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In this work we describe the processing of poly(styrene sulphonate) films (PSS) doped with neodymium (Nd). Optical density measurements in the UV-Vis-NIR region show the typical bands observed for neodymium chloride (NdCl3) in solution. In the case of films, the intensity ratio between the peaks at 800 nm (4I9/2 -> 4F5/2 + ²H7/2) and 580 nm (4I9/2 -> 4G5/2 + ²G7/2) is equal to 0.83. Infrared spectra present an enhancement in the absorption region of aromatic rings. Site selective luminescence spectroscopy shows that the incorporation of Nd introduces a hipsochromic shift and a line shape definition in UV luminescence compared to PSS film, decreasing the interaction between aromatic groups. In addition, the film exhibits an intense radiative transition at 1061 nm (4F3/2->4I11/2), comparable to the one present in crystalline materials doped with Nd.

Orientador: Eliermes Arraes de Meneses Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: Não informado Abstract: Not informed. Doutorado Física Doutor em Ciências

Orientador: Eliermes Arraes Meneses Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin Resumo: São investigadas as propriedades elétricas e óticas na região excitônica do InP utilizando as técnicas de efeito Hall e fotoluminescência a baixas temperaturas, respectivamente. As amostras analisadas foram crescidas pela técnica de CBE (epitaxia por feixe químico), cujo sistema foi recentemente instalado no IFGW/Unicamp. Os espectros de fotoluminescência caracterizam-se pelas linhas excitônicas intensas nas amostras sem dopagem, e são bem distintos para amostras com diferentes níveis de dopagem de Silício. Uma linha de luminescência situada em 1 ,389 eV é observada nas amostras dopadas, e é atribuída à transição radiativa D0si-A0si. A energia de ligação do Si como aceitador no InP é estimada em 28 meV. Outra linha, em 1 ,401 eV, se torna bastante evidente em amostras onde houve incorporação de impurezas de Arsênio. Com base na sua posição em energia, forma de linha, e correlação com a presença de As, é sugerido que esse pico esteja relacionado à recombinação de éxcitons ligados a "traps" isoeletrônicos, gerados por impurezas de As substituindo sítios do P. A formação desse estado ligado pode estar sendo assistida pela distorção da rede causada pela dopagem com Silício Abstract: Not informed Mestrado Física Mestre em Física

O biodiesel é produzido a partir de fontes renováveis, podendo ser obtido a partir de óleos vegetais, gorduras animais e graxas residuais. Esse biocombustível é formado por ésteres de ácidos graxos facilmente degradados através do contato com oxigênio, variações de temperatura, contato com metais ou contaminantes. Assim, o processo de degradação oxidativa ocasionado pela reação radicalar irreversível é uma das grandes preocupações sobre esse biocombustível. Na primeira parte do trabalho investigou-se o processo oxidativo do biodiesel a partir da Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE), juntamente com a técnica de aprisionamento de spin (spin trapping), usando a armadilha de spin PBN, acompanhando a formação de radicais livres em amostras de biodiesel e diferentes matérias-primas (soja, milho e canola), com antioxidantes sintéticos (TBHQ, BHT e BHA) e extratos naturais (alecrim, orégano e manjericão). Através dos espectros obtidos por RPE percebeu-se a existência de um antioxidante adequado para cada biodiesel obtido por causa das diferentes matérias-primas, uma vez que o extrato de orégano mostrou melhor desempenho nas amostras de biodiesel de canola e soja, enquanto o extrato de alecrim apresentou maior eficiência no biodiesel de milho. O radical OH foi caracterizado a partir das simulações computacionais dos espectros de RPE. Assim, a técnica de RPE, juntamente com a técnica de spin trapping, mostrou-se eficiente na avaliação da atuação de moléculas com propriedades antioxidantes no processo degradativo do biodiesel. Na segunda parte do trabalho foi investigado o processo de degradação do biodiesel comercial, a partir da espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de prótons (1H RMN), observando os sinais dos hidrogênios olefínicos, alílicos e bisalílicos das ligações químicas. As amostras foram analisadas na presença dos íons metálicos Fe3+ e Cu2+ e com extrato de alecrim. Observou-se que os metais catalisaram a reação de oxidação, enquanto o extrato de alecrim retardou o processo degradativo. As análises de RMN mostraram quedas nas intensidades dos sinais dos hidrogênios olefínicos, alílicos e bisalílicos e, foi possível realizar a identificação dos produtos de oxidação (aldeídos). A técnica de RMN, mostrou-se capaz de fornecer informações relevantes quanto ao processo degradativo do biodiesel a partir da detecção da formação de co-produtos da reação e das mudanças nas intensidades dos sinais dos hidrogênios alílicos, olefínicos e bisalílicos. Na terceira parte do trabalho foi investigada a termo-oxidação do biodiesel usando a 1H RMN. Dois conjuntos de biodiesel foram analisados, um grupo foi degradado no equipamento Rancimat a 110 ºC por 8 horas, e o segundo foi degradado em estufa durante 17 dias a 50 ºC. A partir dos espectros foram observadas as variações das intensidades dos hidrogênios olefínicos, alílicos e bisalílicos, obteve-se as proporções dos grupos acil oleico, linoleico, linolênico e saturado, além de observar e caracterizar alguns produtos de oxidação. O biodiesel aquecido a 110 ºC mostrou maior grau de oxidação. As amostras apresentaram aumento nas proporções de saturações e produtos como hidroperóxidos e aldeídos foram detectados. A RMN mostrou-se uma boa técnica alternativa para analisar a degradação do biodiesel. Biodiesel is a renewable fuel. It can be obtained from vegetable oils, animal fats and residual oil. This biofuel is formed by fatty acids esters, easily degraded through contact with oxygen, temperature variations, contact with metals or contaminants. Thus, the process of oxidative degradation caused by the irreversible radical reaction is one of the major concerns about this biofuel. In the first part of the work, the oxidative process of biodiesel was investigated using Electronic Paramagnetic Resonance (EPR), together with the spin trapping technique, using the PBN spin trap, following the formation of free radicals in biodiesel samples from different raw materials (soy, corn and canola), with synthetic antioxidants (TBHQ, BHT and BHA) and natural extracts (rosemary, oregano and basil). Through the spectra obtained by EPR, it was noticed the existence of a suitable antioxidant for each biodiesel obtained from the different raw materials, since the oregano extract showed better performance in the canola and soybean biodiesel samples, while the extract of rosemary showed greater efficiency in the corn biodiesel. The OH radical was characterized in the samples from computer simulations of the EPR spectra. Thus, the EPR proved to be efficient in the performance evaluation of the molecules with antioxidant properties in the biodiesel degradation. In the second part of the work, the degradation process of commercial biodiesel was investigated, using Proton Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR) spectroscopy, observing the chemical bonds signals of the olefinic, allylic and bisalilic hydrogens. The samples were analyzed in the presence of Fe3+ and Cu2+ metallic ions and with rosemary extract. It was observed that the metals catalyzed the oxidation reaction, while the rosemary extract delayed the degradative process. The NMR analyses showed decreases in the signal intensities of olefinic, allylic and bisalilic hydrogens, and it was possible to identify oxidation products as aldehydes. The NMR technique was able to provide relevant information regarding the degradative process of biodiesel from the detection of co-products formation and changes in the signals’ intensities of the allylic, olefinic and bisalilic hydrogens. In the third part of the work, the thermo-oxidation of biodiesel was investigated using 1H NMR. Two sets of biodiesels were analyzed, one group was degraded in the Rancimat equipment at 110 ºC for 8 hours, and the second was degraded in an oven for 17 days at 50 ºC. From the spectra, variations in the intensities of olefinic, allylic and bisalilic hydrogens were observed, the proportions of oleic, linoleic, linolenic and saturated acyl groups were obtained, in addition to observing and characterizing some oxidation products. The biodiesel heated at 110 ºC showed a higher degree of oxidation. The samples showed an increase in the proportions of saturations and products such as hydroperoxides and aldehydes were detected. NMR spectroscopy proved to be a good alternative technique to analyze the biodiesel degradation.

Compostos orgânico-inorgânicos sob a forma geral ABX3 (onde A é o constituinte orgânico, B é um metal e X é um elemento halogênio) e que se organizam em uma estrutura denominada perovskita, apresentam propriedades optoeletrônicas bastante adequadas para aplicação em dispositivos fotovoltaicos. O baixo custo, a facilidade de processamento, e a alta eficiência de conversão de luz em energia elétrica apresentada por esses dispositivos, motivaram nos últimos anos um intenso processo de investigação das propriedades destes materiais, com o consequente aprimoramento de suas características, fazendo com que, atualmente, a eficiência de dispositivos baseados nesses compostos já ultrapasse 25%, o que os torna uma alternativa competitiva à, já muito bem, estabelecida tecnologia fotovoltaica baseado no silício policristalino. No entanto, para que os dispositivos de perovskita alcancem uma realidade de mercado, alguns desafios importantes ainda precisam ser superados. Uma questão crucial é a relativamente baixa estabilidade química dos compostos de perovskita, que sofrem um processo irreversível de degradação quando expostos à atmosfera ambiente úmida, alta temperatura e radiação ultravioleta. Outra questão importante diz respeito ao processo de fabricação dos dispositivos, que normalmente é executado inteiramente em um ambiente de atmosfera inerte e livre de umidade, o que é uma exigência incompatível com uma linha de produção. No presente trabalho, foram realizadas investigações no sentido de contribuir para o avanço da tecnologia fotovoltaica baseada nas perovskitas, abordando esses dois aspectos. Na primeira parte do trabalho, faz-se um relato da influência da funcionalização das camadas transportadoras com monocamadas automontadas, no sentido de promover tanto uma maior estabilidade química dos filmes de perovskita quanto estender o tempo de vida útil de dispositivos fotovoltaicos baseados nesses filmes. A inclusão de monocamadas automontadas mostrou-se ser um artifício eficaz para este fim, tanto para dispositivos com estrutura direta quanto com estrutura invertida. Já na segunda parte, é realizada uma proposta de procedimento para confecção de dispositivos de perovskita em ambiente de atmosfera aberta, com umidade relativa do ar em torno de 50% e em temperatura ambiente em torno de 20 °C (condições bastante adequadas para uma linha de produção). Os dispositivos produzidos a partir deste procedimento demonstraram eficiências razoáveis, e através dos resultados de testes de estabilidade, foram identificados os processos que levam à deterioração dos parâmetros elétricos destes dispositivos com o transcorrer do tempo. Desta forma, este trabalho de tese apresenta metodologias e procedimentos que podem contribuir efetivamente para o aprimoramento da tecnologia fotovoltaica baseada em compostos de perovskita. Organic-inorganic compounds in the general form ABX3 (where A is the organic constituent, B is a metal and X is a halogen element), which are organized in a structure called perovskite, have very suitable optoelectronic properties for application in photovoltaic devices. The low cost, the ease of processing, and the high efficiency of converting light into electrical energy presented by these devices have motivated, in recent years, an intense process of investigation of the properties of these materials, with the consequent improvement of their characteristics. Such development caused the efficiency of devices based on these compounds already exceed 25% currently, which makes them a competitive alternative to the already very well established photovoltaic technology based on polycrystalline silicon. However, for perovskite devices to reach a market reality, some important challenges still need to be overcome. A crucial issue is the relatively low chemical stability of perovskite compounds, which undergo an irreversible degradation process when exposed to humid ambient atmosphere, high temperature and ultraviolet radiation. Another important issue concerns the device manufacturing process, which is normally performed entirely in an inert atmosphere and moisture-free environment, a requirement that is incompatible with a production line. In the present work, investigations were carried out in order to contribute to the advancement of photovoltaic technology based on perovskites, addressing these two aspects. In the first part of the work, a report is made of the influence of the functionalization of carrier transporting layers with self-assembled monolayers, in order both to promote greater chemical stability of perovskite films and to extend the lifetime of photovoltaic devices based on these films. The inclusion of self-assembled monolayers has proven to be an effective artifice for this purpose, both for devices with a direct structure and with an inverted structure. In the second part, a proposal is made for a procedure to make perovskite devices in an open atmosphere, with relative air humidity around 50% and at ambient temperature around 20 °C (very suitable conditions for a line of production). The devices produced from this procedure demonstrated reasonable efficiencies, and through the results of stability tests, the processes that lead to the deterioration of the electrical parameters of these devices over time were identified. Thus, this thesis work presents methodologies and procedures that can effectively contribute to the improvement of photovoltaic technology based on perovskite compounds.

