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.
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
Caracterização e análise de propriedades do 2-nitrofenol baseadas em métodos quânticos : fase gasosa e em solução
Farias, Poliane Cristina de; Costa, Marcello Ferreira da [Orientador]; Paschoal, Diego Fernando da Silva; Vicentin, Bruno Luiz Santana; Baldiotti, Mário César; Anizelli, Pedro Renato
Resumo: O 2-nitrofenol tem grande importância prática em diversas áreas Muitas pesquisas existem sobre esse composto, tanto experimentais como teóricas Para melhorar o entendimento sobre a estrutura e propriedades da molécula são feitos estudos sobre a estrutura eletrônica com m´métodos de física atômica e molecular ´E comum a utilização da DFT, mais especi?camente do funcional B3LYP para o estudo de diversas propriedades moleculares, sejam elas orgânicas ou não Este trabalho apresenta 3 funcionais bem conhecidos e utilizados da DFT e confronta com uma metodologia não variacional na determinação de propriedades elétricas e espectroscópicas Estas propriedades são obtidas teoricamente com os funcionais B3LYP, CAM-B3LYP, M6-2X e o método MP2 associados `as bases 6-31G(d,p), 6-31+G(d,p), 6-31+G(df,pd), Sadlej pVTZ e aug-cc-pVDZ, sobre 2-nitrofenol com simetria Cs em fase gasosa; em solução aquosa, em ciclo-hexano, em clorofórmio e, tetracloreto de carbono via o modelo de solvatação CPCM Além disso, são apresentados em fase gasosa e em solução os espectros IR, Raman, UV-Vis e, uma avaliação das metodologias computacionais sobre 2-nitrofenol em fase gasosa e em solução A geometria, as frequências vibracionais harmônicas do estado fundamental, propriedades elétricas e espectroscópicas foram obtidas com o programa Gaussian 9 e comparadas com alguns trabalhos existentes na literatura Conclui-se que diferentes modi?cações nos modelos químicos afetam os resultados sobre características de uma molécula ´E observado que o funcional B3LYP fornece a melhor estimativa sobre os espectros e MP2 sobre a maioria das propriedades elétricas calculadas Os resultados sugerem que a energia de gap fundamental deve ser de aproximadamente 1 eV e não 4 eV, como pode ser encontrado na literatura Esses resultados colaboram no avanço de tecnologias, afeta um grande número de pesquisadores que utilizam e desenvolvem essas metodologias e, colaboram na prudente aplicabilidade dos métodos computacionais discutidos
Geometria dos cristais líquidos nemáticos submetidos a cisalhamento e conexão entre os coeficientes de Leslie
Alves, Fernando da Silva; Simões Filho, Manuel [Orientador]; Kremer, Gilberto Medeiros; Kraenkel, Roberto André; Gonçalves, Antônio Edson; Domiciano, Sandra Mara
Resumo: Neste trabalho, é proposta uma extensão do modelo de transformação conforme de Hess-Baalss [5] Este modelo é utilizado para propor uma relação conectando os coeficientes de viscosidade dos cristais líquidos nemáticos A motivação para essa abordagem é o fato conhecido que, na sua forma habitual, a transformação conforme conduz a resultados que não são observados experimentalmente Mostra-se que, introduzindo uma torção no campo diretor de um cristal líquido ordenado submetido a cisalhamento, o novo modelo descreve os dados experimentais com eficiência Além disso, este modelo prevê que os cinco coeficientes de viscosidade do modelo de Leslie não são independentes, mas conectados É realizada uma comparação da relação obtida com os dados experimentais e um excelente acordo é obtido
Estudo do processo de polimerização de materiais resinosos odontológicos com ressonância magnética
Vicentin, Bruno Luiz Santana; Di Mauro, Eduardo [Orientador]; Fontes, Adriana da Silva; Contreras, Edwin Fernando Ruiz; Grama Hoeppner, Márcio; Piccinato, Marilene Turini
Resumo: Investigamos o processo de polimerização de materiais resinosos utilizados na restauração odontológica, assim como a influência de um pino de fibra de vidro translúcido no grau de polimerização em diferentes profundidades da restauração Espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) e simulações computacionais de espectros em bandas-X, -Q e -W permitiram identificar os radicais livres responsáveis pela reação de polimerização da resina fotopolimerizável Z1 (3M ESPE, Campinas, SP, Brasil) e do cimento resinoso dual AllCem (FGM, Joinville, SC, Brasil), revelando que embora os iniciadores e aceleradores são distintos, os radicais livres de propagação são os mesmos A técnica de RPE associada à Exploração de Superfícies por Ressonância Magnética Nuclear (NMR-MOUSE) permitiu determinar um modelo para o processo de polimerização do cimento resinoso dual levando em conta os dois protocolos de iniciação do cimento: fotopolimerização e autopolimerização Notadamente existe diferença no tempo de iniciação e tempo necessário para