FISA - Dissertação

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Analysis of the fluctuation-dissipation theorem and memory effects in thermodynamic systems under the influence of external forces
(2025-04-28) Morás, Raul Vinícius Basso
Todo corpo com temperatura finita emite radiação eletromagnética na forma de fótons. A transferência de calor por irradiação é, portanto, uma propriedade fundamental amplamente estudada em termodinâmica e física estatística [1, 2, 3]. No regime de campo próximo, em que as distâncias são da ordem ou menores que o comprimento de onda térmico característico (λT ), emergem efeitos adicionais significativos, como a contribuição de ondas evanescentes e as flutuações de campos de curto alcance [4, 5]. Nestas condições, a transferência radiativa de calor pode exceder consideravelmente os limites previstos pela Lei de Stefan-Boltzmann, demandando uma abordagem fundamentada na termodinâmica de não equilíbrio e na eletrodinâmica quântica. Para descrever adequadamente tais fenômenos, o formalismo da equação de Langevin generalizada [6, 7, 8, 9] apresenta-se como uma ferramenta poderosa, pois permite modelar a dinâmica de sistemas com memória e correlações temporais, viabilizando a análise de processos de transporte fora do equilíbrio térmico. O presente trabalho tem como objetivo investigar fenômenos associados ao regime de difusão anômala e suas possíveis conexões com a transferência anômala de calor em sistemas fora do equilíbrio. Os resultados obtidos abrangem tanto abordagens teóricas quanto computacionais. Foram analisados, em detalhe, os comportamentos transientes e assintóticos do Teorema de Flutuação-Dissipação, em suas formas normal e generalizada, sob a influência de uma força externa. Neste contexto, investigaram-se as propriedades da força externa e da função de relaxação, demonstrando-se para quais sistemas o teorema permanece válido e para quais é necessária uma correção assintótica, explicitando-se a natureza dessa correção. Adicionalmente, determinou-se a temperatura efetiva a partir da densidade de estados, com resultados que variam entre a temperatura do banho térmico e a temperatura inicial do sistema, a depender do regime de difusão (normal ou balístico). Simulações computacionais corroboraram estas previsões, evidenciando a aplicabilidade do modelo em uma ampla gama de cenários dinâmicos. No contexto das simulações do movimento browniano, a equação de Langevin generalizada foi resolvida numericamente, com validação do modelo nos regimes de difusão normal e balística. Identificou-se, ainda, uma relação linear entre as temperaturas cinética e efetiva. A introdução de confinamento em caixas nanométricas revelou que volumes reduzidos favorecem a preservação da memória inicial do sistema. Por fim, nas simulações envolvendo ondas evanescentes, observou-se uma estabilização da temperatura em valores superiores aos do banho térmico, atribuída à presença de um campo elétrico externo. Esse comportamento foi associado à preservação de memória de longo prazo e à dissipação energética contínua, sugerindo novas perspectivas para o estudo de sistemas fora do equilíbrio. Resumen Todo cuerpo con temperatura finita emite radiación electromagnética en forma de fotones. La transferencia de calor por radiación es, por lo tanto, una propiedad fundamental ampliamente estudiada en termodinámica y física estadística [1, 2, 3]. En el régimen de campo cercano, donde las distancias son del orden o menores que la longitud de onda térmica característica (λT ), surgen efectos adicionales significativos, como la contribución de ondas evanescentes y las fluctuaciones de campos de corto alcance [4, 5]. En estas condiciones, la transferencia radiativa de calor puede exceder considerablemente los límites previstos por la Ley de Stefan-Boltzmann, lo que requiere un enfoque basado en la termodinámica de no equilibrio y la electrodinámica cuántica. Para describir adecuadamente dichos fenómenos, el formalismo de la ecuación de Langevin generalizada [6, 7, 8, 9] se presenta como una herramienta poderosa, ya que permite modelar la dinámica de sistemas con memoria y correlaciones temporales, facilitando el análisis de procesos de transporte fuera del equilibrio térmico. El presente trabajo tiene como objetivo investigar fenómenos asociados al régimen de difusión anómala y sus posibles conexiones con la transferencia anómala de calor en sistemas fuera del equilibrio. Los resultados obtenidos abarcan tanto enfoques teóricos como computacionales. Se analizaron en detalle los comportamientos transitorios y asintóticos del Teorema de Fluctuación-Disipación, en sus formas normal y generalizada, bajo la influencia de una fuerza externa. En este contexto, se investigaron las propiedades de la fuerza externa y de la función de relajación, demostrando para qué sistemas el teorema permanece válido y para cuáles es necesaria una corrección asintótica, explicitándose la naturaleza de dicha corrección. Además, se determinó la temperatura efectiva a partir de la densidad de estados, con resultados que varían entre la temperatura del baño térmico y la temperatura inicial del sistema, dependiendo del régimen de difusión (normal o balístico). Las simulaciones computacionales corroboraron estas predicciones, evidenciando la aplicabilidad del modelo en una amplia gama de escenarios dinámicos. En el contexto de las simulaciones del movimiento browniano, la ecuación de Langevin generalizada se resolvió numéricamente, con validación del modelo en los regímenes de difusión normal y balística. Asimismo, se identificó una relación lineal entre las temperaturas cinética y efectiva. La introducción de confinamiento en cajas nanométricas reveló que volúmenes reducidos favorecen la preservación de la memoria inicial del sistema. Finalmente, en las simulaciones que involucran ondas evanescentes, se observó una estabilización de la temperatura en valores superiores a los del baño térmico, atribuida a la presencia de un campo eléctrico externo. Este comportamiento se asoció con la preservación de la memoria a largo plazo y la disipación energética continua, sugiriendo nuevas perspectivas para el estudio de sistemas fuera del equilibrio.
Estudo de deflexões de UHECR na presença do campo magnético galáctico JF2012
(2023) Santos, Larissa Cristina dos
A produção e aceleração de raios cósmicos de altas energias (Ultra-high energy cosmic rays - UHECR) no Universo continua sendo um dos grandes mistérios da ciência moderna. Os mecanismos de aceleração de partículas altamente energéticas em fontes astrofísicas são ainda desconhecidos. O principal objetivo deste estudo foi explorar a distribuição de emissão e chegada de UHECR originadas de radiogaláxias. Utilizou-se como possíveis fontes as galáxias Centaurus A, Fornax A e M87 devido a sua correlação com a direção de chegada de eventos medidos do Observatório Pierre Auger. Explorou-se as potencialidades de detecção dessas partículas considerando o efeito do modelo do campo magnético galáctico Jansson-Farrar 2012 (JF2012). O estudo da influência do campo magnético auxilia na compreensão da geração e propagação dos UHECR. Para o estudo, foi utilizado o programa computacional Cosmic Ray Transport (CRT), o programa não considera perdas de energia, mas foi utilizado para a quantificação dos desvios das partículas a partir dos os seguintes parâmetros: rigidez, distância da fonte à Terra, direção da fonte no céu e carga/massa da partícula a ser propagada. Os resultados obtidos quantificam o efeito do campo magnético galáctico nas diferentes direções das radiogaláxias e indicam que o campo galáctico deve ser considerado a partir de energias próximas a 16 EeV.
Difusão Anômala no Jogo da Vida
(2023) Pereira, Juliana de Souza
Autômatos celulares são ferramentas computacionais versáteis, aplicadas em diversos campos multi e interdisciplinares para modelar fenômenos complexos, entre eles a difusão. Dentro deste contexto, o presente estudo dedica-se à análise da difusão no "Jogo da Vida", um modelo de autômato celular desenvolvido por John Horton Conway. Este modelo opera em uma grade de células que podem estar em um de dois estados: 'vivo' ou 'morto'. Utilizando a linguagem Python, implementamos as regras dinâmicas do Jogo da Vida em várias configurações matriciais, com o intuito de conduzir uma análise estatística sobre a distribuição espacial das células vivas e a dinâmica do seu centro de massa em ciclos sucessivos de interação. Além de avaliar métricas como assimetria e curtose, examinamos variáveis associadas ao movimento do centro de massa, como posição, velocidade e aceleração, assim como métricas derivadas, como o deslocamento quadrático médio e autocorrelações. Ao analisar dezoito configurações iniciais em uma rede expansível, identificamos diferentes regimes difusivos a partir do expoente de difusão (α), como subdifusão (0<α<1), difusão normal (α=1) e superdifusão (1<α≤2). Observamos ainda comportamentos mais complexos, que variam desde a contração ou agregação do movimento (α<0) até regimes hiper-balísticos (α>2). Os resultados foram contextualizados usando o formalismo de Langevin Generalizado e comparados aos comportamentos assintóticos da função de relaxação, enriquecendo assim a compreensão do teorema de Khinchin.
Luminosidade de Raios Cósmicos de Altas Energias: Análise Multimensageira e Limites Superiores
(2022) Sasse, Rodrigo; Araújo, Carlos Henrique Coimbra
Raios cósmicos são partículas que se propagam pelo Universo, podendo ser originadas de dentro ou fora da nossa Galáxia. Sua composição pode variar desde núcleos mais leves, como o próton até núcleos mais pesados como o ferro. Diariamente os raios cósmicos interagem com a superfície da Terra com energias que variam de 10 MeV até 1020 eV. Em especial, a abordagem do estudo se dá nos raios cósmicos de altíssimas energias (> 1018 eV), uma vez que ainda são desconhecidas quais são as fontes dos mesmos e quais são os mecanismos capazes de acelerar partículas tão energéticas. Estes são grandes desafios a serem respondidos pela Astrofísica. Neste trabalho, apresentar-se-ão os limites superiores na luminosidade de raios cósmicos de altíssimas energias, a partir do limite superior no fluxo de raios gama GeV-TeV de supernovas presentes em galáxias do tipo Seyferts. Raios gamas podem ser produzidos ao longo da trajetória de raios cósmicos, uma vez que estes interagem com a matéria e a radiação cósmica de fundo, durante a sua propagação. Como raios gamas não são defletidos por campos magnéticos, podem ser utilizados como partículas mensageiras para estudar a origem dos raios cósmicos.
Obtención y Caracterización de Nanocompuestos 2D/2D de Dicalcogenuros de Metales de Transición y Grafeno
(2022) González Hernández, Sandy; Orientação
Los materiales bidimensionales de la familia de los dicalcogenuros de metales de transición han sido ampliamente estudiados en los últimos años, principalmente por sus propiedades ópticas y electrónicas, que permiten su uso en dispositivos. Sin embargo, el desarrollo y optimización de una metodología para obtener estos materiales a gran escala es uno de los grandes retos de los investigadores en la actualidad. Por tal motivo, en la presente tesis se estudiaron dos parámetros en la etapa de exfoliación mecánica por ball milling en el método utilizado por nuestro grupo de trabajo, que lo combina con la exfoliación líquida asistida por sonicación, esta combinación permite obtener dispersiones de material en grandes concentraciones. Este método se aplicó para obtener dispersiones de MoS2, WS2 y grafeno a partir del material bulk en polvo. En la primera etapa de este estudio se investigó la influencia del medio de exfoliación y la velocidad de rotación en el proceso de molienda en la eficiencia de la exfoliación. Los materiales molidos y las dispersiones del material exfoliado se caracterizaron por difracción de Rayos X, microscopia de fuerza atómica, espectroscopia de absorción UV-Vis, microscopia electrónica de barredura y espectroscopia de energía dispersiva de Rayos X. En el segundo paso, se prepararon nanocompuestos 2D/2D combinando los materiales exfoliados MoS2, WS2 y Grafeno en diferentes proporciones mediante el método de síntesis solvotermal. Estos también fueron caracterizados y estudiados.
Prototipagem e Caracterização de Células Eletroquímicas de Baixo Custo para Caracterização, In-Situ, de Eletrodos de Baterias: Estudos Preliminares
(2022) Galeano Espinola, Diego Osmar; Orientação
A redução do desempenho das baterias é causada, entre outras coisas, por alterações estruturais permanentes que ocorrem nos eletrodos durante o processo de carga e descarga. A difração de raios X é uma técnica de caracterização de materiais que permite a identificação de fases cristalinas. O grande desafio para analisar células eletroquímicas de baterias é acessar com raios X ao interior da célula. Para estudar a evolução estrutural da superfície ativa dos eletrodos de bateria de chumbo ácido in-situ, se propõe uma célula eletroquímica de baixo custo, compatível com um difratômetro de raios X convencional com fonte de radiação CuKα. Para minimizar a atenuação dos raios X pelo invólucro da célula eletroquímica, foram propostas duas geometrias: i) uma célula cilíndrica vertical de polipropileno com um diâmetro interior de 1,7 mm e uma espessura de parede de 0,5 mm, com um eletrodo de trabalho em forma de disco (Pb) na base e; ii) uma célula retangular tipo U impressa em 3D com uma superfície de elétrodo ativo de 0,3×1mm2 e janelas de polipropileno de 0,05 mm de espessura. Simulações dos difratogramas, incluindo a atenuação (para ambas as geometrias), foram realizadas com intuito de identificar os picos de difração que podem ser detectados em cada uma das células. Os resultados mostraram a possibilidade de detectar picos de difração correspondentes a Pb na superfície ativa do eletrodo de trabalho imerso em ácido sulfúrico (5,35 Molar). As medidas de difração, realizadas periodicamente durante doze semanas, mostram uma redução na intensidade dos picos de Pb, o que pode ser explicado pela formação inicial de uma película amorfa de algumas camadas atômicas devido à redução do campo elétrico durante o crescimento potenciostático. Medidas de difração de raios X em ângulos rasantes e análises de EDS e SEM foram realizadas na célula retangular tipo U em um período de seis semanas e mostram a formação de um filme de sulfato de chumbo cristalino (PbSO4) e, possivelmente, óxido de chumbo (α-PbO2) na superfície do eletrodo de Pb com precipitação/nucleação inicial a partir de 1 hora e, um crescimento posterior dos cristais (com estrutura cristalina ortorrômbica) no restante do tempo. Os resultados mostram a a possibilidade do uso dessas células em medidas de caracterização in-situ por difração de raios X.
Estudo de Perturbações Cosmológicas Lineares no Modelo ΛCDM e Investigação do Setor Escuro a partir do Gás de Chaplygin
(2022) Kuhlkamp, Kelvis Andrei; Orientação
O presente trabalho visa o estudo e investigação da possibilidade de utilizar o gás de Chaplygin generalizado como componente constituinte da energia escura e da matéria escura através de um modelo de unificação do setor escuro. Para isso, apresentamos, inicialmente, uma abordagem matemática do modelo cosmológico ΛCDM para compararmos os resultados com o modelo cosmológico de unificação com gás de Chaplygin generalizado. As análises e comparações feitas a nível de background estão relacionadas à evolução do parâmetro de Hubble, evolução do parâmetro de densidade, ao parâmetro de desaceleração, ao parâmetro da equação de estado e à velocidade do som do modelo proposto. Além disso, apresentamos resultados obtidos a nível perturbativo em relação ao contraste de densidade e a taxa de crescimento de estruturas no universo. Os resultados obtidos para o modelo de unificação se aproximam dos valores obtidos para o modelo ΛCDM no nível de background através do ajuste de parâmetros das equações de estado do gás de Chaplygin generalizado.
Dinâmica de Bolhas de Ar em H2O e Glicerina
(2022) Menon, Débora Cristine; do Carmo, Eduardo; Hönnicke, Marcelo G.; Orientação
Bolhas de ar em água apresentam movimentos ascendentes retilíneos somente quando forem suficientemente pequenas (diâmetro menor que ~ 2 mm). Bolhas maiores seguem trajetórias planares oscilatórias ou espiraladas. Desde Leonardo da Vinci no século XV, as observações científicas desses movimentos tipo zigue-zague desafiam e encantam os cientistas. Atualmente, para o movimento de bolhas com diâmetro maiores que 2 mm, o entendimento é que existe uma transição de um regime unidirecional para um regime espiralado devido a instabilidade do “rastro” deixado pela bolha, que pode causar uma força de deslocamento lateral. Neste trabalho, apresenta-se uma investigação da dinâmica de bolhas de ar em água através de um aparato experimental muito simples: uma coluna de água montada utilizando um tubo de PVC transparente. Na base do tubo é instalada uma agulha pela qual se introduz pequenas porções de ar, formando-se bolhas de diferentes tamanhos. Os movimentos destas bolhas de ar são filmados em câmera lenta (120 frames por segundo) por um smartphone. Os vídeos são analisados através de um software de análise gráfica (Tracker). Dessa forma, tem-se acesso direto às amplitudes e períodos da trajetória oscilante das bolhas, bem como de suas velocidades de ascensão e de oscilação. Com tais dados, obtém-se a magnitude da força de deslocamento lateral e um coeficiente de arrasto médio quadrático. Ainda, realiza-se a mesma investigação para várias temperaturas dos líquidos envolvidos buscando-se encontrar relações entre as velocidades limites das bolhas e a temperatura dos líquidos.
Síntese e caracterização de filmes finos nanoestruturados de óxido de ferro para potencial aplicação na geração de gás hidrogênio em células fotossintéticas
(2021) Busti, Nathalie Danree; Orientação
A fotossíntese artificial em células eletroquímicas fotossintéticas, pretende emular a fotossíntese natural utilizando materiais fabricados pelo homem. Basicamente, o mecanismo de funcionamento das células fotossintéticas consiste na absorção da luz solar por parte de um material semicondutor e a utilização desta energia para a quebra da molécula de água e produção dos gases hidrogênio e oxigênio. Dentre os materiais semicondutores, o óxido de ferro é atrativo para ser utilizado nestes dispositivos devido ao seu estreito gap de energia (1,9 - 2,2 eV) que lhe permite absorver energia em toda a faixa ultravioleta e em grande parte da faixa visível do espectro eletromagnético. Assim, neste trabalho filmes finos de -Fe2O3 (óxido de ferro (III)) depositados sobre vidro condutor transparente foram obtidos por meio da técnica de Spray Pirólise. A deposição do material ocorreu a 450 ºC e com variação nas quantidades volumétricas (5, 15, 25 e 35 mL) de solução etanólica precursora de cloreto de ferro hexa-hidratado (0,2 mol·L -1 ). A partir de análises de difração de raios X e espectroscopia Raman foi possível confirmar a formação da fase hematita do Fe2O3, sem fases secundárias. A espessura dos filmes fabricados foi analisada por meio de medidas de perfilometria e os resultados demonstraram que todos os filmes possuem espessura na escala nanométrica, variando de ~100 a ~900 nm, de acordo com a quantidade de material depositada. As imagens de microscopia eletrônica de varredura mostram que os filmes mais finos – ou com menor quantidade de material depositado – possuem partículas nanométricas com formato bidimensional, e que conforme é aumentada a quantidade de material depositado, estas partículas tendem a se agrupar em formas tridimensionais. Fato que mostra variabilidade morfológica, em função da quantidade de material depositado. As medidas eletroquímicas mostram que o material exposto à luz (1 sol, 100 mW·cm-2 ) apresenta resposta satisfatória para o processo de produção de H2. A melhor resposta ocorreu para os filmes mais finos (espessura ~ 100 nm), nos que se obtiveram densidades de corrente de ~60 µA·cm-2 @ 1,23 V vs. RHE, quando iluminados. Estes filmes também foram os que apresentaram maior deslocamento do potencial de início de condução (onset potential) quando iluminados, passando de 1,05 para 0,74 V vs. RHE. Os resultados obtidos mostram que filmes finos de -Fe2O3 – podem ser facilmente preparados pelo método de Spray Pirólise e que os filmes mais finos (~ 100 nm) com partículas bidimensionais de grande área superficial e baixa espessura são melhores para a produção solar de gás hidrogênio – solar water splitting. Essas características podem estar relacionadas ao fato de que neles os portadores de carga são gerados próximo a superfície do material onde ocorrem as reações de quebra da molécula de água auxiliando, portanto, na redução das distâncias de difusão e nas recombinações dos portadores de carga.
Análise de Estabilidade em Potenciais Efetivos de Weyl e Aspectos de Lentes Gravitacionais
(2021) Kalb, Monica Cristina; Orientação
No presente trabalho, nós investigamos a dinâmica e a estabilidade de estrelas com órbitas axissimétricas em potenciais efetivos de Weyl. Para isso, utilizamos a métrica estacionária de Weyl, que possui um campo gravitacional com simetria cilíndrica, de modo que a altura h do cilindro seja muito menor que o raio r, aliado ao limite quase-newtoniano. Esse campo gravitacional quase-newtoniano possui uma intensidade mediana e é possível obtermos quando consideramos a não-linearidade das equações de Einstein em conjunto com a limitação de movimento lento na equação da geodésica. Neste trabalho também abordamos aspectos sobre lentes gravitacionais e o desvio da luz. Desenvolvemos primeiro o desvio da luz para a teoria newtoniana, a m de termos um valor para comparação, em seguida, construímos o desvio da luz considerando a curvatura do espaço-tempo. Como consequência encontramos que o modelo de Weyl desenvolvido é mais simples quando comparado ao modelo de Einstein já consolidado.
Difusão em meios confinados: Modelagem e simulação baseada em Langevin usando o motor gráfico Unity3D
(2020-04-10) Silva, Rafael Model; Lapas, Luciano Calheiros
O crescimento de aplicações de transporte de partículas através de canais tem atraído muita atenção nos últimos anos, dando origem a diversos trabalhos os quais exploram diferentes formas de confinamento dentro de geometrias irregulares. A notoriedade desse fenômeno impõe uma diversidade de estudos em processos estocásticos relacionados a geometrias de confinamento, os quais utilizam métodos numéricos, barreiras entrópicas, dentre outras abordagens. O presente trabalho tem por objetivo analisar fenômenos de difusão a partir de uma ferramenta diferenciada, o Unity3D; um motor gráfico (game engine) voltado para o desenvolvimento de jogos, o qual possui funcionalidades que permitem modelagens e simulações em ambientes complexos. O Unity3 apresenta ainda compatibilidade com softwares de terceiros, possibilitando ainda a importação de geometrias mais realistas e intrincadas a partir de programas de modelagem 3D, como, por ex., o Blender. Nesse sentido, realizamos diversas simulações com partículas brownianas de tamanho finito em meio a um fluido, descritas a partir do modelo de Langevin. Essas simulações se estendem desde casos simples, como partículas não interagentes e na ausência de potencial externo, até um conjunto de partículas interagentes inseridas em um canal periódico tridimensional sobre a influência de um potencial externo. Este trabalho pode ser dividido em duas partes principais: o primeiro diz respeito à análise do regime difusivo a partir do modelo de Langevin, considerando partículas livres e partículas confinadas em uma caixa cúbica e um canal senoidal bidimensional. O segundo corresponde às análises referentes à pressão dentro de um ambiente confinado por uma caixa cúbica e um canal senoidal tridimensional. Os resultados estão de acordo com a literatura e demonstram a robustez do emprego de motores gráficos para simulações de sistemas difusivos. Além disso, são analisadas as alterações nas propriedades de transporte devido aos efeitos de confinamento e temperatura cinética que resultam em regimes de difusão anômala.
Mecânica Quântica Via Método de Hamilton-Jacobi Complexo
(2019-11-22) Duarte, Hemerson Ribeiro; Jalalzadeh, Shahram; Souza, Abraão Jesse Capistrano de
Neste trabalho, apresenta-se o formalismo de Hamilton-Jacobi Quântico, tanto em sua formulação clássica, para qual muitos problemas podem ser resolvidos com o auxílio de transformação canônica. O formalismo de Hamilton-Jacobi Quântico é uma interpretação alternativa da Mecânica Quântica. Uma das vantagens desse formalismo, é que segue de perto a Mecânica Clássica pelo fato de não enfrentar problema de estacionariedade de partículas em estados ligados. A principal característica desse formalismo é que os auto- valores de energia do estado ligado podem ser determinados pela variável de ação quântica sem que seja necessário resolver explicitamente a equação dinâmica
Obtenção e caracterização de Heteroestruturas Bidimensionais (2D/2D) construídas a partir de materiais Dicalcogenetos de metais de transição
(2019-12-10) Daminelli, Lara Marques; Basabe, Yunier Garcia
Materiais bidimensionais (2D) da família dos Dicalcogenetos de Metais de Transição (DMTs) tem sido amplamentes estudados nos últimos anos devido à suas excelentes propriedades óticas e eletrônicas o que posibilita seu uso em dispositivos optoeletrônicos. Entretanto, o desenvolvimento de uma metodologia para produzir em larga escala estes materiais DMTs na sua forma bidimensional é um dos grandes desafios atuais para a comunidade cientifica e tecnológica. Por este motivo, na presente dissertação, foi proposto um método de esfoliação de materiais do tipo DMTs que combina esfoliação mecânica por ball milling e esfoliação líquida por banho de ultrassom que permite obter grandes quantidades, ou seja, concentração, de material com uma eficiência relativamente alta. Este método foi aplicado especificamente para o MoS2, WS2 e grafeno a partir dos materiais em pó. Na primeira etapa deste estudo experimental, investigou-se a influência dos parâmetros do processo de moagem, especificamente o tempo, na eficiência do método de esfoliação proposto. Os materiais moídos por diferentes tempos e as dispersões do material esfoliado foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectroscopia de absorção UV-Vis e microscopia de força atômica (AFM). Na segunda etapa preparou-se um nanocompósito do tipo 2D/2D combinando os materiais esfoliados MoS2 e grafeno (MoS2/grafeno) e uma heteroestrutura híbrida MoS2/Gr/P3HT a partir do nanocompósito e do polímero semicondutor Poly(3-hexylthiophene) (P3HT). A morfologia dos nanocompósitos foi estudada através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e um mapa da composição química destes foi obtido por Espectroscopia de Energia Dispersiva de Raios X (EDS). A estrutura eletrônica da heteroestrutura hibrida foi caracterizada por Espectroscopia Raman, Espectroscopia de fotoelétrons de Raios X (XPS); Espectroscopia de absorção de Raio-X (NEXAS) e Espectroscopia Auger ressonante (RAS). Os resultados obtidos mostraram um forte acoplamento eletrônico entre o polímero e o nanocompósito, o qual faz deste sistema um potencial candidato para aplicações em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos.
Aspectos geométrico da analogia óptico-mecânica de geodésicas em espaços curvo com simetrias esféricas
(2019-08-06) Lucizani, Angelo Cezar; Cabral, Luís Antonio; Souza, Abraão Jessé Capistrano de
O desvio da luz, ao passar sobre uma massa gravitacional, pode ser calculado de várias formas diferentes. Entretanto, neste trabalho, o estudo foi feito através da descrição da trajetória do raio de luz monocromático, usando uma abordagem do meio óptico. Inicialmente, para estabelecer essa abordagem, fez-se necessário mostrar a analogia da equação da geodésica e a eikonal. Para obtenção desta analogia, precisou-se descrever o caminho geométrico da luz por meio de formalismo métrico, permitindo, assim, calcular a trajetória do raio de luz comparando o feixe de luz monocromático no espaço-tempo com um raio de luz propagando em um meio óptico. Deste modo, comparando o índice de refração com algumas configurações de índice de refração da lente GRIN, possibilitando, representar de maneira genérica a deflexão da luz. A geodésica pôde ser expressa por meio do formalismo lagrangiano, resultando em uma solução para descrever a trajetória do raio de luz. Nesse formalismo, determinamos quantidades conservadas não triviais por métodos analíticos e numéricos. Este método baseou-se no cálculo de tensores Stackel-Killing (SKT), que forneceu vários procedimentos relevantes.
Estudo da dinâmica da magnetização em filmes finos de dissulfeto de tungstênio
(2019-08-09) Gonsalves, Ivan Nizer; Cunha, Rafael Otoniel Ribeiro Rodrigues da; Basabe, Yunier Garcia
Neste trabalho investiga-se as propriedades de conversão de corrente de spin em corrente de carga do semicondutor WS2. Filmes finos bidimensionais compostos por bicamadas de Pd(10 nm) / NiFe(10 nm) e tricamadas de WS2 / Pd(10 nm) / NiFe(10 nm) foram investigados por meio do efeito Hall de spin inverso (ISHE) usando efeito de bombeamento de spin (spin pumping) (SPE) e efeito Seebeck de spin (SSE), nos quais uma corrente de spin gerada na camada ferromagnética é injetada na(s) camada(s) adjacente(s). O filme de WS2 foi crescido pela técnica de spin coating, enquanto que as camadas de Pd e NiFe foram fabricadas por magnetron sputtering. Caracterizações estruturais foram realizadas pelas técnicas de espectroscopia Raman, difração de raios-X para amostras na forma de pó (PXRD) e difração de raios-X em baixo ângulo (LIXRD). Medindo a corrente ISHE de cada amostra e fazendo um comparativo, consegue-se obter um parâmetro-chave para a spintrônica: o ângulo Hall de spin (𝜃𝑆𝐻) para a tricamada WS2/Pd/NiFe, com o valor de 𝜃𝑆𝐻 = 0,015. Com esta investigação, mostra-se que o filme de WS2 tem contribuição significativa para corrente de spin, demonstrando ser um material promissor para aplicação em spintrônica de semicondutores.
Caracterização pelo método de Rietveld e Análise das propriedades fotoluminescentes de Hematita (α-Fe2O3): pura e dopada com íons Eu3+
(2019-09-02) Stanhaus, Cristian; Góes, Márcio de Sousa
Dentre os semicondutores metálicos, os óxidos de ferro se destacam como um dos mais importantes para aplicações tecnológicas, sendo que tais aplicações são, fundamentalmente, devidas sua diversidade de propriedades químicas, elétricas, magnéticas, físico-químicas e morfológicas. A α-Fe2O3 (Hematita), é o óxido metálico semicondutor mais abundante e barato que podemos obter, e suas propriedades estão diretamente relacionadas com as dimensões e morfologias de suas estruturas. Nesse trabalho, pós de α-Fe2O3 e α-Fe2O3:Eu3+ foram preparados utilizando FeO(OH) (Goetita) como material precursor e diferentes proporções de Eu2O3, por moagem de alta energia. Os pós foram moídos a seco durante 15, 30 e 45 horas. A difração de raios X foi usada para avaliar o comportamento da transição de fase entre Goetita e Hematita. O método de Rietveld com dados de difração de raio X foi utilizado para quantificar a transição de fase e as variações na estrutura cristalina. As técnicas de adsorção/dessorção de nitrogênio (BET), espectroscopia de fotoluminescência e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier foram utilizadas para complementação dos resultados. A análise pelo método de Rietveld demonstrou que o processo de moagem de 45 horas ocasionou a formação de α-Fe2O3 100 wt % para a amostra sem Eu2O3, 98,25 wt% para a amostra com 5 wt% de Eu2O3, e 93,82 wt% para a amostra com 10 wt% de Eu2O3. Além disso, o refinamento também mostrou um aumento no volume da cela unitária, redução no tamanho dos cristalitos e aumento das microdeformações para as amostras com Eu2O3. Foi confirmado a desidroxilação da Goetita e a transição de fase para Hematita pela análise dos dados do FTIR. Há um crescimento de 25% na área superficial (>19,57 m2/g) para a amostra com 10 wt% de Eu2O3 em relação a amostras pura. Os materiais contendo Eu3+ apresentaram fotoluminescência na faixa visível, entre 550 e 735 nm com banda de emissão atribuída às transições f-f dos íons Eu3+. A emissão de banda mais intensa com máximo em torno de 614 nm é atribuída ao 5D0 → 7F2 de Eu3+, tornando este material um interessante absorvente na região uv-vis com emissão intensa no visível através do mecanismo de emissão downshifting.
Uso de Líquidos Iônicos na síntese de ZnO para aplicação em células fotoeletroquímicas
(UNILA - BIBLIOTECA LATINO-AMERICANA, 2019-02-21) Arguello, Sergio Andrés; Góes, Márcio de Sousa; Botton, Janine Padilha
Materiais eletrocerâmicos estão sendo intensivamente estudados devido às suas propriedades físico-químicas e ao aumento da demanda por dispositivos mais funcionais e eficientes. O óxido de zinco (ZnO) têm chamado a atenção devido a suas aplicações em: sensores de gás, capacitores, células solares, entre outras. A preparação de ZnO cristalino pode beneficiar-se pela utilização de líquidos iônicos (LI) que atuam no crescimento e controle das nanoestruturas. Foram sintetizados os líquidos iônicos: tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazólio (BMI.BF4) e tetrafluoroborato de ácido 3-trietilamônio-propanosulfônico (TEA-PS∙BF4), e analisadas por RMN e FTIR. Os líquidos iônicos foram utilizados na síntese do ZnO em concentrações de 0, 1 e 10% (m/m). Em geral, foi obtido ZnO em única fase como mostraram os estudos de DRX e FTIR. O refinamento da estrutura cristalina pelo método de Rietveld mostrou que o LI influencia na microdeformação aumentando-a com a consequente diminuição do tamanho do cristalito com respeito ao pó de ZnO sem liquido iônico. Além disso, a adição de LI na síntese melhorou a isotropia dos cristalitos em relação ao ZnO sem LI. Os pós foram usados para preparação de uma pasta e depois aplicação em substrato condutor. Se observa com os resultados de MEV que os filmes possuem porosidade e com tamanhos diversos (entre 16 e 500 nm). Os dados obtidos - para os filmes como fotoeletrodos em células fotoeletroquímica - das curvas j-V mostraram que as células alcançaram eficiências de fotocorrente de até 0,71 %, fator de preenchimento de 0,62 e densidade de corrente de 2,11 mA.cm-2 em um filme de ZnO sintetizado com 10 % m/m deBMI.BF4. Já os filmes preparados com TEA-PS.BF4 eficiência de 1,02 %, fator de preenchimento de 0,63 e densidade de corrente de 3,03 mA.cm-2. Foi possível obter um aumento de até 78% na eficiência de fotoconversão para o fotoeletrodo com 1% m/m de TEA-PS.BF4 comparado com a célula sem adição de líquido iônico.
Estudo quase clássico, das colisões não reativas no sistema OH(vi',j'=1)+SO(vi''=0,ji''=0)→OH(vf',jf')+SO(vf'',jf'')
(2018-12-07) Ellakkis, Samah; Garrido Arrate, Juan de Dios; Ballester Furones, Maikel Yusat
O presente trabalho estuda, como objetivo central, a relaxação vibracional, nas colisões não reativas, do radical OH em estados vibracionais excitados (1 ≤ v´≤ 5) com a molécula SO no estado ro- vibracional básico, as duas entidades, no estado eletrônico fundamental. Para a realização da pesquisa foi utilizado o método das trajetórias quase clássicas e uma superfície de energia potencial global elaborada para o sistema HSO2. No trabalho são reportados para as colisões do OH (v´, j´=1) com SO (v´´= 0, j´´=0), pela primeira vez na literatura especializada, as seguintes grandezas próprias da relaxação vibracional: probabilidades de relaxação estado a estado, probabilidades específicas, seções eficazes específicas e coeficientes específicos de velocidade. Essas grandezas, especialmente os coeficientes específicos de velocidade, são de utilidade em espectroscopia, construção de lasers moleculares, cinética físico-química da combustão e da atmosfera da Terra (assim como de outros planetas) e têm impacto em estudos de polução ambiental. Os cálculos realizados demonstram que o comportamento do SO é condizente com uma classificação de parceiro relaxador de efetividade média para o apagamento da energia vibracional do radical OH, com valores para os coeficientes específicos de velocidade da relaxação vibracional da ordem de grandeza de 10-12 cm3 seg-1 molec-1. Esse resultado resulta congruente com a natureza da interação dipolo (OH) quadrupolo (SO) que aparece durante a colisão destes radicais. Como era de esperar, considerando a grande diferença energética entre os níveis vibracionais das moléculas envolvidas, a excitação vibracional do SO no espalhamento não adiabático é pequena. A pesquisa também demonstrou que na reação química denominada recrossing, que aparece após a formação da supermolécula HOSO, os radicais OH e SO ficam em estados vibracionais excitados e, por tanto, podem introduzir erros na determinação experimental das constantes de velocidade de relaxação vibracional. O tempo médio de vida do complexo determinado pelo recrossing, da ordem de dezenas de pico segundos, calculado no trabalho, resulta de importância para a espectroscopia do sistema e é reportado pela primeira vez.
Modelagem da dinâmica de machos diplóides: efeitos do número de alelos, dispersão por passeio aleatório e estruturação espacial simples
(2018-09-26) Winkert, Éder; Oliveira, Paulo Murilo Castro de; Faria Júnior, Luiz Roberto Ribeiro
Insetos na ordem Hymenoptera, como vespas, formigas e abelhas, exibem um sistema haplodiplóide de determinação sexual em que as fêmeas se originam de ovos fecundados e os machos de ovos não fecundados. As fêmeas são diplóides e machos são haplóides. No entanto, a descoberta de machos diplóides em situação de endocruzamento na espécie de vespa Habrobracon juglandi levou à formulação da hipótese de um sistema complementar de determinação do sexo, conhecido como CSD. No caso usual, o sexo é determinado por múltiplos alelos em um único locus (sl-CSD), no qual os heterozigotos se desenvolvem como fêmeas diplóides, os homozigotos como machos diplóides e os hemizigotos como machos haplóides. Enquanto fêmeas e machos haplóides são considerados férteis, o oposto ocorre para machos diplóides, então a produção significativa de machos diplóides (MD) pode levar a população a um cenário de extinção chamado “vórtice do macho diploide”. No presente trabalho, investigamos a dinâmica de populações de um organismo com sl-CSD sob várias combinações de três parâmetros: habilidades de voo dos machos, número de alelos sexuais e concentração de zonas proibidas em um terreno representado por uma rede quadrada. Os locais desta rede foram escolhidos aleatoriamente como proibidos, onde os indivíduos não podiam passar, de modo que o terreno era dividido em ilhas de vários tamanhos onde os indivíduos estavam confinados. Após uma dada simulação, o número de MD foi medido. Os principais resultados de nossas simulações são: (i) o número MD depende mais do número de passos aleatórios no voo do macho do que do número de alelos; (ii) a frequência de MD nos pequenos fragmentos se torna a mesma que toda a rede quando o limite de percolação é atingido; (iii) o número de passos aleatórios explica a diferença entre o número de MD encontrado no fragmento maior e nos fragmentos pequenos quando o limite de percolação é atingido.
Estudo comparativo da aderência de vergalhões de aço e de materiais compósitos ao concreto com alta salinidade, utilizando técnicas de imagem por raios x coletadas in-situ
(2018-09-05) Bostel, Rudney; Hönnicke, Marcelo Gonçalves; Santos, Ana Carolina Parapinski dos
O uso de areia salgada na mistura de concretos para construção civil tem crescido especialmente em locais onde existe escassez do produto. Contudo, essa salinidade ataca diretamente os vergalhões de aço nas estruturas de concreto armado, ocasionando problemas de corrosão. Uma alternativa é a utilização de vergalhões de materiais compósitos, que muitas vezes apresentam resistência mecânica igual ou superior ao aço, com a vantagem de não estarem sujeitos à corrosão. Geralmente, tais vergalhões são fabricados com fibras (basalto, vidro ou carbono) em uma matriz polimérica (resina epoxi). Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo de amostras de concreto armado (corpos de prova), submetidos ao ensaio “pull-out”, do qual é possível obter informações da aderência entre o concreto e os vergalhões inseridos nos corpos de prova. As propriedades dos vergalhões utilizados foram verificadas por medidas de difração de raios X, microscopia eletrônica (imagem e espectroscopia - EDS) e por ensaio de tração. Para cada tipo de vergalhão (Aço CA-50, Fibra de basalto e Fibra de vidro) foram produzidos corpos de prova em dois conjuntos: i) O primeiro contendo concreto com adição de cloreto de sódio (sal) e; ii) O segundo contendo concreto sem adição de cloreto de sódio. Os ensaios “pull-out” foram realizados em diferentes estágios de envelhecimento (63, 217 e 315 dias) após a moldagem dos corpos de prova. Os resultados obtidos mostram que a aderência entre os materiais diminui para os corpos de prova moldados com vergalhões de aço e concreto com adição sal (cerca de 20% em 315 dias), devido principalmente ao processo corrosivo. Esta diminuição da aderência não foi observada nos corpos de prova moldados com vergalhões de materiais compósitos (Fibra de basalto e Fibra de vidro). Os resultados também mostram que os vergalhões de Aço CA-50 suportam em média uma tensão de aderência superior (cerca de 30%) comparado aos vergalhões de materiais compósitos. Das radiografias realizadas in-situ foi possível extrair algumas informações importantes, tais como, locais de máxima compressão do concreto antes da perda de aderência, aparecimento de fissuras longitudinais e, o momento exato que ocorre a perda de aderência entre o vergalhão e o concreto.

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