and the nanoparticles are the commercial type P-25 and were used in order to compare the results with the nanotubes, as the nanoparticles have a smaller surface area. The nanocomposites produced (A1, A2, A3 and A4) and pure polyamide 11 (A0 and Ap) were submitted to tensile tests, thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). A significant improvement on mechanical properties for samples A1 and A3 and for thermal properties in samples A1, A3 and A4 were observed when compared to pure polyamide.

[pt] Foram desenvolvidos nanocompósitos de óxidos dopados com níquel metálico pelo processo Sol-Gel modificado pelo uso do PVA (Álcool Polivinílico) na função de matriz de crescimento dos nanocompósitos. Os precursores dos óxidos foram os nitratos de seus próprios metais. Foram sintetizados três tipos de nanocompósitos óxido de magnésio, óxido de alumínio e óxido de zinco. O trabalho envolveu quatro etapas principais: levantamento bibliográfico, desenvolvimento e caracterização dos nanocompósitos e uso dos nanocompósitos como catalisadores na síntese de nanotubos de carbono. O desenvolvimento dos nanocompósitos foi motivado pela necessidade de materiais com tamanho e estrutura controláveis para emprego como catalisadores pela indústria. Na síntese dos nanocompósitos foi usada uma relação de PVA/ Água de 1/12 que depois foi variada para avaliar a influência sobre a força de hidrólise, a relação entre metal da matriz e níquel metálico foi de 9:1, em porcentagem em massa. Também foi avaliada a influência do surfactante Dodecil Sulfato de sódio (SDS) e do hidróxido de amônio na síntese dos nanocompósitos. Os nanocompósitos sintetizados neste trabalho foram testados como catalisadores no crescimento de nanotubos de carbono pela técnica de High Vacuum Chemical Vapor Deposition (CVD). Os catalisadores utilizados tinham tamanho de cristalito aproximado de 11nm no caso de óxido de magnésio e de 5 nm no caso do óxido de alumínio, o níquel metálico formado nestes suportes estava bem disperso e com dimensões estimadas de 3nm. Nanotubos de carbono de uma camada e mais de uma camada foram obtidas somente quando o suporte do níquel metálico era o óxido de magnésio. Os nanotubos foram caracterizados por Raman e microscopia eletrônica de varredura. / [en] Metallic Nickel and oxide nanocomposite have been developed by Sol-Gel process modified by the use of PVA (polyvinyl alcohol) as a matrix for the growth of the nanocomposites. The oxides precursors were nitrates from their own metal. Three types of oxides were synthetized, magnesium oxide, aluminum oxide and zinc oxide. This work is presented in four sections: literature survey, development and characterization of nanocomposites and the use of nanocomposites as catalysts in the synthesis of carbon nanotubes. The development of these nanocomposites was motivated by the need for materials with controllable size and structure for use as catalysts in industry. The synthesis of the nanocomposites used a ratio of PVA / water of 1/12 that was later varied to evaluate the influence of the force of hydrolysis, the relationship between the matrix oxide metal and metallic nickel was 9:1 in mass percentage. The influence of the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and the ammonium hydroxide was also evaluated in the nanocomposites synthesis. The nanocomposites synthesized in this work were tested as catalysts in the growth of carbon nanotubes by the technique of High Vacuum Chemical Vapor Deposition (CVD). The catalysts used had a crystallite size of approximately 11nm in the case of magnesium oxide and 5 nm in the case of aluminum oxide, metallic nickel formed on these supports was well dispersed with a size of 3nm. Single layer and multiple layer carbon nanotubes were obtained only when magnesium oxide was the nickel substrate. The nanotubes were characterized by Raman and scanning electron microscopy.

