Study and characterization of the ZnPc:C60/MoOx interface in organic solar cells by means of photoelectron spectroscopy

Dissertation to obtain the academic degree of Master in materials engineering submitted to the Faculty of science and engineering of Universidade Nova de Lisboa

Development of paper transistor with memory effect

This work will discuss the use of different paper membranes as both the substrate and dielectric for field-effect memory transistors. Three different nanofibrillated cellulose membranes (NFC) were used as the dielectric layer of the memory transistors (NFC), one with no additives, one with an added polymer PAE and one with added HCl. Gallium indium zinc oxide (GIZO) was used as the device’s semiconductor and gallium aluminium zinc oxide (GAZO) was used as the gate electrode. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was used to access the water content of the paper membranes before and after vacuum. It was found that the devices recovered their water too quickly for a difference to be noticeable in FTIR. The transistor’s electrical performance tests yielded a maximum ION/IOFF ratio of around 3,52x105 and a maximum subthreshold swing of 0,804 V/decade. The retention time of the dielectric charge that grants the transistor its memory capabilities was accessed by the measurement of the drain current periodically during 144 days. During this period the mean drain current did not lower, leaving the retention time of the device indeterminate. These results were compared with similar devices revealing these devices to be at the top tier of the state-of-the-art.

Nanomateriais manufaturados : avaliação de segurança através da caracterização dos seus efeitos genéticos

