•  Estudo de compostos fluoroperovskitas AMgF3(A=K, Rb, Cs e Na) contendo íons lantanídeos para aplicações em fôtonica

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As propriedades luminescentes de materiais fluoroperovskitas contendo íons lantanídeos, em baixíssimas concentrações, são fortemente influenciadas pelos clusters de defeitos pontuais. Controlar esses defeitos pontuais na matriz hospedeira perpassa pela elucidação clara dos defeitos intrínsecos, criados no processo de síntese ou tratamento térmico pós-síntese, bem como dos defeitos extrínsecos. Do ponto de vista experimental, há algumas metodologias experimentais indiretas para detectar defeitos pontuais. Entretanto, isso tem se mostrado ser uma tarefa bastante árdua devido a sua natureza extremamente diluída e elusiva. Neste contexto, técnicas de simulação atomística baseadas nas interações entre os íons e no método de Mott-Leighton se mostra ser uma ferramenta interessante para elucidar os possíveis tipos de defeitos em materiais. Em paralelo, a associação de técnicas atomísticas com modelos de taxa e modelos que descrevem a interação da radiação eletromagnética com a matéria pode contribuir para uma compreensão mais profunda da dinâmica dos portadores de carga, e sua relação com a origem de sinais luminescentes estimulados oticamente e termicamente. Dessa forma, neste trabalho, nós propomos o desenvolvimento de materiais fluoroperovskitas contendo íons Ln (e co-dopado com nanopartículas de prata) para aplicações em fotônica. Informações preliminares advindas de cálculos atomísticos serão utilizadas no processo de síntese, com o intuito de controlar os defeitos pontuais na matriz hospedeira e obter características desejáveis. A partir disso, utilizaremos modelos de taxa e de interação da radiação com a matéria para entender a dinâmica dos portadores de carga na matriz hospedeira. Em paralelo, usaremos técnicas de caracterização ótica como, por exemplo, TL (do inglês, Thermoluminescence) e OSL (do inglês, Optically Stimulated Luminescence), em parceria com o IPEN, para compreender a natureza dos níveis de armadilha, mecanismos de recombinação elétron-buraco e a sensibilidade do material ao estimulo ótico ou térmico. Por fim, tentaremos oferecer novas peças ao quebra-cabeça para entender a relação entre os clusters de defeitos pontuais com as propriedades luminescentes do material visando aplicação em dosimetria das radiações ionizantes.

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Coordenador: Heveson Lima

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•  Desenvolvimento de conversores solares à base de silicatos contendo íons terras raras para aplicação na agricultura

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Com a perspectiva de crescimento da população mundial haverá uma demanda cada vez maior por alimentos. Nesse contexto, garantir uma produção agrícola sustentável, sem a necessidade de abertura de novas áreas agricultáveis, compatível com o aumento da demanda por alimento é um desafio enorme para o setor. Os avanços tecnológicos recentes já vêm contribuindo para uma liberação mais controlada de insumos agrícolas e uso racional da água nos processos de irrigação. Entretanto, o estresse hídrico, cada vez mais frequente em algumas regiões do país, associado a alta taxa de emissão de luz UV, são alguns dos fatores que afetam a taxa de crescimento e produtividade da planta. Uma maneira de reduzir esses impactos na qualidade das safras é utilizando conversores solares, que absorvem na região do UV e emitem em comprimentos de onda úteis a planta (região do vermelho ou azul). Ambos correspondem aos comprimentos de onda de absorção dos carotenoides e da clorofila, melhorando os processos de manutenção da vida dos vegetais, tais como fotossíntese, nutrição, dentre outros. Dessa forma, o objetivo principal dessa proposta é produzir materiais luminescentes, atóxico e não bioacumulável, à base de silicatos dopados e/ou co-dopados com terras raras e investigar a sua capacidade de converter a luz UV em luz útil para a planta. Além disso, por outra via, também será realizada a síntese dos silicatos dopados e/ou co-dopados com terras raras a partir de precursores derivados de resíduos agroalimentares como, por exemplo, cinza de casca de arroz e casca de ovos Os materiais silicatos são excelentes matrizes hospedeiras para absorção na região do UV, e com boa estabilidade térmica e química. Por fim, a proposta tem potencial de inovação economicamente sustentável, que possa contribuir para uma agricultura verde e para a entrega de soluções de desenvolvimento sustentável da Agenda 2030 da ONU.