conversão total de monômeros em polímeros entre os protocolos, assim como dependência da taxa de conversão com a profundidade na amostra para o caso de fotopolimerização Para ambos os casos foi determinada a cinética da reação de polimerização por adição de radicais livres A influência do pino de fibra de vidro translúcido WhitePost DC (FGM, Joinville, SC, Brasil) na polimerização de um cimento resinoso dual foi estudada avaliando a concentração de radicais livres por RPE em diferentes profundidades de amostras de pino cimentado em um conduto simulado Os resultados mostram que o pino tem real influência apenas nos primeiros 8 mm de profundidade da restauração, não sendo capaz de fotopolimerizar pontos mais profundos da restauração Mostra-se que a configuração cilíndrica é capaz de aumentar o grau de conversão em profundidades maiores que a configuração cônica
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
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
Radioatividade de rochas provenientes das formações geológicas pertencentes à bacia hidrográfica do Rio Tibagi
Bastos, Rodrigo Oliveira; Appoloni, Carlos Roberto [Orientador]; Andrello, Avacir Casanova; Anjos, Roberto Meigikos dos; Santos, Rosana Nunes dos; Scheibel, Viviane; Pinese, José Paulo Peccinini [Coorientador]
Resumo: Este trabalho trata do estudo da radioatividade do 4K e das séries do 238U e do 232Th em rochas através de medidas de espectrometria gama natural de alta resolução As rochas são provenientes das formações geológicas pertencentes à bacia hidrográfica do rio Tibagi, cujo curso corta as seqüências estratigráficas paleozóicas e mesozóicas da Bacia Sedimentar do Paraná Para considerar a atenuação do fundo radioativo pela amostra, desenvolveu-se uma técnica que torna desnecessária a medição de uma amostra que represente o branco Os efeitos da auto-atenuação da radiação pelas amostras foram levados em conta através do método da transmissão direta de raios gama Apresentam-se os resultados para 87 amostras de rocha de 14 formações distintas discutindo-se as variações das atividades segundo os possíveis processos geológicos que as originaram Entre os resultados de maior destaque estão: um afloramento de folhelhos, calcários e rítmicos da Formação Irati; uma seqüência de arenitos e siltitos da Formação Rio do Rasto; e um perfil amostrado em uma mina de carvão na Formação Rio Bonito As contribuições das rochas para as taxas de dose de radiação gama outdoor foram calculadas e estão de acordo com os valores apresentados por outros autores para rochas similares Valores mais altos de dose foram obtidos pelas rochas félsicas (riolito do grupo Castro, 129,8 ± 3,7 nGyh-1, e granito Cunhaporanga, 167 ± 37 nGyh-1) Os dois outros valores mais altos correspondem aos folhelhos da Formação Irati (19 ± 16 nGyh-1) e aos folhelhos sílticos da Formação Ponta Grossa (17,9 ± ,7 nGyh-1) As formações mais recentes, em termos geológicos, apresentaram os menores valores de dose (ex Formação Botucatu, 3,3 ± ,6 nGyh-1) O valor médio encontrado para as rochas sedimentares de outras sete formações analisadas é igual a 59 ± 26 nGyh-1 A Formação Rio Bonito apresentou o maior valor de dose (334 ± 193 nGyh-1) devido principalmente à concentração anômala de 226Ra no ponto amostrado O parâmetro Raeq (radioequivalente) e o índice de concentração de atividade para monitoramento de radioatividade ambiental foram calculados para as rochas que são utilizadas como materiais de construção Somente uma amostra atingiu valores de Raeq mais altos que 37 Bqkg-1 Com respeito ao índice de concentração de atividade, todos os resultados são menores que dois, satisfazendo o critério mais rigoroso de dose (,3 mSva-1) para materiais de construção de uso mais restrito (ex revestimento e telhas) Quando considerado o uso em maiores quantidades (ex brita, tijolos, areia), as amostras do grupo Castro e do granito Cunhaporanga não satisfizeram o critério de dose menos rigoroso (1 mSva-1) Isso indica que o uso como brita de concreto, dado atualmente a essas rochas, merece atenção do ponto de vista de proteção radiológica Esse resultado requer uma análise mais cautelosa com cálculos de dose que levem em conta os cenários específicos onde o material é usado tipicamente
Uso de fluorescência de raios x e análise multivariada na determinação de atributos de fertilidade de solos em uma topossequência derivada do basalto
Santos, Felipe Rodrigues dos; Melquiades, Fábio Luiz [Orientador]; Sena, Marcelo Martins de; Carvalho, Hudson Wallace Pereira de; Andrello, Avacir Casanova; Parreira, Paulo Sérgio; Barbosa, Graziela Moraes de Cesare [Coorientadora]