Com o objetivo de avaliar a capacidade de uso da polidifenilamina (PDFA) como uma camada indutora para a estabilidade do radical cátion na matriz polimérica de poli(3-hexiltiofeno) (P3HT), considerando o uso do P3HT em dispositivos orgânicos avançados, neste trabalho foram preparadas eletroquimicamente as interfases entre filmes de P3HT e PDFA sob o eletrodo de Platina (Pt), ITO e Ouro (Au) em solução de LiClO4-ACN. Esses sistemas foram denominados de Pt/PDFA/P3HT, ITO/PDFA/P3HT e Au/PDFA/P3HT. Para a caracterização das interfases depositadas sobre os diferentes eletrodos condutores, a espectroscopia Raman foi utilizada para monitorar o comportamento dos segmentos presentes na matriz da blenda em relação aos filmes dos homopolímeros depositados sobre os diferentes eletrodos condutores, visando o estudo da estabilidade dos segmentos quinônicos e semiquinônicos da PDFA e P3HT, considerando as variáveis experimentais utilizadas. Foi também utilizada a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE), a partir dos diagramas de Bode-Fase, para verificar os sistemas preparados em função do tempo após o preparo. Foi verificado que a estrutura polarônica (segmentos radical cátion oxidados do anel tiofênico) permaneceu estável por 97 h, proporcionado pela síntese da blenda em condições de temperatura controlada (22 ºC) e no potencial constante de síntese de 1,70 V aplicado durante 60 s, na superfície do eletrodo de Pt. Para a síntese realizado sobre ITO e Au houve uma maior estabilização da estrutura bipolarônica (segmentos dicátion) nessas condições. Esses resultados demostraram o efeito de indução da PDFA sobre a camada de P3HT para a estabilização das formas semi e quinônicas, comparado com as interfaces formadas apenas pelos homopolímeros em contato com diferentes eletrodos. In order to evaluate the ability to use polydiphenylamine (PDFA) as an inducing layer for the stability of the cation radical in the polymeric matrix of poly (3-hexylthiophene) (P3HT), considering the use of P3HT in advanced organic devices, in this work the interphases between P3HT and PDFA films were electrochemically prepared under the Platinum (Pt), ITO and Gold (Au) electrode in LiClO4-ACN solution. These systems were called Pt/PDFA/P3HT, ITO/PDFA/P3HT and Au/PDFA/P3HT. For the characterization of the interphases deposited on the different conductive electrodes, Raman spectroscopy was used to monitor the behavior of the segments present in the blend matrix in relation to the homopolymer films deposited on the different conductive electrodes, aiming at studying the stability of the quinonic segments and semi-kinetic of PDFA and P3HT, considering the experimental variables used. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIE) was also used, based on the Bode-Phase diagrams, to verify the systems prepared as a function of time after preparation. It was verified that the polaronic structure (oxidized cation radical segments of the thiophene ring) remained stable for 97 h, provided by the synthesis of the blend in controlled temperature conditions (22 ºC) and in the constant potential of 1.70 V synthesis applied during 60 s, on the surface of the Pt electrode. For the synthesis performed on ITO and Au there was a greater stabilization of the bipolar structure (dication segments) in these conditions. These results demonstrated the effect of induction of PDFA on the P3HT layer for the stabilization of semi and quinonic forms, compared with the interfaces formed only by homopolymers in contact with different electrodes.

A seda proveniente do casulo do bicho-da-seda Bombyx mori tem sido objeto de estudo de vários pesquisadores como um recurso promissor nas áreas de química, engenharia, biotecnologia e materiais biomédicos por ser um biopolímero versátil, que pode ser processado de diversas maneiras tais como nanofibras, micropartículas e microesferas. Apesar desses materiais demonstrarem um alto potencial de aplicações nas áreas de estudo, ser economicamente vantajoso e um recurso natural, a seda ainda é pouco explorada no Brasil, mesmo o país ocupando a quinta posição no ranking da produção mundial. Desse modo, faze-se necessários, o desenvolvimento de novas pesquisas focadas nesse biomaterial. Nesse sentido, neste trabalho foram propostos dois estudos divididos em capítulos utilizando casulo do bicho-da-seda. No primeiro capítulo, foi conduzido um estudo sobre efeito da temperatura nas diferentes conformações moleculares das estruturas das fibras de seda dispostas nos casulos crus e processados na indústria. Para investigar esse efeito foi utilizado a espectroscopia Raman confocal em diferentes radiações de excitação (532 e 785 nm) em conjunto com a calorimetria de varredura diferencial. Os espectros Raman obtidos em ambas radiações de excitação foram comparados através da correlação entre a razão de intensidade das bandas Raman deconvoluídas características das amidas I e III, onde foi possível mediante variação da temperatura a observação de alterações conformacionais em ambos os materiais estudado. Por fim, no capítulo 2, foi explorado o casulo na produção controlada de sistemas nanoestruturados com prata, gerando substratos amplificadores do sinal Raman para ser aplicado à espectroscopia Raman intensificada pela superfície. Inicialmente o coloide de prata foi caracterizado por espectroscopia UV-Vis, distribuição de tamanho de partículas, e os resultados indicaram a uma absorção máxima de 453 nm e a obtenção de nanopartículas com tamanho de 110 nm. Os substratos amplificadores do sinal Raman foram preparados através da nanoestruturação da superfície das fibras de seda de fragmentos de casulo contendo partículas de prata. Sua caracterização foi feita por microscopia eletrônica de varredura e espectro de raios X dispersivos, que mostraram a organização das nanoestruturas depositadas sobre as fibras de seda. A eficiência dos substratos foi avaliada através do fator de intensificação observado pela técnica Raman intensificada pela superfície utilizando a molécula sonda cristal violeta a partir de soluções diluídas consecutivamente, utilizando fonte de excitação em 532 nm, comparados com os obtidos usando coloide de prata. O estudo demonstrou que os substratos nanoestruturados constituem materiais promissores, pois foram verificados que os substratos se mostraram mais adequados para intensificação do sinal Raman pela superfície da prata do que a solução coloidal. Silk from the cocoon of the Bombyx mori silkworm has been the object of study by several researchers as a promising resource in the areas of chemistry, engineering, biotechnology and biomedical materials as it is a versatile biopolymer, which can be processed in several ways such as nanofibers, microparticles and microspheres. Although these materials demonstrate a high potential for applications in the study areas, being economically advantageous and a natural resource, silk is still little explored in Brazil, even though the country occupies the fifth position in the ranking of world production. Thus, it is necessary, the development of new research focused on this biomaterial. In this sense, in this work, two studies were proposed, divided into chapters using the silkworm cocoon. In the first chapter, a study was carried out on the effect of temperature on the different molecular conformations of the structures of silk fibers arranged in raw cocoons and processed in the industry. To investigate this effect, confocal Raman spectroscopy was used in different excitation radiations (532 and 785 nm) in conjunction with differential scanning calorimetry. The Raman spectra obtained in both excitation radiations were compared through the correlation between the intensity ratio of the deconvolved Raman bands characteristic of amides I and III, where it was possible, by varying the temperature, to observe conformational changes in both materials studied. Finally, in Chapter 2, silk and cocoon were explored in the controlled production of nanostructured systems with silver, generating substrates that amplify the Raman signal to be applied to surface-enhanced Raman spectroscopy. Initially, the silver colloid was characterized by UV-Vis spectroscopy, particle size distribution, and the results indicated a maximum absorption of 453 nm and the obtaining of nanoparticles with a size of 110 nm. The amplifying substrates of the Raman signal were prepared by nanostructuring the surface of the silk fibers of cocoon fragments containing silver particles. Its characterization was made by scanning electron microscopy and dispersive X-ray spectrum, which showed the organization of the nanostructures deposited on the silk fibers. The efficiency of the substrates was evaluated through the intensification factor observed by the Raman technique intensified by the surface using the crystal violet probe molecule from diluted solutions consecutively, using an excitation source at 532 nm, compared with those obtained using silver colloid. The study demonstrated that nanostructured substrates are promising materials, as it was verified that the substrates were more suitable for intensifying the Raman signal through the silver surface than the colloidal solution.

