Comparative analysis between experimental characterization results and numerical fdtd modeling of self-assembled photonic crystals

This paper presents a comparative analysis between the experimental characterization and the numerical simulation results for a three-dimensional FCC photonic crystal (PhC) based on a self-assembly synthesis of monodispersive latex spheres. Specifically, experimental optical characterization, by means of reflectance measurements under variable angles over the lattice plane family [1,1, 1], are compared to theoretical calculations based on the Finite Di®erence Time Domain (FDTD) method, in order to investigate the correlation between theoretical predictions and experimental data. The goal is to highlight the influence of crystal defects on the achieved performance.

Structural refinement and photoluminescence properties of cube-like (Ca 1-xCu x)TiO 3 crystals synthesized by the microwave-hydrothermal method

In this work, (Ca 1-xCu x)TiO 3 crystals with (x = 0, 0.01 and 0.02), labeled as CTO, CCTO1 and CCTO2, were synthesized by the microwave-hydrothermal method at 140°C for 32 min. XRD patterns (Fig. 1), Rietveld refinement and FT-Raman spectroscopy indicated that these crystals present orthorhombic structure Pbnm. Micro-Raman and XANES spectra suggested that the substitution of Ca by Cu in A-site promoted a displacement of the [TiO6]-[TiO6] clusters adjacent from its symmetric center, which leads distortions on the [CaO 12] clusters neighboring and consequently cause the strains into the CaTiO3 lattice. FE-SEM images showed that these crystals have an irregular shape as cube like probably indicating an Ostwald-ripening and self-assemble as dominant mechanisms to crystals growth. The powders presented an intense PL blue-emission.

Electrogravimetric Analysis by Quartz-Crystal Microbalance on the Consumption of the Neurotransmitter Acetylcholine by Acetylcholinesterase

Electrogravimetric analysis was performed on the consumption of the neurotransmitter Acetylcholine (ACh) by Acetylcholinesterase (AChE) in situ and in real time. Michaelis-Menten assumption was achieved by using an enzyme micro-reactor in which the total enzyme was anchored in a quartz crystal microbalance chip (QCM-chip) with a strategically engineered self-assembled monolayer (SAM) of alkanethiols, which can prevent diffusion-controlled or spatially restricted kinetics. The real-time frequency changes indicated the rate of the products formation from enzymatic reaction. The QCM-chip was tested showing that it could demonstrate AChE inhibition by physostigmine. © 2013 Copyright Taylor and Francis Group, LLC.

Structural refinement, growth mechanism, infrared/Raman spectroscopies and photoluminescence properties of PbMoO4 crystals

Lead molybdate (PbMoO4) crystals were synthesized by the co-precipitation method at room temperature and then processed in a conventional hydrothermal (CH) system at low temperature (70 °C for different times). These crystals were structurally characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, micro-Raman (MR) and Fourier transformed infrared (FT-IR) spectroscopies. Field emission scanning electron microscopy images were employed to observe the shape and monitor the crystal growth process. The optical properties were investigated by ultraviolet-visible (UV-Vis) absorption and photoluminescence (PL) measurements. XRD patterns and MR spectra indicate that these crystals have a scheelite-type tetragonal structure. Rietveld refinement data possibilities the evaluation of distortions in the tetrahedral [MoO 4] clusters. MR and FT-IR spectra exhibited a high mode ν1(Ag) ascribed to symmetric stretching vibrations as well as a large absorption band with two modes ν3(Eu and Au) related to anti-symmetric stretching vibrations in [MoO 4] clusters. Growth mechanisms were proposed to explain the stages involved for the formation of octahedron-like PbMoO4 crystals. UV-Vis absorption spectra indicate a reduction in optical band gap with an increase in the CH processing time. PL properties of PbMoO4 crystals have been elucidated using a model based on distortions of tetrahedral [MoO4] clusters due to medium-range intrinsic defects and intermediary energy levels (deep and shallow holes) within the band gap. © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Direct in situ observation of the electron-driven synthesis of Ag filaments on α-Ag2 WO4 crystals

In this letter, we report, for the first time, the real-time in situ nucleation and growth of Ag filaments on α-Ag2 WO4 crystals driven by an accelerated electron beam from an electronic microscope under high vacuum. We employed several techniques to characterise the material in depth. By using these techniques combined with first-principles modelling based on density functional theory, a mechanism for the Ag filament formation followed by a subsequent growth process from the nano-to micro-scale was proposed. In general, we have shown that an accelerated electron beam from an electronic microscope under high vacuum enables in situ visualisation of Ag filaments with subnanometer resolution and offers great potential for addressing many fundamental issues in materials science, chemistry, physics and other fields of science.

