FIMAT - Programa de Pós-Graduação em Ciências - Física dos Materiais

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Caracterização de nanoestruturas de sulfeto de chumbo por microscopia de varredura por sonda.
(2020) Beato, Felipe Rafael Gomes; Barboza, Ana Paula Moreira; Prado, Mariana de Castro; Barboza, Ana Paula Moreira; Pinto, Elisângela Silva; Almeida, Ive Silvestre de
Após a obtenção experimental do grafeno em 2004, iniciou-se uma corrida para se conseguir novos materiais bidimensionais - como são chamados materiais com espessura de um ou poucos átomos. Esses materiais possuem propriedades únicas ligadas às suas dimensões, prometendo protagonizar o desenvolvimento da nanotecnologia e da nanoengenharia. Neste trabalho serão apresentados resultados inéditos a respeito da esfoliação mecânica de um novo nanomaterial: o Sulfeto de Chumbo (PbS), mais conhecido como Galena. Para isso serão utilizadas técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda (SPM - Scanning Probe Microscopy). Os resultados mostram que o sulfeto de chumbo pode ser mecanicamente esfoliado, em camadas nanométricas, de maneira análoga ao que é feito com outros materiais bidimensionais. Medidas de Microscopia de Força Atômica das amostras revelam o caráter nanométrico dos flocos. Foram realizados testes em soluções ácidas na tentativa de reduzir as contaminações geradas no processo de esfoliação. Análises envolvendo Microscopia de Força Elétrica (EFM – Electric Force Microscopy) e Microscopia de Potencial de Superfície (SKPM – Scanning Kelvin Probe Microscopy) também foram realizadas com o intuito de caracterizar propriedades eletromecânicas desse novo nanomaterial. Este estudo pode representar o primeiro passo no sentido de aplicar o PbS para produção de nanodispositivos eletrônicos.
Caracterização de sulfeto de antimônio bidimensional por microscopia de varredura por sonda.
(2022) Benedito, Atália Júlio; Barboza, Ana Paula Moreira; Pinto, Elisângela Silva; Barboza, Ana Paula Moreira; Soares, Jaqueline dos Santos; Barcelos, Ingrid David
Materiais em escala nanométrica apresentam diferentes propriedades se comparados às suas propriedades em escala macroscópica. Tais propriedades podem estar intercaladas entre aquelas associadas ao nível atômico (ou molecular). Logo, há um grande desenvolvimento de novos materiais nanoestruturados, não só na área de pesquisa acadêmica, como também, em setores que empregam alta tecnologia, na indústria eletrônica, aeroespacial e de embalagens, por exemplo. Uma linha de pesquisa que vem crescendo na área científica são os chamados materiais bidimensionais. A inspiração para a busca por novos materiais nessa dimensão se deve ao interesse na descoberta de propriedades capazes de modificar sistemas que conhecemos atualmente. Este projeto buscou investigar, pela primeira vez, um novo material bidimensional: o sulfeto de antimônio (Sb2S3) utilizando principalmente técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda. O objetivo foi verificar desde os processos de obtenção do material, na escala nanométrica, até o estudo de suas propriedades morfológicas, elétricas e ópticas. Os resultados alcançados nos permitem afirmar que o sulfeto de antimônio bidimensional tem grande potencial para aplicações em dispositivos fotossensíveis na escala nanométrica.
Controle de propriedades eletromecânicas de dicalcogenetos de metais de transição por microscopia de varredura por sonda.
(2019) Bessa, Maurício Vasconcelos; Barboza, Ana Paula Moreira; Neves, Bernardo Ruegger Almeida; Barboza, Ana Paula Moreira; Souza, Thonimar Vieira de Alencar; Oliveira, Camilla Karla Brites Queiroz Martins de
Neste trabalho serão apresentados resultados a respeito de propriedades eletromecânicas de Dicalcogenetos de Metais de Transição (TMDs - Transition Metal Dichalcogenides). Todas as medidas experimentais foram realizadas no Laboratório de Nanoscopia do Departamento de Física da UFMG. Cálculos por primeiros princípios previram que, a aproximação das camadas ou hidrogenação desses materiais poderia levar a diminuição do gap de energia dos mesmos. Utilizando técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda foi possível verificar, experimentalmente, este resultado. Analisamos os efeitos produzidos pela aplicação de força compressiva e campo elétrico, em monocamadas e poucas camadas de TMDs. Observamos que os materiais apresentaram duas transições: a primeira ocorre em forças baixas (F < 200 nN), e é devida a hidrogenação da amostra. Já a segunda transição, ocorre em forças mais altas (F > 400 nN) e deve-se a aproximação das camadas dos TMDs estudados. A transição do comportamento semicondutor para o comportamento metálico, induzida pelo fechamento do gap em TMDs, é um processo reversível, dependente da força compressiva e do ambiente em que o experimento é realizado.
