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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.
Correlação entre as propriedades morfológicas e eletrônicas em filmes de MEH-PPV em fase condensada.
(2016) Magalhães, Carlos Eduardo Tavares de; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Savedra, Ranylson Marcello Leal; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Faria, Roberto Mendonça; Caetano, Melissa Soares
O MEH-PPV é um polímero semicondutor que tem sido intensamente investigado devido suas propriedades optoeletrônicas, podendo ser empregado em dispositivos eletrônicos, como displays flexíveis, células fotovoltaicas e transistores orgânicos. Segundo a literatura, soluções de MEH-PPV em THF podem exibir comportamento eletrônico bimodal, apresentando duas fases na região do espectro visível. Com intuito de estudar este fenômeno, foram utilizadas metodologias de modelagem molecular baseadas no formalismo das Mecânicas Clássica (Dinâmica Molecular) e Quântica (Métodos semiempirícos e ab initio). Os resultados mostraram que o nonâmero do MEH-PPV descreve o comportamento eletrônico do polímero. A partir desta constatação, foram elaborados modelos de MEH-PPV em fase condensada (soluções em THF e filmes). As correlações entre as estruturas e as propriedades eletrônicas dos oligômeros extraídos do filme apresentaram maior número de isomerizações cis do que as cadeias das soluções mais diluídas. Além disso, os resultados mostraram que há restrição da distribuição dos orbitais moleculares de fronteira, o que pode dificultar a mobilidade eletrônica. Este comportamento está associado à fase azul do oligômero de MEH-PPV, encontrado majoritariamente no filme, pois apresenta o maior número de torções na cadeia principal. Por outro lado, em solução de THF as moléculas tendem a ser mais planares, resultando em um comprimento de onda máximo em regiões menos energéticas (fase vermelha).
Dynamic formation of SEBS copolymer submicrometric structures.
(2010) Salvador, Michele Aparecida; Bianchi, Andrea Gomes Campos; Silva, Marcelo de Assumpção Pereira da; Carvalho, Antônio José Felix de; Faria, Roberto Mendonça
Highly ordered AeBeA block copolymer arrangements in the submicrometric scale, resulting from dewetting and solvent evaporation of thin films, have inspired a variety of new applications in the nanometric world. Despite the progress observed in the control of such structures, the intricate scientific phenomena related to regular patterns formation are still not completely elucidated. SEBS is a standard example of a triblock copolymer that forms spontaneously impressive pattern arrangements. From macroscopic thin liquid films of SEBS solution, several physical effects and phenomena act synergisticallyto achieve well-arranged patterns of stripes and/or droplets. That is, concomitant with dewetting, solvent evaporation, and Marangoni effect, Rayleigh instability and phase separation also play important role in the pattern formation. These two last effects are difficult to be followed experimentally in the nanoscale, which render difficulties to the comprehension of the whole phenomenon. In this paper, we use computational methods for image analysis, which provide quantitative morphometric data of the patterns, specifically comprising stripes fragmentation into droplets. With the help of these computational techniques, we developed an explanation for the final part of the pattern formation, i.e. structural dynamics related to the stripes fragmentation.
Efficiency of extrinsic and intrinsic charge-carrier photogeneration processes obtained from the steady-state photocurrent action spectra of poly(p-phenylene vinylene) derivatives.
(2012) Cazati, Thiago; Santos, L.; Reis, F. T.; Faria, Roberto Mendonça
The efficiency of the charge-carrier photogeneration processes in poly(2,5-bis(3 ,7 -dimethyl-octyloxy)-1,4- phenylene vinylene) (OC1OC10-PPV) has been analyzed by the spectral response of the photocurrent of devices in ITO/polymer/Al structures. The symbatic response of the photocurrent action spectra of the OC1OC10-PPV devices, obtained for light-excitation through the ITO electrode and for forward bias, has been fitted using a phenomenological model which considers that the predominant transport mechanism under external applied electric field is the drift of photogenerated charge-carriers, neglecting charge-carrier diffusion. The proposed model takes into account that chargecarrier photogeneration occurs via intermediate stages of bounded pairs (excitonic states), followed by dissociation processes. Such processes result in two different contributions to the photoconductivity: The first one, associated to direct creation of unbound polaron pairs due to intrinsic phoT.toionization; and the second one is associated to secondary processes like extrinsic photoinjection at the metallic electrodes. The results obtained from the model have shown that the intrinsic component of the photoconductivity at higher excitation energies has a considerably higher efficiency than the extrinsic one, suggesting a dependence on the photon energy for the efficiency of the photogeneration process.
Photogenerated carrier profile determination in polymeric light-emitting diodes by steady-state and transient photocurrent measurements.
