FIMAT - Mestrado (Dissertações)
URI permanente para esta coleçãohttp://www.hml.repositorio.ufop.br/handle/123456789/3390
Navegar
79 resultados
Resultados da Pesquisa
Item Ultra capacitores : um estudo do desempenho de fortes correlações iônicas, aplicando Teoria Funcional da Densidade.(2023) Braga, Otávio David; Colla, Thiago Escobar; Colla, Thiago Escobar; Bernardes, Américo Tristão; Almeida, Ive Silvestre de; Santos, Alexandre Pereira dosA crescente demanda por dispositivos eletrônicos de alta eficiência e baixa degradação ambiental resultou, nas últimas décadas, na busca de alternati- vas para substituir os disopositivos de armazenamento usuais. Nesse sentido, dispositivos ultra-capacitores vêm ganhando crescente destaque devido às suas propriedades únicas, que os diferem de capacitores e baterias tradicionais. Esses sistemas são capazes de armazenar uma quantidade de energia muito superior à de capacitores usuais. Além disso, podem transferir essa energia de forma muito mais rápida e sustentável quanto comparados a baterias tradicionais. Apesar de seu rápido desenvolvimento e absorção em diversos ramos da in- dústria e tecnologia, muitos aspectos e propriedades desses sistemas precisam ainda de aprimoramentos e otimizações com vista em aplicações em diversas áreas da nano-tecnologia.Tendo em vista essas necessidades, o presente traba- lho tem por objetivo propor uma modelagem teórica capaz de elucidar o papel desempenhado por fortes correlações iônicas presentes nesses sistemas. Para isso, propomos um modelo que introduz efeitos de correlações eletrostáticas na teoria de Poisson-Fermi (PF), através da ideia de “buracos de correlação”, similares às exclusões posicionais no modelo de rede. Nossos resultados são comparados aos modelos tradicionais de Poisson-Boltzmann (PB) e PF, além de resultados obtidos no contexto da Teoria clássica do Funcional de Densidade (cDFT). Com isso, conseguimos destacar os papéis desempenhados pelas dife- rentes correlações em diversos níveis de aproximação, bem como seus efeitos nas curvas de capacitância desses dispositivos.Item Soluções solitônicas em condensados de Bose-Einstein.(2023) Barroso, Itauany do Nascimento; Velten, Hermano Endlich Schneider; Wamba, Étienne; Velten, Hermano Endlich Schneider; Oliveira, Alan Barros de; Moller, Natália SaloméO condensado de Bose-Einstein é formado quando um gás bosônico é resfriado a uma tem- peratura próxima do zero absoluto. Quando isso ocorre, as propriedades quânticas que são microscópicas tornam-se macroscópicas, facilitando seu estudo. Nesta dissertação, estudare- mos ondas de matéria, no contexto de uma representação não-linear para os condensados de Bose-Einstein sendo submetidos a um potencial Kapitza de armadilha, que é um análogo quân- tico do pêndulo clássico invertido de Kapitza. Neste potencial foi adicionado um termo linear que, de certa forma, pode ser associado à interação gravitacional. Para isso, utilizaremos a equação não-linear de Schrödinger dependente do tempo, também conhecida como equação de Gross-Pitaevskii. Para encontrar as soluções analíticas, utilizaremos o método da função tangente hiperbólica estendida, conduzindo a soluções solitônicas. Por meio dessas soluções é possível analisar o impacto dos parâmetros do potencial Kapitza e do campo gravitacional na dinâmica solitônica do condensado.Item Microtubo de fibra vegetal revestida com polímero condutivo para sensoriamento de amônia.(2023) Souza, Mariana Tainná Silva; Bianchi, Rodrigo Fernando; Ferreira, Giovana Ribeiro; Bianchi, Rodrigo Fernando; Barboza, Ana Paula Moreira; Santos, Mirela de CastroO desenvolvimento sustentável tornou-se uma questão mundial e, por isso, têm crescido a utilização de matérias primas naturais para o desenvolvimento de produtos tecnológicos. Este trabalho teve como objetivo principal preparar e empregar a fibra de Janaúba (FJ), recoberta com polianilina (PANI), como elemento ativo de sensoriamento de gás amônia, na faixa de 0 a 30 ppm. Para tal foram realizadas etapas desde a limpeza física e química das fibras até a caracterização elétrica do sistema. Os resultados obtidos mostraram a eficácia do compósito FJ/PANI como elemento ativo de sensoriamento de gás amônia na faixa estudada, apresentando sensibilidade de até 37 kΩ/ppm, destacando sua capacidade de reter a informação sobre a concentração do gás. Em termos