O estudo e desenvolvimento tecnológico de novos materiais para o uso em células fotovoltaicas orgânicas (OPVs) tem crescido de forma significativa, visando a aplicação nos dispositivos capazes de gerar energia de forma limpa, renovável e de baixo custo. Dentre os materiais estudados, destacam-se o grupo dos poli-3-alquiltiofenos (P3ATs) que são altamente fotossensíveis e promissores como camada ativa aplicada em OPVs. Dessa forma, visando identificar o comportamento desses materiais em interfases potencialmente utilizadas nos dispositivos, esse estudo teve como objetivo caracterizar e relacionar a estabilidade estrutural nas diferentes interfases de sistemas dos homo e copolímeros gerados química e eletroquimicamente, às melhores propriedades elétricas e ópticas, como alternativa de camada ativa viável para uso em dispositivos orgânicos. O trabalho foi elaborado visando destacar três etapas desenvolvidas nesse trabalho. Na primeira foram apresentados os resultados da caracterização espectroscópica para os sistemas ITO/P3MT e ITO/PEDOT:PSS/P3MT a partir da análise dos dados de Espectroscopia Raman in situ e ex situ. Os diagramas de Bode-fase, obtidos por meio da técnica de Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE), foram utilizados como ferramenta para o estudo das propriedades elétricas dos filmes copoliméricos em relação aos respectivos homopolímeros. Na segunda etapa dos resultados, foram discutidas as propriedades dos sistemas ITO/P3HT e ITO PEDOT:PSS/P3HT. Nessa etapa, durante a obtenção dos espectros Raman foi investigada a influência da intensidade de potência do laser aplicado nas alterações estruturais do sistema ITO/P3HT. A utilização do laser após seleção da potência adequada auxiliou na compreensão da influência das espécies aromáticas, cátion radical e dicátion, presentes na matriz polimérica. A EIE realizada em potencial de circuito aberto (OCP) e as medidas de Fotoluminescência resolvida no tempo permitiram identificar os processos de transferência de carga que ocorrem no sistema, bem com a estabilidade desses processos. Na terceira etapa, foram analisadas as diferenças morfológicas causadas pelos ciclos de ativação no eletrodo de Au. As variações quanto ao número dos ciclos de ativação, causaram rugosidades superficiais distintas no Au. Essas diferenças observadas para a morfologia dos sistemas, também ocorreram para as propriedades estruturais (Raman), elétricas (EIE) e ópticas (Fotoluminescência - PL) aos sistemas estudados. A análise dos diagramas de Bode-fase permitiu monitorar os processos de transferência de carga envolvidos. As medidas de PL (PL resolvida no tempo e Eficiência de fotoluminescência - PLQY), auxiliaram verificar a estabilidade das espécies presentes nos sistemas. The study and technological development of new materials for use in organic photovoltaic cells (OPVs) has grown significantly, aiming at the application in devices capable of generating energy in a clean, renewable and low cost. Among the materials studied, we highlight the group of poly-3-alkylthiophenes (P3ATs) which are highly photosensitive and promising as an active layer applied in OPVs. Thus, aiming to identify the behavior of these materials in interfaces potentially used in devices, this study aimed to characterize and relate the structural stability in the different systems interfaces of chemically and electrochemically generated homo and copolymers, to the best electrical and optical properties, as an alternative viable active layer for use in organic devices. The work was designed to highlight three stages developed in this work. In the first, the results of the spectroscopic characterization for the ITO/P3MT and ITO/PEDOT:PSS/P3MT systems were presented from the analysis of Raman Spectroscopy data in situ and ex situ. The Bode-phase diagrams, obtained by means of the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIE) technique, were used as a tool for the study of the electrical properties of copolymeric films in relation to the respective homopolymers. In the second stage of the results, the properties of the ITO/P3HT and ITO/PEDOT:PSS/P3HT systems were discussed. In this stage, during the acquisition of Raman spectra, the influence of the laser power intensity applied on the structural changes of the ITO/P3HT system was investigated. The use of the laser after selection of the appropriate power helped to understand the influence of aromatic species, radical cation and dication, present in the polymeric matrix. The EIS performed in open circuit potential (OCP) and the photoluminescence measurements resolved in time allowed to identify the charge transfer processes that occur in the system, as well as the stability of these processes. In the third stage, the morphological differences caused by the activation cycles in the Au electrode were analyzed. Variations in the number of activation cycles caused different surface roughness in Au. These differences observed for the morphology of the systems, also occurred for the structural (Raman), electrical (EIS) and optical (Photoluminescence - PL) properties of the studied systems. The analysis of the Bode-phase diagrams allowed to monitor the load transfer processes involved. The PL measurements (PL resolved over time and Photoluminescence Efficiency - PLQY), helped to verify the stability of the species present in the systems.

A Física Moderna e Contemporânea deve ser abordada no ensino médio, como sugerem pesquisas feitas a respeito, de maneira que sejam contextualizados com o cotidiano do aluno. Considerando essa perspectiva, este trabalho é a narrativa de uma experiência didática de aplicação de uma unidade de ensino para trabalhar conteúdos de Física Moderna no ensino médio através da abordagem do funcionamento do dispositivo diodo emissor de luz (LED). Aplicada em uma escola pública na cidade de Cornélio Procópio, PR, sob o referencial da teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel, a das Unidades de ensino Potencialmente Significativas de Marco Antônio Moreira e dos estudos sobre Motivação em Experimentos de Física de Carlos Eduardo Laburu, descreve-se a situações?problema e os recursos selecionados e utilizados, bem como a sequência de como o tema (LED) foi abordado no ensino regular com turmas do terceiro ano. A unidade de ensino mostrou-se aplicável a alunos do ensino médio, e analisados os resultados obtidos pode-se concluir que tais discentes apreciam e mostram disposição para aprender assuntos atuais, contribuindo para a aquisição de novos conceitos de Física Moderna e Contemporânea. Certificou-se, também, que novas metodologias de ensino necessitam ser incentivadas a serem aproximadas dos meios acadêmicos para as salas de aula, a fim de que avanços na educação básica sejam alcançados. E finalmente, o produto educacional em formato de texto de apoio é apresentado, com o intuito de auxiliar professores que se interessem em repetir o processo em outro estabelecimento de ensino. As research regards it, modern and contemporary physics must be addressed in high school so that it may be contextualized in the student`s daily life. Considering such perspective, this work is the narrative of a didactic experience of application of a potentially significant teaching unit, aimed at contents of the teaching of modern physics through the approach to the functioning of a light-emitting diode device (LED). Applied in a public school in the city of Cornelio Procopio, PR, under the referential of David Ausubel`s significant learning theory, Marco Antonio Moreira`s potentially significant teaching units and Carlos Eduardo Laburu`s studies on motivation regarding physics experiments, the problem situations and the selected and used resources, as well as the sequence of how the subject was addressed in the regular education of third-grade classes, is here described. The teaching unit turned out to be applicable to high school students: the analysis of the obtained results allows us to conclude that they appreciate and show eagerness to learn current subjects, and that the same unit contributed to the learning of new concepts of modern and contemporary physics in a positive manner. It was also certified that new teaching methodologies applied in the classrooms need to be motivated by and close to the academia, so that the advances in basic education may be reached. The research product here exposed is presented as a supporting text, in order to assist teachers that become interested in replicating the process in other educational facilities.

t: In this work it is explored the use of two mixed organic dyes, Kremer Blue (Kb) and Coumarin 7 (C7), to design optical filters for applications in the P3HT : PC61BM Organic Photovoltaic device. The use of the filter was intended to increase the External Quantum Efficiency of the device by means of the Luminescent Down-Shifting (LDS) effect, at the same time that is expected to be used for preventing fast UV degradation of the solar cell. It was found that the sample Kb92:5C77:5 dissolved in a PMMA solution (3 mg/mL) has a PLQY of 93:6%, the highest value obtained in the optimization process. Figures of merit of this material, accompanied by simulations of the EQE using the Rothemund model reveal that this sample would contribute to an increment of 19:8% in the photo-generated current of the device. The I-V characteristic curve was measured for eight devices and the average change in current density obtained was 18:6%. Time-resolved PL results show a decrease in the lifetime of samples with different concentrations of C7, compared to the lifetime of single Kb samples. This result suggest that exist an energy transfer process, presumably mediated by a Foster mechanism. The photo-generated current was measured upon solar exposure, with and without the LDS filter, for non encapsulated devices. It was found that during the first 3 hours of solar exposure, the samples with the LDS filter present higher photo-generated current values when compared to devices without the filter. However, upon longer exposure, a rapid drop in the generated current for both devices (with and without filter) was observed. Although increments in the photo-generated current were achieved by means of the LDS filter, further improvements are needed in order to enhance the lifetime of the device.

Os dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs) tem atraído cada vez mais a atenção tanto da comunidade científica quanto da indústria, nos últimos anos. A proposta de se criar um dispositivo flexível, de alta eficiência e baixo custo de produção, instigou um aumento nas pesquisas por novos materiais e misturas (blendas) para confecção de OLEDs, em particular, os que apresentam emissão branca (WOLEDs). Nesta tese estudamos as propriedades ópticas e eletrônicas de diferentes blendas e, posteriormente, confeccionamos OLEDs a partir das mesmas, visando a obtenção de emissão branca. Para tal, os resultados obtidos nesta tese são apresentados em três seções: caracterização dos compostos e das blendas de PFO e P3OT, e das blendas híbridas de PFO:CdSe(ZnS):P3OT, e confecção de dispositivos com estas blendas; caracterização dos compostos, blendas binárias e ternárias envolvendo PDHF, LaPPS 40 e Ir(MDQ)2(acac), e confecção de dispositivos a partir das blendas ternárias; caracterização óptica e estrutural do copolímero TFB por meio de simulações computacionais (DFT) e experimentação, comparando a qualidade dos resultados obtidos nas simulações. Ao estudar as blendas de PFO:P3OT, nos deparamos com uma emissão intermediária (verde), extrínseca à emissão obtida dos filmes separados de PFO (azul) e P3OT (vermelha). Esta emissão inesperada fez com que as blendas de PFO:P3OT apresentassem emissão ao longo de todo o espectro visível, nos instigando a confeccionar OLEDs que pudessem apresentar emissão branca. Buscando explicar a origem da emissão intermediária, e assim controlar sua emissão, realizamos um estudo aprofundado sobre estas blendas, caracterizando sua absorção, fotoluminescência, tempo de decaimento de emissão, microscopia confocal, dentre outras técnicas. Posterior à caracterização óptica, confeccionamos dispositivos de PFO:P3OT cuja emissão branca não foi satisfatória devido à falta de uma emissão verde mais acentuada. Para contornar esta ausência foram então confeccionados novos dispositivos, agora com a blenda híbrida de PFO:CdSe(ZnS):P3OT, utilizando os pontos quânticos de CdSe(ZnS) com emissão na região do verde, possibilitando chegar a dispositivos com emissão branca estável e que operam em baixas potências. O próximo conjunto de materiais estudado era constituído pelos polímeros PDHF e LaPPS 40, e uma pequena molécula de Ir(MDQ)2(acac). Realizamos as caracterizações ópticas dos materiais e investigamos a transferência de energia entre cada blenda binária. Após aprender mais sobre os mecanismos de transferência de energia envolvidos, confeccionamos OLEDs de blendas ternárias de PDHF:LaPPS 40:Ir(MDQ)2(acac), com emissão branca. Por fim, visto a grande aplicabilidade do copolímero TFB na confecção dos dispositivos e a pequena quantidade de trabalhos que versam sobre sua caracterização óptica, optamos por estudá-lo mediante diferentes técnicas experimentais, e ainda, utilizar os métodos computacionais como ferramenta auxiliar na caracterização de suas propriedades. Com essa finalidade, realizamos simulações de DFT para determinar as propriedades vibracionais do TFB sendo seus resultados utilizados na reconstrução do espectro de emissão do composto. Os resultados obtidos via DFT e experimentalmente foram comparados de forma a demonstrar a qualidade dos métodos computacionais. Os objetivos foram cumpridos, e os resultados alcançados se mostraram promissores e pertinentes para aplicações em larga escala. Organic light-emitting devices (OLEDs) have attracted increasing attention from both the scientific community and industry in recent years. The proposal to create a flexible device, with high efficiency and low cost of production have instigated an increase in the research for new materials and blends for the manufacture of OLEDs, in particular those with white emission (WOLEDs). In this thesis, we studied the optical and electronic properties of different blends and, later, we made OLEDs from them, aiming to obtain white emission. For this, the results obtained in this thesis are presented in three sections: characterization of PFO and P3OT composites and blends, and of the PFO:CdSe(ZnS):P3OT hybrid blends, making devices with these blends; characterization of the compounds, binary and ternary blends involving PDHF, LaPPS 40 and Ir(MDQ)2(acac), and fabrication of devices from the ternary blends; optical and structural characterization of the TFB copolymer making use of computational simulations (DFT) and experimentation, comparing the quality of the results obtained in the simulations. When studying the PFO: P3OT blends, we faced an intermediate (green) emission, extrinsic to the emission obtained from the separated PFO (blue) and P3OT (red) films. This unexpected emission caused the PFO:P3OT blends to emit across the visible spectrum, inciting us to make OLEDs that could have a white emission. In order to explain the origin of the intermediate emission, and to control its emission, we carried out an in-depth study on these blends, characterizing their absorption, photoluminescence, emission decay time, confocal microscopy, among other. After the optical characterization we made PFO:P3OT devices whose white emission was not satisfactory due to the lack of a more pronounced green emission. In order to circumvent this absence, new devices were created, now with the hybrid PFO:CdSe(ZnS):P3OT hybrid blend, using the quantum dots of CdSe(ZnS) with emission in the green region, making it possible to reach stable white emission and operating at low power. The next set of materials studied consisted of the polymers PDHF and LaPPS 40, and a small molecule of Ir(MDQ)2(acac). We performed the optical characterization of the materials and investigate the energy transfer between each binary blend. After learning more about the energy transfer mechanisms involved, we made OLEDs of PDHF:LaPPS 40:Ir(MDQ)2(acac) ternary blends, with white emission. Finally, because of the great applicability of the TFB copolymer in the confection of the devices, and the small amount of works on its optical characterization, we have chosen to study it using different experimental techniques, and also to use the computational methods as an auxiliary tool in the characterization of its properties. For this purpose, we performed DFT simulations to determine the vibrational properties of the TFB and its results were used in the reconstruction of the emission spectrum of the compound. The results obtained via DFT and experimentally were compared in order to demonstrate the quality of the computational methods. The objectives were met, and the results achieved were promising and relevant for large scale applications.

