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

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Ajuste do limite de detecção elétrica de compósitos condutivos para melhorar o desempenho de sensores híbridos.
(2019) Calheiro, Daniel Silva; Bianchi, Rodrigo Fernando; Gil, Laurent Frédéric; Bianchi, Rodrigo Fernando; Faria, Roberto Mendonça
As pesquisas em eletrônica híbrida têm proporcionado importantes avanços em novos materiais, dispositivos e formas de composição e estruturas desses sistemas. Contudo, controvérsias ainda existem sobre a limitação da eficiência elétrica de materiais híbridos e seus dispositivos, tais como as relações entre a estrutura, o processamento, o design e suas propriedades. Este trabalho descreve uma abordagem prática para melhorar o desempenho elétrico de um sensor de gás de amônia cujo princípio de operação baseia-se nas mudanças de condutividade elétrica, no baixo regime de percolação e na limitação de corrente elétrica utilizando, para tanto, um sistema composto de polímero semicondutor e óxido metálico. O dispositivo foi fabricado a partir de filmes finos totalmente impressos de polianilina / nanopartículas óxido de estanho e índio - PAni100􀀀xITOx [0 x 50% (wt/wt)] depositados sobre substrato de polietileno de alta densidade. Foi verificado que a corrente elétrica do dispositivo diminui e tende a se estabilizar à medida que a concentração de gás aumenta, e o valor desse limite de corrente elétrica (IL) depende de x, ou seja, quanto maior x, menor IL. Quando a corrente que flui através do dispositivo eletrônico é dominada pelas nanopartículas de ITO preenchidas com PAni, ocorre o aumento da concentração de portadores de salto que contribui para a resposta elétrica desejada de um sensor de gás heterogêneo. Neste regime, foi encontrada uma boa dependência linear de x na concentração de amônia na faixa de 0 a 35 ppm, com limite de detecção de até 0,5 ppm e resposta rápida (< 1 min). Estas descobertas sugerem direções para futuras pesquisas sobre o desenvolvimento de sistemas heterogêneos nos quais uma variação de corrente elétrica é desejada para melhorar a sensibilidade e a estabilidade da produção escalável de sensores híbridos funcionais.
Caracterização de bloco intertravado manufaturado a partir de resíduo de eletroeletrônicos com análise dos procedimentos e metodologia metrológica dos ensaios.
(2020) Gabriel, Luiz Tadeu; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bernardes, Américo Tristão; Bianchi, Rodrigo Fernando; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Cunha, Alexandre Mendes
De acordo com relatório da ONU em 2017, o Brasil gerou cerca de 1,4 106 t de resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos – REEE (ABRIN, 2017), sendo cerca de 23% deste resíduo, material plástico. A legislação que orienta a gestão de resíduos sólidos (Lei nº 12.305 de 2010), sendo nova, ainda tem pendência de acordos setoriais com o setor produtivo e varejista, assim, o Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações - MCTIC patrocina a rede de Centros de Recondicionamento de Computadores – CRC’s, sendo estes, espaços para o tratamento de equipamentos obsoletos ou inservíveis, podendo ser recondicionados ou ter suas partes destinadas à indústria de reciclagem. O CRC Programando o Futuro de Valparaíso/GO produz blocos intertravados a partir de carcaças e componentes plásticos para aplicação em pavimentos, passadiços, passarelas elevadas e estacionamento. O objetivo deste trabalho é a caracterizar e analisar as propriedades mecânicas que se relacionam com a aplicação desses blocos, estimar a incerteza associada a cada ensaio utilizando o método da Norma ISO GUM e elaborar roteiro para garantir a confiabilidade de resultados durante atividades laboratoriais. A metodologia indicada nas normas para os respectivos ensaios não contemplam alguns geradores de incerteza de medição, como por exemplo a incerteza herdada da calibração dos equipamentos utilizados. Os resultados dos ensaios dos blocos de REEE são comparáveis aos parâmetros de blocos de concreto comumente utilizados em aplicações similares, por exemplo, para a resistência à compressão em temperatura ambiente obteve-se (41 ± 5) MPa e taxa de absorção de (0,0846±0,0002) % no bloco intertravado de REEE. O uso normalizado de resistência à compressão é maior ou igual a 35 MPa e a absorção menor ou igual a 6 %, de acordo com a ABNT NBR 9781:2013. Esta pesquisa foi realizada com o apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES): Código de financiamento 001. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Mecânica de Fratura DEMET/EM/UFOP.
