Síntese e caracterização de TiO2 puro e modificado para aplicações ambientais

Fotocatalisadores baseados em nanopartículas de dióxido de titânio modificados fornecem soluções em potencial para a mineralização de poluentes orgânicos em meio aquoso. Agentes modificadores têm sido amplamente investigados com o objetivo de promover a fotoativação pela luz visível. Foram estudadas a nível fundamental até aqui, as modificações estruturais, texturais e óticas causadas pela introdução de silício e nitrogênio na rede da titânia. Titânias puras (TiO2) e modificadas nanoestruturadas, particularmente titânias modificadas com silício (TiO2-SiO2), com razões atômicas Si/Ti de 0,1, 0,2 e 0,3 foram sintetizadas pelo método sol-gel a partir da hidrólise ácida de isopropóxido de titânio(IV) e tetraetoxisilano. As metodolo-gias sintéticas desenvolvidas tentaram aderir aos princípios da Química Verde, dispensando o uso de atmosfera inerte e temperatura e pressão elevadas, o que foi alcançado utilizando-se, principalmente, a agitação ultrassônica. Titânias modificadas com silício e dopadas com ni-trogênio (TiO2-SiO2-N) foram obtidas a partir do pré-tratamento de TiO2-SiO2 a 500 C ao ar e então submetidas ao fluxo de amônia (NH3) a 600 C por 1-3 h e, após resfriamento, foram recozidas a 400 C ao ar. Amostras distintas foram caracterizadas, na forma de pó seco e após calcinação entre 400600 C, por difração de raios X, adsorção de nitrogênio, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de refletância difusa no UV-Visível. As titânias pu-ras, obtidas principalmente variando-se a razão de hidrólise, foram cristalizadas na forma de anatásio como fase predominante até 600 C, além de traços de brookita presente até 500 C. O rutilo foi identificado a partir de 600 C como fase minoritária, embora apresentando tama-nhos de cristal significativamente maiores que os estimados para o cristal de anatásio. As titâ-nias modificadas com até 20% de silício apresentaram notável estabilidade térmica, evidenci-ada pela presença exclusiva de anatásio até 900 C. Foi também observado o aparecimento de macroporos com diâmetro médio em torno de 55 nm após calcinação a 400 C, diferentemente do que se observou nas amostras em geral. A introdução de baixo teor de silício assegurou às titânias calcinadas valores elevados de área específica, atribuído ao efeito de contenção acentuada na taxa de crescimento do cristal. As titânias modificadas com silício e as titânias puras obtidas com taxa de hidrólise 25:1 para a razão H2O : Ti apresentaram mesoporos com diâmetros médios de mesma dimensão do cristal. As titânias modificadas com silício e dopa-das com nitrogênio apresentaram absorção na região visível entre 400-480 nm, com discreta redução da energia de band gap para as transições eletrônicas consideradas. Titânias calcina-das a 300−400 C apresentaram desempenho fotocatalítico semelhante ao TiO2 P25 da De-gussa sob irradiação UV, na degradação do azo corante Reactive Yellow 145 em soluções a-quosas em pH 5 a 20 1C

Sínteses e caracterizações de TiO2 puro, dopado e co-dopado pelo método sol-gel e suas atividades fotocatalíticas

