Browsing by Author "Almeida, Ive Silvestre de"

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    Apparent softening of wet graphene membranes on a microfluidic platfor.
    (2018) Ferrari, Gustavo Arrighi; Oliveira, Alan Barros de; Almeida, Ive Silvestre de; Matos, Matheus Josué de Souza; Batista, Ronaldo Junio Campos; Fernandes, Thales Fernando Damasceno; Meireles, Leonel Muniz; Silva Neto, Eliel Gomes da; Chacham, Helio; Neves, Bernardo Ruegger Almeida; Lacerda, Rodrigo Gribel
    Graphene is regarded as the toughest two-dimensional material (highest in-plane elastic properties) and, as a consequence, it has been employed/proposed as an ultrathin membrane in a myriad of microfluidic devices. Yet, an experimental investigation of eventual variations on the apparent elastic properties of a suspended graphene membrane in contact with air or water is still missing. In this work, the mechanical response of suspended monolayer graphene membranes on a microfluidic platform is investigated via scanning probe microscopy experiments. A high elastic modulus is measured for the membrane when the platform is filled with air, as expected. However, a significant apparent softening of graphene is observed when water fills the microfluidic system. Through molecular dynamics simulations and a phenomenological model, we associate such softening to a water-induced uncrumpling process of the suspended graphene membrane. This result may bring substantial modifications on the design and operation of microfluidic devices which exploit pressure application on graphene membranes.
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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.
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    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.
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    Desenvolvimento de selo inteligente para monitoramento de novo processo de desinfecção de água com luz azul.
    (2023) Paiva, Bárbara Gosziniak; Bianchi, Rodrigo Fernando; Silva, André Talvani Pedrosa da; Bianchi, Rodrigo Fernando; Faria, Gregório Couto; Almeida, Ive Silvestre de
    Nas últimas décadas, proporcionar o acesso universal à água potável tem sido um dos maiores desafios enfrentados pelas nações em todos os continentes. Assim, formas alternativas para a desinfecção de água se fazem cada vez mais necessárias para a saúde humana, sobretudo as de fácil acesso à população em geral. Este trabalho apresenta portanto, um selo para o monitoramento de um sistema alternativo de desinfecção de água com luz azul. A escolha da luz azul vem do fato da literatura recente apresentar resultados que sugerem que a essa fonte de radiação elimina várias espécies de microrganismos patogênicos em até 90% após a exposição em superfície. Para atingir esse objetivo, filmes de MEH-PPV, polímero sensível a radiação azul, depositados em superfície de papel foram caracterizados opticamente como função do tempo de exposição à 20 μW/cm2 e 60 μW/cm2 (λmax = 460 nm). Os resultados mostram que o sistema de MEH-PPV/Papel apresenta pico de máxima emissão antes de ser exposto a luz azul em torno de 600 nm, que vai reduzindo com o tempo de exposição. Também é observado uma mudança de cor de laranja ao branco com a exposição à luz. O tempo para ocorrer a variação tanto da emissão, quanto da cor, depende do número de camadas de MEH-PPV, neste caso, quanto maior o número de camadas, mais lento é o processo de variação, e da radiância, que quanto maior mais rápido ocorre o processo. Os resultados da escala Pantone corroboram tal mudança de cor. Tais resultados servem de base para o desenvolvimento de um selo para monitorar a desinfecção de coliformes totais e E.coli na água. O design escolhido para esse dispositivo foi de um sapo por representar a vida na água. Os resultados mostram o uso inédito da luz azul na inativação de coliformes totais e E.coli na água, com uma dose ideal de 738 J/cm2, e o uso do selo com 1 camada de MEH-PPV para o monitoramento do processo utilizando uma radiância de 60 μW/cm2, que fica completamente branco quando recebe a dose necessária para inativação dos microrganismos. Para a produção do selo com outras finalidades, em que o número de camadas e o tempo de exposição serão modificados, a equação encontrada após caracterização dos filmes pode ser utilizada Tf = (1, 3 ± 0, 1) ∗ Nc + (2,2 ± 0,3), onde, Tf = Tempo final de mudança de cor, e Nc = Número de camadas de MEH-PPV depositadas no papel.
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    Filmes ultrafinos de polianilina em substratos flexíveis como elemento ativo de sensores orgânicos.
    (2020) Kelmer, Ana Carolina; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Guerra, Elídia Maria; Almeida, Ive Silvestre de; Savedra, Ranylson Marcello Leal
    Este trabalho apresenta a análise morfológica, elétrica e mecânica de filmes ultrafinos Polianilina/Poli (ácido vinil sulfônico) - PANI/PVS, feitos pela técnica de automontagem Layer-byLayer – LbL em substratos flexíveis para detecção de amônia. Utilizou-se a técnica Espectroscopia de impedância, medidas de corrente alternada -AC, para avaliar e aumentar o desempenho do dispositivo a base de PAN/PVS para detecção de gás amônia. A microscopia de força atômica mostra que a rugosidade da superfície PANI/PVS aumenta quase linearmente com as bicamadas (n) de PANI/PVS, enquanto a morfologia da superfície varia de uma estrutura semelhante a hastes, ou glóbulos, à uma arquitetura aglomerada, com menos espaços entre as hastes. Medições de impedância complexas e sua representação pelo modelo Cole-Cole confirmam essa transição morfológica perto de n = 15 e indicam para o sensor de PANI/PVS um baixo tempo de resposta (< 1 min), assim como uma faixa ideal de frequência operacional (1-100 Hz), uma alta sensibilidade à amônia (98 kΩ/ ppm) e alta estabilidade e baixa sensibilidade à tensão (3,6 kΩ/ %). Este estudo indica que as medições de impedância complexa de filmes de polímeros ultrafinos são benéficas para melhorar as estabilidades mecânica e elétrica de eletrônicos flexíveis de baixo custo.
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    Graphene electromechanical water sensor : the Wetristor.
    (2019) Meireles, Leonel Muniz; Silva Neto, Eliel Gomes da; Ferrari, Gustavo Arrighi; Neves, Paulo A. A.; Gadelha, Andreij de Carvalho; Almeida, Ive Silvestre de; Taniguchi, Takashi; Watanabe, Kenji; Chacham, Helio; Neves, Bernardo Ruegger Almeida; Campos, Leonardo Cristian; Lacerda, Rodrigo Gribel
    A water-induced electromechanical response in suspended graphene atop a microfluidic channel is reported. The graphene membrane resistivity rapidly decreases to ≈25% upon water injection into the channel, defining a sensi-tive “channel wetting” device—a wetristor. The physical mechanism of the wetristor operation is investigated using two graphene membrane geometries, either uncovered or covered by an inert and rigid lid (hexagonal boron nitride multilayer or poly(methyl methacrylate) film). The wetristor effect, namely the water-induced resistivity collapse, occurs in uncovered devices only. Atomic force microscopy and Raman spectroscopy indicate substantial morphology changes of graphene membranes in such devices, while covered membranes suffer no changes, upon channel water filling. The results suggest an electromechanical nature for the wetristor effect, where the resistivity reduction is caused by unwrinkling of the graphene membrane through channel filling, with an eventual direct doping caused by water being of much smaller magnitude, if any. The wetristor device should find useful sensing applications in general micro- and nanofluidics.
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    Graphene nanoencapsulation action at an air/lipid interface.
    (2022) Ferrari, Gustavo Arrighi; Chacham, Helio; Oliveira, Alan Barros de; Matos, Matheus Josué de Souza; Batista, Ronaldo Junio Campos; Meireles, Leonel Muniz; Barboza, Ana Paula Moreira; Almeida, Ive Silvestre de; Neves, Bernardo Ruegger Almeida; Lacerda, Rodrigo Gribel
    In the present work, we apply a microfluidic channel platform to study mechanical and adhesion properties of suspended graphene in contact with oleic acid (a lipid). In the platform, one side of the suspended graphene, atop a window in a fluidic channel, is placed in contact with the lipid, and the mechanical response of graphene is experimentally accessed with an atomic force microscope probe. We observe a strong effect arising from the presence of oleic acid: the probe undergoes a large jump-to-contact effect, being pulled and partially encapsulated by graphene, in a phagocytosis-like phenomenon, until it penetrates 0.2 lm into graphene. In contrast, such encapsulation effect is neg- ligible in the absence of oleic acid in the channel, with probe penetration of less than 0.02 lm. The lipid-induced encapsulation effect is observed to occur concurrently with graphene delamination from the window walls. Molecular dynamics simulations and continuum mechanics analytical modeling are also performed, the latter allowing quantitative fittings to the experiments.
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    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.
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    Propriedades fotofísicas de derivados de Benzazol e os mecanismos de supressão da fluorescência por fulerenos.
    (2022) Guaje, Cristian Ferney Alvarez; Cazati, Thiago; Postacchini, Bruna Bueno; Cazati, Thiago; Almeida, Ive Silvestre de; Vieira, André Alexandre
    A estrutura química das moléculas orgânicas conjugadas estabelece afinidade com suas propriedades fotofísicas, essa relação favorece a caracterização de novas moléculas para determinar qualidades que facilitam sua aplicação e fabricação de dispositivos optoeletrônicos. Neste contexto, este trabalho apresenta o estudo das propriedades fotofísicas de três moléculas inéditas derivadas fluorescentes de Benzazol, constituídas por um heteroátomo central de enxofre, ou oxigenio ou nitrogênio (AB-S, AB-O, AB-N). As propriedades fotofísicas das moléculas derivadas de Benzazol foram estudadas em líquido (solução) e sólido (filme) à temperatura ambiente, usando espectroscopia de absorção, fluorescência estacionária e fluorescência resolvida no tempo. Essas moléculas apresentam absorção na região do visível, elevados valores de eficiência quântica de fluorescência e decaimentos radiativos monoexponencial (um único tempo de vida de estado excitado). O trabalho também apresenta o estudo das interações intermoleculares entre essas moléculas fluorescentes e os fulerenos. A fluorescência dos compostos em solução de tolueno com diferentes concentrações de fulerenos C60 e derivado solúvel Pyrrolidine trisacid ethyl ester (C72H19O6N) (PyC60) foi suprimida por mecanismos simultâneos (dinâmico e estático) de supressão. A constante de supressão de fluorescência (Ksv) e os raios das esferas efetivas de supressão foram obtidas a partir dos gráficos de Stern-Volmer. Os valores de energia dos orbitais moleculares (HOMO, LUMO) das moléculas foram estimados usando Voltametria (VC). Os resultados obtidos demonstram características importantes para o uso dessas moléculas em dispositivos eletrônicos ˆ orgânicos de conversores de energia solar.