Resumo: A fluorescência de raios X (XRF) combinada com calibração multivariada é uma das metodologias que tem sido propostas para análise dos atributos de fertilidade do solo de forma rápida, barata e com baixo impacto ambiental No entanto, a maioria dos estudos relatados na literatura utilizam dados de concentrações elementares determinados pela técnica, o que pode causar a perda de informações úteis contidas em seus espectros Além disso, em alguns casos, essas concentrações elementares podem não ser acuradas Nesse sentido, o uso de dados espectrais de XRF pode ser mais adequado no desenvolvimento de modelos de calibração multivariada para determinação de parâmetros do solo No entanto, nem todas as variáveis do espectro contribuem para a modelagem do parâmetro de interesse Além disso, ainda não existe um procedimento bem estabelecido para o pré-processamento desses dados Portanto, o objetivo desse estudo foi desenvolver modelos de regressão por mínimos quadrados parciais (PLSR) com dados espectrais de EDXRF sob duas condições de medidas (com 15 kV e 5 kV no tubo) para determinação de carbono orgânico total (COT), fósforo disponível (Pdisp), cálcio trocável (Ca2+), magnésio trocável (Mg2+), potássio trocável (K+), soma de bases trocáveis (SB), capacidade de troca catiônica total (CTC), saturação por bases (V%), pH e acidez potencial (H++Al3+) em solos de uma topossequência derivada do basalto Buscou-se avaliar o uso de diferentes técnicas de pré-processamento e métodos de seleção de variáveis com o objetivo de melhorar a capacidade preditiva dos modelos verificando as faixas espectrais que mais contribuíram para a determinação de cada parâmetro Além disso, para verificar a eficiência dos modelos, foram avaliadas algumas figuras de mérito Os resultados demonstraram que o uso de 15 kV no tubo foi a melhor condição de medida para todos os atributos avaliados, com exceção do pH Além disso, o uso do escalamento de Pareto como pré-processamento gerou os menores erros de previsão para praticamente todos os parâmetros Em geral, os métodos de seleção de variáveis resultaram em uma melhora na capacidade preditiva dos modelos de calibração, contribuindo para identificar as regiões espectrais que mais influenciaram na modelagem de cada atributo e a análise das figuras de mérito foi essencial para demonstrar a viabilidade da metodologia Somente o COT, Ca2+ e SB apresentaram modelos preditivos considerados bons, Mg2+, CTC e V% apresentaram modelos preditivos considerados razoáveis e os demais atributos apresentaram modelos fracos Por fim, estes resultados contribuem para o estabelecimento de uma abordagem no tratamento de dados espectrais de EDXRF para calibração multivariada, bem como para uma melhor interpretação das variáveis que influenciam na modelagem dos atributos de fertilidade do solo
O escalar de curvatura de Ricci e a energia elástica livre de uma amostra nemática
Bertolino, Willyan Henrique Pontim; Simões Filho, Manuel [Orientador]; Pazetti, Márcio; Domiciano, Sandra Mara; Braga, Wladimir Sérgio; Ferreira, Marcello Costa
Resumo: A descrição da elasticidade dos cristais líquidos nemáticos uniaxiais pela teoria do contínuo é feita pela energia livre de Frank Nesta tese será mostrado que alguns de seus termos podem ser determinados pelo escalar de curvatura de Ricci associada à variedade diferencial determinada pelo campo diretor da amostra O resultado foi obtido partindo de um modelo geométrico onde uma métrica foi construída para descrever a anisotropia observada nas medidas físicas e, a partir dessa métrica, obtém-se o tensor de curvatura e o escalar de curvatura de Ricci, R Através de uma comparação de R com a energia livre de Frank, a energia elástica livre será expressa em duas partes, uma contendo os termos de twist, saddle-splay e splay-bend, que podem ser expressados em termos de R e outra contendo os termos de splay e bend que não estão contidos em R Será mostrado também que os termos de splay e bend não aparecem em R porque suas geometrias são intrinsecamente planas, ou seja, de curvatura nula
Força repulsiva de Casimir num espaço-tempo estacionário e axialmente simétrico
De la Hoz Coronell, Victor Ezequiel; Baldiotti, Mário César [Orientador]; Pereira, Thiago dos Santos; Vitenti, Sandro Dias Pinto; Molina, Carlos; Marcori, Oton Henrique
Resumo: Estudamos os efeitos da simetria axial de espaços-tempos estacionários na energia de Casimir Considerando um campo escalar massivo, analisamos a influência da orientação do aparelho Casimir, com relação ao eixo de simetria, no valor da energia Mostramos que, para uma orientação não considerada antes na literatura, a energia de Casimir pode mudar de sinal, produzindo uma força repulsiva Como aplicações, analisamos duas métricas específicas: uma associada ao movimento linear de um cilindro e um movimento equatorial circular em torno de uma fonte gravitacional descrita pela geometria de Kerr

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