Crescimento e caracterização de dissulfeto de molibdênio bidimensional por deposição química na fase vapor.
(2022) Alves, Vinícius Fonseca; Almeida, Ive Silvestre de; Barboza, Ana Paula Moreira; Almeida, Ive Silvestre de; Matos, Matheus Josué de Souza; Rezende, Natália Pereira
Os nanomateriais têm despertado o interesse em diversos campos de pesquisa devido às suas excelentes propriedades e potencialidade de aplicações. Esses materiais possuem no mínimo uma dimensão em escala nanométrica e podem ser obtidos de diferentes maneiras: esfoliação mecânica ou química diretamente de um mineral, ou podem ser sintetizados diretamente sobre substratos específicos. Neste trabalho visamos estabelecer as condições adequadas à síntese de poucas camadas de dissulfeto de molibdênio (MoS2), utilizando a técnica de deposição química em fase vapor, mais conhecida como CVD. Há vários estudos sobre o crescimento de MoS2, porém cada sistema necessita de seus próprios parâmetros, sendo necessário a adaptação dos mesmos para a produção de flocos de qualidade. A proposta envolve o estudo da síntese deste nanomaterial desde a escolha dos precursores (e parâmetros relevantes no processo), à caracterização óptica, elétrica e mecânica do mesmo. Para isso serão utilizadas técnicas de processamento de amostras, técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda como Microscopia de Força Atômica e Microscopia de Força Lateral (caracterizações mecânicas), além da Microscopia de Força Elétrica (caracterização elétrica) e Espectroscopia Raman para averiguação da qualidade e número de camadas dos flocos crescidos.
Deposição e caracterização de revestimentos de hidroxiapatita com incorporação de talco de pedra-sabão.
(2017) Mota, Laureana Moreira; Manhabosco, Taíse Matte; Barboza, Ana Paula Moreira; Barboza, Ana Paula Moreira; Junqueira, Rosa Maria Rabelo; Perpétuo, Genivaldo Julio
Implantes metálicos, tais como o titânio e suas ligas, têm sido cada vez mais utilizados como próteses ortopédicas e dentárias devido às suas propriedades, tais como biocompatibilidade, resistência à corrosão, leveza e alta ductilidade. No entanto, são materiais que não possuem uma alta resistência ao desgaste e nem formam ligações químicas fortes com os tecidos duros humanos, o que torna o seu uso limitado. Uma forma de melhorar a bioatividade destes materiais é por meio do desenvolvimento de revestimentos, tais como a hidroxiapatita – um material biocerâmico que apresenta composição química e semelhança biológica com os tecidos duros humanos e que promove a ligação entre implante e os tecidos circundantes. Como toda cerâmica, a hidroxiapatita é um material frágil e de baixa resistência ao impacto. Neste trabalho é proposta a eletrodeposição de hidroxiapatita com incorporação de talco de pedra-sabão para melhora das propriedades mecânicas. O talco de pedra-sabão é um material bidimensional com propriedades similares às do grafeno (grande resistência à ruptura, rigidez moderada, baixa energia de ligação entre camadas e capacidade de suportar deformações sem romper). Os revestimentos compósitos de hidroxiapatita com incorporação de talco foram avaliados através de microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de energia dispersiva, polarização potenciodinâmica, difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman, ensaios de desgaste e testes de biocompatibilidade. Diversos parâmetros foram utilizados para a deposição dos filmes de hidroxiapatita sendo que, na melhor condição de deposição, imagens ao microscópio eletrônico de varredura indicaram a formação de filmes compactos e uniformes para revestimentos de hidroxipatita pura e com incorporação de menores quantidades de talco. Espectros de energia dispersiva mostraram a formação de hidroxiapatita com razão Ca/P = 2,7. Da espectroscopia Raman foi possível obter a banda característica da presença de cristais de hidroxiapatita, em torno de 959 cm􀀀1. Por DRX foram identificadas as fases hidroxiapatita, talco e óxido de cálcio (CaO) nos filmes; a presença de CaO pode estar relacionada à alta concentração de cálcio nas amostras depositadas. Curvas de polarização potenciodinâmica indicaram que os filmes de hidroxiapatita depositados durante 1 hora aumentaram a resistência à corrosão do substrato de titânio em solução salina tamponada com fosfato (PBS), enquanto que os filmes com incorporação de talco apresentaram um comportamento idêntico ao do titânio sem o revestimento. Os ensaios de desgaste indicaram que os revestimentos de hidroxiapatita com incorporação de 10 g/L de talco melhoraram de forma significativa a resistência ao desgaste do substrato de titânio. Testes de biocompatibilidade in vitro indicaram que, apesar de uma baixa viabilidade celular, todas as amostras apresentaram atividade ALP (fosfatase alcalina) e produção de colágeno, importantes indicadores da diferenciação celular de osteoblastos.