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Coordenador: Heveson Lima

Colaboradores: Adelmo S. Souza e Jorge L. Oliveira

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• Síntese, caracterização e investigação teórica dos mecanismos de TL e OSL de materiais contendo íons lantanídeos

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O estudo de materiais isolantes (cristais e vidros) contendo íons lantanídeos (Ln) é bastante amplo, devido às aplicações em fotônica. Entretanto, há uma deficiência em materiais com aplicação dosimétrica bem como modelos teóricos que descrevam o comportamento da termoluminescência (TL) e da luminescência oticamente estimulada (OSL, do inglês optically stimulated luminescence). Sendo assim, neste trabalho é proposto o desenvolvimento de novos materiais contendo íons Ln para aplicação em dosimetria pessoal de radiação ionizante. Medidas de TL e OSL serão realizadas em parceria com o Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN). Em paralelo, serão realizados cálculos atomísticos desses materiais, usando a plataforma GULP, para entender os mecanismos de compensação de carga e como os defeitos influenciam nas propriedades óticas. Além disso, uma investigação, via teoria de campo cristalino (TCC) e equações de taxa, dos mecanismos de TL e OSL de materiais contendo íons lantanídeos serão realizadas. Cálculos da seção de choque de fotoionização também serão executados, para compreender a taxa populacional de elétrons migrando para banda de condução.

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Coordenador: Heveson Lima

Colaboradores: Adelmo S. Souza, Jorge L. Oliveira e Vinicius Coelho

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•  Nanotermômetro baseado no espalhamento de luz por íons Európio Trivalentes Termicamente Excitados em Nanopartículas de Y2O3:Eu3+

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Termômetros de dimensões nanométricas e que opere na faixa de temperatura de 10 a 70 °C é de grande importância para biologia e medicina, sendo o seu desenvolvimento ainda um desafio para área da termodinâmica. Nesse projeto será estudado o espalhamento Rayleigh por Nanopartículas de Y2O3:Eu3+ dispersas em água, com intuito de aplicá-las como nanotermômetro que opere na faixa biológica. O estudo pretende obter experimentalmente a relação entre a intensidade da luz espelhada e a temperatura da água, e partir dessa relação propor uma forma de medir temperatura usando as nanopartículas. A parte experimental desse estudo será feita utilizado um aparato experimental construído pelos os alunos de Eng. Elétrica e Eng. Mecânica da UFOB durante a execução do projeto de extensão “Montagem de Sistemas de Medição com Arduino e Sensores de Baixo Custo”. Assim, este trabalho pretende inserir o aluno de iniciação científica na promissora área de desenvolvimento de nanotermômetro e ampliar as aplicações de dispositivos nanotecnológico.

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Coordenador: Adelmo S. Souza

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•  Produção de nanofibras de gelatina/poli (vinil álcool) contendo nanoparticulas de prata e sulfanilamida pela técnica de electrospinning.

As nanofibras são materiais que possuem um grande potencial em aplicação como curativos de lesões de pele, já que a alta porosidade desses materiais contribui para permeabilidade do ar, fornecendo oxigênio para as células, e tendo tamanho de poros relativamente pequeno preserva o ferimento de infecções bacterianas. Em função da atividade antibacteriana de amplo espectro das nanopartículas de prata (AgNPs), nanofibras carregadas de AgNPS têm sido amplamente estudas para o tratamento de todos os tipos de ferimentos crônicos, e essa combinação tem se mostrado interessante em aplicações de cicatrização de feridas. Assim, nesta proposta de trabalho pretende sintetizar pela técnica de electrospinning uma nova nanofribra de gelatina/ poli (vinil álcool) contendo AgNPs e sulfanilamida, a fim de se obter um material com melhor atividade antimicrobiana e cicatrizante em aplicações biomédicas. As nanofibras serão produzidas com polímeros biocompatíveis biodegradáveis e não tóxico, por rota sintética que não envolve solventes citotóxicos. Os materiais obtidos serão caracterizados estruturalmente e morfologicamente por FTIR, DRX e MEV. As propriedades mecânicas serão determinadas por ensaios de tração e a cinética de liberação da sulfanilamida será estudada in vitro.

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Coordenador: Jorge Oliveira

Colaborador: Adelmo S. Souza

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• Síntese, Caracterização Estrutural e Magnética de Óxidos Semicondutores Magnéticos Diluídos, partindo de Sais Metálicos e Utilizando a Liofilização para Processamento

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Pretende-se sintetizar Óxidos Semicondutores Magnéticos Diluídos (OSMD’s) por meio do processamento por liofilização e consequentes tratamentos térmicos adequados. Partiremos de sais metálicos tanto para formar a matriz hospedeira (por exemplo, o ZnO) quanto para a dopagem magnética (por exemplo, o Fe+3). Os tratamentos térmicos serão conduzidos em um forno resistivo tipo mufla, em atmosfera livre. Uma vez sintetizados os OSMD’s, serão caracterizados estruturalmente pelas técnicas de Difração de Raios X (DRX), Espectroscopia de Reflectância Difusa (ERD), bem como magneticamente pelas técnicas de Espectroscopia Mössbauer (microscopicamente) e Magnetometria (macroscopicamente). Com os resultados obtidos do DRX serão feitos Refinamentos Rietveld com o programa Fullprof na rotina de análise estrutural. Com os dados de ERD serão obtidos os bandgaps dos sistemas como sintetizados e como dopados.

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Coordenador: Antonio Oliveira

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• Estudo térmico, estrutural e magnético de sais metálicos utilizando a liofilização para processamento

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Acetatos são sais solúveis em água e podem se decompor facilmente em óxidos ultrafinos através de adequados tratamentos térmicos. A decomposição térmica de acetatos, sob diferentes condições de tratamento térmico, tem atraído a atenção de pesquisadores devido à grande aplicabilidade envolvendo a síntese de compostos cerâmicos. Essas características os tornam excelentes precursores para a produção de compostos óxidos dopados com alta pureza. Em trabalhos desenvolvidos anteriormente por nosso grupo de pesquisa (Laboratório de Materiais Especiais da UEM), foram realizados recobrimentos de agregados do semicondutor ZnO (finamente pulverizado) com acetatos de ferro, cobalto ou manganês. Para tal, utilizamos um processamento de liofilização da mistura heterogênea do pó de ZnO com os acetatos dissolvidos em água. A técnica de liofilização tem sido empregada para a desidratação de misturas aquosas, resultando num produto final onde o sal, neste caso, apresenta-se recobrindo homogeneamente o agregado, o que o torna quimicamente mais reativo com o óxido, devido ao aumento de sua área superficial. Uma vez liofilizada, a mistura é submetida a diferentes tratamentos térmicos, objetivando promover a difusão de metais como o ferro, cobalto ou o manganês na rede do ZnO (zincita). Ao substituir uma pequena fração dos cátions de zinco, que são não-magnéticos, por cátions daqueles metais (i.e., Fe3+ / Co2+ / Mn2+ ), foi possível diluir momentos magnéticos na rede da zincita. Há um grande interesse nestes materiais porque eles representam uma nova classe de semicondutores denominados semicondutores magnéticos diluídos (SMD), que podem exibir, plausivelmente, ferromagnetismo à temperatura ambiente. Estes compostos seriam de alta aplicabilidade tecnológica em spintrônica. Aproveitando-se as características supracitadas dos acetatos, pode-se igualmente processar (i.e., liofilizar e tratar termicamente) uma mistura de dois (ou mais) acetatos, para formar uma cerâmica nanométrica, de composição estequiométrica ou, eventualmente, com os cátions de um metal em solução sólida na matriz óxida de outro metal.

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Coordenador: Antonio Oliveira

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