Caracterização morfológica da heterojunção de volume de Tiofeno : Fulereno por simulação molecular.
(2019) Morais, Marlene Notélio Borges Luíza de; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Savedra, Ranylson Marcello Leal; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Viana, Rommel Bezerra; Bianchi, Rodrigo Fernando
Os polímeros conjugados são empregados para compor camadas ativas em dispositivos opto eletrônicos orgânicos que são ultrafinos, leves, flexíveis e ambientalmente sustentáveis. O constante aprimoramento da Eletrônica Orgânica requer o maior controle sobre a morfologia dessas camadas, que influencia diretamente na eficiência quântica dos dispositivos. Devido à natureza amorfa dos polímeros, no entanto, a caracterização dessas microestruturas não é uma tarefa simples. Neste trabalho, a simulação computacional de dinâmica molecular atomística foi empregada como ferramenta na caracterização morfológica de blendas de poli (3-hexiltiofeno) (P3HT):6,6-fenil C61 éster metílico de ácido butírico (PCBM), que vem sendo utilizadas em Células Solares Orgânicas (CSOs), no modelo de Heterojunção de Volume (HjV). Os procedimentos experimentais comumente empregados na fabricação de filmes finos foram mimetizados, a fim de avaliar o seu impacto sobre a morfologia. Foram analisados os efeitos do solvente e da temperatura, uma vez que esses fatores exercem influência sobre a morfologia final da HjV. Analises conformacionais mostraram que as cadeias de P3HT não são majoritariamente planares e tendem a se enovelar. As interações com as moléculas de solvente e de PCBM, no entanto, minimizaram esse efeito e conferiram maior grau de organização a matriz polimérica. O solvente também atua como o meio pelo qual a interface entre os semicondutores se forma durante a fabricação. O tratamento térmico em torno do ponto de fusão do polímero melhorou a distribuição dos semicondutores, sendo, portanto, urna etapa importante na fabricação de dispositivos mais eficientes. Analises de distribuição dos domínios e fator de estrutura apontaram para a existência de três fases, sendo PCBM e P3HT semicristalinos e mistura amorfa de ambos. A abordagem empregada nessa pesquisa permitiu uma investigação robusta da morfologia da camada ativa a nível molecular e de como os procedimentos de fabricação influenciam em sua formação. Estes resultados podem contribuir para o maior controle sobre essas microestruturas e, consequentemente, para o progresso da Eletrônica Orgânica.
Condutividade AC de compósito de PDMS elastomérico reforçado com fibras de açaí recobertas com PANI.
(2021) Lopes Junior, Gilton Martins; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Guerra, Elídia Maria; Gurgel, Leandro Vinícius Alves
O desenvolvimento de compósitos poliméricos condutivos reforçados (CPCs) com fibras vegetais sob efeitos de deformação mecânica é um tema atraente cientifico e tecnologicamente. Este trabalho tem por objetivo investigar e compreender o comportamento da condutividade alternada, σ*(ω) = σ´(ω) + iσ´´(ω) (ω = 2f), de CPCs à base de fibras naturais de açaí (FNA) recobertas com polianilina (PANI) e dispersas em matriz de polidimetilsiloxano (PDMS), em faixas de pressão (P) e frequência elétrica (f) iguais a, respectivamente, 0 à 200 kPa e 1 à 105 Hz. Os resultados obtidos de σ*( f) como função de P e ω mostram os comportamentos de percolação e quasiuniversal da condutividade alternada [σ´( f)  f s com s  0,8] a partir de 50 kPa e de razões FNA-PANI/PDMS iguais ou superiores a 7%. Os resultados obtidos foram investigados a partir de modelos teórico-experimentais baseados em aproximações de meio efetivo, mecanismos de percolação e condução em meios sólidos desordenados. Como resultado, a aproximação do meio efetivo (EMA - Effective Medium Aproximation) mostrou-se adequada para representar os materiais com fases distintas, miscíveis, dielétricas e condutoras obedecendo, para tanto, o limiar de percolação elétrica do sistema FNA-PANI/PDMS. Em paralelo, a resposta elétrica da FNA recoberta com PANI foi investigada pelo modelo de energia livres e aleatórias (RFEBRandom Free Energy Barrier Model) que mostra, além da característica quasi-universal de σ´(f), que tanto a frequência quanto a pressão atuam no sentido de confinar os portadores de carga em regiões mais localizadas nas fibras recobertas com polímero condutor tornando, assim, o sistema mais condutivo. Consequentemente, as dependências de Sf com P e f sugerem variações geométricas de, respectivamente, esférica para colunar e interdomínio para interfibras. Portanto, o presente trabalho contribuiu para a compreensão dos mecanismos de condução em novos compósitos flexíveis à base de PANI, FNA e PDMS e, portanto, para o estudo do desempenho elétrico e desenvolvimento de sensores de deformação totalmente poliméricos.