A multiplexação por divisão de frequências ortogonais (OFDM) tem sido amplamente aplicada em sistemas de comunicação por luz (VLC) devido às características de eficiência espectral e de combate à interferência intersimbólica e à seletividade do canal. Neste paradigma, a primeira parte desta tese aborda de forma original a integração da funcionalidade da localização indoor de um receptor móvel ao sistema OFDM-VLC. Para isto, utiliza o esquema OFDM com óptica espacial, possibilitando a discriminação dos sinais ópticos capturados no receptor que foram transmitidos pelos diversos diodos emissores de luz (LEDs) a partir da infraestrutura de iluminação. Foram analisados via simulação numérica e de forma extensiva o estimador por ângulo de chegada (AoA), o estimador por intensidade do sinal recebido (RSS) e algumas de suas variações. Utilizando o resultado da estimação por AoA ponderado como ponto inicial de busca do estimador por RSS, foi possível o aumento da probabilidade de convergência, redução da raiz quadrada do erro quadrático médio (RMSE) e número de iterações. Também é avaliada a complexidade computacional dos estimadores analisados. Um melhor fator de clipping é obtido através da análise da precisão do localizador e da capacidade de transmissão de dados. Por fim, os resultados numéricos demonstraram eficácia, robustez e eficiência da arquitetura proposta. A segunda parte desta tese propõe uma arquitetura original com um esquema de pré-distorção digital para a correção da não linearidade do LED, acrescido de um esquema de pré-equalização para a mitigação do efeito de seletividade em frequência do conjunto transmissor LED mais fotorreceptor. Os dois esquemas apresentados utilizam de uma mesma realimentação luminosa que é realizada por um dispositivo receptor auxiliar acoplado à luminária. Deste modo, todo o processamento do sinal envolvido é realizado no transmissor não exigindo overhead. Mediante o desenvolvimento de um arranjo experimental automatizado, confirmou-se o efeito da não linearidade do LED em função da temperatura, corroborando a pertinência e eficácia da proposta. Por fim, ao permitir a linearização do sinal de luz transmitido e a manutenção de uma relação sinal-ruído média em nas subportadoras OFDM, a melhoria de desempenho da taxa de erro de bit (BER) é confirmada, tanto numericamente, como pelo arranjo experimental dedicado desenvolvido. A terceira parte desta tese propõe um esquema de mitigação do efeito crosstalk gerado pela sobreposição espectral de canais VLC obtidos por multiplexação por comprimento de onda (WDM). O crosstalk degrada a performance do sistema WDM devido os canais adjacentes gerarem interferência no canal de interesse. O sistema WDM constituído por uma tríade de LEDs transmissores de cores vermelho-verde-azul e seus respectivos filtros de cores no receptor VLC é modelado, sendo os seus parâmetros estimados pelo sistema proposto, permitindo a mitigação deste efeito mediante a aplicação de um equalizador por forçagem a zero. Tais parâmetros também foram estimados mediante medições do comportamento espectral de emissão dos LEDs e dos filtros ópticos utilizados. Ademais, o sistema foi simulado numericamente demonstrando efetividade mediante avaliações da BER, sob diferentes ordens de modulação M-QAM nas subportadoras OFDM. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has been widely applied in visible light communication systems (VLC) due to spectral efficiency characteristics and to combat intersymbol interference and channel selectivity. In this paradigm, the first part of this thesis deals with an original way for aggregate the functionality ?indoor? location of a mobile receiver into the OFDM-VLC system. For this, it uses the OFDM scheme with spatial optics (SO-OFDM) to enable discrimination of power captured at the receiver that was transmitted by the various light emitting diodes (LEDs) of the lighting infrastructure. The estimator by angle of arrival (AoA), the estimator by intensity of the received signal (RSS) and some of its variations are numerically simulated extensively. Using the result of the estimation by WAoA as the initial point of search of the RSS estimator, it was possible to increase the probability of convergence, reduction of the square root of the quadratic error (RMSE) and the number of iterations. The computational complexity of the analyzed estimators is also evaluated. A better clipping factor is obtained by analyzing the locator accuracy and the transmission capacity for each simulated system. Finally, the numerical results demonstrated the effectiveness, robustness, and efficiency of the proposed architecture. The second part of this thesis proposes an original architecture with a digital pre-distortion scheme (DPD) for the correction of the non-linearity of the LED, plus a pre-equalization scheme (Pre-Eq) for the mitigation of the frequency selectivity effect from the VLC LED transmitter set plus photoreceiver. Both proposed schemes deploy the same luminous feedback principle, which is performed by an auxiliary receiver device that is coupled to the luminaire. Thus, all signal processing is performed at the transmitter side not requiring overhead. Through the development of an automatic experimental arrangement, the nonlinearity of the LED as a function of temperature was also confirmed, corroborating the validity of the proposed scheme. Moreover, by allowing the linearization of the transmitted light signal and the maintenance of a mean signal-to-noise ratio in the OFDM subcarriers, the overall bit error rate (BER) performance improvement has been confirmed both numerically and by the dedicated experimental arrangement. The third part of this thesis proposes a scheme to mitigate the crosstalk generated by the spectral overlap across the VLC channels obtained by wavelength division multiplexing (WDM). Crosstalk degrades the performance of the WDM system because the adjacent channels generate interference in the channel of interest. The WDM system composed by the red-green-blue color triad from the LEDs and their respective color filters at the VLC receiver was modelled, where their parameters are estimated by the proposed system, allowing the crosstalk mitigation by the application of an equalizer by zero forcing. These parameters were also estimated by measurements of the LEDs spectral emission behaviour and the deployed optical filters. Moreover, the system was numerically simulated demonstrating the effectiveness using BER evaluations considering different modulation orders in the OFDM subcarriers.

A caracterização estrutural dos segmentos presentes nas interfaces entre os P3ATs e a PDFA utilizando métodos espectroscópicos pode contribuir na determinação das condições mais favoráveis para possível aplicação e desenvolvimento de novos materiais na área da optoeletrônica orgânica, em dispositivo fotovoltaicos e também em dispositivos orgânicos emissores de luz OLEDs. Neste estudo foram preparadas eletroquimicamente as interfaces entre o poli(3-metiltiofeno) (P3MT) ou poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) e a polidifenilamina (PDFA) sobre o eletrodo de ITO (ITO/PDFA:P3MT) ou (ITO/PDFA:P3HT), em meio neutro e meio ácido, e as interfaces utilizando o P3MT sobre o eletrodo de Pt (Pt/PDFA:P3MT) em meio neutro. Esses sistemas foram comparados com os formados pelos homopolímeros (ITO/PDFA e ITO/P3MT), visando o estudo da estabilidade dos segmentos quinônicos e semiquinônicos nas matrizes das blendas. Com essa finalidade foram utilizadas as técnicas espectroscópicas Raman e Impedância Eletroquímica (EIE), em função do tempo, após o preparo dos sistemas estudados. O comportamento das espécies carregadas na matriz da blenda em função do potencial aplicado foi verificado pelos espectros Raman in situ do sistema Pt/PDFA:P3MT, possibilitado também pela identificação dos processos de transferência de carga dos diferentes segmentos de P3MT, através dos diagramas gerados pela técnica de EIE. Também foi utilizada a espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica (RPE) com o objetivo de quantificar, com o tempo, os segmentos cátion radical presentes nas matrizes poliméricas após a preparação. Através da espectroscopia Raman ex situ dos sistemas ITO/PDFA:P3MT e ITO/PDFA:P3HT gerados em meio neutro, comparado com a interface ITO/P3MT e ITO/P3HT, foi observado que em função do tempo os segmentos cátion radical perdem a estabilidade um pouco mais lentamente, favorecendo posteriormente os segmentos dicátion. Esse mesmo comportamento foi observado para os sistemas ITO/PDFA:P3MT e ITO/PDFA:P3HT em meio ácido, porém esse processo ocorreu mais rapidamente. The structural characterization of the segments present in the interfaces between the P3ATs and the PDPA using spectroscopic methods can contribute to the determination of the most favorable conditions for the possible application and development of new materials in the area of organic optoelectronics, in photovoltaic devices and also in organic light-emitting diodes OLEDs. In this study the interfaces between poly (3-methylthiophene) (P3MT) or poly (3-hexylthiophene) (P3HT) and polydiphenylamine (PDPA) on the ITO electrode (ITO/PDPA: P3MT) or (ITO/PDPA:P3HT), in neutral medium and acid medium, and the interfaces using the P3MT on the Pt electrode (Pt/PDPA:P3MT) in neutral medium. These systems were compared with those formed by the homopolymers (ITO/PDPA and ITO/P3MT), aiming the study of the stability of the quinonic and semiquinonic segments in the blends matrices. Raman and Electrochemical Impedance (EIS) spectroscopic techniques were used as a function of time, after the preparation of the systems studied. The behavior of the charged species in the blends matrix as a function of the applied potential was verified by the in situ Raman spectra of the Pt/PDPA: P3MT system, also enabled by the identification of the charge transfer processes of the different P3MT segments, through the diagrams generated by the EIS technique. Electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR) was also used to quantify, over time, the radical cation segments present in the polymer matrices after preparation. By means of the ex situ Raman spectroscopy of the ITO/PDPA:P3MT and ITO/PDPA:P3HT systems generated in neutral medium, compared to the ITO/P3MT and ITO/P3HT interface, it was observed that as a function of time the radical cation segments lose stability a little more slowly, favoring later the dication segments. This same behavior was observed for the ITO/PDPA:P3MT and ITO/PDPA:P3HT systems in acidic medium, but this process occurred more quickly.