[pt] Neste trabalho estudamos a síntese e caracterização de nanotubos de carbono de paredes simples com incorporação de fósforo. Os nanotubos foram produzidos em duas diferentes temperaturas (800 e 850 Graus Celsius), usando um precursor em pó (fase sólida) sem diluição em nenhum liquido. O sistema utilizado na síntese foi o CVD em alto vácuo. Para a caracterização comparamos as amostras incorporadas com SWNTs crescidos com etanol. Usamos a espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons induzida por raios x (XPS) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM) para caracterizar as amostras. A espectroscopia Raman e a microscopia eletrônica de transmissão foram usadas para confirmar a presença de SWNTs na amostra. Encontramos evidencia de que o fósforo foi incorporado nas amostras ao compararmos os espectros Raman dos SWNTs com amostra de referência. A partir dos resultados de XPS, observamos a presença de fósforo ligado a átomos de carbono que nós faz concluir que houve incorporação de fósforo nos nanotubos. / [en] In this work was studied the synthesis and characterization of single wall carbon nanotubes (SWCN) with phosphorus incorporation. The nanotubes were produced in two different temperatures (800 and 850 Degrees Celsius), using a powder precursor (solid phase) without liquid dilution. The system used for the synthesis was High Vacuum Chemical Vapor Deposition (HVCVD). The samples were characterized comparing the samples with phosphorus with SWNT synthetized with ethanol. Raman spectroscopy, x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) on transmission electron microscopy (TEM) were employed to characterize the samples. The Raman spectroscopy and TEM were employed to confirm the presence of SWNT in the samples. We found evidences that phosphorus were incorporated comparing the Raman spectra with the reference sample. The XPS results showed the presence of phosphorus atoms bonded to carbon atoms which make us conclude that the phosphorus were incorporated to the nanotubes.

O principal objetivo dessa dissertação de mestrado é o estudo das propriedades estruturais e eletrônicas de umdosmateriaismais promissores para a nanoeletrônica, os nanotubos de carbono, na presença de defeitos do tipo vacâncias. Os defeitos estudados neste trabalho são as monovacâncias e multivacâncias em nanotubos de carbono armchair (5, 5). Para isso, realizamos cálculos quânticos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade. Primeiramente, foi realizado um estudo sistemático das monovacâncias variando a sua concentração, para que possamos entender qual é a influência da distância entre esses defeitos no sistema. A partir de 14.784Å o efeito do potencial inserido pela vacância praticamente é desprezível. Seguindo essa sistemática, observamos também que a partir de 19.712Å a interação elástica entre defeitos é desprezível. Em todas as estruturas de bandas ocorre o surgimento de bandas de impureza, caracterizadas por uma localização de carga no defeito, principalmente no \"dangling bond\". Utilizando o procedimento NEB (nudge elastic band) obtivemos um valor de 0.55eV para a barreira de migração da vacância. Esse valor fornece um tempo aproximado de 0.156ms a 300K, para que a vacância salte de um sítio para outro na rede do nanotubo. Tendo isso, determinamos que a monovacância é um defeito que apresenta uma grande mobilidade no sistema, o que pode eventualmente ocorrer de uma encontrar-se com outras, formando sistemas maiores, como clusters de monovacâncias ou multivacâncias. Seguindo o nosso objetivo, realizamos um estudo sistemático das multivacâncias. Determinamos todas as reconstruções desses defeitos, nas quais observamos que as multivacâncias de índice par, apresentavam somente pentágonos e uma região central, e em contrapartida as de índice ímpar apresentavam pentágonos, uma região central e um dangling bond na sua estrutura final. Definidas as estruturas e as energias das multivacâncias, calculamos suas propriedades eletrônicas, onde é notório que a influência desses defeitos é muito mais drástica que as monovacâncias, devido a sua grande extensão no sistema. Realizamos cálculos de transporte eletrônico para todos os sistemas, utilizando o método de funções de Green fora do equilíbrio (NEGF-DFT), desenvolvido no nosso grupo. A partir desses cálculos, observamos que todos os defeitos modificam a estrutura eletrônica do sistema, uns mais outros menos, mas até para as multivacâncias maiores como a hexavacância, o sistema mantém o seu caráter metálico. Através das técnicas de funções de Green, mostramos que quando estamos utilizando condições periódicas de contorno há uma surgimento de minigap\'s espúrios. Estes não aparecem quando o vínculo de simetria translacional é quebrado via técnicas de funções de Green. / The main purpose of this dissertation is the study of the electronic and structural properties in the presence of different types of vacancies, in one of the most promising materials for nanoelectronics, carbon nanotubes. The defects studied in this work are monovacancy and multivacancies in (5, 5) armchair carbon nanotubes. For that purpose perform