RESUMO - Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas como a dimensão, área superficial ou funcionalização, que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente, a tecnologia baseada nos NMs, ou nanotecnologia, foi identificada como uma key enabling technology, impulsionadora do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Contudo, a expansão da utilização de NMs contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo considerados como um risco emergente para a saúde pública. As incertezas sobre a segurança dos NMs para a saúde pública advêm sobretudo de estudos epidemiológicos em humanos expostos a nanomateriais produzidos como consequência dos processos e atividades humanas e da poluição. Uma das principais preocupações relativamente aos efeitos adversos dos NMs na saúde humana é o seu potencial efeito carcinogénico, que é sugerido por alguns estudos experimentais, como no caso dos nanomateriais de dióxido de titânio ou dos nanotubos de carbono. Para avaliar em curto termo as propriedades carcinogénicas de um composto, utilizam-se frequentemente ensaios de genotoxicidade em linhas celulares de mamífero ou ensaios em modelos animais, em que se analisa uma variedade de lesões genéticas potencialmente relacionados com o processo de carcinogénese. No entanto, a investigação sobre as propriedades genotóxicas dos NMs não foi, até hoje, conclusiva. O presente estudo tem por objectivo principal caracterizar os efeitos genotóxicos associados à exposição a nanomateriais manufaturados, de forma a contribuir para a avaliação da sua segurança. Constituíram objectivos específicos deste estudo: i) avaliar a genotoxicidade dos NMs em três tipos de células humanas expostas in vitro: linfócitos humanos primários, linha celular de epitélio brônquico humano (BEAS-2B) e linha celular de adenocarcinoma epitelial de pulmão humano (A549); ii) avaliar a sua genotoxicidade num modelo de ratinho transgénico; iii) investigar alguns mecanismos de acção que poderão contribuir para a genotoxicidade dos nanomateriais, como a contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade induzida pelos NMs in vitro, e a investigação da sua bioacumulação e localização celular in vivo. Foram analisados os efeitos genotóxicos associados à exposição a duas classes de NMs, dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla, bem como a um NM de óxido de zinco, candidato a ser utlilizado como controlo positivo de dimensão nanométrica. Os xx NMs utilizados foram previamente caracterizados com detalhe relativamente às suas características físico-químicas e também relativamente à sua dispersão em meio aquoso e no meio de cultura. A metodologia incluiu ensaios de citotoxicidade e de genotoxicidade in vitro, designadamente, ensaios de quebras no DNA (ensaio do cometa) e nos cromossomas (ensaio do micronúcleo) em células humanas expostas a várias concentrações de NMs, por comparação com células não expostas. Também foram realizados ensaios in vivo de quebras no DNA, quebras cromossómicas e ainda um ensaio de mutações em vários órgãos de grupos de ratinhos transgénicos LacZ, expostos por via intravenosa a duas doses de dióxido de titânio. Foi investigada a existência de uma relação dose-resposta após exposição das células humanas ou dos animais a NMs. A contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade após exposição das células aos NMs in vitro foi explorada através do ensaio do cometa modificado com enzima. Realizaram-se estudos histológicos e citológicos para deteção e localização celular dos NMs nos órgãos-alvo dos ratinhos expostos in vivo. Os resultados demonstraram efeitos genotóxicos em alguns dos NMs analisados em células humanas. No entanto, os efeitos genotóxicos, quando positivos, foram em níveis reduzidos, ainda que superiores aos valores dos controlos, e a sua reprodutibilidade era dependente do sistema experimental utilizado. Para outros NMs, a evidência de genotoxicidade revelou-se equívoca, conduzindo à necessidade de esclarecimento através de ensaios in vivo. Para esse fim, recorreu-se a uma análise integrada de múltiplos parâmetros num modelo animal, o ratinho transgénico baseado em plasmídeo contendo o gene LacZ exposto a um NM de dióxido de titânio, NM-102. Embora tenha sido demonstrada a exposição e a acumulação do NM no fígado, não se observaram efeitos genotóxicos nem no fígado, nem no baço nem no sangue dos ratinhos expostos a esse NM. Neste estudo concluiu-se que algumas formas de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla produzem efeitos genotóxicos em células humanas, contribuindo para o conjunto de evidências sobre o efeito genotóxico desses NMs. As diferenças observadas relativamente à genotoxicidade entre NMs do mesmo tipo, mas distintos em algumas das suas características físico-quimicas, aparentemente não são negligenciáveis, pelo que os resultados obtidos para um NM não devem ser generalizados ao grupo correspondente. Para além disso, a genotoxicidade equívoca verificada para o NM-102 em células humanas expostas in vitro, não foi confirmada no modelo in vivo, pelo que o valor preditivo da utilização dos ensaios in vitro para a identificação de NMs com efeitos genotóxicos (e portanto potencialmente carcinogénicos) ainda tem de ser esclarecido antes de ser possível extrapolar as conclusões para a saúde humana. Por sua vez, como a informação aqui produzida pelas metodologias in vitro e in vivo não reflete os efeitos de exposição continua ou prolongada, que poderá conduzir a efeitos genotóxicos distintos, esta xxi deverá ser complementada com outras linhas de evidência relativamente à segurança dos NMs. Perante a incerteza dos níveis de exposição real do organismo humano e do ambiente, a segurança da utilização dos NMs não pode ser garantida a longo prazo e, tendo em conta a elevada produção e utilização destes NMs, são prementes futuros estudos de monitorização ambiental e humana.

Preparo de filmes-suporte para microscópio eletrônico

Working with low voltage microscope (R.C.A., EMC-2, of 30KV.) the authors verified that parlodion and Formvar films are quickly destroyed by intense heating under the electron beam. They have tried to employ oxide films, as Al2O3 and SiO, more resistant to heat. Al2O3 films are prepared by anodic oxidation of thin aluminium sheets, under 8 to 10 volts in a 3% ammonium citrate solution and subsequent aluminium dissolution in a O.25% HgCl2 solution. These films are very suitable when prepared with highly pure aluminium of extremely homogeneous surface. Best results were obtained with SiO films, evaporated in high vacuum over Parlodion films mounted on metallic grids. Employing 1 or 1.5 mg of SiOm highly homogeneous and resistant films are obtained, having little inferior transparence than the Parlodion ones. Pure SiO films (1.5 mg) are obtained by elimination of the Parlodion under slow heating until 250°C; they are greatly transparent but little resistant to water, thus beeing indicated in dry preparations. For particles which deposite in a chain-like form around thin fibers, the authors employ the mounting on Parlodion fibers, obtained by heating Parlodion films on microscope grids about 190°C.