Nanopartículas de dióxido de titânio vêm sendo extensamente empregadas como fotocatalisa-dores, já que são eficientes na degradação de diversos poluentes. Visando a obtenção de titâ-nias com diferentes propriedades, realizaram-se sínteses através do método sol-gel, a partir da hidrólise do tetraisopropóxido de titânio (IV) TIPP e seguindo-se os princípios da Química Verde, dispensando-se temperaturas e pressões elevadas. Foi estudada a influência de dife-rentes parâmetros, como: pH, solvente, razão molar álcool/TIPP e ordem de adição dos rea-gentes. Foram obtidas titânias na forma cristalina anatásio, nanométricas, com elevadas áreas superficiais específicas e predominantemente mesoporosas. Visando-se obter titânias com melhores propriedades óticas, isto é, capazes de sofrer a fotoativação pela luz visível, foram sintetizadas titânias dopadas e co-dopadas com os metais ferro e rutênio (Fe3+ e Ru3+) e o a-metal N (N3). A síntese desses materiais também foi realizada através do método sol-gel, sendo a dopagem realizada durante o processo de hidrólise. As amostras foram caracterizadas na forma de pó por difração de raios-X, adsorção-dessorção de nitrogênio, microscopia ele-trônica de varredura e espectroscopia de refletância difusa no UV-Visível. A titânia pura a-presentou como única fase cristalina o anatásio, quando calcinada até 400 C, com a presença de traços de brookita. A partir de 600 C, observou-se o aparecimento da fase rutilo, que em 900C foi a única fase encontrada na titânia. A dopagem com Ru3+dificultou a transformação de fase anatásio para rutilo, ao contrário da dopagem com Fe3+. O processo de co-dopagem acelerou a formação de rutilo, que se apresentou como única fase nas amostras calcinadas a 600 C. As titânias dopadas apresentaram uma leve diminuição na energia de bandgap, sendo os dopantes capazes de deslocar a absorção para o vermelho. Foram realizados testes fotoca-talíticos visando à degradação do azocorante Reactive Yellow 145 com lâmpada de vapor de mercúrio de 125 W a fim de se comparar as atividades fotocatalíticas das titânias puras, dopa-das e co-dopadas, calcinadas a 300C. De todas as titânias sintetizadas, a titânia pura foi a que melhor degradou o corante, tendo um desempenho semelhante ao do TiO2 P25, da Evo-nik

Uso das técnicas de microbalança de cristal de quartzo e espectroscopia fotoacústica para estudo e monitoramento do processo de fotocura de resinas odontológicas

As resinas fotocuradas são amplamente utilizadas em odontologia. Este processo de cura é assistido pela luz visível que promove ligações químicas que as endurecem. Nesta dissertação, as resinas odontológicas fotocuradas comerciais das marcas Opallis Flow A1, A2, AO 3,5, T, Opallis DA2, Natural Flow e Ebecryl 3720-TP25 foram caracterizadas empregando as técnicas de microbalança de cristal de quartzo (QCM) e espectroscopia fotoacústica (PAS) à temperatura ambiente. A espectroscopia fotoacústica foi utilizada para avaliar a região do espectro eletromagnético responsável pela fotocura das resinas odontológicas. Desta forma, conhecendo-se o comprimento de onda da absorção da resina, possibilitou realizar o processo de fotocura. Adicionalmente, foi possível monitorar o processo de fotocura com a técnica de microbalança. A frequência de ressonância do cristal da microbalança se modifica com a fotocura das resinas estudadas. Deste modo, foi possível estimar por QCM, o tempo de cura para os comprimentos de ondas caracterizados por PAS.

Desenvolvimento de metodologias para a determinação da atividade biogênica de bactérias redutoras de sulfato

A corrosão causada por H2S biogênico frequentemente resulta em danos extensos na indústria do petróleo. O presente trabalho avaliou parâmetros de crescimento microbiano e aplicou metodologias de determinação de sulfetos por técnicas espectrofotométrica na região da luz visível e radiorespirométrica para avaliação da atividade metabólica, correlacionando com a população de bactérias redutoras de sulfato, determinada através da técnica do Número Mais Provável (NMP). Amostras de água de formação e consórcio de BRS foram avaliadas através do arraste de sulfetos estáveis produzidos biogenicamente e quantificados por espectrofotometria. O cálculo das velocidades instantâneas e específicas de produção de sulfetos permitiu avaliar de que maneira alguns parâmetros de crescimento microbiano podem afetar o metabolismo das BRS. A detecção de concentrações traço de sulfetos biogênicos pode ser realizada através de ensaios radiorespirométricos. Para isto, diluições em série de água do mar sintética com três amostras distintas foram avaliadas. Os testes realizados indicam que o acréscimo do tempo de incubação de cultura microbiana anaeróbia mista contribuiu para o aumento das capacidades de redução de sulfato, assim como o aumento das fontes de carbono. Ambas as técnicas provaram ser um rápido teste para a detecção de sulfetos biogênicos, particularmente aqueles associados aos produtos de corrosão, sendo uma ferramenta muito útil para monitoração e controle de tanques de armazenamento de água e óleo, plataformas continentais de petróleo e diversos tipos de reservatórios. O presente trabalho prevê a continuidade dos experimentos, através de avaliação de um maior universo de amostras da indústria do petróleo e medições menos espaçadas da técnica espectrofotométrica, além da avaliação radiorespirométrica em modo contínuo, evitando os efeitos inibitórios do H2S

Single UV excitation of Hoechst 33342 and propidium iodide for viability assessment of rhesus monkey spermatozoa using flow cytometry