Nas últimas décadas houve um grande aumento na pesquisa em dispositivos fotovoltaicos orgânicos, principalmente por proporcionarem uma alternativa de baixo custo para geração de energia elétrica. Entretanto, ao comparar células solares orgânicas com as inorgânicas mais tradicionais, é visto que a eficiência e a durabilidade ainda deixam a desejar. O objetivo desta tese é utilizar uma camada que contenha materiais luminescentes para aumentar a eficiência e a durabilidade de dispositivos fotovoltaicos orgânicos, através de um processo puramente óptico baseado no efeito de deslocamento da fotoluminescência (PL) para menores energias − do inglês luminescence down-shifting effect (LDS). Os materiais luminescentes, tanto individualmente quanto misturados, foram dispersos em uma matriz polimérica de PMMA, a qual é opticamente inerte para comprimentos de onda maiores que 300 nm. A escolha dos materiais foi baseada na posição de seus espectros de absorbância e de PL, considerando a curva de eficiência quântica externa (EQE) do dispositivo. Em um primeiro momento, o uso de camadas contendo misturas de materiais luminescentes levaram a um aumento relativo de aproximadamente 600% no tempo de vida da célula fotovoltaica, sem no entanto produzir um aumento significativo na eficiência da mesma. Foi então realizado um trabalho experimental de variação dos parâmetros de produção das camadas luminescentes, no sentido de aprimorar suas propriedades ópticas visando ao aumento da eficiência dos dispositivos. Com isso, foi possível obter uma camada que proporcionou um aumento relativo de 20% na densidade de corrente de curto circuito produzida pela célula, um resultado bastante satisfatório quando comparado com trabalhos anteriores. In the last decades there has been a great increase in the research on organic photovoltaic devices, mainly for providing a low cost alternative for electric energy generation. However, when comparing organic with the more traditional inorganic solar cells, it is seen that efficiency and durability are still lacking. The objective of this thesis is to use a layer containing luminescent materials to increase the efficiency and durability of organic photovoltaic devices, through a pure optical process based on the shifting of photoluminescence (PL) for lower energies − the so called luminescence down-shifting effect (LDS). The luminescent materials, both individually and in admixture, were dispersed in a polymer matrix of PMMA, which is optically inert at wavelengths greater than 300 nm. The choice of materials was based on the position of their absorbance and PL spectra, considering the external quantum efficiency (EQE) curve of the device. Initially, the use of layers containing mixtures of luminescent materials led to a relative increase of approximately 600% in the lifetime of the photovoltaic cell, however without producing a significant increase in its efficiency. Then, an experimental work was carried out by varying the production parameters of the luminescent layers, aiming to improve their optical properties in order to increase the efficiency of the devices. With this, it was possible to obtain a layer that provided a relative enhancement of 20% in the short-circuit current produced by the cell, a very satisfactory result when compared to previous works.

O seleneto de cobre é um semicondutor tipo p com características energéticas adequadas para aplicações em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos de filmes finos. Na literatura encontram-se poucos trabalhos que utilizam o planejamento de experimentos com a finalidade de otimização dos parâmetros de síntese de filmes finos assim como são raras a aplicação de filmes finos de seleneto de cobre em diodos orgânicos emissores de luz (OLED). Com o objetivo de se investigar a otimização das propriedades ópticas e elétricas de filmes finos de seleneto de cobre, obtidos pela técnica de banho químico neste trabalho delineou-se um planejamento fatorial 23 com ponto central em triplicata, para estudar a influência dos parâmetros de síntese nas respostas de transmitância e resistividade. As variáveis escolhidas foram concentração da solução de selenossulfato de sódio, tempo de reação e espessura dos filmes. As respostas analisadas foram resistividade de superfície, transmitância e refletância óptica, energia de gap, estrutura cristalina, espessura e composição elementar. Construíram-se OLEDs com a deposição de MDMO-PPV e alumínio sobre os filmes finos de seleneto de cobre, a fim de se avaliar a integração dos filmes ao processo de eletroluminescência. Os filmes de seleneto de cobre produzidos apresentaram resistividade de superfície entre 30,49 e 853,59 Ω/□ e transmitância óptica entre 11,93 e 49,50% para a faixa de comprimento de onda entre 574 a 584 nm. O planejamento indicou claramente que quanto maior a transmitância maior a resistividade elétrica e vice-versa. Os filmes apresentaram-se amorfos e compostos por átomos de cobre e selênio isentos de contaminantes. A energia de gap média dos filmes foi de 2,08 eV sendo que apenas os dispositivos produzidos com filmes finos de seleneto de cobre com as configurações +++, +-- e 000 contribuíram para a promoção da eletroluminescência na camada de MDMOPPV. Destes resultados pode-se concluir que as propriedades físicas dos filmes são fortemente dependentes dos parâmetros de síntese e que, sendo as grandezas de transmitância e resistividade diretamente proporcionais, deve-se optar pela configuração que atenda à aplicação desejada. The copper selenide is a p-type semiconductor with energy characteristics suitable for applications in electronic and optoelectronic thin film devices. In the literature, there are few papers that use the desing of experiments with the purpose of optimizing thin film synthesis parameters, as well as the application of copper selenide thin films in organic light emitting diodes (OLED).In order to investigate the optimization of the optical and electrical properties of thin films of copper selenide thin films obtained by the chemical bath technique, a 23 factorial design in triplicate with a central point was delineated to study the influence of the parameters of synthesis in the transmittance and resistivity responses. The selected variables were concentration of sodium selenosulfate solution, reaction time and film thickness. The analyzed responses were surface resistivity, optical transmittance and reflectance, gap energy, crystalline structure, thickness and elemental composition. . OLEDs were constructed with the deposition of MDMO-PPV and aluminum on the copper selenide thin films, in order to evaluate the integration of the films into the electroluminescence process. The produced copper selenide films presented surface resistivity between 30.49 and 853.59 Ω/□ and optical transmittance between 11.93 and 49.50% for the wavelength range between 574 and 584 nm. The design clearly indicated that the higher the transmittance the greater the electrical resistivity and vice versa. The films were amorphous and composed of copper and selenium atoms free of contaminants. The mean energy gap of the films was 2.08 eV and only devices produced with thin films of copper selenide with +++, +-- and 000 configurations resulted in electroluminescence in the MDMO-PPV layer. From these results can be concluded that the physical properties of the films are strongly dependent on the synthesis parameters and that, being the values of transmittance and resistivity directly proportional, one must choose the configuration that meets the desired application.

Este trabalho objetivou sintetizar nanofios de prata (AgNW) para utilização como substituto ao óxido de índio e estanho (ITO) na construção de eletrodos transparentes e flexíveis depositados sobre diferentes substratos. O ITO é o material geralmente utilizado na fabricação de eletrodos transparentes, contudo possui elevado custo de produção e baixa maleabilidade para utilização em dispositivos flexíveis. Os AgNW foram sintetizados pelo método poliol em etilenoglicol, com nitrato de prata (AgNO3) como precursor, polivinilpirrolidona (PVP) como surfactante e cloreto de sódio (NaCl) como agente estabilizante. A purificação foi realizada em acetona e etanol. Os produtos resultantes das sínteses foram caracterizados, principalmente, pelas medidas de extinção óptica (absorção e espalhamento) em solução, usando a ressonância plasmônica para explicar os espectros obtidos. Imagens de microscopia eletrônica (MEV e MET) foram utilizadas para a caracterização estrutural das nanoestruturas produzidas. Como resultado, foi possível produzir AgNW com diâmetro médio de ~120 nm e comprimento de ~3 m. Filmes finos condutores e transparentes foram depositados via Barra Meyer e Spray. Após a deposição dos nanofios, sobre vidro ou polietileno tereftalato (PET), os filmes foram tratados termicamente a 150 ºC durante 40 minutos. A caracterização dos filmes foi realizada por medidas de resistência de folha usando o método de quatro pontas e por medidas de transmitância óptica. Assim, foram produzidos eletrodos com ampla faixa de transmitância óptica (35 – 75 %) e resistência de folha (3 – 76 Ω), possibilitando controlar essas propriedades físicas com a variação da concentração de nanofios no eletrodo. This work aimed to synthesize silver nanowires for use as substitute for indium tin oxide (ITO) in the construction of transparent and flexible electrodes deposited on different substrates. ITO is the material commonly used in the manufacture of transparent electrodes, but it has a high production cost and does not have good malleability for use in flexible devices. Silver nanowires were synthesized by the polyol method in ethylene glycol, with silver nitrate (AgNO3) as precursor, polyvinylpyrrolidone (PVP) as surfactant and sodium chloride (NaCl) as stabilizing agent. Purification was performed in acetone and ethanol. The products resulting from the syntheses were characterized mainly by optical extinction (absorption and scattering) in solution using plasmon resonance (interaction of light with the conduction electrons in the synthesized nanostructures) to explain the spectra obtained. Electron microscopy images (SEM and TEM) were also used to visualize the morphology of the nanostructures produced. As a result, it was possible to produce AgNW with mean diameter of ~120 nm and length of ~3 μm. Thin conductive films were deposited via Meyer Rod and Spray. After deposition of the nanowires, on glass or polyethylene terephthalate (PET), the films were heat treated at 150 °C for 40 minutes. The characterization of the films produced was performed by sheet resistance measurements using the four-point method and by optical transmittance measurements. Thus, electrodes with a wide range of optical transmittance (35 - 75%) and sheet resistance (3 - 76 Ω) were produced, making it possible to control these physical properties with the variation of the nanowire concentration in the electrode.

Neste trabalho foram realizados testes de estabilidade de filmes de perovskita produzidos pelo método two-step utilizando os precursores PbCl2 e CH3NH3I. O estado de degradação dos filmes foi mensurado levando em conta a variação da absorbância do filme com o tempo de irradiação solar. Foi verificado que a ação de um filtro que barra o espectro visível não modifica a cinética de degradação de filmes não-encapsulados, mas uma encapsulação simples com vidro é capaz de prolongar significativamente a capacidade de absorção óptica dos filmes. Porém, tanto a utilização de um filtro UV, quanto a aplicação de uma camada de um material luminescente (Kremer Blue) disperso em matriz inerte (PMMA), contribuem ainda mais efetivamente para a manutenção das propriedades ópticas dos filmes de perovskita. A intenção é tirar proveito do efeito Luminescence Down-Shifting (LDS) a partir da emissão desta camada. A aplicação desta camada sobre um dispositivo fotovoltaico a base de perovskita resultou em um ganho expressivo no tempo de vida do mesmo. No entanto, os dados indicam que a própria camada de LDS sofre os efeitos deletérios causados pela ação combinada de luz com oxigênio e umidade do ar. In this work, we carried out stability tests on perovskite films produced by the two-step deposition method using PbCl2 and CH3NH3I as precursors. The state of degradation of the films was measured taking into account its absorbance variation as a function of time of exposure to solar radiation. It has been found that the action of a band-pass filter, which blocks the visible spectrum, does not modify the kinetics of degradation of non-encapsulated film. Encapsulation with glass is able to retard significantly the photo-bleaching process of the films, but even better results were obtained by using or an UV filter or a layer composed by a luminescent material (Kremer Blue) dispersed in PMMA. The intention is to take advantage of the luminescence downshifting (LDS) effect from the emission of this layer to improve the efficiency of devices based on perovskite films. The application of this LDS layer in a perovskite-based photovoltaic device produced an expressive gain in the lifetime of the device. However, the data indicated that the LDS layer itself undergoes the deleterious effects caused by the combination of light and oxygen and moisture in the air, which must be an important factor to take into account when using LDS layers in photovoltaic devices.

