Esta tese apresenta um estudo da influência da morfologia (bulk e nanofibras) no comportamento da forma dopada (PANI-ES) e desdopada (PANI-EB) da polianilina (PANI) frente ao aquecimento e alta pressão, utilizando espectroscopia Raman e no infravermelho no monitoramento da resposta destes materiais. Outras técnicas, como análise térmica acoplada a espectrometria de massas (TGA-MS) e microscopia eletrônica de varredura (SEM) foram utilizadas para complementar a caracterização e suportar os resultados. Além da PANI pura, foram sintetizados e caracterizados compósitos de nanofibras de PANI contendo nanopartículas de ouro (Au); e a interação da PANI-ES com diferentes nanoestruturas de ouro foi estudada pela técnica SERRS. Foi reportada uma diferença nos segmentos induzidos termicamente (aromáticos ou não aromáticos), formados pelas ligações cruzadas dependendo da forma da PANI (PANI-ES ou PANI-EB). Além disso, foi verificado que a morfologia teve um papel importante no comportamento térmico dos polímeros, sendo as nanofibras de PANI-ES mais resistentes ao processo de desdopagem que a forma bulk. Considerando o efeito da pressão, os resultados mostraram uma reação na PANI-EB iniciando em ca. 9 GPA e, nesta reação, a morfologia não possuiu um papel fundamental, até pressões de 15 GPa. Para a PANI-ES, observou-se a ocorrência de algumas mudanças espectrais após a descompressão do sistema, sugerindo a desdopagem e a formação de ligações cruzadas induzidas pela pressão. Os compósitos de PANI-Au obtidos tinham PANI na forma condutora e os resultados sugeriram que sua eletroatividade e capacitância foram intensificadas. Por fim, os estudos da investigação da interação da PANI com nanopartículas de Au mostraram que a PANI é uma excelente molécula prova para avaliar o desempenho de substratos SERRS excitados com laser em 1064 nm, devido à alta estabilidade da PANI e a possibilidade de avaliação quase que exclusiva da contribuição do mecanismo eletromagnético na intensificação SERRS. / This thesis presents a study on the influence of the morphology (bulk and nanofibers) in the behavior of the doped (PANI-ES) and dedoped (PANI-EB) forms of polyaniline (PANI) to different perturbations, such as heating and high pressure, monitoring the materials responses by Raman and infrared spectroscopies. Other techniques such as mass spectrometry coupled-thermogravimetry analysis (TGA-MS) and scanning electron microscopy (SEM) were used to complement the characterization and support the results. In addition to pure PANI, PANI composites containing gold (Au) nanoparticles were synthesized and characterized and the interaction of PANI-ES with different gold nanostructures was also studied by SERRS technique. A difference in the thermally induced segments (aromatic or non-aromatic) was reported, formed by cross-links depending on the PANI form (PANI-ES or PANI-EB). Furthermore, the morphology played an important role in the thermal behavior of the polymers, nanofibers of PANI-ES were more resistant to dedoping process than its bulk counterparts. Considering the high pressure effect, the results showed a reaction on PANI-EB starting at ca. 9 GPa and, in this reaction, the morphology played no important role, up to pressures of 15 GPa. For PANI-ES, the occurrence of some spectral changes was observed after decompression of the system, suggesting the dedoping and cross-linking reaction induced by pressure. PANI-Au composites presented PANI in its conducting form and the results suggested that its electroactivity and capacitance were enhanced. Finally, the investigation of the interaction of PANI with Au nanoparticles showed that PANI is an excellent molecule to evaluate the performance of SERRS substrates excited at 1064 nm, due to PANI\'s high stability and the possibility of evaluating almost exclusively the contribution of the electromagnetic mechanism acting in SERRS enhancement.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gustavo Marciniuk.pdf: 9151594 bytes, checksum: 94a7264c77b0567f7224ef931267fdab (MD5) Previous issue date: 2014-03-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work refers to the development of a simple and innovative method for the synthesis of ternary composites of different proportions based on amorphous carbon, polyaniline and manganese (IV) oxide for their future use in electrochemical supercapacitors. The process presented here consists, essentially, of 3 parts: (i) at first, it has been performed the oxidative treatment of amorphous carbon and the separated synthesis of pure MnO2 and polyaniline, when all the materials involved were structurally characterized