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.
Efeito da Composição da liga e das interfaces sobre a variação térmica da energia das transições excitônicas em poços quânticos de materiais III-V
Lourenço, Sidney Alves; Dias, Ivan Frederico Lupiano [Orientador]; Leite, José Roberto; Guimarães, Paulo Sérgio Soares; Duarte, José Leonil; Simões Filho, Manuel; Oliveira, José Brás Barreto de; Di Mauro, Eduardo
Resumo: Foi investigada a variação das transições excitônicas na liga ternária AlxGa1-xAs e em poços quânticos de AlxGa1-xAs/GaAs, AlxGa1-xAs/GaAs1-ySby, e GaAs/GaAs1-x-ySbxNy em função da temperatura no intervalo de 2 K a 3 K usando as técnicas ópticas de fotoluminescência e fotorefletância Analisou-se a contribuição da interação elétron-fônon e da dilatação térmica da rede para a variação da energia de transição excitônica com a temperatura na liga AlxGa1-xAs, a influência da concentração de alumínio na barreira sobre a variação das transições excitônicas com a temperatura em poços quânticos de AlxGa1-xAs/GaAs, e a flutuação do potencial de confinamento (gerados pela desordem de interface e pela desordem composicional de ligas) sobre o comportamento da energia de recombinação excitônica com a temperatura em poços quânticos com diferentes magnitudes das flutuações do potencial de confinamento, AlGaAs/GaAs, AlGaAs/GaAsSb, e GaAs/GaAsSbN Discutiu-se, ainda, a aplicabilidade dos modelos de ajuste de Varshni, Viña e Pässler à variação das transições excitônicas de materiais semicondutores III-V contendo pequena concentração de nitrogênio, III-V1-x-Nx
Determinação por TXRF e MEV-EDS da liberação de nanopartículas de TiO2 de tecidos com proteção ultravioleta durante o processo de lavagem
Ferreira, Diego de Dio; Appoloni, Carlos Roberto [Orientador]; Melquiades, Fábio Luiz; Santana, Henrique de; Marques, Leonardo Carmezini; Galvão, Tiago Dutra
Resumo: Nanopartículas de dióxido de Titânio (TiO2NPs) são atualmente uma das nanopartículas mais usadas pela indústria em geral, sendo encontrada em vários produtos como comida, cosméticos e tecidos O dióxido de Titânio é conhecido pela sua característica de absorver e espalhar UVA e UVB, portanto NPs de TiO2 são utilizadas em tecidos para obter FPU (fator de proteção ultravioleta) maior A liberação dessas nanopartículas durante a lavagem para o meio ambiente em grandes quantidades pode prejudicar ecossistemas marinhos, assim como diminuir a eficácia oferecida pelo produto com proteção UV O objetivo desse trabalho é determinar, utilizando Fluorescência de Raios X por Reflexão Total (TXRF), a liberação de TiO2 de tecidos com proteção ultravioleta em água de lavagem após 1 lavagens e também o comportamento dessa liberação durante o processo de lavagem E utilizar MEV-EDS (Microscópio Eletrônico de Varredura com Espectroscopia por Dispersão em Energia acoplado) para o estudo dos tecidos com seus fios e fibras, e também para a determinação da presença de TiO2 no tecido Para determinar se essas partículas são liberadas ou não na água durante a lavagem, foi criado um protocolo de lavagem baseado na ISO-15 e na literatura Nesse estudo, 21 amostras, de 7 tecidos com proteção UV (FPU 5+), passaram pelo protocolo de lavagem A água utilizada nas lavagens foi amostrada em 15 mL e 15 µL de Ga foi adicionado como padrão interno para possibilitar a quantificação do Ti via TXRF (Fluorescência de Raio X por Reflexão Total) com equipamento S2 PICOFOX O equipamento de EDS acoplado ao MEV foi utilizado para determinar a presença de Ti nas amostras de tecidos utilizadas Resultados mostraram que os sete tecidos liberaram TiO2 durante a lavagem em baixas concentrações, indo de ,28 a ,337 mg/L, após 1 lavagens A quantidade de Ti liberada no meio ambiente pela lavagem de roupas com proteção UV é, no mínimo, de 5 a 32 vezes menor que a quantidade de Ti que chega ao meio ambiente a partir da ingestão de comida por um adulto médio Assim, a maior preocupação, do ponto de vista ambiental, está na fase de fim de vida das peças, descarte ou reciclagem, e não na fase de uso e lavagem Quanto ao comportamento da liberação de Ti de cada amostra durante as lavagens, relacionou-se o tecido/marca com a quantidade de Ti liberado após 1 lavagens e também com o intervalo entre ciclos de lavagem de cada amostra As amostras analisadas por MEV-EDS tiveram a porcentagem de Ti liberado após 1 lavagens determinadas em 2,72% e 49,54% para as amostras 1 e 2, respectivamente Imagens de MEV-EDS possibilitaram a caracterização de todos tecidos como malhas compostas por fios de, aproximadamente, 12 µm, formados por em torno de 2 fibras de 1 a 13 µm
Difusividade térmica em cristais líquidos nemáticos
Steudel, Andrezza; Simões Filho, Manuel [Orientador]; Shibli, Suhaila Maluf; Palangana, Antônio José; Domiciano, Sandra Mara; Gonçalves, Antônio Edson
Resumo: Neste trabalho, apresentaremos um estudo teórico e experimental acerca da anisotropia da difusividade térmica em cristais líquidos nemáticos Para tanto, faremos uso da transformação conforme de Baalss-Hess [1] com o intuito obter uma equação livre de parâmetros ajustáveis, a qual descreverá a anisotropia da difusividade térmica nesses materiais Os resultados obtidos em nossa previsão teórica serão comparados com dados experimentais Através desse estudo, confirmaremos evidências experimentais já conhecidas, as quais indicam que a difusividade térmica será maior na direção do diretor do que na direção perpendicular a ele Porém, nosso estudo mostrará que esse comportamento será válido apenas para fases nemáticas calamíticas, pois, para fases nemáticas discóticas, nossa teoria indicará a ocorrência da situação contrária, ou seja, nesse caso a difusividade térmica será maior na direção perpendicular ao diretor Apresentaremos os dados experimentais que darão suporte a essa previsão teórica Os dados compreendem fases liotrópicas nemáticas discóticas e calamíticas e uma fase termotrópica nemática
A indicatriz liotrópica
Gobato, Ricardo; Simões Filho, Manuel [Orientador]; Palangana, Antônio José; Laureto, Edson; Oliveira, Elisabeth Andreoli de; Alves, Fernando da Silva
Resumo: Para cristais líquidos termotrópicos a dependência do parâmetro de ordem orientacional com a temperatura descreve completamente as fases ordenadas do sistema No entanto, para liotrópicos, a ordem orientacional observada macroscopicamente também depende da concentração que, alterando a geometria micelar, também altera a sua ordem de orientação A ligação estreita entre estes dois fenômenos não é diretamente considerada pelo parâmetro de ordem orientacional habitual, e a compreensão de como a mudança da geometria micelar é ligada às anisotropias macroscopicamente observadas é uma questão desafiadora que tenha sido sujeito a um incessante debate, o qual é o tema deste trabalho O objetivo deste trabalho é estudar a correlação entre o parâmetro de ordem orientacional e a representação geométrica das anisotropias observadas em liotrópicos Vamos mostrar que o conceito do parâmetro de ordem e a generalização do conceito de indicatriz óptica, largamente utilizada em óptica de cristais anisotrópicos, podem ser unidos para dar uma nova representação geométrica para as anisotropias encontradas em liotrópicos Nossa abordagem teórica será baseada nos índices de refração, obtidos de dados experimentais de uma mistura liotrópica de laurato de potássio, decanol e óxido de deutério
Estudo do processo de polimerização e reatividade de radicais livres aprisionados em materiais odontológicos
Amorim, Bruna Cristina; Di Mauro, Eduardo [Orientador]; Urbano, Alexandre; Valezi, Daniel Farinha; Carvalho, Gizilene Maria de; Piccinato, Marilene Turini; Vicentin, Bruno Luiz Santana [Coorientador]
Resumo: Quando a polimerização de compósitos resinosos odontológicos é iniciada, seja pela fotoativação ou pela autoativação, muitos radicais livres são formados Contudo, devido à vitrificação de sistema, nem todos radicais participam da polimerização, ficando aprisionados na rede quando o material torna-se rígido Levando-se em conta a importância da eficiência de polimerização nas características finais dos materiais e a importância dos radicais livres como iniciadores de polimerização, este trabalho tem como proposta estudar as propriedades relativas à polimerização em duas etapas Para a primeira etapa, foram realizadas medidas de Espectroscopia Vibracional no Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR, da sigla em inglês) para calcular o grau de conversão de monômeros em polímeros e medidas de Microtomografia Computadorizada (µ-CT) para determinar a contração de polimerização e o perfil de porosidade dos compósitos estudados Para a segunda etapa, considerando que as estruturas moleculares dos radicais aprisionados têm sido determinadas (estes radicais são chamados por alguns autores de radical propagante e radical alílico), foi proposto um método para estimar seus tempos de meia vida separadamente Para tanto, utilizou-se Espectroscopia por Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) em banda -X e simulações computacionais para reproduzir o sinal do espectro Por serem amplamente utilizadas em suas respectivas aplicações, foram escolhidas duas marcas comercias: a resina Filtek Z35 – 3M ESPE e o cimento resinoso dual Allcem – FGM O processo de polimerização da resina se inicia através de irradiação luminosa (fotoativação), contudo o cimento possui dois modos de ativação (fotoativação e autoativação) Assim, foi avaliada a influência da composição nas propriedades estudadas (comparando-se a resina fotoativada e o cimento fotoativado) e a influência do método de ativação (comparando-se o cimento fotoativado e o cimento autoativado) Os resultados deste trabalho demostram que o grau de conversão depende tanto da composição quanto do método de ativação, enquanto que a porosidade é uma característica da composição do material Não foram observadas diferenças de contração de polimerização em virtude dos dois modos de ativação do cimento Por outro lado, observaram-se diferenças de contração de polimerização em decorrência da composição comparando-se a resina fotoativada e o cimento fotoativado Com relação ao método proposto para determinar os tempos de meia vida dos radicais, obteve-se que radical alílico é aproximadamente duas vezes mais estável que o radical propagante, independentemente da composição ou método de ativação, indicando que a reatividade relativa dos radicais no compósito polimerizado não é influenciada por estes fatores
Estudo in silico por dinâmica molecular do sistema canabinoide : receptor de canabinoides tipo 1 e ligantes canabinoides
Severiche Castro, José Gregorio; Costa, Marcello Ferreira da [Orientador]; Urbano, Alexandre; Di Mauro, Eduardo; Paschoal, Diego da Silva; Amaral, Marcos Serrou do; Mendes, Tiago de Oliveira [Coorientador]
Resumo: Muito tem se discutido, recentemente, acerca do uso da Cannabis medicinal, mas pouco se conhece do que realmente é o que está por trás do termo medicinal É conhecida como Cannabis Medicinal já que possui controle de qualidade, cuja produção é padronizada e que atende aos padrões internacionais de medicamentos fitoterápicos O uso medicinal da cannabis refere-se sobretudo aos usos potencialmente benéficos que podem ser observados em muitas doenças, pois quase todos os órgãos e sistemas possuem locais onde ela pode exercer o seu efeito por meio da ação dos princípios ativos da planta (canabinóides) Um desses alvos é a proteína CB1, ela é receptora dos compostos fitocanabinoides canabidiol (CBD) e tetrahidrocanabidiol (?9- THC) presentes na planta Cannabis sativa Estudos in vivo com canabinóides como o CBD no tratamento da epilepsia, têm demonstrado o potencial terapêutico do composto agonista, reduzindo os efeitos de doenças como a síndrome de Dravet, Lennox-Gastaut, entre outras No entanto, a maioria dos programas de descoberta de drogas baseados em GPCR (receptores acoplados a proteína G) focam no desenvolvimento de moléculas ortostéricas que competem com ligantes endógenos O desenvolvimento de novos ensaios tornou possível identificar ligantes ativos que interagem em locais topograficamente distintos do receptor, a saber, locais alostéricos Ligantes alostéricos, como CBD no receptor CB1, exercem seus efeitos modificando a conformação do receptor, levando a uma mudança estrutural da proteína e perda da afinidade a ligantes ortostéricos Este sítio pode ser alvo para o desenho de novos fármacos, oferecendo uma nova abordagem para modular o CB1 O estudo de biomoléculas usando técnicas computacionais tem produzido bons resultados, capazes de orientar estudos experimentais economizando tempo e recursos Assim, neste estudo usou-se a dinâmica molecular como ferramenta computacional, fornecendo informações sobre o comportamento dinâmico, dependente do tempo, das interações do sistema CB1-CBD em ambiente membrana e água O estudo da interação CB1-CBD foi desenvolvido em duas etapas, diferenciando-se em que na primeira o objetivo foi determinar o melhor sítio de ligação do CBD no receptor, e na segunda, foi avaliar se o aumento do número de moléculas de CBD interagindo com CB1, causa sinergismo entre os ligantes A partir das duas etapas empregadas concluímos que a estimação da energia livre de ligação dos complexos e o cálculo da contribuição dos aminoácidos da proteína CB1 permitiu determinar que o sítio alostérico 1 é o local de interação com as melhores características energéticas e estruturais para a ligação do CBD a CB1 A maior contribuição à energia de interação é feita pelos resíduos de aminoácido Arg477 e Ser64 do receptor CB1, cuja presença é estável em todos os sistemas analisados, interagindo por meio de ligações hidrofóbicas e mantendo a afinidade do CB1 com o ligante CBD As interações não-covalentes mais importantes entre os grupos químicos do CBD e os resíduos de aminoácido do CB1 são alquil, pi-alquil e pi-pi em forma de T E o aumento do número de moléculas CBD interagindo com o CB1 não potencializa o efeito antagonista do ligante, demonstrado pela perda de afinidade quando outras moléculas são adicionadas, assim, o melhor sistema de interação é CB1-CBD-AS1 (-1437 Kcal/mol)
Modelo esférico quântico supersimétrico
Santos, Lucas Gabriel dos; Bienzobas, Paula Fernanda [Orientador]; Gomes, Pedro Rogério Sérgi; Hernaski, Carlos André; Oliveira, Mário José de; Bevilaqua, Leandro Ibiapina
Resumo: O modelo esférico pertence a uma pequena classe de modelos em mecânica estatística que são solúveis exatamente em dimensões arbitrárias, o que o torna atraente para o estudo de transições de fase Assim, apresentamos o modelo esférico clássico e suas proprieda des, incluindo o comportamento patológico da entropia para baixas temperaturas Em seguida, introduzimos a versão quântica do modelo, em que analisamos o seu compor tamento crítico para interações de primeiros vizinhos, tanto para o caso de temperatura finita quanto para temperatura nula Como o foco principal deste trabalho é investigar o comportamento crítico de uma extensão supersimétrica do modelo esférico quântico, jul gamos apropriado discutir inicialmente as principais propriedades de supersimetria, que são fundamentais para a construção da versão supersimétrica a partir de uma formulação no superespaço Esta construção no superespaço é conveniente para garantir que a estru tura de vínculo da teoria seja compatível com a supersimetria A extensão supersimétrica do modelo é parametrizada por uma energia de interação Ur,r , que governa a interação entre os supercampos nos diferentes sítios Em particular, o cálculo da função de partição é apresentado considerando uma energia de interação que depende apenas do módulo da distância entre dois sítios, U = U(?r - r ?) Porém, a análise do comportamento crítico é apresentada para interações de campo médio No geral, é possível mostrar que a versão de campo médio apresenta uma transição de fase quântica, sem quebra de supersimetria para temperatura nula, assim como uma transição de fase a temperatura finita com uma quebra de supersimetria Apresentamos os expoentes críticos da magnetização e da sus ceptibilidade em ambos os casos de temperatura finita e temperatura nula Com relação a susceptibilidade, encontramos dois regimes no caso de temperatura finita caracterizados por expoentes críticos distintos A entropia para a extensão supersimétrica do modelo é bem comportada no limite de baixas temperaturas, s ?