Neste trabalho foram produzidos conjuntos de diodos orgânicos emissores de luz com pontos quânticos utilizando pontos quânticos de Seleneto de Cádmio com casca de Sulfeto de Zinco (CdSe(ZnS)) comerciais e de Seleneto de Cádmio (CdSe) sintetizados na Universidade Tecnológica Federal do Paraná, como camadas ativas dos dispositivos. A partir do dispositivo base, com camada ativa dos nanocristais comerciais, foram realizados estudos sobre a introdução de camadas transportadoras e bloqueadoras de portadores de carga, usando polímeros conjugados. As melhorias nos dispositivos foram determinadas a partir de medidas de eletroluminescência e cálculo das coordenadas CIE. Foi também realizado um estudo sobre a influência de uma fina camada de Fluoreto de Lítio, depositada antes da evaporação dos contatos metálicos, utilizada na injeção de elétrons no dispositivo. A arquitetura que apresentou os melhores resultados de funcionamento, ITO/PEDOT:PSS/TFB/CdSe(ZnS)/Al, foi utilizada para confecção de dispositivos, agora com camada ativa de pontos quânticos sintetizados. Os dispositivos funcionaram, com baixa intensidade de sinal decorrente da baixa concentração e superfície não passivada destes nanocristais, mostrando o potencial da arquitetura utilizada e da estrutura do Laboratório de Óptica e Optoeletrônica da Universidade Estadual de Londrina para confecção de dispositivos. In this study were produced sets of quantum dots-organic light-emitting diodes using comercial Cadmium Selenide with Zin Sulphate shell (CdSe(ZnS)) and synthesized, at the Federal Technological University of Paraná, Cadmium Selenide (CdSe) quantum dots as active layer. From that base device, with comercial quantum dots as active layer, studies were performed about the introduction of charge carriers transporting and charge carriers blocking layers, using conjugated polymers. The improvements in the devices are accessed using electroluminescence measurements and calculation of CIE coordinates. It was also conducted a study about the influence of a Lithium Fluoride thin layer, deposited before the evaporation of the metal contacts, employed in the injecting electrons into the device. The architecture that presented the best operating results, ITO/PEDOT:PSS/TFB/CdSe(ZnS)/Al, was used to confection devices with synthesized quantum dots as active layer. The devices worked, with low signal intensity due to the low concentration and non-passivated surface of the nanocrystals, showing the potential of applied architecture and the structure of Optical and Optoelectronics Laboratory of the State University of Londrina to making devices.

Este trabalho procura mostrar desperdício de energia elétrica nos cabos de energia, e ao mesmo tempo, informar sobre a segurança em uma instalação elétrica no que se refere a: aterramento, para-raios, choques elétricos e curto-circuito, transformando essas situações em circuitos elétricos. São apresentadas as normas NBR5410 (instalações Elétricas) NBR5419 (Para-raios). This work aims to show the great power consumption by power cables, and at the same time, seeks to associate the physical education with everyday situations, we will study how circuits in series, parallel and mixed, are present in our everyday situations. We seek to support the high school teachers, with regard to electrical installations and lightning rod, according to ABNT rules, as well as the operation of transformers; electric shock and short circuit.

O poli(3-octiltiofeno) (P3OT) é um importante polímero semicondutor da família dos poli(3-alquitiofenos) (P3ATs), que são potencialmente aplicáveis no campo da optoeletrônica orgânica, nos dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs) e nas células solares poliméricas (CSPs). Neste trabalho foram estudados, o P3OT e o seu copolímero com a polidifenilamina (PDFA), com o objetivo de definir as melhores condições de síntese eletroquímica para formação de filmes sobre o eletrodo de platina e com as propriedades ópticas e elétricas melhoradas. Os filmes foram preparados a 5 e 18 &730;C em solução de 0,100 mol L-1 LiClO4 ou Et4NBF4 em acetonitrila. Os copolímeros obtidos foram, um sintetizado em camada sobre o substrato, denominado poli(difenilamina-co-3-octiltiofeno) (P(DFA-co-3OT)) e o outro a partir da solução com a mistura dos monômeros chamado de mistura PDFA/P3OT. Os comportamentos eletroquímicos dos filmes gerados foram verificados por Voltametria Cíclica (VC) e caracterizados por espectroscopia de refletância (UV-Vis), Raman, Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) e Fotoluminescência (PL). Com o auxílio das técnicas eletroquímicas foram definidas as condições de síntese (concentração do monômero e eletrólito, potencial aplicado e tempo de síntese). Por meio dos dados obtidos pelas técnicas espectroscópicas foram caracterizados os segmentos das espécies químicas presentes na matriz do polímero, sendo que os resultados dos espectros Raman conduziram à caracterização de três estruturas (formas aromática, cátion radical e dicátion) que compunham as cadeias dos homo e copolímeros. Os dados de PL, RPE e Raman indicaram que a 77K ocorreu a maior estabilização do cátion radical nos copolímeros. Foram determinados os parâmetros de potencial de ionização (I), afinidade eletrônica (A) e energia de gap (Eg). Os valores de I e A demonstraram a possibilidade da aplicação do material preparado com diferentes interfaces, e para os copolímeros a 5˚C os valores de Eg demonstraram a maior estabilidade dos segmentos cátion radical. Os dados de VC foram utilizados na Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE), em que foram comparadas as propriedades resistivas e capacitivas entre os filmes no potencial de circuito aberto (PCA) e potencial de sobretensão (&61544;). Os resultados obtidos pelo diagrama de Bode da EIE foram confirmados com a caracterização por espectroscopia Raman e por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi possível visualizar a mudança na morfologia e espessura dos filmes com as variações de temperatura e eletrólito na síntese. The poly (3-octylthiophene) (P3OT) is an important semiconducting polymer, which are potentially applicable in the field of organic optoelectronics, in organic light-emitting diode (OLED) and polymer solar cells (CSP). In this work we studied the P3OT and its copolymer with diphenylamine (PDFA), in order to define the best conditions of electrochemical synthesis for training films on platinum electrode and with optical and electrical properties improved. The films were prepared 5 and 18 0C in solution of 0.100 mol L-1 Et4NBF4 or LiClO4 in acetonitrile. The copolymers were obtained in a synthesized on the substrate layer, called poly (diphenylamine-co-3-octylthiophene) (P (DFA co-3OT)) and the other from solution by the mixture of monomers called PDFA / P3OT. The electrochemical behavior of the films were checked by cyclic voltammetry (CV) and characterized by spectroscopic reflectance (UV-Vis), Raman, Electron Paramagnetic Ressonance (EPR) and photoluminescence (PL). With the electrochemical techniques have been defined synthesis conditions (concentration of monomer and electrolyte applied potential and synthesis time). Through the data obtained by spectroscopic techniques were characterized segments of the chemical species present in the polymer matrix, and the results of Raman spectra led to the characterization of three structures (forms aromatic, radical cation and dication) that made up the chains of homo and copolymers. The data PL, EPR and Raman indicated by comparing at 298 and 77 K, that occurred at 77K further stabilization of the cation radical in the copolymers. The ionization potential parameters (I), electron affinity (A) and energy gap (Eg) were determined based on the processing of data obtained by CV and UV-Vis spectroscopy. The values of I and A demonstrated the possibility of applying the films prepared with different interfaces and copolymers 5&730;C the values Eg improved due to the greater stability of the segments radical cation. The data CV were used in the Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), in which we compared the resistive and capacitive properties of the films by open circuit potential (OCP) and potential voltage (&61544;). Results from the Bode diagram of the EIS were confirmed with the characterization by Raman spectroscopy and by scanning electron microscopy (SEM) was possible to visualize the change in morphology and thickness of the films with variations in temperature and electrolyte in the synthesis.

As propriedades ópticas e morfológicas e os processos fotofísicos em blendas de PFO-DMP:P3HT, com diferentes concentrações de P3HT (5, 10 e 20%), foram investigadas utilizando as seguintes técnicas experimentais: absorção UV-Vis, fotoluminescência, elipsometria de emissão, medida de tempo de vida de fluorescência e microscopia confocal de fluorescência. No espectro de fotoluminescência das blendas, quando as moléculas doadoras são excitadas, foi observada a emissão do PFO-DMP (doador) e do P3HT (aceitador), e também uma banda com energia intermediária à emissão de cada um dos polímeros. Essa banda de energia intermediaria foi atribuída à emissão do exciplex (por transferência de carga) formado na interface dos domínios de PFO-DMP e P3HT. Para explicar a possibilidade de formação inesperada do exciplex em uma interface do tipo I, foi proposto um modelo que considera a formação de uma barreira de potencial em uma das bandas de energia na interface doador/aceitador. Essa barreira de potencial poderia quebrar o exciton formado no lado do doador, aprisionado um dos portadores, permitindo assim a formação do exciplex. Essa barreira poderia surgir através do entortamento das bandas na interface, como é comumente observado em materiais inorgânicos. Essa hipótese do entortamento de banda é consistente com o que foi observado em trabalhos recentes que relatam esse fenômeno em interfaces orgânica/orgânica. Esse modelo é consistente com todas as medidas e análises realizadas, permitindo assim uma explicação para as mudanças dos parâmetros fotofísicos acarretados pela variação da concentração de P3HT na blenda. Além disso, a emissão total obtida, que consiste na emissão do PFO-DMP, P3HT e da banda atribuída ao exciplex, cobre toda a região espectral do visível, o que torna essas blendas candidatas a investigações de aplicação em OLEDs brancos para iluminação. Optical and morphological properties, as well as the photophysical processes in PFO-DMP:P3HT blend films, with different P3HT percentages (5, 10 and 20%), were investigated using the following techniques: UV-Vis absorption, photoluminescence, emission elipsometry, emission decay time and confocal fluorescence microscopy. The photoluminescence spectrum of the blends shows emissions of the PFO-DMP (donor) and of the P3HT (acceptor), under excitation of the donor, and an emission with energy intermediate between the energies of emission of each one of the polymers. This intermediate peak was attributed to the emission of charge transfer exciplex formed at the interface between the PFO-DMP and P3HT domains. In order to explain the possibility of the unusual formation of exciplex in a type I interface, it is proposed a model in which it is considered a potential barrier in one of the energy bands at the interface donor/acceptor. This potential barrier could break the exciton formed on the donor side by holding one of the carriers on this side, thus allowing the formation of a charge transfer exciplex at the interface. This barrier might arise from the band bending at the interface, as it is commonly observed in inorganic materials, which is consistent with the observation of band bending in organic/organic interfaces reported in several important works. This model is consistent with all the measurements and analysis, thus allows an explanation for the change of photophysical parameters with variation of the concentration of P3HT in the blend. Additionally, the total emission, comprising the emission of PFO-DMP, of P3HT, and the one attributed to the exciplex, covers the entire visible spectral region and so, this blend should be investigated with a view to its use in WOLEDs for lighting.