by XRD, FTIR, RAMAN, DLS and SEM, and electrochemically characterized by cyclic voltammetry measurements, in order to identify its structural, morphological and electrochemical properties and then compared with those presented by the future ternary composites; (ii) synthesis of a binary C/MnO2 composite by the anchoring of the MnO2 particles on the oxidized sites of the amorphous carbon, which represents the first stage on the formation of the ternary composites. Its purpose was to identify possible structural and electrochemical changes caused by MnO2 surface layer in the comparison of the binary composite with its individual components. Therefore, this composite was characterized by the same methods mentioned above; (iii) synthesis and characterization of ternary composites on different proportions, based on the initial formation of binary C/MnO2 followed by in situ polymerization of aniline monomers on their surface structure. The purpose of the synthesis in different proportions is to obtain a response profile when small changes in the quantity of the constituent materials are introduced in the ternary composites. The characterization of the ternary composites were carried out by XRD, FTIR, RAMAN, DLS and SEM, which allow to identify possible structural and morphological changes showed by composites compared to the individual components and, by cyclic voltammetry measurements, when it was possible to notice the electrochemical behavior of these composites and define their specific capacitance values in parallel to their processes of charge storage and ions diffusion. / Neste trabalho, buscou-se desenvolver uma metodologia simples e inovadora para a síntese de compósitos ternários de diversas proporções baseados em carbono amorfo, polianilina e óxido de manganês (IV) visando sua futura utilização em supercapacitores eletroquímicos. O trabalho consiste basicamente de 3 partes; (i) inicialmente realizou-se o tratamento oxidativo do carbono amorfo e a síntese individual dos compostos MnO2 e PAni, onde todos os materiais foram caracterizados estruturalmente por DRX, FTIR, RAMAN, DLS e MEV e eletroquimicamente por medidas de voltametria cíclica, afim identificar suas propriedades estruturais, morfológicas e eletroquímicas e compará-las com as apresentadas pelos futuros compósitos ternários; (ii) síntese de um compósito binário C/MnO2 pelo ancoramento das partículas de MnO2 sobre sítios oxidados do carbono amorfo, a qual configura a 1ª etapa da formação dos compósitos ternários. Sua finalidade foi de identificar as possíveis mudanças estruturais e eletroquímicas ocasionadas pela presença da camada superficial de MnO2 quando comparado o compósito binário aos seus componentes individuais. Para tanto, este compósito foi caracterizado pelos mesmos métodos apresentados acima; (iii) síntese e caracterização de compósitos ternários de diferentes proporções baseados na inicial formação do binário C/MnO2 seguido da polimerização in situ dos monômeros de anilina sobre sua estrutura superficial. A abordagem da síntese em diferentes proporções torna possível a obtenção de um perfil de resposta quando são introduzidas nos compósitos ternários pequenas modificações na quantidade dos materiais constituintes. A caracterização dos compósitos ternários foi realizada pelas técnicas de DRX, FTIR, RAMAN, DLS e MEV, as quais permitem identificar possíveis mudanças estruturais e morfológicas apresentadas pelos compósitos frente aos componentes individuais, e, por medidas de voltametria cíclica, onde foi possível observar o comportamento eletroquímico destes compósitos e definir seus valores de capacitância específica juntamente com seus processos de armazenamento de carga e difusão de íons.

Nesse trabalho apresentamos o estudo das propriedades ópticas e elétricas de filmes e dispositivos eletrônicos de polímeros luminescentes, poli(p-fenilenovinilenos) - PPVs, semicondutores, polianilinas - PANI, e derivados desses dois polímeros. São apresentadas todas as etapas de preparação e caracterização dos dispositivos, desde as rotas de síntese dos polímeros, até a modelagem de dispositivos eletroluminescentes e de transistores de efeito de campo. Os filmes luminescentes foram caracterizados por propriedades de absorção e emissão ópticas, e função pseudo-dielétrica, mostrando dependência com a presença de grupos laterais. Filmes de PANI, por sua vez, foram caracterizados através de medidas de condutividade complexa, e os resultados obtidos mostram-se típicos de sistemas sólidos desordenados. Para interpretá-las, foi utilizado o modelo de distribuição aleatória de barreiras de energia livre (random free energy barrier model - RFEB) aplicado como ajuste aos resultados experimentais. Outra característica importante dos PPVs, estudada nessa tese, foi à degradação em condições ambientais sob iluminação. Esse efeito foi acompanhado por medidas de absorção óptica e de elipsometria, mostrando que a combinação dos efeitos do oxigênio e da luz é a principal responsável pela degradação desse material. Para explicar tal efeito, elaboramos um modelo baseado nas propriedades individuais dos cromóforos do polímero e na substituição de ligações vinílicas C=C por ligações carbonilas C=O, cuja comparação com os resultados experimentais forneceu uma estimativa para a fração degradada do polímero como função do tempo de iluminação. Foram caracterizados dispositivos emissores de luz de PPVs através de medidas corrente vs. tensão e de condutividade complexa, que através do ajuste por modelos de circuitos equivalentes e pelo modelo RFEB forneceu grandezas fundamentais como a resistividade e a constante dielétrica da camada polimérica. Finalizando, transistores de efeito de campo de poli(o-metoxianilina) - POMA (um derivado da PANI) apresentaram modulação pela tensão de porta, e um modelo baseado nas propriedades de condução da POMA levando-se em conta gradientes de mobilidade e de densidade de portadores ortogonais à superfície do polímero foi elaborado e se ajustou muito bem aos resultados experimentais. / In this thesis we report the electrical and optical characterization of polymeric thin-film and luminescent and electronic devices. The studied materials were the luminescent poly(p-phenylenevinylenes) - PPVs, semiconducting polyanilines - PANI and their derivatives. All the steps in the material preparation are described: the synthesis and the film preparation. Also, the technological details of the fabrication of the devices, light-emitting diodes (LEDs) and field-effect transistor (FETs), are presented. Luminescent films were studied by optical absorption and emission and by ellipsometry measurements, giving emphasis on the influence of lateral groups. The PANI films were electrically investigated by the analysis of the complex conductivity, whose results were adjusted by the random free energy barrier model used for disordered solids. Another important investigation was related to the photodegradation of the luminescent polymers, a deleterious effect owing to a concomitant action of oxygen and light. To explain such effect we proposed a model based on the properties of individual cromophores of the molecules, and in the incorporation of ketone groups (C=O), cleaving the vinyl C=C bonds. The luminescent devices were electrically and optically characterized. The current density vs. voltage and complex impedance were fit by macroscopic models taking into account a hopping process, and an equivalent circuit was also used to study ITO/polymer/metal structures. Finally, the field-effect transistor made by poly(o-methoxyaniline) were experimentally studied and a model that assumes gradients of carrier density and mobility orthogonal to the film surface fit with good agreement the ISD vs. VSD for different gate voltages, VG.

Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Com o desenvolvimento da nanociencia e nanotecnologia tem sido possivel construir e manipular diferentes materiais na escala nanometrica para as mais diversas aplicacoes como: em medicina, em cosmeticos, dispositivos eletronicos, sensores, biossensores, entre outras. Neste trabalho, apresentamos um estudo baseado na auto-organizacao de micro/nanoestruturas de peptideo (MNTs-FF), via fase solidavapor, sobre um eletrodo de ouro modificado com 4-mercaptopiridina (Au/MCP), visando aplicacao para deteccao de ureia. Estudamos a influencia do solvente no processo de nanoestruturacao do peptideo e observamos que o arranjo estrutural na qual a MNTs se cristaliza interfere fortemente na estabilidade do eletrodo, sendo a estrutura ortorrombica P22121, obtida em vapor de anilina, mais estavel do que a hexagonal P61, em vapor de agua. Essa diferenca estrutural e a chave para o bom desempenho do sensor, porque fornece uma interface contendo sitios de nitrogenio e oxigenio capaz de estabelecer ligacoes com a piridina do substrato (Au) e com os ions amonio e ureia, via interacoes cations ¿Î e ou ligacoes de hidrogenio, apresentando valor de sensibilidade e limite de deteccao para ureia de aproximadamente 81,3 ¿ÊA cm.2 mmol.1 L e 0,06 mmol L-1, respectivamente. A funcionalizacao das MNTs-FF com polianilina e pireno permitiu o ancoramento covalente da enzima urease a superficie do eletrodo Au/MCP/MNTs-FF, com sensibilidade e limite de deteccao frente a deteccao de ureia de 30.0 ¿ÊA cm-2 mmol L-1 e 0.17 mmol L-1 para o eletrodo contendo PANI/Urs, e 4.57 ¿ÊA cm-2 mmol L-1 e 0.15 mmol L-1 para o eletrodo pireno/Urs respecticamente. As MNTs-FF sintetizadas na presenca de nanotubos de carbono (NTc) nao apresentaram alteracao morfologica, porem, estudos de espectroscopia de impedancia eletroquimica (EIE) apontaram uma diminuicao na resistencia a transferencia de carga para o tres sistemas estudados: Au/MCP/MNTs-FF, Au/MCP/NTc/MNTs-FF, Au/MCP/NTc/MNTs-FF/Urs, Rtc 35,0, 0,80, 0,14 k¿¶, respectivamente, apresentando sensibilidade e limite de deteccao frente a deteccao de ureia de 1,5 ¿ÊA cm-2 mmol L-1 e 0,1 mmol L-1 respectivamente. / The development of nanoscience and nanotechnology open up possibilities for the building and construction of distinct materials in the nanometric scale for many different application, such as: in medicine, cosmetics, electronic devices, (bio) sensors, among others. In this work, we presented the self-assembly of peptide micro/nanostructures based in diphenylalanine (MNTs-FF), via solid-vapor phase, on gold electrode modified with 4-mercaptopyridine (Au/MCP), for urea sensing. We studied the influence of the solvent on the peptide self-assembly process, and observed that the structural arrangement in which the MNTs-FF crystallizes strongly influences the electrode stability, the orthorhombic P22121 structure were obtained under aniline vapor, that is more stable than the hexagonal P61 obtained under water vapor interaction. This structural difference is the key to the good sensing performance, because it provides an appropriate interface, containing nitrogen and oxygen sites able to establish bonds with the pyridine, and the ammonium ion or urea molecule, via cation ð interactions and or hydrogen bonds, with the sensitivity and detection limit for the urea sensing of ~ 81.3 ìA cm-2 mmol L-1 and 0.06 mmol L-1, respectively. The functionalization of MNTs-FF with polyaniline and pyrene allowed the covalent anchoring of the enzyme urease the surface of the electrode Au/MCP/MNTs-FF, with sensibility and detection limit for urea sensing of 30.0 ìA cm- 2 mmol L-1 and 0.17 mmol L-1 for the PANI/Urs, and 4.57 ìA cm-2 mmol L-1 and 0.15 mmol L-1 for the pyrene/Urs electrode respectively. The MNTs-FF synthesized in the presence of carbon nanotubes (NTC) showed no morphological change, however, studies of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed a decrease in charge transfer resistance for the three systems studied, Au/MCP/MNTs-FF, Au/MCP/NTc/MNTs-FF, Au/MCP/NTc/MNTs-FF/Urs, Rtc 35,0, 0,80, 0,14 kÙ, respectively, the sensibility and detection limit for urea detection of 1.5 ìA cm-2 mmol L-1 and 0.1 mmol L-1 respectively.

O estudo da eletro-oxidação de moléculas orgânicas pequenas, altamente energéticas e ecologicamente sustentáveis, tem ganhado importância no cenário tecnológico atual com o desenvolvimento de atuadores e dispositivos eletrônicos biomiméticos. Ao longo das últimas décadas, avanços no entendimento de mecanismos envolvidos na eletrocatálise destas moléculas levaram luz à existência de comportamento auto-organizado durante as reações destas sobre diversos catalisadores metálicos na ausência e presença de um suporte polimérico. Nesse contexto, a reação de eletro-oxidação de glicose é uma candidata interessante como fonte de elétrons em dispositivos eletrônicos, gerando 24 elétrons em sua oxidação total a CO2. Os objetivos desta tese foram, então, investigar a reação de eletro-oxidação da molécula de glicose, com foco na cinética não-linear sobre diferentes superfícies utilizando Pt, Au, Cu, e polianilina (PANI) (como material de suporte do eletrodo de trabalho de Pt) nas oscilações de potencial observadas. Para isso, foram utilizadas técnicas potencio/galvanodinâmicas, potencio/galvanostáticas, Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) e Nanobalança Eletroquímica de Cristal de Quartzo (EQCN). A reação de eletro-oxidação de glicose se mostrou uma rica fonte de oscilações periódicas de potencial (sobre Pt e Au) e de corrente (sobre Au) em meio alcalino, com oscilações periódicas estáveis, de longa duração e em uma ampla região de parâmetros, porém, a fraca adsorção dessa molécula sobre Cu pode ter sido o principal motivo da ausência de instabilidades neste catalisador. A propriedade das oscilações sobre Au e Pt, em meio alcalino, em apresentar altas amplitudes de potencial tem a capacidade de promover a autolimpeza periódica da superfície do catalisador, prolongando o tempo de vida deste e aumentando sua eficiência. Além disso, a sensibilidade das oscilações de potencial a diferentes adsorbatos permitiu o acesso a informações mecanísticas dificilmente obtidas por demais técnicas eletroquímicas. Estudos nanogravimétricos com a EQCN e eletrodos modificados com PANI mostraram que as variações de massa em condições oscilatórias são determinadas majoritariamente pelo fenômeno de compensação de cargas dentro do filme polimérico e que a oxidação da molécula orgânica é responsável pela variação majoritária de carga no mesmo. O aumento na tolerância destes catalisadores em relação à adsorção de CO e outros intermediários e presença de oscilações de potencial mostra uma mudança no mecanismo reacional em eletrocatalisadores de PANI em comparação a Pt e Au. O processo volumétrico, de aumento e diminuição do volume do suporte polimérico durante as oscilações de potencial, pode ser considerado no edesigne de atuadores auto-oscilantes em dispositivos autônomos. Por fim, a investigação da cinética não-linear na reação de eletro-oxidação de glicose sobre Au foi relatada por este trabalho pela primeira vez na literatura. / The study of the electro-oxidation of small organic molecules, highly energetic and ecologically sustainable, has gained importance in the current technological scenario with the development of actuators and biomimetic electronic devices. Over the last decades, advances in the understanding of the mechanisms involved in the electrocatalysis of these molecules have led light to the existence of self-organized behavior during their reactions on several metal catalysts and metal-polymer composites. More recently, new research has shown that such a phenomenon can be used in the control of the poisoning of catalytic surfaces by self-cleaning the surface, using such oscillatory reactions, increasing the catalyst life time and the potency of practical devices. In this context, the electro-oxidation reaction of glucose is na interesting candidate as electron source in electronic devices, despite the difficulty in its total oxidation, generating 24 electrons in its complete oxidation to CO2. The objectives of this thesis were to investigate the electro-oxidation reaction of the glucose molecule, focusing on the non-linear kinetics on different catalyst surfaces used (Pt, Au and Cu) and the effect of the support for working electrode on potential oscillations. For this, potentio/galvanodynamic, potentio/galvanostatic, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Electrochemical Quartz Crystal Nanobalance (EQCN) techniques were used. The electro-oxidation reaction of glucose was shown to be a rich source of periodic potential oscillations (over Pt and Au) and of current (over Au) in alkaline medium, with stable periodic oscillations of long duration and in a wide range of parameters, but the low adsorption of this molecule on Cu may have been the main reason for the absence of instabilities in this catalyst. In contrast to the high current densities observed for the oxidation of glucose in alkaline medium over Pt and Au, in acid medium the low glucose activity led to low current densities over Pt and unstable potential oscillations in a more constrained range of parameters. In addition, the nonlinear kinetics of the electro-oxidation reaction of glucose on Au was reported by this work for the first time in the literature. Nanogravimetric studies with EQCN with polyaniline-modified electrodes have shown that the potential oscillations during the electro-oxidation of formic acid are strongly influenced by the process of charge compensation in the polymer film, for both the electrode of Pt coated with PANI (Pt/PANI) and for Pt nanoparticles deposited in this polymer support (Au/PANI/Pt). However, the decrease in the potential values where oscillations are observed and the decrease in their frequency can be explained by the increase in the tolerance of the Pt nanoparticles to the adsorption of CO and other intermediates, as reported by several authors in the literature. And in Pt nanoparticle electrodes supported by films such as PANI, the charge variation is still dominated by the organic oxidation reaction and the mass variation in the surface of the catalyst is dominated by the charge compensation effect within the film. Thus, the decrease of the catalyst affinity by organic adsorption makes the dynamic instabilities kinetics slower, as observed for the Pt, Au and PANIbased electrodes. And the higher tolerance of the catalyst supported on the polymer electrode by strong adsorbates, such as CO, does not prevent the emergence of oscillatory behavior, however, it can direct the oxidation reaction of the organic by a different mechanism pathway.

Submitted by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2016-11-03T14:15:07Z No. of bitstreams: 1 SANTOS_Fabio_2015.pdf: 7866329 bytes, checksum: ae986dab3375f6b5f2e34e0b103331dd (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2016-11-03T14:15:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 SANTOS_Fabio_2015.pdf: 7866329 bytes, checksum: ae986dab3375f6b5f2e34e0b103331dd (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2016-11-03T14:15:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 SANTOS_Fabio_2015.pdf: 7866329 bytes, checksum: ae986dab3375f6b5f2e34e0b103331dd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-03T14:15:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SANTOS_Fabio_2015.pdf: 7866329 bytes, checksum: ae986dab3375f6b5f2e34e0b103331dd (MD5) Previous issue date: 2015-04-17 / Não recebi financiamento / This work involves the construction of a portable equipment device for electrochemical polymerization of an Intrinsically Conductive Polymer - PIC. Using a rotary circular electrode, this method’all allows the production of various polymers especialy PIC's parameterize, controlling and monitoring all the process, so that a polymer can be prepared with maximum efficiency. As it is a portable equipment, it is possible to share with the universities labs and research centers that are working with conductive polymers and or other tips of polymers with can be inter interested in electrochemical synthesis. Using this method, you can ensuring the well contours specified parameters, the produced quantity for the preparation of the tests are larger, allowing a better characterization of the samples and production of products. The studied Conductive Polymer for the qualification of portable equipment was Polyaniline "PAni", this was characterized by the Fourier transform infrared region - FTIR, scanning electron microscopy – SEM, spectroscopy ultraviolet and Visible - UVVIS, thermogravimetric analysis – TGA, analysis by cyclic voltammetric and conductivity volumetric by the method at two tips. / Este trabalho consiste na construção de um equipamento portátil para polimerização eletroquímica de um Polímero Intrinsecamente Condutor - PIC. Utilizando-se de um eletrodo circular rotativo, esse método permitirá a produção de diversos polímeros em especiais os PIC’s, parametrizando, controlando e monitorando todo o processo, de forma que possa ser elaborado um polímero com máxima eficiência. Por se tratar de um equipamento portátil, acredita-se que possa ser difundido entre os laboratórios de demais universidades e centros de pesquisas que estão trabalhando com polímeros condutores e/ou outra classe de polímeros que possuem interesse na síntese eletroquímica. Com esse método, além de garantir os parâmetros de contornos bem especificados, a quantidade produzida para elaboração dos ensaios são maiores, permitindo uma melhor caracterização das amostras e na produção de produtos. O Polímero Condutor estudado, para a qualificação do equipamento portátil foi a Polianilina “PAni”, este foi caracterizado através das técnicas de espectroscopia na região de infravermelho com transformada de Fourier - FTIR, microscopia eletrônica de varredura – MEV, espectroscopia na região do ultravioleta e visível – UV-VIS, análise termogravimétrica – TGA, análise por voltametria cíclica, e condutividade elétrica volumétrica pelo método de duas pontas.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a morfologia de filmes finos de polianilina, fabricados por diferentes processos e depositados sobre diferentes substratos pela técnica de microscopia de força atômica (AFM). Os processos usados para a fabricação dos filmes foram o de espalhamento fluido, o de centrifugação, o de auto montagem e o eletroquímico. Os substratos usados foram: vidro, ouro/cromo/vidro, quartzo, ITO, silício e mica. Além da análise visual da qualidade dos filmes, ou seja, do grau de recobrimento do substrato e da uniformidade dos filmes, foram feitas análises de parâmetros quantitativos através de medidas de rugosidade. Usando modelos de crescimento como o de deposição balística e de análise de rugosidade, como o da densidade do espectro de potência, (transformada de Fourier da rugosidade da imagem em função da freqüência espectral) em superfícies auto-afins, foram obtidos parâmetros como: expoente de rugosidade, comprimento característico de correlação e dimensão fractal. Apesar dos filmes de polianilina serem sistemas extremamente complexos, - compostos de macromoléculas formando uma estrutura semicristalina - os parâmetros obtidos por esses modelos, que foram elaborados para sistemas bem mais simples, deram resultados muito bons e auto-coerentes. Como conclusão, mostramos que a conjuminação da técnica de microscopia de força atômica com esses modelos compõem um método poderoso para o estudo de filmes finos orgânicos. / This work presents a detailed study about the characteristic of thin films of polyaniline, fabricated by different methods and deposited over different substrates using Atomic Force Microscopy technique (AFM). The processes used for film depositions were casting, spin-coating, self-assembly, and the electrochemistry methods. The substrata used were: glass plates, gold/chromium/glass, quartz, ITO, silicon, and mica. Besides the visual analysis, that observes the film uniformity and verifies the coating degree of the substratum, the application of some mathematical models was employed to obtain quantitative parameters about the roughness of the film surfaces. From the ballistic deposition model, developed to explain growing processes, and the power spectrum density that takes the Fourier transform of the roughness in function of the spectral frequency, both developed for self-affine surfaces, it was obtained parameters as: the roughness exponent, the correlation characteristic length, and the fractal dimension. Despite the highly complex structure of the polyaniline - composed by macromolecules forming a semicrystalline structure- the obtained parameters by such models developed for very simple systems, provided reasonable and self-coherent results. As a final result of this work we showed that the synergy between the AFM technique and the above mentioned models compose a powerful method for the study of thin organic films.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:16:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Eduardo_Fernandes_Barbosa.pdf: 661327 bytes, checksum: 816b815568b664e6a1393b1196e634ea (MD5) Previous issue date: 2010-02-19 / This work describes the immobilization of invertase on chemically synthesized polyaniline and activated with glutaraldehyde (PANIG) for production of invert syrup from sugarcane juice. Free invertase activity present in crude extract (E.B.) obtained from cells of Saccharomyces cerevisiae, was characterized for an evaluation of interferents present in the extract on enzyme activity (optimum conditions: temperature 50 ° C, pH of 4.5 in sodium acetate buffer 0.1 mol L-1 and reaction time of 10 minutes, with an activity of 11.31 ± 0.36 EU mL-1). We tested some parameters optimization of enzyme immobilization, such as amount of enzyme, immobilization time, pH and temperature of immobilization. The optimal immobilization was obtained in buffer sodium acetate 0.1 mol L-1 pH 4.5, immobilization time of 1 hour at 50°C and 169.55 EU mg-1 PANIG. The efficiency of immobilization was 0.86. The stability of the system PANIG-Invertase was tested against the storage time and thermostability, and after 75 days storage in buffer sodium acetate 0.1 mol L-1 pH 4.5 was obtained for 94% of initial activity with only 17% retained for the free enzyme. The immobilized invertase didn t change the optimal conditions compared to the free, but the immobilized was more stable in adverse conditions such as pH below and above optimum conditions showed an increase in thermostability. Some features of the hydrolysis product were evaluated (water activity, viscosity and color), compared to the sugarcane juice in nature, showing that the reactors allowed changes in sugarcane juice that expand the possibilities for using syrup obtained in the production of sweets, ice cream and syrups rich in fructose. The high stability of the system tested, along with its high retention of activity strongly suggests the use of the system in reactors. / Este trabalho descreve a imobilização da enzima invertase em polianilina sintetizada quimicamente e ativada com glutaraldeído (PANIG) para produção de xarope de açúcar invertido a partir de caldo de cana. Atividade da invertase livre, presente no extrato bruto (E.B.), obtido a partir de células de Saccharomyces cerevisiae, foi caracterizada e estabelecida em temperatura de 50°C; pH de 4,5 em tampão acetato de sódio 0,1 mol L-1 e tempo de reação de 10 minutos, com uma atividade de 11,31 ± 0,36 UE mL-1. A partir da imobilização por ligação covalente, testou-se alguns parâmetros de otimização da imobilização enzimática, como quantidade de enzima, tempo de imobilização, pH e temperatura de imobilização. A imobilização ótima foi obtida em tampão acetato de sódio 0,1 mol L-1 pH 4,5, tempo de imobilização de 1 hora, temperatura de 50°C e 169,55 UE mg-1 de PANIG. A eficiência de imobilização foi de 0,86. A estabilidade do sistema PANIG-Invertase foi testada frente ao tempo de armazenamento e termoestabilidade, sendo que após 75 dias de armazenamento em tampão acetato de sódio 0,1 mol L-1 pH 4,5 obteve-se 94% da atividade inicial, com apenas 17% retidos para a enzima livre. A invertase imobilizada não apresentou variação nas condições ótimas em comparação à livre, porém a imobilizada apresentou-se mais estável em condições adversas, como pH abaixo e acima das condições ótimas e apresentou aumento da termoestabilidade. Algumas características do produto hidrolisado foram avaliadas (Atividade de água, viscosidade e coloração), em comparação ao caldo de cana in natura, mostrando que o sistema testado possibilita modificações no caldo de cana que ampliam as possibilidades de utilização do xarope obtido na produção de doces, sorvetes e xaropes ricos em frutose. A elevada estabilidade do sistema testado, junto à sua retenção elevada de atividade, sugerem a aplicação do sistema em reatores.

Esta Tese apresenta a caracterização espectroscópica, eletroquímica e espectroeletroquímica de blendas condutoras de polianilina. Na primeira parte do trabalho foi realizada a caracterização dos materiais através das espectroscopias vibracionais Raman e infravermelho. Os resultados obtidos através da espectroscopia Raman ressonante indicaram que a conformação e a estrutura química do polímero condutor não sofrem mudanças dentro ou fora das matrizes isolantes. Além disso, demonstra-se que as diferenças de intensidade relativa entre as bandas em 574 e 607 cm-1 da polianilina dopada fornecem o grau da interação física entre os constituintes da blenda, sendo realizado também um estudo da relação entre a intensidade das bandas citadas e a condutividade das diferentes blendas obtidas. Na segunda parte do trabalho foi realizada a aplicação de blendas condutoras de polianilina para a proteção contra a corrosão do ferro e da liga de alumínio A2024. Os resultados obtidos mostraram a boa eficiência das blendas para esta finalidade, conforme comprovado pelas curvas de potencial de circuito aberto e a técnica de voltametria cíclica. Verificou-se que a proteção contra a corrosão depende diretamente da formação de um complexo passivante entre a blenda e o material metálico. Por outro lado, deve-se considerar a presença da barreira física causada pelas blendas, superior à existente quando se utiliza o polímero condutor puro, e que evita a penetração de ânions que promovem a degradação do material metálico. / This work shows the spectroscopic, electrochemistry and spectroelectrochemistry characterization of conducting polyaniline blends. In the first part it was done the characterization of the materials by Raman and infrared vibracional espectroscopies. Using resonance Raman spectroscopy it can be observed that conducting polymer conformation and chemical structure does not changed inside or outside insulating matrices. It was also possible to check that the relative intensities of 574 and 607 cm-1 bands indicate the degree of physical interaction of polymers in the blends, moreover the relationship between intensity of mentioned bands and the conductivity was investigated. In second part it was studied the application of conducting blends for corrosion protection on iron and aluminum alloys A2024. Results obtained showed the good eficiency of these materials, proved by open circuit potential and cyclic voltammetry. It was observed that the protection depends on the formation passive of a film between the coating and the metallic material. On the other hand, the physical barrier of blends are better than pure conducting polymer and decreases the penetration of anions that promote the degradation of metallic materials.

Este trabalho descreve a síntese, caracterização e aplicação de sistemas poliméricos baseados em polímeros condutores em sistemas de liberação controlada de drogas. Esta tese pode ser dividida em duas partes: na primeira se apresentam os resultados da aplicação de filmes de polianilina e polipirrol na liberação de drogasmodelo como a dopamina protonada e o ácido salicílico. Na liberação de salicilato utilizou-se um filme polianilina eletrosintetizado e dopado com íons cloreto. Já para a liberação de dopamina protonada (um cátion) a liberação foi conduzida a partir de um sistema bicamadas, com um filme de polianilina recoberta com uma camada de Náfion. É mostrada a liberação controlada nos dois casos, porém também se discutem limitaçãoes deste tipo de sistema que levaram ao estudo de uma forma alternativa de controle eletroquímico utilizando polímeros condutores. A segunda parte do trabalho mostra então esta nova metodologia que se baseia em compósitos de poianilina eletropolimerizada no interior de hidrogéis de poliacrilamida. É mostrado que este novo material é eletroativo e mantém as características de intumescimento dos hidrogéis, tanto necessárias ao desenvolvimento destes sistemas de liberação controlada. Mecanismos para o crescimento e distribuição da polianilina na matriz isolante e para a atuação do compósito no controle eletroquímico da liberação são propostos com base nos dados de microscopia de força atômica, Raman e eletrônica de varredura, além de testes de liberação controlada com moléculas de diferentes cargas. / This work describes the synthesis, characterization and application of polimeric systems based on contucting polymers for electrochemical release devices. The thesis is divided into two parts: frrst, results conceming the application of polyaniline and polypyrrole films in the controlled release of dopamine and salicilyc acid, are showed. An electrosyntetized polyaniline film doped with chloride ions was used in the salicilate release. On the other hand, for the controlled release of protonated dopamine, a bilayer system consisting of a polyaniline film recovered with Nafion was employed. The release control was reached in both cases, but this kind of actuator show serious limitations that lead to the conclusion that a new type of electrochemical control based in conducting polymers must be developped. The second part shows the new methodology based on composites of polyaniline grown inside polyacrylamide hydrogels. It\'s showed that this new material is electroactive and still maintains the hydrogel\'s swelling properties, which makes it an interesting and suitable material for drug delivery devices. Raman Microscopy, Scaning Electron Microscopy and Atomic Force Microscopy, and controlled release tests of different charged molecules were tools for the elucidation of polyaniline\'s growth and distribuition inside the hydrogels and for the mecanism of actuation in the controlled release.