Many fluorescent probes excited by visible light have been used to assess sperm quality by flow cytometry. Developing a viability evaluation method using UV excited stains would be useful for multiparameter analysis of sperm function. This investigation was conducted to determine the efficacy of Hoechst 33342 (H342) and propidium iodide (PI) dual staining for evaluating rhesus monkey sperm viability through use of flow cytometry and excited by a single UV laser. The results showed that the live cells stained only with H342 strongly correlated with expected sperm viability, and flow cytometric analyses were highly correlated with fluorescence microscopic observation. Using H342/PI/SYBR-14 triple staining method, it was found that the live/dead sperm distributions were completely concordant in both H342/PI and SYBR-14/PI assays. In addition, this dual staining was extended with fluorescein isothiocyanate-conjugated peanut agglutinin (FITC-PNA) to simultaneously analyze viability and acrosome integrity of sperm cryopreserved using two different extenders, TTE and TEST, and indicated that TTE offered better Preservation of plasma and acrosome integrity than TEST Therefore, the H342/PI dual staining provides an accurate technique for evaluating viability of rhesus monkey sperm and should be valuable for multiparameter flow cytometric analysis of sperm function.

Measurement of liquid film thickness by optical fluorescence and its application to an oscillating piston positive displacement flowmeter

The movement of the circular piston in an oscillating piston positive displacement flowmeter is important in understanding the operation of the flowmeter, and the leakage of liquid past the piston plays a key role in the performance of the meter. The clearances between the piston and the chamber are small, typically less than 60 νm. In order to measure this film thickness a fluorescent dye was added to the water passing through the meter, which was illuminated with UV light. Visible light images were captured with a digital camera and analysed to give a measure of the film thickness with an uncertainty of less than 7%. It is known that this method lacks precision unless careful calibration is undertaken. Methods to achieve this are discussed in the paper. The grey level values for a range of film thicknesses were calibrated in situ with six dye concentrations to select the most appropriate one for the range of liquid film thickness. Data obtained for the oscillating piston flowmeter demonstrate the value of the fluorescence technique. The method is useful, inexpensive and straightforward and can be extended to other applications where measurement of liquid film thickness is required. © 2011 IOP Publishing Ltd.

Phototransistors utilizing individual WS2 nanotubes

We report on the photoresponse characteristics of tungsten disulfide (WS2) nanotubes. Field effect transistors (FETs) were fabricated by using individual WS2 multiwall nanotubes. Photo-sensitivity to visible light is clearly observed, with enhancement of the channel conductivity, carrier mobility and carrier concentration upon illumination in the visible regime. Polarization-sensitive measurements reveal a strong anisotropy of the photocurrent on the polarization angle of the incident light with respect to the WS2 nanotube axis. This nano-scale transistor capable of detecting visible light would have a wide range of applications in medical and consumer electronics. © 2008 IEEE. Crown Copyright.

Optically activated shutter using a photo-tunable short-pitch chiral nematic liquid crystal

We report the demonstration of an optically activated shutter based upon a short-pitch chiral nematic liquid crystal (LC) device sandwiched between crossed polarizers. This LC is comprised of photo-active chiral dopants. In the trans-state, the LC appears dark between crossed polarizers due to the very short pitch. As the pitch is extended through exposure to ultraviolet light, the device becomes transmissive reaching a maximum for a particular value of the pitch. As a result, it is possible to switch between the light and dark states by subjecting the device to visible light so as to cause a cis-trans photo-isomerisation. © 2013 AIP Publishing LLC.

Electrical addressing of polymer stabilized hyper-twisted chiral nematic liquid crystals with interdigitated electrodes: Experiment and model

Electro-optic switching in short-pitch polymer stabilized chiral nematic liquid crystals was studied and the relative contributions of flexoelectric and dielectric coupling were investigated: polymer stabilization was found to effectively suppress unwanted textural transitions of the chiral nematic liquid crystal and thereby enhance the electro-optical performance (high optical contrast for visible light, a near ideal optical hysteresis, fast electro-optic response). Test cells were studied that possessed interdigitated electrodes to electrically address the liquid crystal. Based on simulations, a well-fitted phenomenological description of the electro-optic response was derived considering both flexoelectro-optic and Kerr-effect based electro-optic response. © 2014 AIP Publishing LLC.

Devitrite-based optical diffusers.

Devitrite is a novel material produced by heat treatment of commercial soda-lime-silica glass. It consists of fans of needle-like crystals which can extend up to several millimeters and have interspacings of up to a few hundred nanometers. To date, only the material properties of devitrite have been reported, and there has been a distinct lack of research on using it for optical applications. In this study, we demonstrate that randomly oriented fans of devitrite crystals can act as highly efficient diffusers for visible light. Devitrite crystals produce phase modulation of light because of their relatively high anisotropy. The nanoscale spacings between these needles enable light to be diffused to large scattering angles. Experimentally measured results suggest that light diffusion patterns with beam widths of up to 120° are produced. Since devitrite is an inexpensive material to produce, it has the potential to be used in a variety of commercial applications.

Amorphous oxide semiconductor TFTs for displays and imaging

© 2013 IEEE. This paper reviews the mechanisms underlying visible light detection based on phototransistors fabricated using amorphous oxide semiconductor technology. Although this family of materials is perceived to be optically transparent, the presence of oxygen deficiency defects, such as vacancies, located at subgap states, and their ionization under illumination, gives rise to absorption of blue and green photons. At higher energies, we have the usual band-to-band absorption. In particular, the oxygen defects remain ionized even after illumination ceases, leading to persistent photoconductivity, which can limit the frame-rate of active matrix imaging arrays. However, the persistence in photoconductivity can be overcome through deployment of a gate pulsing scheme enabling realistic frame rates for advanced applications such as sensor-embedded display for touch-free interaction.

Design of Narrow-Gap TiO2: A Passivated Codoping Approach for Enhanced Photoelectrochemical Activity

To improve the photoelectrochemical activity of TiO2 for hydrogen production through water splitting, the band edges of TiO2 should be tailored to match with visible light absorption and the hydrogen or oxygen production levels. By analyzing the band structure of TiO2 and the chemical potentials of the dopants, we propose that the band edges of TiO2 can be modified by passivated codopants such as (Mo+C) to shift the valence band edge up significantly, while leaving the conduction band edge almost unchanged, thus satisfying the stringent requirements. The design principle for the band-edge modification should be applicable to other wide-band-gap semiconductors.

Photoluminescence from Er-doped Si-in-SiNx thin films

Photoluminescence from Er3+-implanted Si-in-SiN, films emitting efficiently visible light were investigated. A Stark structure in the Er3+ photoluminescence spectrum was observed at room temperature, which reveals more than one site symmetry for the Er3+-centers in the Si-in-SiN, matrix. The correlation between the visible photoluminescence from the silicon nanoparticles and the 1.54 mu m emission from the Er3+-centers was discussed. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Amorphous silicon nanoparticles in compound films grown on cold substrates for high-efficiency photoluminescence

Silicon nanoparticles have been fabricated in both oxide and nitride matrices by using plasma-enhanced chemical vapour deposition, for which a low substrate temperature down to 50 degreesC turns out to be most favourable. High-rate deposition onto such a cold substrate results in the formation of nanoscaled silicon particles, which have revealed an amorphous nature under transmission electron microscope (TEM) examination. The particle size can be readily controlled below 3.0 nm, and the number density amounts to over 10(12) cm(-2), as calculated from the TEM micrographs. Strong photoluminescence in the whole visible light range has been observed in the as-deposited Si-in-SiOx and Si-in-SiNx thin films. Without altering the size or structure of the particles, a post-annealing at 300 degreesC for 2 min raised the photoluminescence efficiency to a level comparable to the achievements with nanocrystalline Si-in-SiO2 samples prepared at high temperature. This low-temperature procedure for fabricating light-emitting silicon structures opens up the possibility of manufacturing integrated silicon-based optoelectronics.

Getting high-efficiency photoluminescence from Si nanocrystals in SiO2 matrix

Silicon nanocrystals in SiO2 matrix are fabricated by plasma enhanced chemical vapor deposition followed by thermal annealing. The structure and photoluminescence (PL) of the resulting films is investigated as a function of deposition temperature. Drastic improvement of PL efficiency up to 12% is achieved when the deposition temperature is reduced from 250 degreesC to room temperature. Low-temperature deposition is found to result in a high quality final structure of the films in which the silicon nanocrystals are nearly strain-free, and the Si/SiO2 interface sharp. The demonstration of the superior structural and optical properties of the films represents an important step towards the development of silicon-based light emitters. (C) 2002 American Institute of Physics.