Efeito do tratamento térmico no processo de calcinação da selenita em escala nanométrica.
(2020) Silva, Thiago Rodrigo Gomes da; Barboza, Ana Paula Moreira; Manhabosco, Taíse Matte; Barboza, Ana Paula Moreira; Oliveira, Alan Barros de; Pinto, Elisângela Silva
A selenita ou sulfato de cálcio dihidratado (CaSO4 · 2 H2O) é um mineral abundante na natureza. Trata-se de um material lamelar, de aspecto translúcido que pode ser mecanicamente esfoliado de maneira análoga ao que é feito com grafite para obtenção de grafeno. É usada principalmente na fabricação de cimento e gesso. A calcinação é um processo utilizado para remover a água de cristalização da estrutura e o processo tem inicio em temperaturas superiores a 160 ◦C na escala macroscópica. Acima dessa temperatura, há remoção de cerca de 75% da água, o que produz um material hemidrato: o gesso (CaSO ·1/2 H2O). Este projeto tem como objetivo estudar o efeito da temperatura no processo de calcinação de selenita, em escala nanométrica. O material bruto foi esfoliado mecanicamente e depositado em um substrato apropriado. Em seguida as amostras foram submetidas a diferentes temperaturas, durante o processo de aquecimento, em atmosfera ambiente. Medidas de microscopia de força atômica, microscopia ótica, microscopia de potencial de superfície e espectroscopia Raman foram utilizadas pras caracterizar as amostras. Os resultados mostram que flocos, na escala nanométrica, apresentam uma resistência térmica maior que o bulk do material. Resultados preliminares mostram que na escala nanométrica é, aparentemente, mais difícil remover a água que compõe a estrutura da selenita, se compararmos com o material em sua forma bulk. Medidas de SKPM e Raman corroboram com essa conclusão. Este resultado pode representar um passo importante para aplicação nanotecnológica da selenita, tendo em vista que se trata de uma propriedade associada à dimensionalidade da mesma.
Eletrodeposição de hidroxiapatita com incorporação de nanocamadas de talco pedra-sabão obtidas por esfoliação em fase líquida.
(2019) Batista, Ana Bárbara; Manhabosco, Taíse Matte; Barboza, Ana Paula Moreira; Soares, Jaqueline dos Santos; Ladeira, Luiz Orlando; Manhabosco, Taíse Matte
O ramo de biomateriais, ou seja, o ramo de materiais designados a interagir com sistemas biológicos é de suma importância no desenvolvimento de próteses ortopédicas e/ou dentárias. Nesse contexto, o titânio (Ti) é um dos metais mais utilizados para tal fim devido à sua alta resistência à corrosão, o que faz com que o Ti possua baixa toxicidade se comparado a outros biometais. Além disso, seu módulo de elasticidade é próximo ao do osso. Entretanto, o Ti apresenta desvantagens com relação à sua aplicação no ramo ortopédico e dentário, destacando-se a ligação química fraca formada entre ele e os ossos do corpo humano. Revestir o Ti com um filme de hidroxiapatita (HA) é uma opção vantajosa, uma vez que a HA é o componente mineral de maior abundância nos ossos e dentes sendo, portanto, um material de alta biocompatibilidade. Porém, por ser uma cerâmica, a hidroxiapatita apresenta algumas características que restringem seu uso como biomaterial, sendo elas a baixa tenacidade, a fragilidade e a baixa resistência mecânica. Com a finalidade de aprimorar tais propriedades e tornar a HA uma boa opção para reparo ósseo e dentário, pesquisadores vêm adicionando materiais de reforço tais como nanotubos de carbono, óxido de grafeno, entre outros. Pesquisas recentes demonstraram que o talco é um material bidimensional passível de esfoliação com propriedades similares às do grafeno, tais como baixa energia de ligação entre camadas e alta resistência à ruptura. Para obtenção de nanocamadas de talco, empregou-se a esfoliação em fase líquida, uma vez que é um dos métodos de esfoliação que apresenta maior rendimento no que se refere à quantidade de material esfoliado. Desse modo, vários solventes foram testados em diferentes parâmetros de esfoliação para obtenção do talco esfoliado. Para deposição tanto da HA pura, quanto da HA com incorporação de talco, utilizou-se a eletrodeposição pulsada, onde pulsos de tensão foram aplicados à célula eletroquímica, promovendo a formação de HA mais aderente ao substrato. As técnicas utilizadas para avaliação dos filmes depositados foram a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy), ensaios de desgaste, polarização potenciodinâmica, difração de raios X (DRX), ensaios de biocompatibilidade e técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda. Com este trabalho, pretende-se obter uma melhoria nas propriedades mecânicas dos revestimentos de HA pela incorporação das nanocamadas de talco sem afetar a biocompatibilidade da HA. Como resultado, obteve-se que HA com incorporação de nanocamadas de talco na concentração de 0,90 g/L apresentou resultados superiores às demais condições analisadas (HA pura, HA + talco na concentração de 0,07 g/L e HA + nanocamadas de talco na concentração de 1,80 g/L) de acordo com as técnicas de avaliação dos depósitos utilizadas.
Eletrodeposição de revestimentos compósitos de hidroxiapatita/óxido de grafeno sobre substrato de liga de magnésio.
(2021) Carneiro, Larissa da Silva; Manhabosco, Taíse Matte; Soares, Jaqueline dos Santos; Manhabosco, Sara Matte; Manhabosco, Taíse Matte; Barboza, Ana Paula Moreira; Alvarenga, Érika Lorena Fonseca Costa de
A elevada taxa de envelhecimento populacional demanda uma particular atenção devido ao aumento significativo de doenças que acometem o sistema esquelético, sendo necessário intervenção médica no reparo e reconstrução de estruturas ósseas. Diante desse cenário, a aplicação do Magnésio e suas ligas vêm sendo estudada como implantes metálicos biodegradáveis, apesar de sua alta taxa de corrosão em condições fisiológicas. Com o intuito de minimizar este problema, revestimentos de hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2) vêm sendo amplamente empregados devido sua biocompatibilidade. Neste trabalho, objetiva-se o aumento da resistência à corrosão e ao desgaste de liga de magnésio AZ31 pela eletrodeposição pulsada de revestimentos de hidroxiapatita com a incorporação de óxido de grafeno nas seguintes concentrações de 0,1 g/L, 0,01 g/L e 0,001 g/L. Para a análise dos revestimentos realizou-se a microscopia de varredura eletrônica, espectroscopia Raman, difração de raios X, ensaio de polarização potenciodinâmica e ensaio de desgaste. As imagens ao microscópio eletrônico de varredura revelaram que os revestimentos de hidroxiapatita pura depositados por 40 minutos sobre substrato de liga de magnésio com tratamento térmico alcalino apresentam morfologia mais adequada ao se comparar com os revestimentos depositados por tempo de 30 e 60 minutos sobre os substratos tratados em meio ácido e meio térmico alcalino. Os resultados de espectroscopia Raman dos revestimentos apresentam o pico de maior intensidade em 960cm-1 , típica da hidroxiapatita e as bandas D e G que são características do óxido de grafeno. A difratometria de raios X confirmou a estrutura cristalina da hidroxiapatita. Dentre os revestimentos compósitos com diferentes concentrações de óxido de grafeno, verificou-se que a incorporação de 0,1 g/L desse material conduz a uma morfologia com menor ocorrência de trincas e melhor interligação da matriz de hidroxiapatita, além de um aumento na resistência à corrosão em comparação ao substrato puro e uma redução no dano de desgaste (largura das trilhas de desgaste) de 10%. Porém, os resultados da polarização potenciodinâmica dos revestimentos de hidroxiapatita pura evidenciaram uma superior resistência à corrosão ao se comparar com os revestimentos compósitos. Dessa forma, este trabalho apresenta uma contribuição no estudo de revestimentos de ligas metálicas para aplicações biomédicas, uma vez que apresenta revestimentos cerâmicos e compósitos que podem ser utilizados para melhorar a resistência à corrosão e desgaste de ligas de magnésio.