estruturais, as técnicas aplicadas permitiram caracterizar as fibras, confirmando seu aspecto liso e tubular, com diâmetro médio inicial de (24 ± 6) μm e parede de espessura inferior a 1 μm. Ademais, as técnicas evidenciaram as alterações na conformação, diâmetro e rugosidade das fibras após tratamentos químicos, permitindo traçar uma relação entre esses efeitos e o recobrimento da fibra pelo polímero. Apesar dos tratamentos com álcool e acetona e soluções ácidas e alcalinas promoverem a aderência de um filme de PANI mais uniforme e espesso, foram as fibras não tratadas ou tratadas com água destilada e solução de Extran, à quente, que apresentaram maior sensibilidade ao gás, sendo justificada pela facilidade em alterar a quantidade de caminhos de percolação. Esses resultados promissores indicam o potencial dos sistemas FJ/PANI como sensores de gás de baixo custo, de fácil fabricação, de baixo impacto ambiental e alto valor agregado. Portanto, este estudo contribui para o desenvolvimento de materiais tecnológicos, utilizando matérias-primas naturais negligenciadas, como a FJ, para a criação de sensores efetivos e acessíveis. Os resultados obtidos abrem caminho para futuras pesquisas e aplicações práticas na área de monitoramento de gases, fornecendo uma alternativa viável e ambientalmente amigável para a detecção de amônia em diversos contextos industriais.Item Estudo por Primeiros Princípios da Adsorção de moléculas em superfícies de Perovskitas de Iodeto de Chumbo e Metilamônio e o efeito da dopagem com metais de transição no mineral Clinocloro.(2022) Guallichico, Luis Antonio Guallichico; Matos, Matheus Josué de Souza; Mazzoni, Mário Sérgio de Carvalho; Chacham, Helio; Matos, Matheus Josué de Souza; Azevedo, Sérgio André Fontes; Gomes, Lídia CarvalhoNo presente trabalho, foi feito um estudo teórico por meio de cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional de Densidade (DFT) como implementada no pacote de simulação computacional SIESTA das propriedades eletrônicas e ópticas de dos materiais distintos: uma perovskita ortorrômbica de iodeto de chumbo e metilamônio (MAPI) e uma amostra do mineral de clinocloro. O primeiro trabalho teve como motivação principal determinar o efeito de uma molécula de 4-tert-butilpiridina (TBP) e íons halogenetos(Cl−, I−, e Br−) quando adsorvida em slabs de MAPI com superfície terminada em iodeto de chumbo (PbI2) plana e iodeto de metilamônio (MAI). Começamos com a caracterização mecânica e eletrônica do bulk e determinamos os parâmetros de rede, a energia de coesão e o bulk modulus. Em seguida foram modelados os slabs com as diferentes superfícies. Inicialmente foram calculadas a estrutura de bandas e densidades de estados projetada (PDOS) para slabs de espessura 2×1, 3×2, 4×3 e 5×4. No entanto, visto que as propriedades eletrônicas desde tipo de slabs é independente da sua espessura, a investigação foi baseada em slabs 2×1 utilizando o funcional GGA-PBE. A adsorção da molécula de TBP e os íons halogenetos foi feita sobre um slab com superfície PbI2 sem defeitos e também contendo um defeito antisítio Pb-I. Já no caso de slabs com superfície MAI foi feita unicamente a adsorção da TBP em uma superfície sem e com a presença de um defeito tipo cluster de Pb. Os resultados mostram que a TBP e os íons halogenetos adsorvidos sobre um slab com superfície PbI2 sem defeitos produz uma mudança na distribuição de estados da banda de valência e condução e gera estados eletrônicos no meio do bandgap. Também, quando a TBP é adsorvida neste tipo de slab mas contendo um defeito antisítio Pb-I, a TBP não tem efeito nenhum nas propriedades eletrônicas. Neste caso, com a adição de um halogeneto os estados eletrônicos no meio do gap foram deslocados e ainda estados de nivel profundo perto do topo da banda de valência, foram suprimidos. Por fim, em slab com superfície MAI sem defeito na superfície, a adsorção da TBP não apresentou mudanças nas propriedades eletrônicas do slab. Já com a presença de um defeito tipo cluster de Pb, a TBP consegui passivar os níveis de defeitos no meio do gap em slabs 3×2. O segundo trabalho teve como motivação resultados experimentais, no quais em uma amostra do mineral de clinocloro foi evidenciada a presença de impurezas de metais de transição (TMs): Fe3+, Cr3+ e Mn3+. Os nossos resultados mostram que de fato a amostra de clinocloro estudada apresenta a coexistência de sítios de TMs em estados de carga distintos, assim como as transições de carga entre eles (F e3+ → F e2+). Além disso, o espectro de absorção obtida a partir da parte imaginaria da função dielétrica sugere uma mudança de cor do material quando adicionados os TMs, o que também foi evidenciado experimentalmente.Item Polítropa quântica anisotrópica.