Estudi de la reductibilitat de catalitzadors basats en cobalt i el seu comportament en la reacció de desplaçament de gas d'aigua de CO

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la universitat d'Udine, Itàlia, entre setembre i desembre del 2006.S'han caracteritzat mitjançant la reducció a temperatura programada i tests catalítics catalitzadors en pols basats en cobalt i supostats en òxid de zinc i monòlits ceràmics funcionaliltzats també amb cobalt i òxid de zinc. L'addició de promotors (manganès, crom i ferro ) als catalitzadors en pols, preparats per impregnació i precipitació, no afecta significativament ni la temperatura a la qual té lloc la reducció ni al percentatge global de reducció. En els cicles de reducció-oxidació sí que s'observen diferències entre el primer perfil de reducció i els següents, especialment en el cas de la mostra que té ferro com a promotor, on les diferències s'accentuen en cicles successius (fins al quart). S'ha evaluat l'activitat d'aquests catalitzadors en la reacció de desplaçament de gas d'aigua, obtenint uns resultats satisfactoris. Finalment s'han realitzat reduccions a temperatura programada i tests catalítics en la reacció de desplaçament de gas d'aigua amb monòlits funcionalitzats amb cobalt i òxid de zinc (en cap d'ells s'ha introduït promotors). El nivell de conversió assolit és menor que en el cas de catalitzadors en pols, fet que s'associa a la geometria d'aquests sistemes catalítics, però la relació CH4/CO2 és més favorable que en els catalitzadors en pols, el que els converteix en sistemes molt selectius.

Fingermark detection based on the in situ growth of luminescent nanoparticles: towards a new generation of multimetal deposition

The in situ deposition of zinc oxide on gold nanoparticles in aqueous solution has been here successfully applied in the field of fingermark detection on various non-porous surfaces. In this article, we present the improvement of the multimetal deposition, an existing technique limited up to now to non-luminescent results, by obtaining luminescent fingermarks with very good contrast and details. This is seen as a major improvement in the field in terms of selectivity and sensitivity of detection, especially on black surfaces.

Size-dependent recombination dynamics in ZnO nanowires.

A deep understanding of the recombination dynamics of ZnO nanowires NWs is a natural step for a precise design of on-demand nanostructures based on this material system. In this work we investigate the influence of finite-size on the recombination dynamics of the neutral bound exciton around 3.365 eV for ZnO NWs with different diameters. We demonstrate that the lifetime of this excitonic transition decreases with increasing the surface-to-volume ratio due to a surface induced recombination process. Furthermore, we have observed two broad transitions around 3.341 and 3.314 eV, which were identified as surface states by studying the dependence of their life time and intensitiy with the NWs dimensions.

Histopathological evaluation of root canal filling materials for primary teeth

This study aimed to assess the response of apical and periapical tissues of dogs¿ teeth after root canal filling with different materials. Forty roots from dogs¿ premolars were prepared biomechanically and assigned to 4 groups filled with: Group I: commercial calcium hydroxide and polyethylene glycol-based paste (Calen®) thickened with zinc oxide; Group II: paste composed of iodoform, Rifocort® and camphorated amonochlorophenol; Group III: zinc oxide-eugenol cement; Group IV: sterile saline. After 30 days, the samples were subjected to histological processing. The histopathological findings revealed that in Groups I and IV the apical and periapical regions exhibited normal appearance, with large number of fibers and cells and no resorption of mineralized tissues. In Group II, mild inflammatory infiltrate and mild edema were observed, with discrete fibrogenesis and bone resorption. Group III showed altered periapical region and thickened periodontal ligament with presence of inflammatory cells and edema. It may be concluded that the Calen paste thickened with zinc oxide yielded the best tissue response, being the most indicated material for root canal filling of primary teeth with pulp vitality.

Spatial mapping of exciton lifetimes in single ZnO nanowires

We investigate the spatial dependence of the exciton lifetimes in single ZnO nanowires. We have found that the free exciton and bound exciton lifetimes exhibit a maximum at the center of nanowires, while they decrease by 30% towards the tips. This dependence is explained by considering the cavity-like properties of the nanowires in combination with the Purcell effect. We show that the lifetime of the bound-excitons scales with the localization energy to the power of 3/2, which validates the model of Rashba and Gurgenishvili at the nanoscale.