quantum ab initio calculations based on density functional theory (DFT). Firstly, was made a systematic study of monovacancies varying its concentration, so we can understand what is the influence of the distance between these defects in the system. Undergoes reconstruction pentagon nonagon from14.784Å on words the effect of the potential created by the vacancy is practically negligible. Following this systematic approach, we also found that from 19.712Å the structural interaction between the defects tends to zero. In all band structures one observes impurity bands, characterized by charge localization in the defect, mainly in the dangling bond. Using the NEB (nudge elastic band) procedure we obtained a value of 0.55eV for the migration barrier of the monovacancy. This value provides an approximate time of 0.156ms at 300K for the vacancy to jump from one site to another on the nanotube network. Hence, we determined that the monovacancy presents a great mobility in the system, which may possibly inccur in two ore more vacancies merging with others to form a larger defect, such as clusters of monovacancies or a hole multivacancy. Following our goal, we conducted a systematic study of multivacancies. We determined all reconstructions of these defects. We observed that multivacancies with and even number of carbon atoms removed had only pentagons and a central region. In contrast the CNT with and odd numbers of carbon atoms removed have pentagons, a central region and a dangling bond in its final structure. Once we have defined the structures and the energies of the multivacancies, we calculated their electronic properties. It is clear that the influence of these defects is much more drastic than the monovacancy, due to the size of the defect in the system. We calculated the electronic transport for all systems, using a non-equilibrium Green\'s functions method (NEGF-DFT), developed in our group. From these calculations, we observed that all the defects alter the electronic structure of the system, but even for the largest multivacancy, the system maintains its metallic character. Using the Green\'s functions techniques, we show that the use of periodic boundary conditions leads to the emergence of spurious mini-gap\'s. These do not appear when the translational symmetry is broken using Green\'s function approach and a true open system is considered.

Por duas décadas, as nanoestruturas conhecidas como nanotubos de carbono (CNT), tem chamado a atenção de muitos centros de pesquisa, devido a suas propriedades físicas e químicas, que tornam este material uma ferramenta de primeira ordem em diferentes aplicações. Este trabalho pretende pesquisar a fabricação e caracterização destas estruturas, utilizando as técnicas de deposição química a vapor (CVD), e deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD), visto que são as que reportam melhores resultados em termos de qualidade e quantidade, além de facilidade. A pesquisa está encaminhada pelo ajuste fino das variáveis que intervém nestes dois tipos de processo, tais como a temperatura, os gases precursores a usar, seus fluxos, e relação entre eles, o tipo de catalizador etc. assim como das variáveis que só fazem parte de cada processo diferenciado, no caso do CVD as altas temperaturas, e no caso do PECVD a pressão, a potência de RF aplicada para a formação do plasma etc. A forma de avaliar os resultados obtidos foi mediante as técnicas mais idôneas relativas aos nanotubos de carbono, as quais são a microscopia Raman, a microscopia eletrônica tanto de varredura como de transmissão, e a dispersão de raios X. Desta forma pretende-se fazer um trabalho exaustivo com a finalidade de conseguir uma síntese idônea das nanoestruturas de carbono para diferentes tipos de aplicações encaminhadas principalmente a dispositivos elétricos. / For the past two decades, the nanostructures known as carbon nanotubes (CNT), have been the center of attention of many research centers, due mainly to its physical and chemical properties, turning them into a first order tool in many kind of applications. This work pretends to study the fabrication and characterization of these nanostructures, using the chemical vapor deposition (CVD), and the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) techniques, since they are reported as the best ones in terms of quality, quantity and ease of use. The research is routed by the fine tuning of the variables involved in both processes, such as the temperature, the gas precursors, the gas flows, the flow ratio, the metal catalyst etc. as well as the variables involved in just one of the processes, in the case of CVD, the high temperatures, and in the case of PECVD, the pressure, the RF power for plasma formation etc. The way to evaluate the obtained results was through the most suitable techniques relative to CNT analysis , as Raman microscopy, electron microscopy, both scanning and transmission, and x-ray diffraction. Thus we pretend to perform an exhaustive research with the aim to find a synthesis of carbon nanostructures suitable for different kind of applications, routed principally to electronic devices.

A aplicação de nanotubos de carbono em nanotecnologia está condicionada ao controle das propriedades eletrônicas e geométricas das amostras. Recentemente, tem crescido o uso de polímeros conjugados para suspender seletivamente nanotubos semicondutores com uma distribuição estreita de diâmetro. Em 2007, Adrian Nish e colaboradores mostraram que o polímero conjugado poli[9,9-dioctilWuorenil-2,7-diil] (PFO) suspende seletivamente nanotubos semicondutores de cerca de 1,0nm de diâmetro e ângulo quiral próximo de 25. Em seguida, o grupo de Maria Antonietta Loi foi capaz de medir a Wuorescência do PFO envolvido em nanotubos, medindo pela primeira vez as propriedades ópticas de um polímero ao interagir com os nanotubos. Mais recentemente, diversos grupos conseguiram suspender nanotubos semicondutores com diâmetros maiores que 1,0 nm através do enovelamento de polímeros conjugados. Diferentes cadeias principais apresentaram resultados, como homopolímeros derivados dos Wuorenos e tiofenos e copolímeros em que unidades Wuoreno foram combinadas com piridinas, antracenos e outros compostos aromáticos. A natureza da cadeia principal parece ter um papel na seletividade de quiralidades especíVcas. Entretanto, a solubilização de nanotubos de grandes diâmetros com frequência utiliza polímeros com cadeias laterais alquiladas com pelo menos 12 carbonos. Neste trabalho, desenvolvemos um método para simular o espectro de emissão de uma molécula em condições dinâmicas a Vm de capturar a variedade de conformações acessíveis à molécula interagindo com o ambiente. Isso nos permitiu obter um espectro de emissão mais realista. Aplicamos esse método no sistema PFO + nanotubos e observamos, juntamente com uma análise das energias de interação, que o polímero se encontra enrolado em hélice ao redor do tubo e que a interação entre as cadeias laterais rege o o comportamento do polímero. Buscamos compreender o mecanismo de seletividade e suspensão de nanotubos de maior diâmetro através de dinâmica e mecânica molecular. Observamos, com o uso de simulações de dinâmica de impulso, que a eVciência do recobrimento da superfície do tubo pelo polímero está associada à relação entre a circunferência do tubo e o comprimento da cadeia lateral. Tubos de diâmetro incompatível com os radicais acabam por ter suas paredes expostas ao solvente e, consequentemente, ao reagrupamento com outros nanotubos. Finalmente, propusemos um modelo granulado que permitiria obter informações sobre a interação entre os polímeros e os nanotubos em uma escala temporal maior, da ordem de s. Relatamos aqui os resultados parciais dos testes deste modelo e a rota para seu futuro desenvolvimento. / The eUective use of carbon nanotubes in nanotechnology depends on the Vne tuning of electronic and geometric properties of the samples. Recently, the use of conjugated polymers to selectively suspend semiconducting nanotubes of a narrow diameter distribution has received attention in the literature. In 2007, Andrian Nish and collaborators showed that the conjugated polymer poly[9,9- dioctylWuorenyl-2,7-diyl] (PFO) selectively suspends nanotubes with diameter of the order of 1.0nm and chiral angles close to 25. Subsequently, Maria Antonietta Lois group was able to measure the Wuorescence of PFO chains wrapped around nanotubes, hence for the Vrst time measuring the optical properties of a polymer interacting with nanotubes. More recently, various groups reported the successful suspension of semiconducting nanotubes with diameters larger than 1.0nm by wrapping with conjugated polymers. DiUerent polymer backbones showed positive results, such as homopolymers based on Wuorene and thiophene and copolymers based on Wuorene units combined with pyridines, anthracenes and other aromatic compounds. The backbone structure seems to have an eUect on the chirality selectivity. On the other hand, the solubilization of large-diameter nanotubes frequently involves polymers having alkyl sidechains with at least 12 carbon atoms. In this work, we developed a method to simulate the emission spectrum of a molecule in dynamic conditions in order to capture the variety of accessible conformations of the molecule interacting with the environment. This allowed us to obtain a more realistic emission spectrum. We applied this method to the PFO + nanotube system and observed, in association with binding energy analysis, that the polymer wraps around the nanotube in an helical conformation and that the sidechain interaction governs the polymer behavior. We were able to understand the selectivity mechanism for large-diameter tubes through molecular mechanics and molecular dynamics simulations. We observed, using impulse dynamics simulations, that the nanotube surface coverage eXciency depends on the relation between the nanotube circumference and the sidechain length. Tubes whose diameter is incompatible with the sidechain length present wall regions that are exposed to the solvent, therefore exposed to rebundling with other tubes. Lastly, we proposed a coarse-grained model that could provide information about the long-term behavior of the NT + PFO complexes, in the s range. Here we report partial test results for this model and outline the route for future developments.

Nanofibras poliméricas obtidas por eletrofiação possuem alta relação superfície-volume, e podem ser recobertas com nanomateriais que interajam com os grupos funcionais dos polímeros. Neste trabalho, nanofibras de poliamida 6/polialilamina hidroclorada (PA6/PAH) com diâmetro da ordem de 100 nm e sem defeitos foram recobertas com nanotubos de carbono (CNTs) e nanopartículas de ouro (AuNps) para produzir sensores e biossensores. A versatilidade da plataforma com as nanofibras foi demonstrada com três aplicações distintas. A adsorção de CNTs sobre as nanofibras permitiu a detecção do neurotransmissor dopamina com medidas de voltametria de pulso diferencial com sensibilidade na faixa de 1 a 70 μmol.L-1 e limite de detecção de 0,15 μmol.L-1, sem interferência do ácido úrico e ácido ascórbico. Nos imunossensores para detectar o antígeno CA 19-9, biomarcador para câncer de pâncreas, as nanofibras de PA6/PAH recobertas com CNTs ou AuNPs receberam camada adicional do anticorpo anti-CA 19-9. Usando medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica, esses imunossensores puderam detectar CA 19-9 em tampão e em soro de sangue de pacientes de câncer com diferentes probabilidades de desenvolver câncer de pâncreas. A seletividade dos imunossensores também foi testada com possíveis interferentes no sangue. Na terceira aplicação, obteve-se sinergia com a codeposição de CNTs e AuNPs sobre as nanofibras para a formação de um biossensor contendo uma camada da enzima tirosinase. Imagens de microscopia eletrônica mostraram uma estrutura 3D interconectada, formada pelas nanofibras de PA6/PAH, AuNPS e CNTs. O biossensor foi usado para detectar bisfenol A com cronoamperometria na faixa de 0,05 a 1,1 μmol.L-1 e limite de detecção de 8 nmol.L-1. Conclui-se que nanofibras poliméricas constituem excelente plataforma para sensores e biossensores pela possibilidade de incorporação de outros nanomateriais para aplicações específicas. / Electrospun polymer nanofibers have a high surface-volume ratio, and can be coated with nanomaterials that interact with the functional groups of the polymers. In this work, defect-free nanofibers of polyamide 6/polyallylamine hydrochloride (PA6/PAH) with a diameter of ca. 100 nm were coated with carbon nanotubes (CNTs) and gold nanoparticles (AuNps) to produce sensors and biosensors. The versatility of the platform with nanofibers has been demonstrated with three distinct applications. The adsorption of CNTs on the nanofibers allowed the detection of the neurotransmitter dopamine with differential pulse voltammetry measurements with sensitivity in the range of 1 to 70 μmol.L-1 and detection limit of 0.15 μmol.L-1, without interference of uric acid and ascorbic acid. In the immunosensors to detect CA 19-9 antigen, biomarker for pancreatic cancer, PA6/PAH nanofibers coated with CNTs or gold nanoparticles (AuNPs) received an additional layer of anti-CA 19-9 antibody. Using electrochemical impedance spectroscopy measurements, these immunosensors were able to detect CA 19-9 in buffer and in blood serum from cancer patients with different probabilities of developing pancreatic cancer. The selectivity of the immunosensors was also tested with possible interferents in the blood. In the third application, synergy was obtained with co-deposition of CNTs and AuNPs on the nanofibers for the formation of a biosensor containing a layer of the enzyme tyrosinase. Electron microscopy images showed an interconnected 3D structure, formed by PA6/PAH nanofibers, AuNPS and CNTs. The biosensor was used to detect bisphenol A with chronoamperometry in the range of 0.05 to 1.1 μmol.L-1 and detection limit of 8 nmol.L-1. It is concluded that polymer nanofibers are an excellent platform for sensors and biosensors because of the possible incorporation of other nanomaterials for specific applications.

Nesse trabalho foram obtidos nanotubos de TiO2 pelo processo de anodização do titânio em soluções fluoradas visando sua aplicação em células solares, pois estes apresentam melhores propriedades que o TiO2 em forma de filme fino ou de nanopartículas, devido a sua maior área superficial e melhores propriedades de transporte de carga. Os processos de anodização foram realizados em lâminas de titânio com soluções de HF e NH4F e diferentes tensões e tempos de anodização, pois a tensão elétrica aplicada no processo pode ser utilizada para controlar o diâmetro, espessura e comprimento dos nanotubos. As amostras obtidas com as soluções de NH4F foram as que apresentaram os melhores resultados, com tubos de paredes mais lisas, comprimentos maiores e forma mais definida, pois as soluções de NH4F apresentam menor taxa de corrosão que as soluções de HF. Portanto, nesse trabalho as soluções de NH4F também foram utilizadas para crescer nanotubos sobre substratos de vidro, onde foi possível obter matrizes de nanotubos altamente ordenadas, e formar matrizes de nanotubos com padrões geométricos, para aplicação em células solares, sensores integráveis e cristais fotônicos. Porém nesse trabalho, os nanotubos foram utilizados somente para fabricar as células solares sensibilizadas por corante. Foram produzidas células solares utilizando lâminas de vidro cobertas por ITO e FTO, lâminas de titânio sem polimento, lâminas de Ti eletropolidas e também lâminas polidas utilizando polimento químico. Os processos de eletropolimento e polimento químico foram realizados para a obtenção de matrizes de nanotubos mais uniformes e células solares mais eficientes, utilizando esses processos foi possível obter células solares com curvas de J - V bem definidas e com fator de preenchimento (FF) de 0,5. / In this work TiO2 nanotube arrays were obtained by anodization of titanium foils in fluoride-based electrolytes, aiming their application in solar cells, due to its improved proprieties compared to TiO2 thin films or nanoparticles as a consequence of their large surface area and good electron transport. The anodization processes were performed utilizing HF and NH4F solutions with different anodization voltages and times, in order to study the effect of these parameters in the arrays morphology and structure. The samples obtained from NH4F solutions presented better results, with nanotubes exhibiting smoother walls, enhanced length and well defined shape, due to the lower NH4F solution etching rate compared to HF solution. Therefore the NH4F solutions were also utilized to grow nanotubes on glass substrates, allowing to obtain highly oriented of nanotubes arrays. Also patterned nanotube arrays were obtained for integrated sensors and photonic crystals applications. However, in this work, the nanotubes were only used to manufacture the dye sensitized solar cells. Were performed solar cells with glass substrates coating by thin films of ITO and FTO, unpolished titanium foils, eletropolished Ti foils and chemical polished Ti foils. The eletropolishing and chemical polishing process was performed to obtain more uniform nanotube arrays and more efficient solar cells, with well defined J-V curve and FF of 0,5.

A formação de nanocompósitos de nanotubos de carbono e certos materiais tais como óxidos e polímeros abre a possibilidade de melhorar as propriedades mecânicas e eletrônicas dos seus constituintes, tornando-os candidatos para as mais diferentes aplicações. O preparo desses nanocompósitos com propriedades desejadas requer o conhecimento do tipo de interação entre os dois materiais. Atualmente, a espectroscopia Raman é considerada uma das principais técnicas utilizadas na caracterização de compósitos contendo os nanotubos. Este trabalho tem como objetivo o estudo espectroscópico, em conjunto com outras técnicas de caracterização, na investigação de evidências de interação de compósitos envolvendo nanotubos de carbono de parede única e nanotubos de carbono de paredes múltiplas formados com o semicondutor nanoestruturado, dióxido de titânio, como também com o polímero polipirrol. Todos os compósitos foram preparados a partir dos nanotubos oxidados em ácido nítrico. Essa etapa é bastante importante, pois além de influenciar sua solubilidade, possibilita gerar grupos funcionais oxigenados nas superfícies dos tubos capazes de formar ligações com outros materiais. Através dos espectros Raman foi possível obter evidência de interação entre os constituintes do compósito, através inversão da razão das intensidades relativas das bandas D e G. No caso dos nanotubos de carbono de parede única, sugerimos a formação do nanomaterial ligado nos nanotubos externos dos feixes e as bandas Raman D e G observadas nos espectros dos compósitos são originadas dos tubos internos dos feixes de nanotubos em ressonância com a energia do laser. Considerando os nanotubos de carbono de paredes múltiplas, a presença do material de tamanho nanométrico faz com que as paredes mais externas desses nanotubos percam sua identidade como nanotubo de carbono. Assim, as características das bandas Raman D e G observadas no espectro são originadas dos tubos mais internos que são semelhantes ao nanotubo pristina. Pelo estudo Raman ressonante dos compósitos de nanotubos de carbono de parede única e polipirrol foi verificada a transferência de carga do polímero em direção ao nanotubo através das modificações tanto nas características espectrais do nanotubo quanto do polímero. Foram observados também, processos de transferência eletrônica do dióxido de titânio para os nanotubos de carbono de parede única através dos deslocamentos das frequências Raman. Foi realizado ainda um estudo comparativo dos processos de degradação do corante verde de Janus B em suspensão de dióxido de titânio e em uma mistura de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de paredes múltiplas em diferentes valores de pH iniciais do corante. Foi observado o aumento significativo na eficiência da degradação do corante na presença do nanotubo no sistema fotocatalítico. Além disso, a investigação dos intermediários formados nos sistemas de catalisadores foi realizada através dos espectros SERS das soluções degradadas e FT-Raman dos catalisadores sólidos / The formation of nanocomposites of carbon nanotubes and certain materials such as oxides and polymers opens the possibility of improving the mechanical and electronic properties of its constituents, making them candidates for a wide range of applications. The preparation of these nanocomposites with desired properties requires the knowledge of the type of interaction between the two materials. Currently, Raman spectroscopy is considered one of the main techniques in the characterization of composites containing nanotubes. This work aims the spectroscopic study combined with other characterization techniques in investigating evidences of interaction in composites involving single-wall nanotubes and multi-wall nanotubes with the nanostructured semiconductor, titanium dioxide, as well as with the polymer polypyrrole. All composites were prepared from the oxidized nanotubes in nitric acid. This step is very important since it influences nanotubes solubility, and enables the generation of oxygenated functional groups on the surfaces of tubes, allowing further functionalization with other materials. Through the Raman spectra, it was possible to obtain evidences of interaction between the constituents of the investigated composites through the inversion in the ratio of the relative intensities of D and G bands. In the case of single-wall nanotubes, it is suggested that the formation of the nanomaterial occurs on the external nanotube bundles, and D and G Raman bands observed in the spectrum are derived from the inner tubes in the bundles in resonance with the laser energy. Considering the multi-wall nanotubes, the presence of nanosized material causes the outer walls of these nanotubes to lose their identity as carbon nanotubes. Thus, the characteristics of the Raman D and G bands observed in the spectrum are derived from innermost tubes, which are similar to pristine nanotube. The resonance Raman study of single-wall nanotubes and polypyrrole composite revealed charge transfer of the polymer into the nanotube through modifications in the spectral characteristics of the nanotube and the polymer as well. Were also observed, electron-transfer process of titanium dioxide to the single-wall nanotubes through the downshift of the characteristic nanotube Raman frequencies. A comparative study of the degradation processes Janus green B dye in titanium dioxide suspension and mixture of multi-wall nanotubes and titanium dioxide was carried out at different pH values. We observed a significant increase in the degradation efficiency of the dye in the presence of nanotubes on the photocatalytic system. Furthermore, the investigation of the intermediates formed in the catalyst systems were performed using SERS spectra of the degraded solutions and FT-Raman of solid catalysts.

Nanotubos de Carbono (Carbon Nanotubes - CNTs) são nanoestruturas de carbono na forma de tubos cilíndricos que apresentam excelentes propriedades ópticas, elétricas, térmicas e mecânicas. A imobilização dos CNTs em conjunto com polieletrólitos condutores e naturais na forma de filmes ultrafinos, utilizando a técnica automontagem, apresenta uma nova alternativa para o desenvolvimento de nanocompósitos aplicados em dispositivos sensores e biossensores. Neste trabalho de mestrado foram construídos e estudados filmes automontados contendo CNTs funcionalizados com grupos ácidos carboxílicos e imobilizados com os polieletrólitos polianilina (PANI) e quitosana (QUIT). Também foram fabricados para comparação filmes de PANI e poliestireno sulfonado (PSS). O crescimento dos filmes de PANI/CNT e PANI/PSS revelou um crescimento linear com o número de bicamadas, conforme mostraram as medidas de espectroscopia UV-Vis e voltametria cíclica (CV), enquanto que para o filme de QUIT/CNT, as medidas de microbalança de cristal de quartzo (QCM) mostraram um crescimento exponencial. Análises de espectroscopias Raman e infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) indicaram alterações nas bandas características dos filmes, comparadas com seus materiais precursores, indicando interação entre os componentes nas multicamadas dos filmes. Análises morfológicas obtidas por AFM mostraram um aumento da rugosidade com o aumento do número de bicamadas. O mapeamento Raman revelou que os filmes contendo CNTs apresentaram maior heterogeneidade química na superfície do que aos filmes somente com polieletrólitos. Foi observada uma queda na resistividade dos filmes, com o aumento do número de bicamadas, sendo esta, mais acentuada com a presença dos CNTs. Os eletrodos contendo os filmes automontados apresentaram alta estabilidade eletroquímica, a presença dos CNTs aumentou a intensidade das correntes de pico e tornou os sistemas mais reversíveis. Os eletrodos que se mostraram mais sensíveis à detecção de peróxido de hidrogênio foram selecionados para imobilização da enzima Glicose Oxidase (GOx). Foram investigados os seguintes sistemas biossensores: (PANI/CNT)7, (PANI/PSS)1 e (QUIT/CNT)5 apresentando na mesma ordem: valores de sensibilidades de 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) e 220 nA/(mmol/L); Limite de detecção de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L, e valores deconstante de Michealis-Menten(\'K IND.M\'POT.APP\' ) de 2,2 µmol/L, 67,5 µmol/L e 8,5 µmol/L. Os resultados indicam que a utilização dos CNTs é bastante promissora para fabricação de dispositivos biossensores para aplicação em Nanomedicina, e além disso, a escolha dos componentes para formação dos nanocompósitos exerce grande influência no desempenho do dispositivo. / Carbon Nanotubes (CNTs) are cylindrical carbon nanostructures exhibiting excellent electrical, thermal, optical and mechanical properties. The immobilization of CNTs in nanostructured thin films in conjunction with polymers using the Layer-by-Layer (LbL) technique provides a new alternative for development of nanocomposites to be used as sensors and biosensors. In this study we report the fabrication of LbL films containing CNTs functionalized with carboxylic acid immobilized in conjunction with polyaniline (PANI) or chitosan (QUIT). Films comprising PANI and sulfonated polystyrene (PSS) were also produced for comparison. Film growth was monitored by UV-Vis spectroscopy, cyclic voltammetry (CV) and quartz crystal microbalance (QCM) and the results showed a linear increase with the number of bilayers in PANI films, and an exponential growth for QUIT/CNT films. FTIR and Raman analyses revealed changes in the bands of nanocomposites compared to their precursor materials, indicating the interactions between the components in the multilayers. Morphological analysis of the films obtained by atomic force microscopy (AFM) showed that the roughness of the films increased with the number of bilayers. Raman mapping showed that the presence of CNTs generated a high heterogeneity in film surface in comparison to a films formed only by polyelectrolytes. Electrical resistivity of the films decrease upon increasing the number of bilayers, especially for CNTs-containing films. Furthermore, electrodes containing LbL films exhibited high electrochemical stability, in which the presence of CNTs increased the intensity of response signal. The electrodes that exhibited best performance toward hydrogen peroxide detection were employed for immobilization of glucose oxidase (GOx) and used as glucose biosensors. The systems (PANI/CNT)7, (PANI/PSS) 1 and (QUIT/CNT)5 exhibited a sensitivity of 190 nA/(mmol/L), 36 nA/(mmol/L) and 220 nA/(mmol/L), respectively. The detection limit was estimated at 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8,5 mmol/L, whereas the Michaelis-Menten constant ( \'K IND.M\'POT.APP\') values was found to be 2.2 mmol/L, 67.5 mmol/L and 8.5 mmol/L, respectively, to the three systems employed. The results indicated that the use of CNTs in Layer-by-layer thin films is promising for use as biosensors. Furhtermore, we showed that the choice of the polyelectrolyte is a crucial parameter to tailor specific, high performance sensors.