Synthesis, structural characterization and photophysical properties of highly photoluminescent crystals of Eu(III), Tb(III) and Dy(III) with 2,5-thiophenedicarboxylate

Lanthanide compounds of general formula [Ln2(2,5-tdc) 3(dmf)2(H2O)2] ·2dmf·H2O (Ln = Eu(III) (1), Tb(III) (2), Gd(III) (3) and Dy(III) (4), dmf = N,N′-dimethylformamide and 2,5-tdc2- = 2,5-thiophedicarboxylate anion) were synthesized and characterized by elemental analysis, X-ray powder diffraction patterns, thermogravimetric analysis and infrared spectroscopy. Phosphorescence data of Gd(III) complex showed that the triplet states (T1) of 2,5-tdc2- ligand have higher energy than the main emitting states of Eu(III), Tb(III) and Dy(III), indicating that 2,5-tdc2- ligand can act as intramolecular energy donor for these metal ions. An energy level diagram was used to establish the most relevant channels involved in the ligand-to-metal energy transfer. The high value of experimental intensity parameter Ω2 for the Eu(III) complex indicate that the europium ion is in a highly polarizable chemical environment. The emission quantum efficiency (η) of the 5D0 emitting level of Eu(III) was also determined. The complexes act as possible light conversion molecular devices (LCMDs). © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Rietveld refinement, morphology and optical properties of (Ba 1-xSrx)MoO4 crystals

In this article, the structural refinement, morphology and optical properties of barium strontium molybdate [(Ba1-x Sr x )MoO4 with x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 and 1] crystals, synthesized by the co-precipitation (drop-by-drop) method, are reported. The crystals obtained were structurally characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, and Fourier transform-Raman (FT-Raman) and Fourier transform-infrared (FT-IR) spectroscopies. The shapes of the crystals were observed by means of field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The optical properties were investigated using ultraviolet-visible (UV-Vis) absorption spectroscopy and photoluminescence (PL) measurements. XRD patterns, Rietveld refinement, and FT-Raman and FT-IR spectra showed that all of the crystals are monophasic with a scheelite-type tetragonal structure. The refined lattice parameters and atomic positions were employed to model the [BaO8], [SrO8] and [MoO4] clusters in the tetragonal lattices. The FE-SEM images indicate that increased x content produces a decrease in the crystal size and modifications in the crystal shape. UV-Vis spectra indicated a decrease in the optical band gap with an increase in x in the (Ba1-x Sr x )MoO4 crystals. Finally, a decrease in the intensity of PL emission is apparent with an increase in x up to 0.75 in the (Ba1-x Sr x )MoO4 crystal lattice when excited by a wavelength of 350nm, probably associated with the degree of structural order-disorder. © 2013 International Union of Crystallography Printed in Singapore - all rights reserved.

As formações ferríferas bandadas de Piumhi: geologia, petrografia e caracterização tecnológica

Pós-graduação em Geologia Regional - IGCE

O Refinamento de Rietveld como um método para o controle de qualidade de minérios de ferro

O método de Rietveld é uma técnica robusta para a análise quantitativa de fases minerais, através da difração de raios x. A quantificação de minérios de ferro com duas ou mais fases é possível de ser realizada em uma pequena fração de tempo. Esse trabalho apresenta os princípios básicos para a preparação e quantificação de misturas de hematita, magnetita, goethita e quartzo, como constituintes principais de minérios de ferro. Métodos de preparação de amostras especiais são necessários devido a diferenças de variedades de hematita. Diferentes parâmetros de preparação de amostras têm de ser avaliados antes da análise quantitativa. Recomenda-se o preenchimento da amostra, nos porta-amostras, através do método "side loading" ou "back loading". O tempo de moagem depende da variedade de hematita e deve variar entre 4 e 12 minutos. Uma quantificação com misturas de três fases foi realizada e revelou bons resultados, com valores máximos de desvio-padrão relativo de 3%.

Reaproveitamento de lama vermelha na obtenção de compostos do tipo hidrotalcita do sistema (Zn-Ni-Cu/Fe-Al)-SO4

Compostos do tipo hidrotalcita, também conhecidos como hidróxidos duplos lamelares (HDLs), do sistema (Zn-Ni-Cu/Fe-Al)-SO₄ foram obtidos por meio de co-precipitação a pH variável (crescente) utilizando lama vermelha (LV) como material de partida devido a sua elevada porcentagem de Fe³⁺ e Al³⁺. Para tal estudo, a LV, previamente caracterizada por FRX e DRX, foi submetida à abertura ácida com HCl_conc. e H₂SO₄ 2N. Para os HDLs obtidos, foram avaliados a influência do tipo de cátion bivalente, da variação do pH de síntese (pH 5, 7, 8, 9, 10 e 12) e da variação de razão molar teórica r = M^II/M^III (2, 3 e 4) na sua estrutura cristalina mediante as seguintes técnicas de caracterização: DRX, FT-IR, MEV/EDS, TG/ATD. Os resultados FRX revelaram que a LV é composta principalmente por Fe₂O₃ (32,80%), Al₂O₃ (19,83%), SiO₂ (18,14%) e Na₂O (11,55%). DRX corrobora os resultados da análise química, visto que foram identificados os minerais: hematita, goethita, gibbsita, sodalita, calcita, anatásio e quartzo. Zn-HDLs mostraram que a o aumento de pH de síntese colabora para um melhor ordenamento cristalino do material, uma vez que os picos se tornam melhor definidos, culminando com a melhor condição experimental em pH 9 e r = 3, cujo HDL foi identificado como o mineral natroglaucocerinita (d~11 Ǻ). Nesses valores de pH, a incorporação de SO₄^2- no espaçamento interlamelar foi favorecida apesar da competição com o CO₂ presente no ar atmosférico no momento da síntese. FT-IR também indica a presença do sulfato. As análises por MEV revelam a presença de cristais muito finos e pequenos, > 2μm, de forma hexagonal que pela análise via EDS indicaram, em sua composição, os elementos Na, Zn, Fe, Al, S, C e O. TG/ATD evidenciaram quatro etapas de perda de massa: desidratação, desidroxilação, desoxidenação e dessulfatação, para os HDLs com melhor ordenamento cristalino. Para os materiais menos cristalinos, as duas primeiras etapas ocorrem simultaneamente. Ni-HDLs apresentaram três picos com posições próximas às do mineral carrboydita a partir de pH igual a 7. No entanto, a partir de pH 9, surge hematita como uma fase acessória. Também há disputa entre os ânions SO₄^2- e CO₃^2- no espaço interlamelar, visto que os valores de espaçamento basal d diminuem (de aproximadamente 9,5 até 7,8 Ǻ). Tal fato também foi observado pelo FT-IR. As análises por MEV mostraram aglomerados de minerais anédricos menores que 2μm que, via EDS indicaram composição Ni, Fe, Al, S, C e O. As análises de TG/ATD apresentaram o mesmo comportamento do sistema anterior, evidenciaram as etapas de desidratação, desidroxilação, desoxigenação e dessulfatação e, para os materiais menos cristalinos, as duas primeiras etapas também ocorrem simultaneamente. Cu-HDLs, em valores de pH entre 7 e 10, não cristalizaram a fase HDL tal qual verificada para os sistemas contendo zinco ou níquel. O cobre distorce a estrutura do octaedro causando o chamado Efeito Jahn-Teller: distorção tetraédrica no ambiente octaédrico. As análises por FT-IR apresentaram o mesmo comportamento dos sistemas anteriores, apesar de o material se apresentar amorfo via DRX. O MEV também revela aglomerados amorfos que, de acordo com o EDS, indicaram em sua composição os elementos Cu, Fe, Al, S, C e O. As análises de TG/ATD apresentaram o mesmo comportamento que os materiais menos cristalinos dos dois sistemas anteriores, para os quais as etapas de desidratação e desidroxilação ocorreram simultaneamente. Mt-HDLs (mistura de Zn²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺), apresentaram comportamento semelhante aos HDLs de níquel, com quatro picos em posições próximas aos da carrboydita a partir de pH igual a 7. A disputa entre sulfato e carbonato também se repete, visto que os valores de espaçamento basal d diminuem (de aproximadamente 9,5 até 7,9 Ǻ), o que também pode ser notado nos espectros de FT-IR. O MEV dessas amostras também apresentaram aglomerados com tamanhos menores que 2μm e, via EDS, indicaram em sua composição os elementos Zn, Cu, Ni, Fe, Al, S, C e O. Aqui também o comportamento das curvas TG/ATD foi semelhante aos materiais pouco cristalinos obtidos anteriormente.

The mineralizing fluid in the Piaba gold deposit, São Luís cratonic fragment (NW-Maranhão, Brazil) based on fluid inclusion studies in quartz veins

O depósito aurífero de Piaba tornou-se a primeira mina em operação no fragmento cratônico São Luís, noroeste do Maranhão. Seu ambiente geológico compreende rochas metavulcanossedimentares do Grupo Aurizona e granitoides da Suíte Tromaí, entre outras unidades menores, formadas em ambiente de arcos de ilhas entre 2240 e 2150 Ma, juntamente com outras unidades menores. A mineralização é caracterizada por uma trama stockwork de veios e vênulas de quartzo com seus halos de alteração (clorita + muscovita + carbonato + pirita + calcopirita e ouro) hospedada em um granodiorito granofírico fino (Granófiro Piaba) e em rocha subvulcânica andesítica do Grupo Aurizona. O corpo mineralizado é espacialmente limitado à zona de cisalhamento ENE-WSW rúptil-dúctil (Falha Piaba). Estudos petrográficos, microtermométricos e por espectroscopia microRaman no quartzo definiram inclusões aquo-carbônicas bifásicas e trifásicas, produzidas por aprisionamento heterogêneo durante separação de fases, e fluidos aquosos tardios. A solução mineralizadora corresponde a um fluido aquo-carbônico composto por CO₂ (5 - 24 mol%, densidade de 0,96 - 0,99 g/cm³), H₂O (74 - 93 mol%), N₂ (< 1 mol%), CH₄ (<1mol%) e 5,5 % em peso NaCl equivalente. O minério depositou a 267 - 302ºC e 1,25 - 2,08 kbar, correspondendo a profundidades de 4 a 7 km, em consonância com o regime estrutural. A composição e o intervalo de P-T do fluido mineralizador, combinados com o caráter redutor (log ƒ_O2 -31,3 a -34,3) e a sulfetação da rocha hospedeira, sugerem que o ouro foi transportado como um complexo sulfetado. O minério foi depositado em consequência da separação de fase, redução da atividade de enxofre e da ƒO₂ pela interação fluido-rocha.

Mineralogia dos greisens da área Grota Rica, Plúton Água Boa, Pitinga, Amazonas

O topázio-álcali-feldspato-granito, fácies mais evoluída do plúton Água Boa, foi afetado por processos de alteração hidrotermal, que culminaram com a formação de greisens e veios de quartzo, principais hospedeiros de mineralizações de Sn e, subordinadamente, Zn. Os greisens foram classificados como quartzo-topázio-siderofilita-greisen, topázio-siderofilita-quartzo-greisen e topázio-quartzo-greisen. São compostos por quartzo, siderofilita e topázio, acompanhados por quantidades variáveis de fluorita, zinnwaldita, esfalerita, cassiterita, zircão, anatásio e, localmente, Ce-monazita, galena, pirita, calcopirita e bismuto nativo. Estudos de química mineral em microssonda eletrônica permitiram identificar três tipos de micas: (1) siderofilita marrom, presente no topázio-granito; (2) siderofilita verde, encontrada nos greisens; (3) zinnwaldita, fracamente colorida, encontrada como coroas finas e descontínuas em torno da siderofilita verde dos greisens, e encontrada também em veios de quartzo. A composição da siderofilita do granito varia com a proximidade dos greisens, mostrando uma evolução de siderofilita siderofilita litinífera, com aumento nos conteúdos de ^VIAl, Li e Si. A siderofilita do greisen foi, por sua vez, parcialmente substituída por zinnwaldita, também com aumento nos teores de ^VIAl, Li e Si. A cassiterita nos greisens forma cristais euédricos a subédricos em contato reto com siderofilita ou como agregados junto com topázio, quartzo e fluorita. Exibe cristais maclados, zonados e com forte pleocroísmo. As composições muito puras e baixos conteúdos de Nb e Ta, indicam formação em condições hidrotermais.

Compressive strength of esthetic restorative materials polymerized with quartz-tungsten-halogen light and blue LED

Este estudo comparou a resistência à compressão de uma resina composta e de um compômero, fotoativados com luz halógena convencional de quarto-tungstênio (QTH) (XL 300, 3M/SPE) e LED azul (SmartLite PS; Dentsply/De Trey). Foram confeccionados 40 espécimes em forma de disco usando uma matriz bipartida de politetrafluoretileno (4,0 mm de diâmetro x 8,0 mm de altura) em que o material foi inserido incrementalmente. O tempo de polimerização de cada incremento foi de 40 s para a luz halógena convencional e de 10 s para o LED. Os espécimes foram aleatoriamente alocados em 4 grupos (n=10), de acordo com a fonte de luz e com o material restaurador. Depois de armazenadas em água destilada a 37°C ± 2°C por 24 h, a resistência à compressão dos espécimes foi testada em uma máquina universal de ensaios com célula de carga de 500 kgf a uma velocidade de carregamento de 0,5 mm/min. Os dados (em MPa) foram analisados estatisticamente por ANOVA e teste de Student-Newman-Keuls (p<0,05). Para a resina composta, a fotopolimerização com luz halógena não produziu diferença estatisticamente significante (p>0,05) em sua resistência à compressão quando comparada à fotopolimerização com LED. Contudo, a fotopolimerização do compômero com a luz halógena resultou em uma resistência à compressão significativamente maior que a feita o LED (p>0,05). A resina composta apresentou resistência à compressão significativamente maior que a do compômero, independente da fonte de luz. Concluiu-se que a resistência à compressão dos materiais fotopolimerizados com luz halógena e LED foi influenciada pela densidade de energia empregada e pela composição química dos materiais restauradores estéticos.