Polímeros semicondutores encontram atualmente diversas aplicações em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, como transistores, diodos emissores de luz e células solares fotovoltaicas. Desses materiais, um dos mais estudados é o poli (p-fenileno vinileno) (PPV), cujas propriedades de absorção e emissão de luz são muito interessantes para os dispositivos supracitados. Uma das maneiras de processar esse polímero na forma de filme fino é através da deposição e subsequente conversão do polímero precursor solúvel através de um tratamento térmico. Com a introdução, na solução do precursor, de compostos contendo o grupo sulfonato RSO3- em sua estrutura molecular, a conversão do PPV pode ser feita em temperaturas e intervalos de tempo sensivelmente menores, o que é muito interessante para a utilização deste material como camada ativa nos dispositivos. Além disso, o emprego de compostos contendo tanto o grupo sulfonato RSO3- quanto agrupamentos azo (mais especificamente, os azocorantes) na produção do PPV levou à observação de um efeito surpreendente nas propriedades de emissão do filme: a fotoluminescência (PL) apresentou uma forte intensificação (mais de dez vezes, em alguns casos) quando o filme foi irradiado com a luz linearmente polarizada fornecida por um lazer. Este trabalho foi desenvolvido com o intuito de investigar esse efeito, e desvendar as suas causas. Pelos resultados obtidos, através da análise de espectros de absorbância polarizada e de PL em função do tempo de foto-irradiação, pode-se concluir que a intensificação da emissão dos filmes de PPV está relacionada principalmente com o processo de isomerização do grupo azo na molécula do corante. Esse processo, ativado pela incidência de luz linearmente polarizada, leva a uma orientação dos momentos de dipolo da molécula do azocorante, a qual diminui a quantidade de luz absorvida pela mesma. Como essas moléculas estão embebidas na matriz polimérica de PPV, esse efeito conduz ao aumento da emissão do polímero. Semiconducting polymers are used in several applications in electronic and optoelectronic devices currently, such as transistors, light emitting diodes and photovoltaic solar cells. Of these materials, one of the most studied is poly (p-phenylene vinylene) (PPV) which properties of absorption and emission of light are very interesting for these devices. One method to handle this polymer in the form of thin film is through deposition and subsequent conversion of the soluble precursor polymer by a thermal treatment. With the introduction of SO3- group terminated compounds into the solution of the precursor, conversion to PPV can be done at considerably smaller temperatures and time intervals, which is very interesting to use this material as active layer in devices. Furthermore, the use of compounds containing both SO3- radical groups as azo (more specifically azo dyes) for the production of PPV resulted in a dramatic effect on the emission properties of the film: the photoluminescence (PL) showed a strong enhancement (more than ten times in some cases) when the film was irradiated with linearly polarized light provided by a laser. This work was developed in order to investigate this effect and to determine its causes. By analyzing the polarized absorbance and PL spectra as a function of the photo-irradiation time, it can be concluded that the increased emission of PPV films is mainly related to the process of isomerization of the azo group in the molecule of the dye. This process, which is enabled by the incidence of linearly polarized light, leads to an orientation of the dipole moments of the azo dye molecule which decreases the amount of light absorbed by it. Because these molecules are embedded in PPV polymeric matrix, this effect leads to increased emission of the polymer.

A crescente demanda energética mundial fez com que novas opções de produção de energia fossem elaboradas, e entre elas, a possibilidade de converter a energia solar em energia elétrica atrai a atenção dos pesquisadores. As células solares têm ocupado uma posição de destaque na comunidade científica, principalmente com o objetivo de aumentar a eficiência e durabilidade e diminuir o custo das tecnologias já conhecidas. Nesse contexto, os materiais orgânicos fornecem uma boa alternativa, já que a produção de dispositivos fotovoltaicos utilizando esses compostos é potencialmente mais barata que a produção de células com materiais inorgânicos. Com o objetivo de aumentar a eficiência dos dispositivos orgânicos com poli(para fenileno-vinileno) (PPV), foi utilizado um corante orgânico, solúvel em água, que estende a banda de absorção da camada ativa, propiciando a coleta de fótons com menores energias. Esse método se mostrou eficiente ao comparar uma célula produzida com e sem corante, onde a eficiência da primeira foi de três vezes maior do que a última. A inclusão do corante permitiu a produção de células solares híbridas sem o emprego de solventes orgânicos, baseadas em PPV:Corante e TiO2. A caracterização ótica de filmes finos de PPV:Corante com diferentes quantidades de nanopartículas de dióxido de titânio mostrou que a presença de TiO2 altera a fotoluminescência e os espectros Raman do polímero. O corante é adsorvido na superfície das nanopartículas e tem diminuída sua participação no processo de conversão do polímero. A mistura PPV:Corante:TiO2 foi utilizada como camada ativa em células híbridas com estrutura tipo bicamada e de heterojunção bulk. Entretanto, esses dispositivos não apresentaram uma resposta fotovoltaica satisfatória, provavelmente devido à camada ativa ser muito espessa. The increasing global energy demand led to the development of new options to produce energy, and among them, the possibility to convert solar energy into electricity attracts the attention of researchers. Solar cells have occupied a leading position in the scientific community, mainly with the aim of increasing the efficiency and durability and reduce the cost of known technologies. In this context, organic materials provides a good alternative, since the production of solar cells is potentially cheaper when using organic compounds than inorganic materials. Aiming to improve the efficiency of organic devices based on poly(phenylene vinylene) (PPV), an organic dye, soluble in water, that extends the absorption band of the active layer was used, providing the harvest of photons with low energy. When we compared solar cells made with and without the dye, this method showed its efficiency, where the first one had an efficiency three times higher than the latter. The inclusion of the dye permitted the production of solar cells without the use of organic solvents. The optical characterization of thin films of PPV:Dye with different amounts of titanium dioxide nanoparticles were performed. The presence of TiO2 alters the photoluminescence and Raman spectra of the polymer. The dye adsorbs in the nanoparticles surface and this effect shrink its participation on the polymer conversion process. The blend PPV:Dye:TiO2 was used as active layer of hybrid cells with bilayer and bulk heterojunction structures. However, these devices didn't show a satisfatory photovoltaic answer, mainly because of the high thickness of the active layer.

Para cristais líquidos termotrópicos a dependência do parâmetro de ordem orientacional com a temperatura descreve completamente as fases ordenadas do sistema. No entanto, para liotrópicos, a ordem orientacional observada macroscopicamente também depende da concentração que, alterando a geometria micelar, também altera a sua ordem de orientação. A ligação estreita entre estes dois fenômenos não é diretamente considerada pelo parâmetro de ordem orientacional habitual, e a compreensão de como a mudança da geometria micelar é ligada às anisotropias macroscopicamente observadas é uma questão desafiadora que tenha sido sujeito a um incessante debate, o qual é o tema deste trabalho. O objetivo deste trabalho é estudar a correlação entre o parâmetro de ordem orientacional e a representação geométrica das anisotropias observadas em liotrópicos. Vamos mostrar que o conceito do parâmetro de ordem e a generalização do conceito de indicatriz óptica, largamente utilizada em óptica de cristais anisotrópicos, podem ser unidos para dar uma nova representação geométrica para as anisotropias encontradas em liotrópicos. Nossa abordagem teórica será baseada nos índices de refração, obtidos de dados experimentais de uma mistura liotrópica de laurato de potássio, decanol e óxido de deutério. For thermotropic liquid crystals the dependence of the orientational order parameter on the temperature completely describes the ordered phases of the system. However, for lyotropics, the macroscopically observed orientational order is also dependent on the concentration that, changing the micellar geometry, also changes their orientational order. The close connection between these two phenomena is not directly taken into account by the usual orientational order parameter, and the comprehension of how the change of the micellar geometry is connected to the anisotropies macroscopically observed is a challenging question that has been subject to an old and incessant debate, this is the theme of this work. The aim of this thesis is study the correlation between the orientational order parameter and a geometrical representation of the anisotropies observed on lyotropic materials. We will show that the concept of order parameter and a generalization of the concept of optical indicatrix, largely used in optics anisotropic crystals, can be joined to give a new geometrical representation to the anisotropies found in these materials. Our theoretical approach will be illustrated using refractive indexes experimental data of a lyotropic mixture of potassium, decanol and deuterium oxide.

Nesta dissertação utilizamos o conceito de grupos para estudar a rotação, retratando-a por meio deste formalismo, que permite uma descrição algébrica da rotação. A teoria de grupos é o ramo da matemática direcionado _a investigar como estruturas algébricas (números, funções, vetores, etc.) se transformam frente a uma dada operação, que por sua vez é também escrita através de uma estrutura específica denominada operador. Derivamos da definição grupo, o grupo de rotação, o qual define-se como a estrutura capta as propriedades de um sistema sob rotação e o implementamos o estudo da rotação. Sob esta perspectiva, primeiramente analisamos rotações físicas, reais, intuitivas e através das quais retratamos as principais características da rotação, exemplo as regras de comutação do momento angular. O passo seguinte, cuja intenção é comumente associada aos estudo de estruturas abstratas como grupos, foi o estudo de um sistema físico ineremente abstrato, a rotação no espaço complexo, e analise dos resultados de como estas estruturas diferentes (rotação no plano euclidiano e complexo) se transformam de forma similar. This essay uses the concept of groups to study the rotation, portraying it through this formalism, which allows algebraic description of rotation. The group theory is a branch of mathematics aimed to investigate how algebraic structures (numbers, functions, vectors, etc.) transform against a given operation, on the other hand is also written through a special structure called operator. We derived of the group definition, the rotation group, which is defined as the structure that captures the properties of a system under spin and we implemented the study of the rotation. Under this perspective, first we analyzed physical rotations through which portrayed the main characteristics of rotation, exemplifying the switching of the angular momentum rules. On the following step, the purpose was commonly associated with the study of abstract structures such as groups, we studied a physical system inherently abstract, the rotation in complex space. Finally, we compared the results of different structures: rotation in the Euclidean system and in the complex space too, which transformed similarly, in other words it also have a similar algebra.

A formação de professores para o ensino de ciências tem recebido inúmeras críticas, em especial sobre o distanciamento entre as abordagens formativas e aquilo que se espera do futuro professor. No caso da formação para o anos iniciais do Ensino Fundamental, levantam-se outras questões, como a pequena ou nenhuma formação na área de conteúdos de ciências e mesmo nas metodologias de ensino de ciências. Em função disso, investiga-se quais as possíveis contribuições de uma abordagem de ensino potencialmente significativa e que integre aspectos conceituais e metodológicos na formação inicial de professores de Ciências dos anos iniciais. Para isso,uma sequência de atividades que integra aspectos conceituais e metodológicos na formação inicial de professores de ciências para os anos iniciais do Ensino Fundamental sobre o tópico “Óptica da Visão” foi desenvolvida e utilizada com futuros professores.A abordagem didática foi fundamentada na teoria da aprendizagem significativa, em especial na sua vertente crítica, nas contribuições de pesquisa em ensino de ciências, sobre as ideias prévias dos alunos sobre o tema tratado e no uso de abordagens histórico-filosóficas no ensino. O instrumento heurístico, conhecido como Diagrama V de Gowin, foi utilizado durante o processo na condição de facilitador da aprendizagem e instrumento de avaliação e coleta de dados. O objetivo foi investigar a influência deste tipo de abordagem na formação de professores, partindo do princípio de que temos que oferecer, durante a formação, aquilo que se exige do professor em exercício. Assim, os alunos teriam oportunidade de, simultaneamente, discutir aspectos ligados ao conteúdo científico, sua história, seu ensino e aprendizagem a partir de uma vivência práticana condição de aluno e de sua discussão na condição de futuro professor. O público investigado foi uma turma de alunos do 5º período do curso de Licenciatura em Pedagogia de uma faculdade privada em Foz do Iguaçu, PR, matriculados regularmente na disciplina “Fundamentos de Ciências e sua Didática I”, ministrada pelo próprio investigador.Foram utilizados um caderno de campo, questionários e o Diagrama V como instrumentos de coleta de dados. A análise qualitativa realizada com um corpus constituido dos registros de 15 alunos da turma permitiu evidenciar a relevância da abordagem para a compreensão de conceitos científicos, da metodologia utilizada, em especial acerca do Diagrama V e possíveis consequências para a futura atuação docente dos alunos envolvidos. The education of teachers for science teaching has received widespread criticism, particularly on the distance between the training and approaches what is expected of future teachers. In the case of training for the early years of elementary school, it raises other issues, such as little or no training in science content and teaching methods. Because of this, we investigate the possible contributions of a potentially meaningful teaching approach that integrates conceptual and methodological issues in the initial training of science teachers from early years. For this, a sequence of activities that integrates conceptual and methodological issues in the initial training of science teachers for the early years of elementary school on the topic "Optics of Vision" was developed and used with prospective teachers. The didactic approach was based on the theory of meaningful learning, particularly in its critical stance, the contributions of research in science education on students' previous ideas on the subject covered and the use of historical and philosophical approaches to teaching. The heuristic instrument, known as Gowin`s V Diagram, was used during the process as a facilitator of learning and assessment tool and data collection. The aim was to investigate the influence of this approach in teacher education, assuming that we have to offer, during training, what is required of practicing teachers. Thus, students have the opportunity to both discuss aspects related to scientific content, its history, its teaching and learning from practical experience in a student status and the discussion of this approach as a future teacher. The public investigated was a class of students in the 5th semester of the Pedagogy degree from a private college in Foz do Iguaçu, PR, regularly enrolled in the course "Foundations of Science and its Teaching I", taught by the investigator. We used a field diary, questionnaires and V Diagrams as instruments of data collection. The qualitative analysis performed with a corpus consisting of the records of 15 students in the class has highlighted the relevance of the approach to the understanding of scientific concepts, the methodology used, especially on the V Diagram and possible future consequences for the educational performance of students involved.

Neste trabalho nós analisamos os efeitos de confinamento em poços quânticos de Al0,18Ga0,82As/GaAs sobre a interação elétron-fônon acústico através do modelo de ajuste Pässler-p e estudamos alguns modelos teóricos de ajuste do “gap” de energia do GaAs “bulk” em função da temperatura. Inicialmente nós usamos os modelos de Viña, Pässler-p e Pässler-p para ajustar conjuntos de dados experimentais disponíveis na literatura para o “gap” de energia do GaAs “bulk” no intervalo de temperatura de 12 K a 974 K (957 K). Esses modelos de ajuste diferem basicamente na descrição de Eg(T) a baixas temperaturas, a altas todos apresentam uma dependência assintoticamente linear. Realizando vários ajustes para diferentes valores da temperatura máxima de cada intervalo (Tmáx), pudemos acompanhar a evolução dos parâmetros de ajuste até o limite de altas temperaturas (974 K/957 K). Mostramos que o valor da energia de ponto-zero do GaAs, estimado através destes modelos, contrasta com o obtido dos dados experimentais da variação do “gap” de energia com a massa isotópica e mesmo com cálculos teóricos. Além disso, os modelos de Viña, Pässler-p e Pässler-p não levam em conta os efeitos das vibrações de ponto-zero na variação do “gap” de energia com a temperatura. A insuficiência de dados experimentais do “gap” de energia do GaAs “bulk” e a grande dispersão destes dados a altas temperaturas, dificultam a visualização de um eventual comportamento não linear de Eg(T) a altas temperaturas. Esta não linearidade pode ser observada através de uma variação relativamente forte de dEg(T)/dT dos dados de Johnson et al [59] no intervalo de ~330 K a ~957 K. Em seguida estudamos o efeito de confinamento em poços quânticos com largura variável por meio da análise da dependência da energia de transição excitônica com a temperatura em poços quânticos simples de Al0,18Ga0,82As/GaAs com espessuras entre 150 Å e 750 Å. Os dados experimentais da energia de transição excitônica foram obtidos de espectros de fotoluminescência no intervalo de temperatura de 12 K a 100 K com potência de 7 mW. Pelo ajuste da dependência das transições excitônicas com a temperatura usando o modelo Pässler-p, pode-se verificar que o efeito de confinamento tende a diminuir a interação de elétrons com fônons acústicos em relação ao “bulk”. Isso ocorre devido à presença das barreiras, que afetam fortemente o comportamento excitônico tanto no poço quântico mais estreito (150 Å) como no mais largo (750 Å). A análise comparativa entre os espectros de fotoluminescência a baixas temperaturas, dos poços quânticos e do “bulk”, mostra que os níveis de energia excitônicos são fortemente afetados pelo confinamento mesmo em poços com largura maior que o diâmetro excitônico. In this work we analyzed the effects of confinement on the acoustic electron-phonon interaction in Al0,18Ga0,82As/GaAs quantum wells using an adjustment procedure based on the Pässler-p model and we performed a comparison of some theoretical models used to adjust the dependence on temperature of the fundamental energy gap of GaAs bulk. Initially we used the theoretical models of Viña, Pässler-p and Pässler- to adjust several sets of experimental data, available in the literature for the energy gap of GaAs bulk, in the temperature range of 12 K to 974 K (957 K). These theoretical models differ basically in the description of Eg(T) in the limit of low temperatures, in the limit of high temperatures, all models present an asymptotic linear dependence. Performing several adjustments for different values of the upper limit of analyzed temperature range (Tmax), we were able to follow the evolution of the fitting parameters up to the limit of high temperatures (974 K/957 K) in a systematic way. We showed that the value of the zero-point energy of GaAs, obtained from the different models, contrasts with that obtained by the dependence energy gap on isotope mass, as well as on theoretical calculations. Moreover, the theoretical models of Viña, Pässler-p and Pässler- don't take into account the effects of the zero-point vibrations in the dependence of the energy gap with the temperature. The lack of experimental data of fundamental energy gap of GaAs bulk and the great dispersion of these data at high temperatures hinder the observation of an eventual non-linear behavior of Eg(T) at high temperatures. This non-linear behavior can be observed through a relatively strong variation of dEg(T)/dT of Johnson's et al data [59] in the range of ~ 330 K to ~ 957 K. Afterwards we studied the effect of confinement on the acoustic electron-phonon interaction in Al0,18Ga0,82As/GaAs quantum wells, using the Pässler-p model to describe the temperature dependence of the exciton-recombination energy, Eexc(T) on a series of samples with different well-width thickness in the range from 150 Å up to 750 Å. The experimental data of the Eexc(T) were obtained from photoluminescence spectra in the temperature range of 12 K to 100 K with excitation power of 7 mW. Based on the behavior of the adjustment parameter, related to the strength of the electron-phonon interaction, as a function of the well-width thickness, we verified that effects of confinement on the exciton-recombination energy tends to reduce acoustic electron-phonon interaction in comparison to GaAs bulk. This phenomenon takes place due to the presence of the barriers, which strongly affect the behavior of exciton in the narrower (150 Å) quantum well, as well as in the much larger (750 Å) well. We showed, through the comparison of the photoluminescence spectra in the range of low temperatures, that confinement effects are presents in quantum wells with well-width thickness much larger than the exciton diameter.

O tema central deste trabalho é um estudo sobre as alterações estruturais e morfológicas observadas nos eletrodos de baterias descartada de telefone celular dos tipos níquel-hidreto metálico (Ni-HM) e íon-lítio, em função do estado de carga das baterias. Medidas de difração de raios-X seguidas do refinamento pelo método Rietveld mostraram que o catodo da bateria de Ni-HM no estado carregado é formado pelo composto β-NiOOH e pelo composto β-Ni(OH)2 quando no estado descarregado, ambos de estrutura hexagonal. Foi observada ainda a presença do composto K9Ni2O7 em todos os catodos estudados. O anodo destas baterias é formado pela liga LaNi5 de estrutura hexagonal e foi observada a presença do composto La(OH)3. Micrografias MEV revelaram grãos lisos para o catodo carregado e grão corrugados para o catodo descarregado. As análises de raios-X mostraram que os catodos das baterias de íon-lítio estudadas são formados pelo óxido de cobalto litiado. Observou-se que o catodo descarregado de baterias novas (alta capacidade de carga) tem a composição Li1CoO2 e estrutura cristalina hexagonal (Fase I), enquanto que o catodo carregado tem a composição Li0,5CoO2 e estrutura monoclínica (Fase III). Observou-se que catodo descarregado das baterias descartadas estudadas é formado pela coexistência da Fase I e uma fase hexagonal modificada, identificada por um aumento no parâmetro de rede c (Fase II). Já no estado carregado o catodo da bateria descartada é encontrado na Fase II única. Estes resultados junto com curvas de descarga destas baterias indicam que com a contínua ciclagem das baterias, os catodos vão irreversivelmente alterando suas estruturas cristalinas entre os estados carregado e descarregado. Verificou-se que o anodo é formado por grafite cristalino de estrutura hexagonal. A micrografia da superfície dos catodos descarregados da bateria descartada mostrou a formação de uma película sobre ela, o que não foi observado nos catodos das baterias novas. As micrografias MEV do anodo da bateria descartada mostraram grãos fragmentados enquanto que no da bateria nova observou-se grãos cristalinos planos e íntegros. Difratogramas de raios-X destes últimos anodos confirmam a formação de grãos bem cristalizados. The main subject of this work is a study on structural and morphologic changes in electrodes of discarded nickel hydride and lithium-ion cell phone batteries, as function of their state of charge. X-ray diffraction measurements followed by the Rietveld refinement method showed that the charged cathodes of the Ni-MH batteries are composed by the β-NiOOH compound and by the compound β-Ni(OH)2 when in the discharged state, both having a hexagonal structure. It was also observed the presence of the K9Ni2O7 compound in all analysed cathodes. The anode of these batteries is composed by the LaNi5 allow with hexagonal structure and the presence of La(OH)3 compound was revelled in this electrode. MEV micrographies evinced smooth grains for the charged cathode and corrugated grains for the discharged cathode. X-ray analysis showed that the cathodes of the lithium-ion batteries are composed by lithium cobalt dioxide. For fresh ion-lithium batteries (high charge capacity) the discharged cathode has the composition Li1.0CoO2 and a hexagonal crystalline structure (Phase I), while a monoclinic structure and the Li0.5CoO2 composition were deduced for the charged cathode (Phase III). For the discarded batteries the coexistence of two phases was observed in the discharged cathodes, composed by the phase I and a modified hexagonal phase (Phase II), distinguished from phase I by an increased c lattice parameter. When charged these cathodes presented the single Phase II. These results together with electrochemical discharge curves show that under continuous cycling the cathode crystalline structure changes irreversibly between the charged and discharged states. The anode of these batteries was identified by X-ray analysis as hexagonal crystalline graphite. MEV micrographies in the cathodes of discarded ion-lithium batteries showed a coating covering its surface that was not observed in the cathodes of fresh batteries. Scraped grains were observed in the MEV micrographies of the discarded battery anodes whereas plane and very defined grains were view in the micrographies for the fresh battery anodes. For these latter anodes X-ray diffractograms confirmed the formation of well crystallized graphite grains.