Estudo das propriedades de filmes finos de hidróxido ftalocianina de alumínio e de dissulfeto de molibdênio hidrogenado por primeiros princípios.
(2020) Neme, Natália Paz; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Matos, Matheus Josué de Souza; mazzoni@fisica.ufmg.br; matheusmatos@ufop.edu.br; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Ribeiro, Guilherme de Almeida Silva; Barboza, Ana Paula Moreira
Neste trabalho investigamos, por meio de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade, dois problemas independentes: a formação de filmes finos de Hidróxido Ftalocianina de Alumínio (AlOHPc) e a hidrogenação parcial de monocamadas de Dissulfeto de Molibdênio MoS2. O primeiro trabalho teve como principal motivação explicar os resultados experimentais que mostraram um comportamento diferente do esperado para os filmes finos de AlOHPc depositados a partir da técnica de spin-coating. Os resultados mostraram um deslocamento hipsocrômico no espectro de absorção do filme e a difração de Raios X mostrou que ocorre uma distância interplanares no filme fino. Inicialmente caracterizamos a molécula monomérica e, em seguida, calculamos o espectro de absorção, orbitais moleculares e estados excitados da molécula. Posteriormente, foram feitos diversos cálculos para diferentes dimerizações com o objetivo de encontrar a possível agregação dos filmes experimentais. Os espectros de absorção para o monômero e dímeros foram comparados como equivalentes aos espectros da solução e filme fino, respectivamente. Resultados mostraram que o monômero possui uma maior contribuição eletrônica HOMO para LUMO, com uma alta intensidade no espectro de absorção. Para os diferentes tipos de agregados foi calculado um blue shift no espectro de absorção, concordando com os resultados experimentais. Por fim, foram feitas simulações de diferentes configurações cristalinas assim como cálculo da difração de Raios X dessas cristalizações. O segundo trabalho também teve como motivação resultados experimentais nos quais mono- e multi-camadas de MoS2 são submetidas a pressões em meios ricos em moléculas de H2O. Isso acontece, por exemplo, em experimentos de Microscopia de Força Atômica (AFM) - nesse caso, um campo elétrico também pode ser aplicado e o comportamento eletrônico da amostra monitorado via medidas de injeção de carga. Na etapa inicial de aplicação de força, grupos -H podem ser gerados próximos à superfície do material podendo assim interagir com a superfície do MoS2 . Procuramos, mais especificamente, por transições no comportamento eletrônico que possam ser detetadas na caracterização da amostra por Microscopia de Força Elétrica. Nossos resultados mostram uma transição semicondutor-metal reversível que é compatível com os resultados experimentais obtidos.
Estudo de primeiros princípios de poucas camadas de dicalcogenetos de metal de transição sob pressão.
(2019) Freitas, Wellington Damaceno de; Matos, Matheus Josué de Souza; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Matos, Matheus Josué de Souza; Silveira Júnior, Orlando José; Barboza, Ana Paula Moreira
Recentemente, o estudo sobre os materiais 2D tem apresentado resultados interessantes no que diz respeito à modulação de propriedades ópticas, estruturais e eletrônicas quando submetidos a deformações. Neste trabalho, utilizando cálculos de primeiros princípios, foram reportados resultados do estudo de compressão de uma classe de materiais 2D, conhecidos como dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), quando são submetidos a uma pressão externa uniaxial no eixo perpendicular ao plano dos materiais. Em particular, estudamos os materiais 1H-MX2, onde podemos ter M=Mo e W e X=S,Se e Te. A principal motivação para o estudo são resultados de caracterização eletromecânica com injeção de carga e compressão dos TMDs realizados por experimentos de microscopia de varredura por sonda. Os resultados à temperatura ambiente mostram que existe um aumento na quantidade de carga injetada no material, quando se aumenta a força, com o surgimento de dois patamares. Isso é um indicativo que está ficando mais fácil injetar mais carga e que o material pode estar sofrendo uma alteração nas propriedades eletrônicas, com, por exemplo, uma transição semicondutor-metal (SM). Os resultados experimentais com temperatura elevada (acima de 120º) mostram um comportamento diferente na injeção de carga com o surgimento de apenas um patamar. Utilizando a teoria do funcional da densidade, como implementado no código SIESTA, modelamos a aplicação de pressão uniaxial nos materiais e descrevemos a transição SM com base nas deformações que ocorrem nos materiais. Diferentes números de camadas sob pressão foram analisadas. Os resultados obtidos explicam qualitativamente a transição SM para o caso de temperatura elevada. No caso de temperatura ambiente, moléculas podem ser encontradas na superfície dos materiais. Nos experimentos de pressão essas moléculas, ou átomos, podem se ligar a superfície dos TMDs causando uma transição SM diferente. Com essa suposição foram realizados cálculos onde átomos de hidrogênio podem se ligar aos calcogenetos dos TMDs. Os resultados mostram uma fenomenologia rica na descrição das transições. O processo de hidrogenação faz a primeira camada dos materiais sofrerem a transição e com a pressão adicional as outras camadas sofrem transições por deformação.
Estudo teórico experimental de nanocamadas de Antimônio.
(2023) Jammal, Nathany Ferreira; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Barboza, Ana Paula Moreira; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Oliveira, Alan Barros de; Pinto, Elisângela Silva
A promessa de encontrar uma nova e excitante física nos materiais bidimensionais (2D), a qual poderá levar a importantes aplicações em nanotecnologia, foi, e continua sendo, o motor para a investigação nesse campo em grande aceleração em nível mundial. Entretanto, quando falamos em materiais 2D semicondutores, enfrentamos restrições em suas aplicações, já que muitos possuem gaps de energia menores que 2,0 eV, o que limita muito suas aplicações, especialmente em dispositivos optoeletrônicos. Novos semicondutores 2D, como arseneno e antimoneno, que apresentam gaps maiores e alta estabilidade, foram previstos com base em cálculos por primeiros princípios. Curiosamente, embora As e Sb sejam normalmente semimetais, eles se tornam semicondutores com gaps indiretos de 2,49 e 2,28 eV respectivamente, quando esfoliados em uma camada atômica. Sob pequena tensão biaxial, estes materiais podem ser transformados de semicondutores de gap indireto para semicondutores de gap direto. Mudanças tão consideráveis na estrutura eletrônica poderiam abrir caminho para transistores com alta razão on/off baseados em materiais bidimensionais. A caracterização desses materiais é primordial para sua aplicabilidade: é extremamente importante compreender os efeitos, em escala atômica, produzidos por mecanismos externos em sua estrutura a fim de controlar suas propriedades. Neste trabalho, objetivamos estudar, teórica e experimentalmente, camadas de antimônio, na escala nanométrica, utilizando técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda e cálculos por primeiros princípios. Nos cálculos, procuramos por um efeito ou fenômeno que possa ser identificado nos experimentos de microscpopia subsequentes. Encontramos, de fato, que, diferententemente de outros materiais 2D, monocamadas de antimoneno podem se romper em um efeito relacionado à interação com outras moléculas via transferência de carga, e essa transferência de carga pode ser controlada por pressão. Nos experimentos, encontramos algumas situações que podem ser interpretadas no contexto dessas previsões teóricas.
Fabricação e caracterização topográfica de nanoporos e nanopostes de polianilina obtidos pela técnica de litografia por nanoimpressão via carimbo replicador.
(2016) Faria, Adriana Madalena de Araújo; Bianchi, Rodrigo Fernando; Pinto, Elisângela Silva; Bianchi, Rodrigo Fernando; Costa Júnior, Édio da; Barboza, Ana Paula Moreira
O uso da polianilina (PAni) como material ativo de dispositivos eletrônicos tem crescido nas últimas décadas devido, principalmente, a sua facilidade de síntese, seu processamento via solução e suas propriedades semicondutivas. Mais do que isso, a possiblidade de fabricação de nanodispositivos desse polímero, via técnicas simples e de baixo custo, tornam seus interesses científico, tecnológico e comercial ainda mais atraentes. Neste trabalho é apresentada a fabricação inédita de estruturas de poros e postes de PAni obtidas a partir da técnica de carimbo replicador em escala nanométrica ou, simplesmente, litografia por nanoimpressão. Poros (diâmetro  400 nm e profundidade  160 nm) e postes (diâmetro  120 nm e altura  75 nm) em filmes auto sustentáveis desse polímero foram obtidos a partir da deposição de PAni em “carimbos” de poli-dimetilsiloxano (PDMS), também conhecidos como silicone. No primeiro caso, i.e. nanoporos de PAni, os carimbos de PDMS foram preparados usando-se como molde filmes de poliestireno (PS) com estrutura de nanoporos obtidas, por sua vez, a partir da técnica de respiração. Já no segundo caso, i.e. nanopostes de PAni, o procedimento experimental foi o mesmo, mas o molde de PS foi substituído pela superfície com nanopostes encontrada na asa da cigarra. A topografia de superfície das estruturas produzidas foi caracterizada por meio de imagens de Microscopia de Força Atômica (AFM) e técnicas de visão computacional. Os resultados mostram que há uma regularidade na distribuição dos poros e postes de PAni e, além disso, que independente do arranjo, poro ou poste do molde utilizado, o diâmetro das nanoestruturas de PAni ficou praticamente idêntico às estruturas originais. Já a altura dos nanopostes, provavelmente devido a efeitos de solventes, diminuiu ca. 60% em relação à estrutura da asa da cigarra, enquanto a profundidade dos nanoporos aumentou ca. 120%. Finalmente, os nanoporos e os nanopostes produzidos apresentaram um arranjo 2D quasi hexagonal, com distância média entre poros de 200 nm e entre postes de 50 nm. Os resultados obtidos não deixam dúvidas quanto ao potencial que a técnica de carimbo replicador apresenta para fabricação de nanoestruturas tridimensionais e semicondutivas de PAni.
Investigação de primeiros princípios de estruturas de carbono com ligações sp2 e sp3.
(2016) Gonçalves, Juliana Aparecida; Batista, Ronaldo Junio Campos; Oliveira, Alan Barros de; Batista, Ronaldo Junio Campos; Chacham, Helio; Barboza, Ana Paula Moreira
Alótropos nanoestruturados de carbono têm atraído a atenção de muitos pesquisadores nas últimas décadas. Entre estes alótropos, o grafeno tem sido intensivamente investigado devido suas interessantes propriedades que podem levar a várias aplicações tecnológicas. Outro alótropo de carbono que tem sido muito estudado são os nanotubos de carbono (CNTs). Eles apresentam potencial para aplicações em nanotecnologia, eletrônica, óptica e outras áreas de ciências dos materiais. A combinação de tais materiais podem resultar em estruturas híbridas com novas propriedades interessantes ou eles poderiam melhorar as propriedades que impedem a sua real aplicação, como por exemplo a manipulação de uma única folha de grafeno. Neste trabalho, empregamos cálculos de Primeiros Princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) dentro da Aproximação de Gradiente Generalizado (GGA), como implementado no programa SIESTA, para investigar nanoestruturas compostas por nanotubos de carbono, grafeno e fitas de grafeno de poucas camadas. Observamos que uma estrutura híbrida composta por 4 camadas de grafeno e um nanotubo de carbono (10,0) é a estrutura energeticamente mais estável entre aqueles que combinam tubo e algumas camadas de grafeno. A presença do tubo modifica a resistência mecânica do grafeno e tal estrutura híbrida é ferromagnética, apesar de ser feita de apenas átomos de carbono. Reconstruções de bordas foram observadas quando a estrutura híbrida foi esticada até o seu colapso, o que nos leva a investigar a estrutura de poucas camadas de bordas de grafeno. Um padrão no qual átomos das extremidades de algumas camadas de fitas grafeno formam pentágonos e heptágonos foi identificado. Com base em tal padrão, geramos fitas de grafeno com 3, 4, 5 e 6 camadas. No que diz respeito à estabilidade energética de tais estruturas, notou-se que elas são energeticamente mais estáveis do que nanotubos de carbono (10,0) e C60, os quais existem na natureza. Essas estruturas também têm características ferromagnéticas, que podem ser associadas com a presença de defeitos topológicos, heptágonos e pentágonos, e suas conexões sp2 e sp3.
Investigação e manipulação das propriedades mecânicas de nanocelulose.
(2021) Paula, Renata Maria de; Barboza, Ana Paula Moreira; Almeida, Ive Silvestre de; Barboza, Ana Paula Moreira; Matos, Matheus Josué de Souza; Rezende, Natália Pereira
A nanotecnologia vem permitindo o desenvolvimento de produtos e materiais com características únicas para aplicações industriais. Diante disso, as nanoceluloses estão se destacando por serem renováveis, biodegradáveis e poderem competir com os materiais fósseis e industrializados. Neste trabalho, foi feito o estudo de dois tipos de celulose: nanofibras de celulose TEMPO-oxidadas (TOCNF) que contêm grupos carboxila e nanofibras de celulose (CNF). As propriedades morfológicas e eletromecânicas das nanoceluloses foram investigadas e manipuladas utilizando técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda (SPM). Medidas preliminares mostram que é possível dispersar as fibras em diferentes substratos sob condições específicas. Foram observadas as interações com diferentes líquidos (polares e apolares) e como essas interações influenciaram na organização das fibras. As fibras também foram analisadas na tentativa de entender como se dá o processo de deformação das mesmas, utilizando a ponta do SPM. Foi investigado também como a umidade influenciou na integridade e morfologia das fibras. Finalmente, testes foram realizados em aplicações como suporte mecânico para transferência de filmes de grafeno crescidos pelo método de CVD. Atualmente, o método mais utilizado para a transferência de grafeno CVD é o uso do polímero PMMA solúvel em acetona. No entanto, este método deixa resíduos no grafeno transferido, diminuindo a qualidade das amostras. Concluímos que a celulose pode ser uma promissora alternativa para este processo, que poderá ser feito de maneira mais limpa, assim que otimizado.
Sensor de amônia à base de polímero eletrônico impresso em papel : desenvolvimento e caracterização.
(2019) Souza, Wflander Martins de; Bianchi, Rodrigo Fernando; Gonçalves, Gislayne Elisana; Bianchi, Rodrigo Fernando; Guerra, Elídia Maria; Barboza, Ana Paula Moreira
Nos últimos anos, o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos poliméricos tem se tornado frequente em diversos grupos e laboratórios de pesquisa em todo o mundo. Dentre estes dispositivos, os impressos em papel têm recebido destaque, não somente por causa do baixo custo e da facilidade de produção, mas, sobretudo devido à versatilidade e capacidade de inovação tecnológica. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de sensores de amônia à base de filmes de polímeros semicondutivos depositados, pela técnica Wire Bar Coating em substrato de papel. Para tanto, filmes de polianilina (PAni) foram utilizadas como elemento ativo dos sensores buscando-se, sobretudo, o desenvolvimento de dispositivo com aplicação potencial para controle e monitoramento de amônia em área de confinamento animal, isto é, no intervalo de 0 a 100 ppm. Para atingir esse objetivo, soluções de PAni em NMP foram depositados em papel e, posteriormente, tratados termicamente em diferentes temperaturas (temperatura ambiente, 60°C e 100°C). Finalmente, eletrodos paralelos de prata foram depositados na superfície da PAni para fabricação do sensor de gás. Os sensores, uma vez preparados, foram caracterizados óptica e eletricamente (ac e dc). Os resultados dc e ac mostraram o comportamento ôhmico e, por fim, os resultados de cada dispositivo diminui, de forma que tende a se estabilizar a 40 ppm. O modelo para o ajuste teóricoexperimental foi o Cole-Cole, o que demonstra que os filmes apresentam uma estrutura desordenada do tipo simétrica e que a resistividade do filme aumenta com o aumento da concentração de amônia. Em comparação com as duas soluções de PAni estudadas, verificou-se que o filme mais sensível foi o de 2,5 mg/mL com 5 camadas a temperatura ambiente. Desta forma, propor dispositivos fabricados a partir de técnicas de impressão simples e em substratos de baixo custo, e que ainda possibilite fabricar quantidades “piloto” de dispositivos (ou impressão em grandes áreas) é, sem dúvida a maior contribuição deste trabalho.

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