(2006) Santos, L. F.; Bianchi, Rodrigo Fernando; Faria, Roberto Mendonça; Mergulhão, Sergio
Photogenerated charge carrier profiles in poly(2-methoxy-5-(2_-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene) (MEH-PPV) light-emitting diodes were determined from steady-state photocurrent spectra and transient photocurrent decay measurements. The observation that the photocurrent spectra behavior is strongly dependent on the bias polarity and amplitude suggests the existence of an intrinsic electric field, determined by the difference in the work function of the metallic electrodes, as well as a field dependence on the free charge carrier generation rates. The obtained results reveal built-in voltages of +0.2 and −0.6V for Au and Al electrodes, respectively. The photocurrent spectra can be semi-quantitatively explained using a simple model which takes into account the internal built-in electric field of the device structure, the band gap energy and the migration/diffusion of the photogenerated charge carriers through the polymeric film. The drift mobility of carriers was investigated by the time-of-flight technique (TOF). The value for the mobility of holes was obtained from the change of slopes in the double logarithmic plot of the transient current and was independent of the applied field. The TOF transients for electrons showed no change of slopes in the double logarithmic plot and the drift mobility of electrons could not be calculated.
Polarized emission from stretched PPV films viewed at the molecular level.
(2015) Ramos, Rodrigo; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Cazati, Thiago; Faria, Roberto Mendonça; Caldas, Marilia Junqueira
We present a study on the photoluminescence (PL) of thin films of poly-(p-phenylene vinylene) (PPV), non-stretched and uniaxially stretched. The experimental study was carried out using linear polarized light as the excitation beam, oriented either parallel or perpendicular to the stretch axis (S). The results showed that when the excitation light source has polarization perpendicularly oriented to the stretch direction, the emitted PL presents maximum intensity in the orientation S, and a minimum in the direction orthogonal to S. In order to understand this interesting phenomenon, we employ theoretical simulations at the atomistic level. We use classical molecular dynamics to simulate amorphous PPV films, non-stretched and stretched, from which we find a tendency of overall alignment of PV units to S, and of local clustering in herring-bone and p-stacking partial symmetries. Our study of optical activity of these kinds of clusters, performed through a quantum semi-empirical method, allows us to explain this polarization conversion behavior, and indicates the possibility of using underivatized PPV as the active layer for polarized electroluminescent devices.
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.
Spin coater based on brushless dc motor of hard disk drivers.
(2006) Bianchi, Rodrigo Fernando; Panssiera, M. F.; Lima, J. P. H.; Yagura, L.; Andrade, Adnei Melges de; Faria, Roberto Mendonça
We have developed a novel programmable, low cost, spin coater to be used for applications where flat substrates are coated with an uniform thin layer of a desirable material. The equipment is built with dc brushless motor present in most of the hard disk drivers (HDDs). The system offers manual control, wide speed range (from 0 to 10,000 rpm), spin speed stability and compact size. The paper also describes the use of such equipment for the fabrication of thin poly(o-methoxyaniline) (POMA) films, which are of particular interest for design organic electronic devices, such as diodes, transistor, sensors and displays.
The influence of preparation method of OC1OC6-PPV films on the photo-oxidation process.
(2006) Olivati, Clarissa de Almeida; Ferreira, Marystela; Bianchi, Rodrigo Fernando; Faria, Roberto Mendonça; Oliveira Junior, Osvaldo Novais de; Balogh, Débora Terezia
Poly( p-phenylene vinylene) (PPV) derivatives are well known for their applications in polymer light emitting diodes (PLEDs). PPV derivatives are highly susceptible to photo-oxidation though, which is mainly caused by the scission of the vinyl double bond on the polymer backbone. In this work, we show that LangmuireBlodgett (LB) films are less degraded than cast films of a PPV derivative (OC1OC6-PPV). Both films had similar thickness (w50 nm) to allow for a more realistic comparison. Degradation was monitored with UVevis and FTIR spectroscopies. The results indicated that cast films were completely degraded in ca. 400 min, while LB took longer time, i.e. about four times the values for the cast films. The differences can be attributed to the more compact morphology in the LB than in the cast films. With a compact morphology the diffusion of oxygen in the LB film is hampered and this causes a delay in the degradation process.
UV and ozone influence on the conductivity of ZnO thin films.
(2006) Gonçalves, Gislayne Elisana; Pimentel, A.; Fortunato, E.; Martins, R.; Queiroz, E. L.; Bianchi, Rodrigo Fernando; Faria, Roberto Mendonça
Complex impedance measurements were used to analyze the influence of ultraviolet and ozone gas on the electronic behaviour of ZnO films grown by rf magnetron sputtering. The data show that UV exposure strongly increases the ac conductivity of the film at very low frequencies, and that after ozone exposure it recovers the original value. At high frequencies, however, UV-light exposure it does not change the conductivity but the ozone acts in the sense to decrease it. Two distinct mechanisms, related to two relaxation time distributions are clearly observed: they are superimposed in the virgin sample, but they split forming two semicircles in the z00(f) z0 (f) diagrams when the samples are treated with UV and/or ozone gas. A combination of the bruggeman effective medium approximation (BEMA) with the random free energy barrier model is used to fit the data and to explain the ac conductivity variation phenomena observed.