Aspectos texturais do magmatismo e tramas da tectônica impostas ao Granito Chaval na Zona de Cisalhamento Santa Rosa, extremo Noroeste da Província Borborema

A região Noroeste da Província Borborema apresenta uma diversidade de corpos graníticos de natureza e evolução tectônica diversificadas, do Paleoproterozoico ao Paleozoico, com maior incidência relacionada ao Neoproterozoico e alojamento em diferentes fases da orogenia Brasiliana. Um desses exemplos é o Granito Chaval, que representa um batólito aflorante próximo à costa Atlântica do Ceará e Piauí, intrusivo em ortognaisses do Complexo Granja e supracrustais do Grupo Martinópole. Ele é, em parte, coberto por depósitos cenozoicos costeiros e rochas sedimentares paleozoicas da Bacia do Parnaíba. O Granito Chaval tem como característica marcante a textura porfirítica, destacando-se megacristais de microclina, em sienogranitos e monzogranitos, e outras feições texturais/estruturais de origem magmática, Essas permitiram interpretar sua evolução como de alojamento relativamente raso do plúton, conduzido por processos de cristalização fracionada, mistura de magmas com fluxo magmático e ação gravitacional em função da diferença de densidade do magma, levando à flutuação e ascensão de megacristais de microclina no magma residual, com alojamento de leucogranitos e pegmatitos nos estágios finais da evolução deste plutonismo. Por outro lado, em toda a metade Leste do plúton, encontra-se um rico acervo de estruturas tectógenas de cisalhamento, relacionada à implantação da Zona de Cisalhamento Transcorrente Santa Rosa, que levou a transformações tectonometamórficas superpostas às feições magmáticas, as quais atingiram condições metamórficas máximas na fácies anfibolito baixo. Cartograficamente, foram individualizados três domínios estruturais em que estão presentes uma gama de variações petroestruturais do Granito Chaval, sejam feições texturais/estruturais ígneas e tectônicas. As rochas plutônicas foram deformadas e modificadas progressivamente à medida que se dirige para Leste, no qual as rochas mudam-se para tonalidades mais escuras do cinza e os processos de cominuição e recristalização dinâmica reduzem, progressivamente, a granulação grossa desses granitos bem como o tamanho dos fenocristais para dimensões mais finas, mantendo-se suas características porfiroides. Desse modo, a trama milonítica se torna evidente, acentuando-se ao atingir a porção principal da Zona de Cisalhamento Transcorrente Santa Rosa. Como principais feições estruturais, destacam-se extinção ondulante forte; encurvamento e segmentação de cristais; geminação de deformação; rotação de cristais; microbudinagem; foliação anastomosada, inclusive S-C; lineação de estiramento; formas amendoadas de porfiroclastos, fitas e folhas de quartzo e recristalização. Os produtos desses processos de cisalhamento resultam na formação de protomilonitos, milonitos e ultramilonitos. Essas faixas miloníticas representam os locais de maior concentração da deformação, por isso é possível acompanhar progressivamente suas modificações texturais e mineralógicas, configurando uma sequência clássica de deformação progressiva heterogênea, por cisalhamento simples, em condições frágil-dúctil e dúctil. O alojamento do Granito Chaval aconteceu no final do Criogeniano (aproximadamente 630 Ma) e pode ser interpretado como magmatismo sin a tardi-tectônico em relação ao evento Brasiliano. O processo de cisalhamento que gerou a Zona de Cisalhamento Transcorrente Santa Rosa se formou nos incrementos finais da deformação de uma colisão continental em um sistema de cavalgamento oblíquo, em que se edificou o Cinturão de Cisalhamento Noroeste do Ceará, devido ao extravasamento lateral de massas crustais em fluxo dúctil acontecido no final da orogenia Brasiliana no Noroeste da Província Borborema.

Towards controlled synthesis and better understanding of blue shift of the CaS crystals

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)