(2023) Trindade, Nadson de Jesus da Silva; Velten, Hermano Endlich Schneider; Velten, Hermano Endlich Schneider; Batista, Ronaldo Junio Campos; Fabris, Júlio CésarA mecânica quântica de De Broglie-Bohm pode estabelecer uma conexão entre a Mecânica Quântica não-relativística com o movimento de partículas em Dinâmica dos Fluidos. De fato, essa interpretação mostra que um sistema quântico pode ser decomposto em um sistema hidrodinâmico, submetido a um potencial adicional, de origem quântica. Neste tipo de sistema podemos observar possíveis manifestações de fenômenos quânticos em objetos macroscópicos. Sabemos que para um fluido que obedece ao princípio de Pascal (tensões principais iguais), a pressão é tida como isotrópica. No entanto, conhecemos objetos com desvio de isotropia local como, por exemplo, Polítropas Anisotrópicas. Polítropas são configurações em equilíbrio hidrostático como, por exemplo, estrelas ideais. Podemos considerar uma grande diversidade de eventos físicos que dão origem a configurações anisotrópicas. Um possível grau de anisotropia em um sistema pode acontecer tanto em regimes de baixa ou alta densidade. A anisotropia pode provocar certas instabilidades em estruturas astrofísicas. Neste trabalho estudamos as propriedades físicas de um objeto que denominamos Polítropa Quântica Anisotrópica.Item 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 SilvaA 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.Item Estudo sobre eficiência energética aplicada ao aproveitamento do potencial térmico durante o escoamento de escória em processos siderúrgicos.(2022) Silva, Ismenia Cerqueira; Assis, Paulo Santos; Assis, Paulo Santos; Leal, Elisângela Martins; Castro, José Adilson deO balanço do potencial térmico das escórias é importante nas análises de eficiência energética, pois serve para avaliar a disposição de calor para aplicação em determinados processos que permitem o reaproveitamento dessa energia térmica, a diminuição do consumo de outros combustíveis de maior custo durante um determinado processo siderúrgico, ou servindo para produção de energia elétrica e até mesmo para aplicação em outros processos industriais fora da siderurgia, favorecendo a diminuição de custos e a proteção ambiental. Este trabalho demonstra a possibilidade de reduzir o gasto de energia para geração de calor, trazendo a economia de recursos e evitando o aumento das emissões de gases de efeito estufa por meio da utilização do aporte térmico das escórias em temperatura aproximada de 1150ºC. Inserindo-as numa câmara de recuperação de calor que utiliza sopro de ar, é possível obter ar quente com uma temperatura de até 520 ºC e uma taxa de recuperação de calor da escória em torno de 76%. Sendo assim, é feito um balanço térmico do calor recuperado do ar quente de escórias numa câmara de recuperação, para posterior aplicação desse calor em um forno de recozimento de bobinas laminadas a frio. A quantidade de calor efetivo recuperado das escórias (1000 MJ/t escória) supera a quantidade de calor do ar de combustão de um forno para recozimento de bobinas, sabendo que um forno suporta em média 3 bobinas, e uma bobina pesa em torno de 3 toneladas, obtém-se a necessidade de uma quantidade de calor de 727 MJ do ar de combustão do forno, sendo assim, a quantidade de calor efetivo recuperado por uma tonelada de escória supera esse valor. Conforme o estudo realizado, uma massa de 3,96 t de escória permite gerar aproximadamente 3958 MJ, enquanto um forno de recozimento de bobinas a frio necessita de uma entrada total de calor de pelo menos 4781 MJ para um ciclo normal. A opção de utilização do aporte térmico dessa massa de escória permite gerar uma economia de aproximadamente R$ 346,73 para apenas um ciclo de recozimento de bobinas laminadas a frio. Além da economia de outros recursos energéticos e da redução de custos, também é possível considerar os ganhos ambientais referentes a esse processo de recuperação de calor, como a reintrodução de gases provenientes da escória diretamente no processo de queima do forno de recozimento de bobinas laminadas a frio. Sendo assim, esse processo de recuperação de calor cumpre bem os objetivos da eficiência energética.Item Ondas ultrassônicas para o controle de Limnoperna fortunei – o mexilhão dourado.