ZnO nanorods for efficient third harmonic UV generation.

ZnO nanorods grown by both high temperature vapour phase transport and low temperature chemical bath deposition are very promising sources for UV third harmonic generation. Material grown by both methods show comparable efficiencies, in both cases an order of magnitude higher than surface third harmonic generation at the quartz-air interface of a bare quartz substrate. This result is in stark contrast to the linear optical properties of ZnO nanorods grown by these two methods, which show vastly different PL efficiencies. The third harmonic generated signal is analysed using intensity dependent measurements and interferometric frequency resolved optical gating, allowing extraction of the laser pulse parameters. The comparable levels of efficiency of ZnO grown by these very different methods as sources for third harmonic UV generation provides a broad suite of possible growth methods to suit various substrates, coverage and scalability requirements. Potential application areas range from interferometric frequency resolved optical gating characterization of few cycle fs pulses to single cell UV irradiation for biophysical studies.

Spatial mapping of exciton lifetimes in single ZnO nanowires

We investigate the spatial dependence of the exciton lifetimes in single ZnO nanowires. We have found that the free exciton and bound exciton lifetimes exhibit a maximum at the center of nanowires, while they decrease by 30% towards the tips. This dependence is explained by considering the cavity-like properties of the nanowires in combination with the Purcell effect. We show that the lifetime of the bound-excitons scales with the localization energy to the power of 3/2, which validates the model of Rashba and Gurgenishvili at the nanoscale.

Recombination dynamics in ZnO nanowires: Surfaces states versus mode quality factor

In this work, we investigate the influence of finite size on the recombinations dynamics of ZnO nanowires. We demonstrate that diameter as well as lenght of nanowires determine the lifetime of the neutral donor bound excitons. Our findings suggest that while the length is mainly responsible for different mode quality factors of the cavity-like nanowires, the diameter determines the influence of surface states as alternative recombinations channels for the optical modes trapped in the nanocavity. In addition, comparing nanowires grown using different catalyst we show that the surfaces states strongly depend on each precursor characteristics.

Catálise eletroquímica da redução do bromato em superfícies modificadas por filmes de molibdênio

In this paper some studies concerning the electroreduction of Mo(VI) in sulphuric acid solutions are described. We have shown that at suitable experimental conditions very stable molybdenum oxide films can be electrochemically deposited at glassy carbon electrodes, the reduction of bromate occurring at less negative potentials on the modified surface. Coulometric experiments have shown that bromide is not the only product of the catalytic bromate reduction by the molybdenum film and species like BrO2 may have part in this process. Based on chronoamperometric curves recorded at -0.60 V, analytical curves have been obtained for the reduction of bromate in the 0.1 - 0.8 mM range, a limit of detection of 20 µM for bromate being determined.

Filmes de óxidos anódicos de nióbio: efeito eletrocrômico e cinética da reação de eletro-intercalação

The aim of this work is to study the electrochromism and the reaction kinetics of lithium electrointercalation in anodic niobium oxide films. The oxide grown in an acid environment by application of an alternating potential shows interference colour (iridescence) and when reduced in lithium perclorate/PC solution, the intercalation of Li+ ions and electrons causes a reversible colour change (electrochromism), characterized here by electrochemical and optical measurements. A model where the reaction kinetics is dominated by diffusion of ionic pairs (Li+, e-) in the oxide film permitted the reproduction of current and absorbance temporal dependence, confirming the relationship between the electrochromic and electrochemical reactions. From the results obtained, a relation was established where the colour change is associated to the reduction of Nb+5 to Nb+4 ions with simultaneous cations injection.

Dióxido de titânio sol-gel: propriedades e comportamento eletrocrômico

Titanium dioxide was prepared by hydrolysis and polycondensation of titanium tetraisopropoxide. TiO2 films were obtained by spin coating of the precursor solution on ITO substractes (glass covered with indium doped tin oxide). Films were prepared using different temperatures and hydrochloric acid contents. The effect of the drying temperature of the films (100 or 400ºC) was also investigated. TiO2 films were characterized by cyclic voltammetry, chronoamperometry, ultraviolete-visible spectroscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffractrometry.