01 - Doutorado - Física

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Crescimento direto de nanoestruturas de MoS2 em substratos de papel utilizando a síntese hidrotermal por microondas: ajuste de propriedades e produção de sensores de baixo custo.
(2021-07-23) Cordeiro, Neusmar Junior Artico; Lourenço, Sidney Alves; Martins, Rodrigo Ferrão Paiva; Gomes, Daniela da Silva Nunes; Cava, Carlos Eduardo; Silva, Marco Aurélio Toledo da; Urbano, Alexandre; Laureto, Edson
Os recentes avanços obtidos na produção e desenvolvimento de dicalcogenetos de metal de transição bi-dimensionais (2D TMDs) permitem a aplicação destes materiais, que possuem uma estrutura similar ao grafeno, em uma vasta quantidade de dispositivos, compondo promissoras tecnologias para aplicações optoeletrônicas. Neste trabalho, nanoestruturas de dissulfeto de molibdênio (MoS2) foram crescidas diretamente em substratos de papel através da síntese hidrotermal assistida por micro-ondas. Técnicas de caracterização morfológica, estrutural e óptica – como microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios-X (DRX) e espectroscopia Raman – foram utilizadas para analisar as amostras sintetizadas. A variação dos parâmetros de síntese, como o tempo e a temperatura, permitiram a manipulação destas nanoestruturas durante o processo de crescimento, com a produção das fases metálica (1T) e semicondutora (2H). Utilizando este método de síntese, nanoestruturas bi-dimensionais de MoS2 foram diretamente crescidas sobre substratos de papel. Os resultados de fotocondutividade motraram que os fotodetectores interdigitais de MoS2, sintetizados à 200 °C durante 120 minutos, podem apresentar Resposta de 290 mA/W com Detectividade de 1,8 x 109 Jones e 37 % de eficiência quântica externa. As nanoestruturas de MoS2 foram utilizadas como camada ativa na produção de fotodetectores de infra-vermeho próximo de baixo-custo, onde as melhorias e adaptações desse método de síntese permitem futuras aplicações diversas, como sensores de luz e umidade descartáveis, tecnologia de sensores em embalages, RFIDs, dentre outras.
Multi-technique analysis to estimate the maximum temperature reached in a burned Red-Yellow Latosol in the Southern Amazon
(2022-07-05) Rocha, Débora Rodrigues; Melquiades, Fábio Luiz; Costa, Antônio Carlos Saraiva da; Vendrame, Pedro Rodolfo Siqueira; Andrello, Avacir Casanova; Appoloni, Carlos Roberto; Thomaz, Edivaldo Lopes
Conhecer a temperatura máxima atingida no solo durante uma queimada é importante para avaliar a intensidade da queima. A conversão de florestas é um processo contínuo nos ecossistemas da Amazônia, sendo de grande importância prever os efeitos do fogo nas propriedades do solo e evitar danos aos sistemas ambientais. Métodos espectroscópicos combinados com análise multivariada podem fornecer informações químicas e mineralógicas importantes sobre o solo. Este estudo teve como objetivo prever a temperatura máxima atingida em um Latossolo Vermelho-Amarelo de uma região amazônica no Brasil. Foram investigadas amostras de roça de toco e de pastagens coletadas após eventos de incêndio, e amostras de solo não queimado submetidas ao aquecimento de mufla (150 a 800°C). A fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF) foi empregada para adquirir dados químicos. O procedimento experimental é rápido, requer preparação mínima da amostra e nenhum reagente químico. A concentração dos elementos e os dados espectrais foram analisados utilizando Análise de Componentes Principais (PCA) e regressão por Mínimos Quadrado Parciais (PLS). Além da EDXRF, foram realizadas análises com outras técnicas: análise térmica, tabela de cores Munsell, susceptibilidade magnética, difração de raios X (XRD) e espectroscopia no visível e no infravermelho próximo (Vis-NIR). A PCA realizada com as concentrações elementares da EDXRF apresentou uma tendência de agrupamento das amostras por seus locais de coleta. Os grupos formados de acordo com a temperatura não foram tão expressivos quanto os formados pelos locais de coleta. Modelos PLS com dados espectrais de EDXRF foram utilizados para prever a temperatura máxima atingida em amostras de solo. As temperaturas estimadas variaram de 325 a 608°C, faixa de temperatura relatada na literatura. A análise térmica indicou as principais transformações nos solos estudados (decomposição da matéria orgânica, desidroxilação da gibbsita, goethita e caulinita). Todas as amostras apresentaram comportamento semelhante. As cores Munsell concordaram com os resultados da análise térmica. Em geral, os valores de susceptibilidade magnética encontrados foram baixos, indicando um pequeno teor de minerais magnéticos (maghemita) nos solos. As análises por XRD e Vis-NIR indicaram os minerais presentes nos solos. A PCA desenvolvida com as intensidades dos picos dos minerais indicou que o local de coleta e a temperatura de aquecimento desempenham um papel importante na caracterização do solo, pois as componentes principais agruparam as amostras de acordo com tais características das amostras. Considerando as vantagens e resultados instrumentais, o emprego de técnicas espectroscópicas como a EDXRF, aliadas à análise multivariada, tem se mostrado uma tecnologia alternativa viável para avaliar os efeitos do fogo no solo.
Aplicações de teoria conforme em fases topológicas da matéria
(2023-03-28) Santos, Rodrigo Corso Baptista dos; Gomes, Pedro Rogério Sérgi; Albuquerque, Rodrigo Arouca de; Hernaski, Carlos; Micklitz, Tobias; Marino, Eduardo Cantera
Nesta tese nós discutimos duas fases topológicas não-abelianas da matéria e como teoria de campos conforme pode ser aplicada para melhor entendê-las. Nosso primeiro tópico é um supercondutor topológico realizado por um efeito Hall quântico anômalo submetido à um potencial de formação de pares. Para este modelo, primeiro nós prevemos a existência de excitações não massivas por meio de um argumento simples de fios quânticos. Apesar da perturbação não-relativística, a contribuição dominante na ação efetiva é a soma de termos de Chern-Simons relativísticos. Feito isto, nós deduzimos a teoria efetiva de borda usando a equivalência entre o Chern-Simons e sua teoria conforme induzida na borda. Além disso, nós discutimos o líquido de spins (2 + 1)-dimensional usando o formalismo de fios quânticos. Para isto, nós usamos bosonização não-Abeliana para obter uma ação efetiva de baixas energias escrita a partir de termos deWess-Zumino-Witten, a partir do qual nós discutimos a estrutura de pontos fixos da teoria. Por fim, nós calculamos a contribuição a um loop na função C e comparamos com a carga central nos pontos fixos
Síntese e caraterização físico-química de compósitos baseados em polianilina/magnetita: uma aplicação à adsorção do corante azul de metileno em solução aquosa
(2023-04-06) Buelvas, Daina Dayana Arenas; Di Mauro, Eduardo; Dall’Antonia, Luiz Henrique; Piccinato, Marilene Turini; Laureto, Edson; Vignoto, Ricardo; Rinaldi, Andrelson Wellington; Vicentin, Bruno Luiz Santana
Os grandes avanços na indústria têxtil têm causado sérios problemas ambientais, uma vez que estas indústrias utilizam corantes sintéticos em seus produtos e, como resultado, geram uma quantidade considerável de efluentes contaminados causando poluição das águas. Portanto, o tratamento de águas residuais contendo tais corantes tornou-se uma preocupação ambiental significativa. Este estudo teve como objetivo obter um compósito (CP) reutilizável à base de polímero condutor para remoção do corante azul de metileno (AM) em solução aquosa. Para isso, CPs com diferentes proporções molares de anilina:Fe3O4 (10:1 e 50:1) foram sintetizados, caracterizados e utilizados como adsorventes no estudo de adsorção do AM. A metodologia de superfície de resposta (MRS) associada a um planejamento composto central (CCD), foi aplicado para otimizar os parâmetros operacionais (pH, temperatura e concentração de adsorvente) e construir um modelo empírico capaz de prever a porcentagem de remoção do AM. Os resultados das isotermas e modelos cinéticos de adsorção foram ajustados pelos modelos de Langmuir, Freundlich, pseudoprimeira-ordem (PPO), pseudosegunda-ordem (PSO) e difusão intrapartícula (IPD). Além disso, foram calculados os parâmetros termodinâmicos (?G, ?H, ?S) para determinar o valor energético e a natureza envolvida no processo de adsorção. A caraterização físico-química (FTIR, DRX, MEV, DLS, fisissorção do N2 a 77K, Magnetometría e potencial Zeta) confirmou a formação das estruturas desejadas. O CP 50:1 apresentou melhor desempenho na remoção do AM. O pH e sua interação com a temperatura e concentração do adsorvente foram significativos. A isoterma de Langmuir e o modelo cinético PSO se ajustaram bem aos dados de adsorção. A capacidade máxima de adsorção foi de 61,51 mg g-1 em 30 min. O IPD revelou que a difusão intrapartícula está envolvida no processo de adsorção, mas não é o único mecanismo limitante na adsorção. A incorporação de Fe3O4 na matriz da PANI melhorou a eficiência de adsorção do CP 50:1 aumentando sua área específica e diâmetro médio de poros. Além disso, o modelo estatístico proposto a partir da optimização do sistema mostrou-se eficiente (R2 = 0,9956) para determinar a porcentagem de remoção do AM de uma solução aquosa. Os valores calculados de ?Gº negativo e ?Hº positivo sugeriram a natureza espontânea e endotérmica do processo de adsorção. A adsorção do AM pelo material é de natureza física. Consequentemente, CPs baseados em PANI/Fe3O4 podem ser usados pelo menos três vezes, mantendo seu desempenho absortivo acima de 70%. Além disso, a recuperação do material pode ser facilmente realizada com auxílio de um imã, seguido de tratamento químico com ácido (HCl – 0,1 mol L-1)
Influência dos parâmetros de deposição de RF Magnetron Sputtering na otimização das propriedades físico-químicas de filmes finos de óxido litiado ternário depositado sobre substrato flexível de KAPTON
(2023-04-24) Sanchez Lopez, Daniel Andres; Urbano, Alexandre; Vicentin, Bruno Luiz Santana; Berton, Marcos Antonio Coelho; Avellaneda, César Antonio Oropesa; Garcia, Jarem Raul
As baterias recarregáveis de íon lítio estão presentes nos mais diversos equipamentos elétricos e eletrônicos, impulsionadas pela sua alta densidade de energia em pequenos volumes e pesos. A eletrônica flexível tem crescido na esteira de outras tecnologias como dispositivos implantáveis e tecnologia das coisas, e as baterias de íon lítio podem ocupar também essa lacuna como fonte de energia. Os métodos de produção de baterias de íon lítio convencionais utilizam-se de sistemas rígidos, além de conterem eletrólitos líquidos que diminuem a segurança dos dispositivos. Uma alternativa na produção de baterias de íon lítio é a confecção de eletrodos de filmes finos por técnicas físicas como o sputtering. Dentre as vantagens desse processo destaca-se ser desnecessário a adição de ligantes e condutores eletrônicos que promovem diminuição na energia específica da bateria. Com o objetivo de produzir filmes finos de óxido de metal de transição litiado ternário (Ni, Mn e Co), foram investigadas neste trabalho formas de se produzir essas películas que otimizem a sua capacidade de descarga eletroquímica sem, contudo, necessitar de tratamentos térmicos, tanto in situ como a posteriori, o que possibilita o emprego de substratos flexíveis. Os filmes foram investigados segundo um planejamento fatorial de experimentos com 4 variáveis (potência, pressão, espessura e porcentagem de O2) em dois níveis mais ponto central. Diversas técnicas foram empregadas para caracterizar as propriedades físicas e químicas, com destaque para avaliação eletroquímica de desempenho da capacidade de descarga elétrica. Os resultados do planejamento indicaram as melhores condições de deposição e a amostra otimizada apresentou uma capacidade de descarga de 212 mAhg-1, 50% maior do que os eletrodos convencionais. Com esse trabalho mostra-se ser possível obter filmes com alta capacidade sem necessidade de tratamentos térmicos, o que pode contribuir para o futuro desenvolvimento da eletrônica flexível beneficiando a humanidade com dispositivos eletrônicos voltados para saúde e bem estar social
Dispositivo sináptico baseado nas propriedades optoeletrônicas de transistores de filmes fino de óxido de zinco
(2023-07-28) Nobre, José Henrique Ferreira; Laureto, Edson; Melquíades, Fabio Luiz; Lourenço, Sidney Alves; Alves, Neri; Nogueira, Gabriel Leonardo
Sinapses optoeletrônicas podem ser geradas com dispositivos que utilizam radiação eletromagnética para emular a plasticidade sináptica e suas funções relacionadas. Tais dispositivos são considerados elementos chave para a implementação de sistemas de computação neuromórfica, ou seja, baseados no funcionamento do cérebro, com propriedades de sensoriamento, memória e aprendizagem. Neste trabalho é demonstrado um dispositivo optoeletrônico com propriedades sinápticas baseado na configuração de transistor de filme fino (TFT), tendo como canal semicondutor um filme de óxido de zinco (ZnO) depositado por RF magnetron sputtering. As propriedades sinápticas tiram vantagem do fenômeno de fotocondutividade persistente (PPC) apresentado pelo filme de ZnO. Esse efeito afeta o comportamento da intensidade de corrente elétrica medida entre os eletrodos de dreno e fonte (????), para uma determinada diferença de potencial aplicada ao eletrodo de porta (gate, ????), mediante a incidência de luz no canal. Com isso, as funções sinápticas de sensoriamento, memória de curto e de longo prazo, aprendizagem e reaprendizagem, e facilitação por pulso emparelhado, são verificadas no TFT de ZnO. Realizamos a comparação de dispositivos antes e depois de tratamento térmico, apresentando diferentes melhorias com doses menores de exposição à luz para os dispositivos tratados termicamente. As variações em ???? causadas pela iluminação com radiação ultravioleta (UV) chegam a ser da ordem de 108 A, o que demonstra a alta sensibilidade do dispositivo, sendo um aspecto crucial para sua eficácia quanto ao reconhecimento e discriminação do estímulo luminoso. Embora o transistor não seja o dispositivo de estrutura mais simples, apresentamos as vantagens e desvantagens da utilização do mesmo como um dispositivo sináptico
Simetrias Fractais de Subsistemas, Mistura UV/IR e Anomalias
(2024-05-03) Casasola, Heitor; Bienzobas, Paula Fernanda; Hernaski, Carlos André; Pereira, Rodrigo Goncalves; Santos, Carlos Eduardo Fiore dos; Fontana, Weslei Bernardino; Gomes, Pedro Rogerio Sergi; Santos, Rodrigo Corso Baptista
Neste trabalho, estudamos fases topologicamente ordenadas anisotrópicas e não convencionais em 3d que manifestam a física fractônica do tipo II ao longo de submanifolds. Enquanto se comportam como uma ordem topológica usual ao longo de uma direção espacial preferencial, sua física ao longo de planos perpendiculares é ditada pela presença de simetrias de subsistemas fractais, restringindo completamente a mobilidade das excitações anyônicas e seus estados ligados. Consideramos uma realização explícita de modelo de rede para tais fases e estudamos suas propriedades sob condições de contorno periódicas e, posteriormente, na presença de bordas. Além disso, generalizamos nosso estudo para sistemas fractais com tamanhos Lx ? Ly. Descobrimos que para tamanhos específicos de rede, o sistema possui simetrias de linha e de membrana fractais que são mutuamente anômalas, resultando em um estado fundamental com gap de energia não trivial. Isso corresponde à quebra espontânea das simetrias fractais, implicando em uma degenerescência subextensiva do estado fundamental. Para os tamanhos restantes, as simetrias fractais são explicitamente quebradas pelas condições de contorno periódicas, o que está intrinsecamente relacionado à unicidade do estado fundamental. Apesar disso, o sistema ainda é topologicamente ordenado, uma vez que as quase-partículas criadas localmente têm estatísticas mútua não triviais e, na presença de bordas, ainda apresenta modos de borda anômalos. A forte dependência de simetrias pelo tamanho da rede é uma manifestação ímpar da mistura ultravioleta/infravermelha (UV/IR). Também elucidamos a física dessas fases em uma variedade com bordas e discutimos o anomaly inflow. Ao nos concentrarmos exclusivamente na física de borda, estabelecemos uma conexão entre esta fase e uma fase topológica protegida por simetria ou uma fase de quebra espontânea de simetria. Usando a teoria efetiva, demonstramos que simetrias mutuamente anômalas na borda não podem ser simultaneamente quebradas.
Um hamiltoniano local para espaços tempos Kerr-Schild com aplicação na termodinâmica de buracos negros
(2024-07-12) Rodrigues, Marcos Antonio Jaraba; Baldiotti, Mário César; Batista, Ronaldo Carlotto; Hernaski, Carlos André; Fresneda, Rodrigo; De la Hoz Coronell, Victor Ezequiel
Exploramos o formalismo do Espaço de Fase Covariante desde uma perspectiva local. Sob esta abordagem, propomos um hamiltoniano local para soluções de vácuo das equações de Einstein que possuem a estrutura Kerr-Schild. Quando calculamos as cargas locais associadas a este hamiltoniano para o buraco negro Kerr-AdS4, os nossos resultados coincidem com os obtidos por outros métodos. Além disso, a nossa pro- posta oferece uma nova forma de interpretar as quantidades conservadas associadas a estas soluções de buracos negros. Utilizando este hamiltoniano, mostraremos que uma termodinâmica satisfatória pode ser estabelecida para o caso do buraco negro Kerr-AdS4
Large scale structure formation: from primordial black holes in bouncing cosmology to galaxy clusters abundance
(2024-07-16) Barroso, Eduardo José; Vitenti, Sandro Dias Pinto; Santos, Rodrigo Corso Baptista dos; Vitenti, Mariana Penna Lima; Quartin, Miguel Boavista; Pinto Neto, Nelson
Esta tese é constituída por três projetos diferentes: a formação de buracos negros primor diais num universo em expansão; a abundância de aglomerados dentro da colaboração LSST-DESC; e o desenvolvimento do APES, um algoritmo de ensemble sampler. No que diz respeito à formação de buracos negros primordiais, as perturbações cosmoló gicas escalares lineares têm espectros crescentes na fase de contração dos modelos de expansão. Estudamos as condições para as quais estas perturbações podem colapsar em buracos negros primordiais e a hipótese de que estes objetos constituem uma fração da matéria escura. Calculamos o contraste de densidade crítico que descreve o colapso das perturbações de matéria no modelo de expansão plana com uma solução paramé trica, obtida a partir da métrica de Lemaitre-Tolman-Bondi que representa o colapso esférico. Discutimos a incapacidade de calibre newtoniano para descrever perturbações em modelos de contração, uma vez que a hipótese perturbativa não se mantém nesses casos. Realizamos os cálculos para uma escolha de calibre diferente e computamos os espectros de potência das perturbações numericamente. Por fim, assumindo uma distribuição gaussiana, calculamos a abundância de buracos negros primordiais com o formalismo de Press-Schechter e comparamos com as restrições observacionais. A partir da nossa análise, concluímos que a formação de buracos negros primordiais numa fase de contração dominada por poeira não leva a uma fração significativa de massa de buracos negros primordiais na matéria escura atualmente. Ainda em relação aos objetos colapsados das perturbações da matéria, podemos usar aglomerados de galáxias para investigar a cosmologia. Os aglomerados de galáxias são os maiores objetos gravitacionais limitados e são formados pelo colapso de sobre-densidades de matéria. Devido ao seu tamanho e conteúdo de matéria, são usados para estudar a formação da estrutura em larga escala no universo. Especificamente, a abundância de aglomerados de galáxias está fortemente relacionada à densidade de matéria do universo O?? e à flutuação de massa rms ??8. Consequentemente, sua abundância pode ser prevista teoricamente e depois comparada com dados para ajustar parâmetros cosmológicos e assim investigar modelos cosmológicos. Neste contexto, o Legacy Survey of Space and Time (LSST) fornecerá uma grande quantidade de dados de aglomerados para serem usados em análises computacionais. O segundo projeto consiste em desenvolver o pipeline de cluster dentro da Dark Energy Science Collaboration (DESC). Durante o doutorado, trabalhamos no Firecrown, um pacote Python para implementar verossimilhanças dentro do DESC. Implementamos uma verossimilhança de contagem de número de clusters, utilizando previsões teóricas com base na riqueza de clusters de galáxias como um proxy de massa. Após completar o código do Firecrown, testamos em vários conjuntos de dados, incluindo o catálogo RedMaPPer, que faz parte do Data Challenge 2 (DC2), um catálogo simulado de aglomerados. Validamos a verossimilhança de abundância de clusters do Firecrown usando o catálogo RedMaPPer ajustando parâmetros cosmológicos e de relação de massa-proxy e preparamos os dados combinando o catálogo de clusters de galáxias com seu catálogo de halo de simulações N-body para atribuir massas médias em cada bin de riqueza de redshift. A análise mostrou que os valores verdadeiros do catálogo estavam dentro da região de 2 sigmas. Por último, o algoritmo APES propõe uma abordagem inovadora para gerar amostras de distribuições-alvo que são difíceis de amostrar usando métodos de Monte Carlo Markov Chain (MCMC). Algoritmos MCMC tradicionais frequentemente enfrentam uma convergência lenta devido à dificuldade em encontrar propostas que se adequem ao problema em questão. Para resolver esse problema, introduzimos o algoritmo Approximate Posterior Ensemble Sampler (APES), que emprega estimativa de densidade de kernel e interpolação de base radial para criar uma proposta adaptativa, levando a uma rápida convergência das cadeias. A escalabilidade do algoritmo APES para dimensões mais altas o torna uma solução prática para problemas complexos. O método proposto gera uma probabilidade posterior aproximada que se aproxima de perto da distribuição desejada e é fácil de amostrar, resultando em tempos de autocorrelação menores e uma maior probabilidade de aceitação pela cadeia. Comparamos o desempenho do algoritmo APES com o ensemble sampler de invariância afim com o stretch move em vários contextos, demonstrando a eficiência do método proposto. Por exemplo, na função Rosenbrock, o APES apresentou um tempo de autocorrelação 140 vezes menor do que o ensemble sampler de invariância afim. A comparação destaca a eficácia do algoritmo APES na geração de amostras de distribuições desafiadoras.Este trabalho apresenta uma solução prática para gerar amostras de distribuições complexas, abordando o desafio de encontrar propostas adequadas. Com novas pesquisas cosmológicas preparadas para lidar com muitas novas sistemáticas, este método oferece uma solução prática para a próxima era de análises cosmológicas
Ressíntese e reciclagem direta de catodos de baterias descartadas de íons de lítio e caracterizações eletroquímicas
(2024-10-25) Sita, Lucas Evangelista; Scarminio, Jair; Alves, João Carlos; Silva, Stephany Pires da; Laureto, Edson; Gelamo, Rogério Valentim
A reciclagem das baterias de íons de lítio (BILs) tem se mostrado uma das alternativas mais eficazes para evitar danos ambientais por seu descarte, e na reinserção de compostos químicos de valor na cadeia produtiva de novas baterias. Neste trabalho, são mostrados os resultados e análises de dois métodos de reciclagem do material do catodo de BILs descartadas. O primeiro envolve a ressíntese dos catodos Li1Ni0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC532) e Li1Ni1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC111) pela técnica sol-gel, utilizando como matéria-prima uma mistura dos materiais dos catodos extraído de oito baterias em fim de vida, de composição LixNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (x<1). Análises de difração de raios-X confirmaram a formação das fases únicas de NMC532 e NMC111, com alta cristalinidade, elevado ordenamento cristalográfico e baixa troca catiônica, conforme verificado pelo refinamento de Rietveld. Eletrodos confeccionados com os catodos ressintetizados mostraram uma boa ciclabilidade em vinte ciclos, mas capacidades de carga específica um pouco inferior aos valores da literatura (140 mAh/g). O segundo processo, se baseia na reciclagem direta (RD) de catodos de BILs descartadas, visto que a perda de lítio ao longo dos ciclos de carga e descarga em conjunto com desordenamento estrutural, são responsáveis pelo esgotamento das BILs. Usou-se catodos NMC532 extraídos de baterias de carro elétrico em final de vida útil (EoL) e descartadas pelo fabricante durante o controle de qualidade (QCR). Testes de carga e descarga em eletrodos manufaturados com os dois tipos de catodos mostraram uma capacidade de carga inicial em torno de 155,0 mAh g?¹. No entanto, ao final de cem ciclos perdas de capacidade de 2,82 e 9,55 mAh g?¹ foram observadas para os catodos relitiados QCR e EoL, respectivamente, refletindo uma menor estabilidade eletroquímica para o catodo EoL. Os dois métodos de reciclagem testados resultaram em novos catodos do tipo NMC estequiométricos, altamente ordenados e de complexidade operacional de fabricação relativamente baixas, podendo ser, em princípio escalonados industrialmente. No entanto, estudos mais elaborados são exigidos visando aumentar da capacidade de carga específica e estabilidade de ciclagem dos eletrodos.
Estudo de cerâmicas do Complexo arqueológico Ventarrón-Collud, Lambayeque – Peru, utilizando metodologias nuclear-atômico-moleculares e análise multivariada exploratória
(2025-02-27) Desanti, Cheila Sumenssi de Araujo; Appoloni, Carlos Roberto; Melquiades, Fábio Luiz; Symanski, Luís Cláudio Pereira; Rizzutto, Márcia de Almeida; Bastos, Rodrigo Oliveira; Ikeoka, Renato Akio
As cerâmicas, sendo os artefatos mais comuns em sítios arqueológicos, se destacam como ferramentas essenciais para auxiliar na compreensão das sociedades antigas, devido à sua durabilidade e resistência às condições climáticas. Em razão da sua complexidade, a análise desses artefatos não se limita apenas à diversidade de culturas e funções, mas também abrange a variedade de materiais e tecnologias utilizadas em sua fabricação, o que torna o estudo ainda mais desafiador. Este estudo tem como foco o Complexo Arqueológico Ventarrón-Collud, localizado em Lambayeque, Peru, que engloba os sítios Huaca Zarpán, Huaca Collud, Arenal e Huaca Ventarrón. Situada em uma estreita faixa desértica entre a Cordilheira dos Andes e o Oceano Pacífico, essa região é altamente suscetível ao fenômeno El Niño, sendo uma das áreas com maior estresse ambiental do planeta. Além disso, com uma história de mais de 4.000 anos, marcada por diversos ciclos de ocupação e uma grande diversidade cultural, representa um desafio para os arqueólogos. Para contribuir com os estudos destes sítios, 193 fragmentos cerâmicos foram analisados por EDXRF (Fluorescência de Raios X por Dispersão de Energia), XRD (Difração de Raios X), FTIR (Espectroscopia no Infravermelho), espectrometria gama, com o auxílio da análise multivariada exploratória, e análise de fotomicrografias para estudo petrográfico. Os resultados indicaram semelhança na composição elementar da pasta cerâmica dos artefatos, o que, apesar da variabilidade estilística e de contexto de origem, sugere uma consistência na escolha da matéria-prima e na característica calcária da argila utilizada. Isso aponta que, ao longo dos séculos, as fontes de argila e as adições empregadas na manufatura dos artefatos permaneceram relativamente constantes. Por outro lado, as diferenças mineralógicas observadas por meio das técnicas moleculares e nuclear indicam que, embora as matérias primas sejam similares, as diferenças observadas entre os conjuntos ocorreram possivelmente nas etapas subsequentes à escolha da matéria prima. Provavelmente, durante a cozedura do artefato, pequenas variações na temperatura de queima, atmosfera de cocção e resfriamento, resultaram nas diferenças observadas. Também foi identificada uma diferença significativa nos processos de intemperismo entre os conjuntos Ventarrón- Arenal e Collud-Zarpán, que pode ser atribuído ao ambiente deposicional distinto de cada local. Em relação aos engobes e decorações, observa-se pouca variabilidade nos materiais utilizados na fabricação das tintas vermelhas, sendo predominantemente óxidos de ferro. Quanto à tinta preta, a maioria sugere o uso de óxido de ferro, e em um único fragmento pode-se indicar o uso de óxido de manganês ou ocre castanho. Em contrapartida, a tinta branca foi encontrada em maior quantidade de fragmentos, demonstrando uma maior diversidade de matérias-primas e misturas empregadas em sua produção. As informações específicas obtidas a respeito desses artefatos têm suma importância para auxiliar no desenvolvimento de hipóteses e teorias sobre os complexos sistemas organizacionais na Costa Norte peruana.
q-Séries e funções espectrais de geometria hiperbólica com aplicações em teoria topológica de campos
Luna, Rodrigo Moreno; Bytsenko, Andrei Aleksandrovich [Orientador]; Bruzzo, Ugo; Helayël Neto, José Abdala; Gonçalves, Maria Emília Xavier; Gonçalves, Antônio Edson
Resumo: Esse trabalho mostra como as funções espectrais de geometria hiperbólica associadas à q-séries podem ser empregadas em alguns modelos físicos Mostra-se que identidades combinatoriais, importantes para a teoria física, podem ser obtidas a partir de complexos de álgebras de Lie Vê-se também que para a gravidade AdS3 o caráter formal do Vir-module está ligado à funções partição one-loop Evidencia-se a ligação existente entre funções geradoras quânticas e funções espectrais de Selberg-Patterson E, por ?m, com o auxílio das q-séries reescreve-se as funções partição para branas lagrangeanas, stack de branas, assim como determina-se a forma generalizada (da função partição) para dois casos de variedades Calabi-Yau tóricas em termos das funções de Ruelle
Eletrocromismo e transporte iônico em eletrodos de filmes finos de óxidos de W, Mo e V e de seus óxidos binários
Silva, Paulo Rogério Catarini da; Scarminio, Jair [Orientador]; Urbano, Alexandre; Torresi, Susana Inés Córdoba; Avellaneda, César Antônio Oropesa; Dall'Antonia, Luiz Henrique
Resumo: Este trabalho teve como objetivo realizar um estudo das propriedades eletrocrômicas e de intercalação iônicas (Li+) em eletrodos de filmes finos de óxidos de W, Mo, V e de suas misturas binárias na composição nominal 5/5, observando possíveis efeitos de sinergia das propriedades dos óxidos monometálicos nos óxidos mistos Os filmes foram depositados por sputtering reativo e por evaporação por feixe eletrônico, e estudados na forma como-depositada e após tratamentos térmicos a 2 e 5 ºC em atmosfera de argônio Antes das caracterizações do efeito eletrocrômico e do fenômeno de intercalação foram realizadas medidas de espectroscopia óptica e difração de raios X, que identificaram como óxidos amorfizados os filmes como-depositados e tratados a 2 ºC e como policristalinos os filmes tratados 5 ºC O eletrocromismo foi analisado pelos resultados de medidas da eficiência eletrocrômica espectral (35 a 9 nm) e em 632,8 nm, pelo tempo de resposta e contraste óptico em 632,8 nm (transmitâncias máximas e mínimas) O fenômeno de intercalação foi caracterizado por medidas da capacidade de carga, do coeficiente de difusão e da energia livre de Gibbs Verificou-se que os tratamentos térmicos exercem grande influência nas propriedades eletrocrômicas e de transporte iônico dos filmes Verificou-se também que as propriedades eletrocrômicas e de intercalação nos óxidos mistos são diferentes das dos óxidos monometálicos que os compõem, com claro efeito de sinergia destas propriedades, particularmente no eletrocromismo da mistura W-V Os coeficientes de difusão dos íons Li+, medidos pelas técnicas GITT e PITT, apresentaram valores médios entre 1-1 e 1-12 cm2/s nos filmes depositados por sputtering e valores mais dispersos para os filmes evaporados por feixe eletrônico Nos óxidos contendo V verificou-se um aumento no coeficiente de difusão nos filmes policristalinos, comparado aos correspondentes filmes amorfos
Simulação de espectros de EDXRF via algoritmo Monte Carlo para análise quantitativa de amostras metálicas
Santos, Sandro da Silva Vanz; Melquiades, Fábio Luiz [Orientador]; Lopes, Fábio; Appoloni, Carlos Roberto; Antoniassi, Marcelo; Andrello, Avacir Casanova; Parreira, Paulo Sérgio; Lopes, Fabio [Coorientador]
Resumo: Motivado pela recorrente dificuldade dos laboratórios de pesquisas em obter padrões físicos para calibração de equipamentos, esse trabalho apresenta um método alternativo de quantificação por EDXRF utilizando espectros simulados Para isso, foi usado um código com o Método de Monte Carlo para simulação, combinado com espectros medidos com equipamentos de EDXRF de bancada e portátil Foram avaliadas oito amostras de padrões de aço com liga de Fe, V, Cr, Mo e W, e dezesseis amostras arqueológicas de ligas de Au, Cu e Ag As simulações permitiram construir modelos de regressão com espectros simulados e validados com os dois conjuntos de amostras metálicas sem a necessidade de padrões físicos para calibração Referente às ligas de aço, foram construídos modelos de regressão multivariada para dois equipamentos de EDXRF e seus resultados comparados com valores de referência Quanto às amostras arqueológicas, foi possível construir modelos de regressão linear univariada para quantificar a concentração de Au, Cu, e, indiretamente, estimar o teor de Ag, permitindo traçar um perfil quantitativo para cada uma das amostras Os resultados indicam que para as ligas de aço, os modelos foram eficientes para quantificar os cinco elementos, principalmente Fe, com desvio relativo aos valores de referência menores que 3% Para as concentrações dos demais elementos, onde os valores de referência indicam variar de ,48 % até 8,74%, o desvio relativo médio foi de 1%; para as amostras arqueológicas, os resultados mostram que a concentração de Cu para os dezesseis artefatos são menores que 5% e a concentração de Au varia em um amplo intervalo de concentração, partindo de 8 até 1% Foi possível identificar também, que algumas amostras, com formato de copo, apresentam grandes variações de Au ao longo delas, indicando que as mesmas passaram por um processo de soldagem, onde base e corpo foram feitas em etapas diferentes de produção Com isso, esse estudo conclui que a simulação de espectros com Método Monte Carlo mostra-se como uma alternativa viável par suprir a ausência de padrões certificados físicos e também eficaz para análises quantitativas de amostras de ligas métalicas de aço contendo Fe, V, Cr, Mo e W, assim como para ligas ternárias contendo Au, Cu e Ag
Universalidade e criticalidade da mesofase nemática
Simeão, David da Silva; Simões Filho, Manuel [Orientador]; Gonçalves, Antônio Edson; Oliveira, Italo Marcos Nunes de; Domiciano, Sandra Mara; Pereira, Thiago dos Santos
Resumo: Nesta tese demonstra-se que a mesofase nemática apresenta tanto um comportamento universal global como também um comportamento crítico efetivo global A universalidade da mesofase nemática é demonstrada através de um estudo comparativo de dados experimentais, encontrados na literatura, pertencentes a cristais líquido nemáticos (CLNs) que representam três mesofases nemáticas distintas Através de uma transformação de escala linear, mostra-se que os dados de 61 CLNs diferentes, formando um conjunto de 96 experimentos, coalescem em uma curva universal que se estende por todo o domínio de suas mesofases Na seqüência, o expoente crítico efetivo do parâmetro de ordem (B) é estudado usando um approach que permite seu cálculo para todas as temperaturas da mesofase Os resultados mostram que B possui um valor constante próximo a 1=4 ao longo de toda a mesofase A combinação deste resultado - a constância global de B - com a universalidade global do parâmetro de ordem sugere que a mesofase nemática apresenta um comportamento crítico efetivo global A demonstração da universalidade da mesofase nemática, o approach usado no estudo do comportamento térmico de B, assim como a caracterização do seu valor, são as principais contribuições da presente tese
Determinação da composição química de materiais através de imagens microtomográficas
Jussiani, Eduardo Inocente; Appoloni, Carlos Roberto [Orientador]; Nogueira, Liebert Parreiras; Rizzutto, Márcia de Almeida; Melquiades, Fábio Luiz; Andrello, Avacir Casanova; Reis, Paulo José dos [Coorientador]
Resumo: A microtomografia de raios X é uma metodologia que, através de imagens digitais, permite uma visualização 3D da estrutura interna de amostras Recentemente, diferentes métodos na tentativa de se determinar a composição química de materiais têm sido realizados Neste trabalho propomos um novo método experimental para a determinação da composição química de amostras, usando, para isso, amostras de composição conhecida Esse método relaciona o tom de cinza médio, obtido nas imagens microtomográficas, com a densidade e número atômico efetivo do material Dois conjuntos de amostras-padrões foram usadas para testar o modelo usando dois microtomógrafos SkyScan-Bruker, modelos 1172 e 1173 Testes variando os parâmetros de aquisição e reconstruções foram realizadas e não houve mudanças significativas nos resultados, mostrando, assim, a robustez do método Um conjunto de amostras de rochas e outro contendo nylon, grafite, carbonato de cálcio (CaCO3) e alumínio foram testadas e os resultados experimentais, obtidos pelo método, foram coerentes com os valores teóricos Também foram testadas amostras de interesses na área da petrografia, como halita, gipsita, goethita e hematita Para esses casos, os resultados obtidos pelo modelo concordaram com os valores teóricos para amostras em pó
Aplicação da espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica e técnicas complementares no estudo dos compósitos restauradores fotopolimerizáveis
Fontes, Adriana da Silva; Di Mauro, Eduardo [Orientador]; Sano, Walter; Laureto, Edson; Dall'Antonia, Luiz Henrique; Wang, Linda
Resumo: Os compósitos fotopolimerizáveis ainda requerem muitos estudos, pois, por não se polimerizarem completamente, apresentam alguns inconvenientes que podem omprometer a longevidade da restauração dentária Diante disso, torna-se cada vez maior o interesse em realizarem-se novas investigações com metodologias que possam contribuir para um melhor entendimento das propriedades físico-químicas deste produto Nesse contexto, o presente trabalho visa colaborar mostrando que a espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) combinada com as análises convencionais, pode trazer informações importantes sobre o processo de polimerização desse material restaurador estético Inicialmente, oito tipos de compósitos comerciais, do tipo fotopolimerizável foram utilizados nesta investigação: FILTEKTM Z35 (3M ESPE), FILTEKTM Z25 (3M ESPE), Z1 (3M ESPE), Opallis (FGM), Charisma (Heraues Kulzer), Master Fill (Biodinâmica), Suprafill (SSWhite) e Fillmagic (Vigodent) Foram utilizadas para a fotopolimerização das amostras uma fonte halógena (Kehr XR Light) e uma fonte LED -Ultra Blue (Dabi Atlante) Devido à natureza do radical gerado durante o processo de fotopolimerização, a espectroscopia de RPE foi empregada para sondar o comportamento dessa espécie paramagnética sob diversas condições Em adição, técnicas experimentais de Espectroscopia de Absorção na região do Infravermelho por Transformada de Fourier, resistência mecânica (flexural e compressão), microdureza superficial, contração volumétrica, profundidade de polimerização, Microscopia Eletrônica de Varredura, Sistema de Energia Dispersiva,Sorção e Solubilidade, Testes de Raspagens e Análise da Translucidez foram realizadas para a obtenção de informações adicionais A combinação desses métodos foi utilizada com sucesso facilitando a compreensão do comportamento do material em estudo Através da análise dos dados obtidos por RPE foi possível comprovar que a polimerização continua ocorrendo mesmo após o encerramento da fotopolimerização; que o espectro de RPE tem a contribuição de duas espécies de radicais; que a dose de irradiação deve ser diferenciada para as resinas, sendo dependente da composição química, da cor do compósito e do grau de translucidez, entre outros fatores, tendo esses, influencia significativa sobre o desempenho mecânico do material; A resina re-irradiada, após 24h da irradiação, gerou novos radicais, indicando que parte dos agentes iniciadores da polimerização ainda não haviam reagido; a resina armazenada em água a 37C apresenta uma polimerização mais rápida Os resultados das técnicas utilizadas se complementam e indicam que a resina que gerou maior número de radicais livres, identificada por RPE, apresenta melhor qualidade
Estudo de misturas de pigmentos de interesse arqueométrico pelas espectroscopias Raman e EDXRF
Bruno, Madson Albertini; Appoloni, Carlos Roberto [Orientador]; Rizzutto, Márcia de Almeida; Melquiades, Fábio; Rizzo, Márcia de Mathias; Jussiani, Eduardo Inocente; Santana, Henrique de [Coorientador]
Resumo: Neste trabalho, objetivou-se realizar medidas de ultravioleta no visível (UV-Vis), de espectroscopia Raman (ER) e de fluorescência de Raios X por dispersão de energia (EDXRF) em amostras puras e de misturas binárias e ternárias, utilizando um tipo específico de tinta, a guache, a fim de quantificá-las Neste sentido, foram preparadas cerca de 19 amostras, no total, sendo 15 amostras de misturas com plantel de 17 tintas selecionadas Destas 17 tintas puras, 11 eram de qualidade profissional e 6 eram de qualidade comercial Das 15 amostras de misturas, 1 foram preparadas com tintas profissionais, sendo 8 amostras binárias e 2 ternárias As demais 5 amostras de misturas utilizadas foram de qualidade comercial, sendo 4 misturas binárias e 1 ternária Objetivou-se, também, analisar 3 obras de arte, feitas com o uso de tinta guache, de autores renomados no mundo da arte, que fazem parte do acervo permanente do Museu de Artes da cidade de São Paulo (MASP), a fim de realizar a caracterização dos pigmentos utilizados na produção destas Assim, no que tange as medidas feitas no UV-Vis, de ER e de EDXRF, estas foram realizadas em 3 diferentes laboratórios da Universidade Estadual de Londrina, a saber, o Laboratório de Física Nuclear Aplicada, o Laboratório de Espectroscopia e o Laboratório de Análises de Raios X Com relação à análise das obras de arte utilizadas neste trabalho, as medidas destas foram realizadas no MASP Para todos os espectros Raman obtidos, utilizou-se a ferramenta baseline, fornecida nos softwares NuSpec As técnicas de análises de componentes principais (PCA), análises de agrupamentos por métodos hierárquicos (HCA) e regressão pelo método dos quadrados mínimos parciais (PLSR), foram feitas com o uso de um programa para se obter o resultado quantitativo das misturas Por fim, os resultados mostraram ser bem próximos dos valores das concentrações reais para cada mistura preparada, tanto utilizando os dados de Raman quanto os de EDXRF A utilização dos dados de EDXRF mostrou ser mais indicada para este método utilizado, pois, apresentou menores erros na validação de calibração dos dados Foi possível distinguir tintas com mesma coloração com a utilização da técnica de PCA com muito mais facilidade que a forma mais comum utilizada, à sobreposição espectral Também por PCA foi possível sugerir, em muitos casos de misturas, uma possível relação de proporção, pois, as posições das amostras ficaram separadamente ordenadas e próximas das amostras de tinta pura que compunham a mistura As três obras foram analisadas com espectroscopia Raman portátil e os resultados obtidos indica a presença de misturas de tintas Para as cores branca, vermelha e amarela, foi possível realizar indicações da caracterização dos pigmentos presentes na composição química das tintas Também foi realizado o procedimento indicado em um dos diagramas do trabalho para verificar a existência de tinta utilizadas nas obras, semelhantes as tintas selecionadas neste trabalho
Imageamento e avaliação de fluidos em meios porosos por microtomografia de Raios X
Marques, Leonardo Carmezini; Appoloni, Carlos Roberto [Orientador]; Andrello, Avacir Casanova; Oliveira Junior, José Martins de; Coimbra, Melayne Martins; Portezan Filho, Otávio
Resumo: Neste trabalho, a metodologia de microtomografia de raios X foi utilizada para obtenção da microestrutura de amostras confeccionadas com esferas de vidro com diâmetro padronizado e amostras naturais da Formação Botucatu de arenito A técnica foi aplicada, principalmente, para identificação de diferentes fases de fluidos quando da injeção de líquido nas amostras, para avaliação das diferentes fases através de histogramas de níveis de cinza obtidos para imagens 2D, quantificação das fases e geração de imagens 3D das mesmas Um tipo de óleo comercial, da Petrobras Distribuidora S A, um óleo industrial, de densidade ,97 g/cm3, fornecido pelo CENPES/Petrobras, e solução água/sal/dopante foram os fluidos utilizados nos experimentos, aplicados individualmente ou em conjunto Os dopantes utilizados foram iodeto de potássio ou cloreto de bário hidratado Três sistemas microtomográficos Skyscan, modelo 1172, foram utilizados: um deles possui câmera CCD de 1 Mpixels de resolução e dois com câmera CCD de 11 Mpixels Três amostras de esferas de vidro foram medidas em diferentes condições: seca e contendo líquido na região porosa As amostras EV1 e EV3 continham apenas um líquido em cada medida da mesma infiltrada, enquanto a amostra EV2 continha dois líquidos imiscíveis quando medida infiltrada A resolução espacial utilizada foi de, aproximadamente, 5 µm e voltagem de 6 a 1 kV foi aplicada no tubo de raios X, dependendo do teste realizado Houve a ocorrência de bons resultados quanto ao contraste das fases nas imagens 2D Diferentes imagens 3D foram geradas para estas amostras Volumes de líquidos presentes nos volumes analisados foram calculados por meio de análises 2D e 3D Seis amostras de arenito Botucatu foram medidas Três delas contendo solução dopada com iodeto de potássio, uma com solução dopada com cloreto de bário hidratado, uma contendo óleo comercial e uma contendo óleo industrial A resolução espacial utilizada para estas amostras foi de, aproximadamente, 4,8 µm Voltagem de 8 ou 9 kV foram aplicadas ao tubo de raios X para as amostras de arenito contendo solução e de 6 ou 8 kV para a amostra contendo óleo Os perfis de porosidade são mostrados para as condições seca e infiltrada das amostras Imagens 3D foram criadas para o preenchimento da fase porosa Resultados de volumes de líquido injetado foram calculados com base em análises 2D e 3D Quantificações da alteração da distribuição de tamanho de poros foram obtidas após a injeção de líquido na região porosa das amostras
Theoretical methods in spatially anisotropic cosmologies
Marcori, Oton Henrique; Pereira, Thiago dos Santos [Orientador]; Abramo, Luís Raul Weber; Quartin, Miguel; Gomes, Pedro Rogério Sérgi; Baldiotti, Mário César
Resumo: O princípio Copernicano (a hipótese de que o universo é, em média, homogêneo e isotrópico) é a base do modelo padrão da cosmologia Medidas da RCF mostram que desvios da isotropia são minúsculos, e um cenário onde homogeneidade é quebrada é altamente improvável Entretanto, a RCF permite somente afirmar que o universo primordial era muito isotrópico, de forma a não excluir a possibilidade de anisotropias tardias Ademais, uma distribuição de temperatura isotrópica pode surgir de espaços-tempo não isotrópicos Isso motiva investigações sobre a hipótese de isotropia Relaxar esse requerimento leva a uma classe de espaços-tempo: os modelos de Bianchi Eles são espacialmente homogêneos mas anisotrópicos, e uma das generalizações mais simples de espaços-tempo FLRW, possuindo portanto forte apelo cosmológico Essa tese apresenta dois novos métodos teóricos para serem aplicados no contexto de modelos cosmológicos espacialmente anisotrópicos O primeiro é relacionado ao estudo de funções de correlação e como elas estão conectadas com as simetrias do espaço-tempo Nós mostramos que exigir que as correlações sejam invariantes por transformações de simetrias fixa sua dependência funcional Uma solução geral foi encontrada para espaços de Bianchi, o que permitiu analisar o impacto de anisotropias primordiais na matriz de covariância da RCF no limite de grandes ângulos Também mostramos como os resultados se aplicam para tanto correlações Gaussianas como não-Gaussianas O segundo método lida com o drift dos observáveis cosmológicos no contexto de cosmologia em tempo real Medidas astrométricas altamente precisas, permitidas por avanços tecnológicos recentes, podem em princípio detectar variações temporais no redshift e direção de observação de estrelas distantes em um intervalo de tempo relativamente curto Isso pode ser usado para inferir outros observáveis cosmológicos, como a velocidade peculiar da Terra com relação ao referencial da RCF, e, especialmente, anisotropias tardias de modelos tipo Bianchi I Esse método originial desenvolvido para avaliar os drfits é aplicado a diversos cenários cosmológicos e pode, em princípio, ser estendido para outros espaços-tempo

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