Dispositivo vestível para medição contínua da taxa de bilirrubina em recém-nascidos.
(2020) Silva, Otto Henrique Cezar e; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Ferreira, Giovana Ribeiro; Menezes, Tatiana Prata
Este trabalho relata o projeto, fabricação, teste e aplicação de uma plataforma de sensoriamento óptico de baixo custo dentro de uma pulseira de silicone para monitorar continuamente a bilirrubina não conjugada in vitro, exposta a condições de fototerapia. Este dispositivo consiste em um fotômetro portátil integrado baseado em uma fonte azul de diodo emissor de luz (430-490 nm) voltada para um resistor dependente de luz com bilirrubina colocada entre eles. A resposta óptica de uma variedade de concentrações de bilirrubina sob fototerapia padrão, moderada e em altas doses está de acordo com as medidas do dispositivo óptico. Os dados mostram uma tendência para uma correlação linear entre o tempo de meia vida da molécula de bilirrubina e a razão da concentração de bilirrubina pelo brilho da luz. Nosso estudo fornece novas ideias sobre o conceito de medidores de bilirrubina em tempo real e não invasivos, nos quais dispositivos ópticos flexíveis e de baixo custo são promissores para monitorar a evolução da bilirrubina em recém-nascidos ictéricos durante a fototerapia.
Estudo das propriedades piezoresistivas de compostos de cimentos com adição de polianilina e nanotubos de carbono.
(2016) Fernandes, Brillian Aquino; Travain, Silmar Antônio; Ladeira, Luiz Orlando; Ladeira, Luiz Orlando; Figueiredo, José Marcos Andrade; Bianchi, Rodrigo Fernando
Pesquisas recentes na área de estruturas de concreto envolvendo monitoramento de esforços dinâmicos em tempo real tem se destacado nos últimos anos. Materiais em estruturas de concreto com capacidade de auto sensoriamento e novos aditivos são buscados constantemente para melhorar o desempenho de sistemas estruturais aplicados na área da construção civil. Neste trabalho foram estudados dois tipos de materiais piezoresistivos em cimento do tipo Portland. Um utilizando nanotubos de carbono (NTC) e outro com polímero de polianilina (Pani). O polímero de Pani foi misturado fisicamente ao cimento, enquanto que os NTC foram crescidos pela técnica de deposição química a vapor obtendo os dispositivos utilizados. Para caracterização destes dispositivos utilizou-se medidas de impedância elétrica para determinação das resistências elétricas dos mesmos. Após a caracterização dos dispositivos, estes foram inseridos em argamassa de cimento para testes de piezoresistividade com o aumento da pressão em diferentes idades. Os resultados mostram que a adição de nanocompósitos NTC e Pani à matriz de provoca um aumento na desordem do sistema, alterando suas propriedades piezoresistivas. O aumento da pressão sobre os dispositivos mostrou uma considerável variação na resistência elétrica dos mesmos. Este trabalho mostra a possibilidade de uso destes dispositivos como sensores para monitoramento de esforços mecânicos em estruturas de concreto.