(2022) Araújo, Gislaine Soares; Assis, Paulo Santos; Pelli, Afonso; Assis, Paulo Santos; Velten, Hermano Endlich Schneider; Hayashi, CarminoO presente estudo se caracteriza como uma pesquisa experimental realizada em laboratório, com o objetivo de verificar possível efeito de ondas ultrassônicas no controle da invasão do Limnoperna fortunei (mexilhão-dourado). Foram realizados três experimentos contendo quantidades distintas de indivíduos e, para cada experimento, o aparelho sonicador foi utilizado na frequência de 40kHz. Adicionalmente, os procedimentos realizados variaram em tempo e dias de exposição dos indivíduos às ondas ultrassônicas. Os resultados apresentaram números variados para mortalidade e desacoplamento das amostras analisadas, havendo diferenças significativas referentes ao tempo de exposição por experimento e dias em que as amostras foram submetidas. Assim, o uso do ultrassom para a desincrustação e morte dos mexilhões dourados foi eficiente e pode ser uma alternativa ao controle da invasão do L. Fortunei.Item Caracterização teórica de novas moléculas de β-Dicetonato de Difluoroboro Flavanona.(2023) Carvalho, Gabriel Luiz de; Matos, Matheus Josué de Souza; Matos, Matheus Josué de Souza; Postacchini, Bruna Bueno; Silveira Júnior, Orlando JoséA caracterização teórica e experimental de moléculas orgânicas em Ciências dos materiais têm um imenso interesse científico e tecnológico pois visa compreender as propriedades da estrutura eletrônica de sistemas moleculares úteis no desenvolvimento de novos materiais para nanodispositivos como células solares, dispositivos optoeletrônicos, biossensores. Neste trabalho, através de métodos teóricos de primeiros princípios, podemos caracterizar compostos derivados do Boro por exemplo, como o BODIPY e β-dicetonato de Difluoroboro (BF2dbm) que exibem fortes características fotofísicas com elevados valores para os coeficientes molares de absorção. Utilizamos a Teoria do Fucional da Densidade (DFT) e sua extensão dependente do tempo (TDDFT) para investigar a estrutura eletrônica, o gap de energia, orbitais moleculares e as diferenças de orbitais em estados excitados utilizando o funcional híbrido B3LYP de uma familia de 9 moléculas inéditas. Os cálculos foram realizados considerando-se três diferentes solventes: Acetonitrila, Clorofómio e THF (Tetraidrofurano) com intuito de comparar com os dados experimentais. A abordagem TDDFT com a aproximação Tamm-Dancoff (TDA) ao se utilizar os solventes mostrou que a 1a banda de absorção (de mais baixa energia), é composta majoritariamente por transições do 1o ao 4o estado excitado (com exceção da molécula 4a que obteve até o 5o estado). Além disso, esta abordagem revelou que os cálculos TDDFT se apro- ximaram melhor dos valores experimentais do que os cálculos DFT. Também foram realizados cálculos de espectroscopia no infravermelho ativo para observar os modos normais de vibração considerando os diferentes grupos funcionais de cada molécula. Analisamos o gap de energia a partir dos espectros de absorção das 9 moléculas e detectamos a ocorrência do deslocamento batocrômico (Red Shift) e hipsocrômico (Blue Shift) devido a adição de solventes nos cálculos teóricos quando comparados com os cálculos em fase gasosa. Notamos também que os dados teóricos contendo solvente foram os que mais se aproximaram dos valores experimentais. Ana- lisamos também as energias de excitações dos orbitais de fronteira HOMO e LUMO que são responsáveis pela contribuição principal na transição eletrônica do estado fundamental para o 1o estado excitado, presente na primeira banda de absorção referente ao maior comprimento de onda em que as moléculas absorvem na região UV-Vis. Num estudo posterior, pretendemos estudar a formação de Dímeros com as moléculas 4a, 4c e 4e inicialmente, comparando com os valores experimentais afim de compreender o comportamento da estrutura eletrônica no estado sólido e a fim de entender seu comportamento em dispositivos eletrônicos.Item 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 PereiraOs 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.