Estudo de bananas nanica, maçã e prata por espectrometria gama e fluorescência de raios X
Luz Filho, Isaias Venancio da; Appoloni, Carlos Roberto [Orientador]; Zamboni, Cibele Bugno; Bastos, Rodrigo Oliveira; Parreira, Paulo Sérgio; Portezan Filho, Otávio; Andrello, Avacir Casanova [Coorientador]
Resumo: A banana é a segunda fruta mais produzida no mundo e também no Brasil, que possui um consumo per capta anual de 31 kg aproximadamente Analisou-se no presente trabalho amostras de banana nanica, prata e maçã produzidas na região da cidade de Londrina, Paraná, a fim de determinar o nível de radiação natural e a presença de metais e outros elementos nestas amostras A espectrometria de raios gama foi aplicada usando um detector de HPGe com uma eficiência relativa de 6% A fluorescência de raios X foi aplicada com um espectrômetro de bancada da Shimadzu modelo EDX-72 Desidratando-se as bananas dos dez cachos coletados, seis sub-amostras de cada tipo de banana foram preparadas para serem medidas por espectrometria de raios gama, totalizando 6 subamostras Para as medições por fluorescência de raios X, 1 pastilhas cilíndricas foram preparadas com o pó de banana obtido da desidratação de cada um dos 1 cachos coletados, totalizando 1 pastilhas Também foram analisadas amostras de solo do local de amostragem das bananas Os resultados de fluorescência identificaram a presença de Fe, S, Si, Ca, K e P em todos os tipos de banana e ainda indicaram uma concentração média de potássio de ,5 % Analisando-se os solos, verificou-se que a maior concentração de K não implica em uma maior concentração deste elemento nas bananas Os resultados obtidos por espectrometria gama mostraram que as atividades para o 226Ra nas amostras de banana variaram de ,132 a ,323 Bq/kg Já o intervalo de atividade medida para o 228Ra nestas amostras foi de ,258 a ,568 Bq/kg Para o 4K as atividades foram de 18,3 a 187,2 Bq/kg A atividade mínima detectável para o 137Cs foi em média menor que ,5 Bq/kg Os resultados mostraram que a banana nanica tem uma maior concentração de potássio do que as demais analisadas Os níveis destes radionuclídeos nessas amostras não são nocivos aos seres humanos, o que pode também ser expresso pelo fato de que a dose efetiva comprometiva devido à ingestão desta quantidade de radionuclídeos pelo consumo de bananas, é muito pequena se comparada os valores de referencia fornecido pelo UNSCEAR Já os elementos medidos Fe, Ca, S, K e P são minerais importantes para a nutrição humana, não foram encontrados em quantidades que sejam prejudiciais
Características elétricas e ópticas de espelhos de Bragg do sistema AIGaAsSb/ AIAsSB sobre INP
Toginho Filho, Dari de Oliveira; Dias, Ivan Frederico Lupiano [Orientador]; Duarte, José Leonil; Iwamoto, Hiromi; Likawa, Fernando; Ribeiro, Evaldo
Resumo: O objetivo deste trabalho é o estudo de espelhos de Bragg do sistema AlGaAsSb/AlAsSb não dopado e dopados com Te, preparados pela técnica de BEM sobre substrato de InP, empregados em VCSELs na região de 1,55 µm Empregando a técnica Hall, absorção, SIMS e principalmente fotoluminescência, foi realizada uma análise comparativa e sistemática entre amostras “bulk” de GaAsSb e AlGaAsSb não dopadas e dopadas com Te Com estes resultados desenvolvemos um estudo sistemático das propriedades elétricas e ópticas de espelhos com 61/2 e 21/2 períodos não dopado, com dopagem homogênea, com dopagem do tipo “d-doping” e dopagem com liga digital em gradiente nas interfaces, empregando as técnicas de SIMS, Hall, IxV, PL, e refletividade Fizemos também a simulação de espectros de refletividade em espelho de Bragg aplicando um formalismo matricial Nossa principal conclusão é a altíssima viabilidade do emprego da estrutura AlGaAsSb/AlAsSb na preparação de espelhos de Bragg para operação na região de 1,55 µm, com os melhores resultados apresentados pelo espelho com liga digital

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