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.
Nano e microfibras luminescentes à base de poli[2-metóxi,5-etil(2-hexilóxi)parafenilenovinileno] - MEH-PPV e poli (cloreto de vinila) – PVC.
(2015) Braga, Nathália Oliveira; Bianchi, Rodrigo Fernando
Este trabalho tem por objetivo principal fabricar nano e microfibras à base de polímeros luminescentes e avaliar seu potencial para utilização em novos sensores de radiação, sobretudo para fototerapia neonatal. Os materiais foram obtidos por meio da técnica de eletrofiação, que é reconhecida pela eficiência na fabricação de fibras poliméricas de baixa dimensionalidade e, portanto, permite a fabricação de dispositivos fotônicos com resoluções micro e nanométricas. Neste sentido, inicialmente fibras de poli(2-metóxi,5-etil(2-hexilóxi)parafenilenovinileno) - MEH-PPV e poli (cloreto de vinila) – PVC foram obtidas pela técnica de eletrofiação em diferentes proporções em massa de PVC:MEH-PPV. Em seguida, as fibras foram expostas à luz azul (λ = 460nm), de acordo com as condições ideais usadas no tratamento de hiperbilirrubinemia neonatal. Em seguida, as fibras foram caracterizadas morfológica, química e oticamente. Como um dos principais resultados experimentais obtidos destaca-se a fabricação de fibras com diâmetros entre 80 nm a 2 μm, cuja proporção de PVC:MEH-PPV influencia diretamente não apenas essa grandeza, como também o número de contas das fibras e a porosidade das fibras. Além disso, observa-se que não há influência aparente do radical cloro na cinética de degradação do MEH-PPV. Resultados de FTIR confirmam tal suposição. Finalmente as fibras responderam positivamente à exposição à luz azul atuando como dosímetro indicador dose-cor. Especificamente para aplicação médica em fototerapia neonatal, as fibras poderão ser usadas na composição de tecidos, tipo gases, que seriam empregados junto à pele do recém-nascido ictéricos como um sistema de dosímetro indicador dose-cor de fototerapia. Assim ter-sei-ia um dispositivo plástico, flexível e possivelmente “vestível” para envolver parte do neonato ictérico sob tratamento de fototerapia como uma nova aplicação em neonatologia.
Sensor colorimétrico, impresso e indicativo de altas intensidades de radiação solar à base de polímeros luminescentes.
(2016) Corrêa, Kennedy Carlos Silva; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Savedra, Ranylson Marcello Leal; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Reis, Agnaldo José da Rocha
O monitoramento de radiação solar é de interesse público devido, principalmente, aos seus efeitos nocivos para a saúde humana. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de sensores interativos para informar seus usuários sobre a necessidade de reaplicação de filtro solar ou de sair do sol. Esses sensores são do tipo filmes adesivos e informativos, e são fabricados a partir de uma fina camada de sistema polimérico sensível a radiação solar, à base de: poli[-5-metoxi-2(2-etiloxi)-p-fenileno-vinileno] - MEH-PPV, poli(butileno adipado-co-tereftalato) - PBAT (Ecoflex®) e ftalato de dioctila (DOP) em substrato de papel. Estudos foram realizados para adequar e compatibilizar figuras impressas no substrato de papel para viabilizar a fabricação de um dispositivo que indica ao usuário o momento de reaplicar o filtro solar ou de sair do sol. O MEH-PPV foi escolhido por apresentar mudança de cor do vermelho-laranja (emissão máxima em 555 nm) ao incolor quando exposto a radiação solar, enquanto o Ecoflex e o DOP por, respectivamente, serem de material biodegradável e plastificante. Os sensores, uma vez preparados, foram expostos ao índice de medida de radiação ultravioleta (IUV) igual a 7. Como resultado, obteve-se que o sensor forneceu a imagem (figura) impressa no papel após 2 horas de exposição à radiação, de acordo com as especificações recomendadas para reaplicação de filtro solar. Para acompanhar as características dos sensores, medidas de Espectrofotometria de Absorção no UV/Vis (ABS), Fotoluminescência (PL), Diagrama de Cromaticidade, Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e finalmente as propriedades mecânicas (tensão vs deformação) do sistema, por meio de Ensaios Mecânicos. Os resultados mostram que o material muda a sua cor do vermelho-laranja para o incolor, que, por sua vez, está relacionado a oxidação da cadeia polimérica principal, alterando ligações vinílicas por ligações carbonílicas. Dentre os fatores que fazem com que este sistema possa ser utilizado como um sensor para monitoramento da exposição solar, destacam-se: a aceitabilidade por ser atrativo e pela fácil leitura, a eficácia pelo monitoramento em tempo real, a eficiência no custo/benefício (
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.
Sensor orgânico, tipo embalagem colorimétrica, para monitoramento de pH de alimentos.
(2016) Paschoa, Anderson dos Santos; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Cunha, Giovani Ribeiro da; Cunha, Luciana Rodrigues da
Muitos fatores podem influenciar o tempo de vida útil de alimentos, tais como o pH, que pode variar devido ao crescimento de micro-organismos e, portanto, comprometer o sabor, a textura a validade de frutas, hortaliças, grãos, carnes etc. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho foi desenvolver filmes orgânicos para o monitoramento de pH, tipo sensor e embalagem colorimétrica, biodegradáveis e biocompatíveis que fossem capazes de informar de forma simples se o alimento esta “próprio” ou “impróprio” para consumo. Para tanto, filmes orgânicos, impressos pela técnica Wire Bar e sensíveis ao pH foram preparados a partir da mistura de quitosana, antocianina (pigmento natural da cenoura preta sensível ao pH) e glicerina bi-destilada (plastificante). Uma vez preparados, os filmes foram caracterizados por meio de medidas e análises mecânica (ensaios de tração), óticas (espectroscopia na região do ultravioleta/visível – UV/Vis), estruturais (espectroscopia no infravermelho – FTIR), morfológica (microscopia eletrônica de varredura) e de adsorção de água. Como resultado destaca-se a ampla variação de cor do filme com o pH, abrangendo desde o amarelo e o azul até o rosa e o verde. Destaca-se também a mudança abrupta de cor para aplicações específicas a área de alimentos, sobretudo para a cadeia do frio. Para os filmes de quitosana:antocianina:glicerina, sua resistência a tração diminuiu 14,3% com a presença do plastificante glicerina bi-destilada na matriz polimérica, formando um material mais flexível. Além disso, apresenta fácil fabricação e relação direta cor com pH, além de fácil leitura de pH, reprodutibilidade, estabilidade com tempo de armazenamento e boa relação custo-benefício. Em resumo, os filmes colorimétricos aqui investigados apresentaram faixa de operação ajustável para uma ampla faixa de pH.
Sistema polimérico à base de PVC : MEH-PPV visando aplicação em dosimetria tridimensional.
(2015) Murase, Mariane Satomi Weber; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Santos, Orlando David Henrique dos; Faria, Roberto Mendonça
A crescente utilização da radiação faz com que géis poliméricos em dosimetria tridimensional venham sendo cada vez mais estudados. Contudo, estes materiais apresentam algumas limitações como a complexidade da leitura da distribuição de dose. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo obter um novo sistema luminescente que responda à radiação e tenha tanto potencial para uso em dosimetria tridimensional, quanto facilidade de leitura e acompanhamento da dose em tempo real. Para tanto, amostras de policloreto de vinila (PVC), plastificante [diisononil ciclohexano-1,2-dicarboxilato (DINCH)] e poli[2-metóxi,5-(2’etil- hexiloxi)-p-fenilenovileno (MEH-PPV) foram produzidas e expostas à luz azul (λmáx ~460 nm),para análise das curvas de resposta dose-cor dos materiais e radiação gama (~1,25 MeV), para prova de conceito. A análise termo-dinâmico-mecânica dos sistemas PVC:DINCH, realizada de -95 ºC até 100 ºC, mostrou que a adição de plastificante diminui a temperatura de transição vítrea do sistema de ca. 46 ºC para ca. -76 ºC, enquanto análises termogravimétricas, por sua vez, mostram que a presença do DINCH reduz a concentração do solvente residual consideravelmente e aumenta a perda de massa de ca. 76% para 100% no processo de degradação. Consequentemente, as análises sugerem que a adição de DINCH afasta as cadeias moleculares do polímero e aumenta sua flexibilidade e sua capacidade de moldagem. Esse último, um pré requisito para a fabricação de Phantons Físicos, utilizados como instrumentos para simulação de órgãos e tecidos do corpo humano em radiologia e radioterapia. Em relação à resposta do sistema à luz azul, observa-se que o PVC:DINCH:MEH-PPV apresenta alteração de cor gradativa do vermelho ao incolor, passando pelo laranja e amarelo, dependente da dose administrada. Esta alteração foi observada tanto superficialmente quanto no volume do sistema e é oriunda de deslocamentos dos espectros de absorção e luminescência para menores comprimentos de onda, bem como da diminuição de suas respectivas intensidades. Resultados prévios também mostraram que o sistema responde oticamente à radiação gama (~1,25 MeV) de 0 a 100 kGy. Portanto, os resultados obtidos mostram que o sistema PVC:DINCH:MEH-PPV pode ser moldado em formas tridimensionais e apresenta resposta ótica induzida pela radiação. Consequentemente, o sistema apresenta-se como um material novo e promissor para uso em dosimetria tridimensional.
Sistema polimérico luminescente para dosimetria 3D da radiação gama.
(2016) Sousa, João Leno Antônio de; Bianchi, Rodrigo Fernando; Ferreira, Giovana Ribeiro; Freire, Rodrigo Teixeira Santos; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira
A determinação de campo de radiação é atualmente uma necessidade no controle e monitoramento de tratamentos terapêuticos e processos de irradiação industriais. Neste contexto, o desenvolvimento de dosímetros capazes de aferir, verificar e acompanhar tais processos no espaço é de grande importância. O presente trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema luminescente tridimensional que apresente resposta ótica em tempo real quando exposto a radiação gama (60Co - 2.200 TBq ou 60.000 Ci). Para atingir esse objetivo foi preparado um sistema 3D (da ordem de cm3) à base de poli[2-metóxi,5-(2’etil-hexiloxi)-p-fenilenovileno (MEH-PPV) em matriz incolor, inerte e atóxica de policloreto de vinila (PVC) e plastificante diisononil ciclohexano-1,2-dicarboxilato (DINCH). O MEH-PPV foi escolhido por apresentar efeitos de fotoxidação e variação de cor quando exposto tanto à radiação gama (60Co), quanto à luz azul. Assim, para fins de avaliação sistemática da resposta ótica das estruturas DINCH:MEH-PPV:PVC, filmes (área ~ 1 cm2) e cilindros (diâmetro ~ 5 mm, altura  10 mm) foram inicialmente expostos à luz azul (LED, max = 450 nm). Em seguida, estruturas 3D foram expostas a diferentes doses (de 1 kGy a 250 kGy) de radiação gama. Como característica mecânica, os sistemas apresentaram módulo de elasticidade de 23 GPa e alongamento de 254%. Tais resultados são típicos de materiais com propriedades elásticas e demonstram claramente que o sistema DINCH:MEH-PPV:PVC pode ser empregado como um sólido deformacional, ou seja, um gel. Além disso, observou-se que o material é homogêneo (em escala ótica) e apresenta variação perceptível de mudança de cor com a dose (i.e., sensibilidade a olho nu) da ordem de 1 kGy, atingindo o incolor com 250 kGy. Resultados de FTIR confirmam processos fotoxidativos do MEH-PPV que, por sua vez, estão relacionados a mudança de cor do vermelho ao incolor e, portanto, a queda e deslocamento para menores comprimentos de onda dos espectros de fluorescência e absorção do DINCH:MEH-PPV:PVC. Tais resultados não deixam dúvidas quanto ao potencial que polímeros luminescentes apresentam para desenvolvimento de sistemas sólidos tridimensionais para medição, aferição e verificação de campo de radiação gama.

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