Método alternativo para detecção de não conformidade em gasolina comercial brasileira do tipo C

Pós-graduação em Química - IQ

Avaliação das técnicas de criopreservação para manutenção de linhagens de Haemonchus contortus em laboratório

Pós-graduação em Medicina Veterinária - FCAV

Diffusive random laser modes under a spatiotemporal scope

At present the prediction and characterization of the emission output of a diffusive random laser remains a challenge, despite the variety of investigated materials and theoretical interpretations given up to now. Here, a new mode selection method, based on spatial filtering and ultrafast detection, which allows to separate individual lasing modes and follow their temporal evolution is presented. In particular, the work explores the random laser behavior of a ground powder of an organic-inorganic hybrid compound based on Rhodamine B incorporated into a di-ureasil host. The experimental approach gives direct access to the mode structure and dynamics, shows clear modal relaxation oscillations, and illustrates the lasing modes stochastic behavior of this diffusive scattering system. The effect of the excitation energy on its modal density is also investigated. Finally, imaging measurements reveal the dominant role of diffusion over amplification processes in this kind of unconventional lasers. (C) 2015 Optical Society of America

Theoretical study of the absorption and nonradiative deactivation of 1-nitronaphthalene in the low-lying singlet and triplet excited states including methanol and ethanol solvent effects

The photophysics of the 1-nitronaphthalene molecular system, after the absorption transition to the first singlet excited state, is theoretically studied for investigating the ultrafast multiplicity change to the triplet manifold. The consecutive transient absorption spectra experimentally observed in this molecular system are also studied. To identify the electronic states involved in the nonradiative decay, the minimum energy path of the first singlet excited state is obtained using the complete active space self-consistent field//configurational second-order perturbation approach. A near degeneracy region was found between the first singlet and the second triplet excited states with large spin-orbit coupling between them. The intersystem crossing rate was also evaluated. To support the proposed deactivation model the transient absorption spectra observed in the experiments were also considered. For this, computer simulations using sequential quantum mechanic-molecular mechanic methodology was used to consider the solvent effect in the ground and excited states for proper comparison with the experimental results. The absorption transitions from the second triplet excited state in the relaxed geometry permit to describe the transient absorption band experimentally observed around 200 fs after the absorption transition. This indicates that the T-2 electronic state is populated through the intersystem crossing presented here. The two transient absorption bands experimentally observed between 2 and 45 ps after the absorption transition are described here as the T-1 -> T-3 and T-1 -> T-5 transitions, supporting that the intermediate triplet state (T-2) decays by internal conversion to T-1. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4738757]

Photoprotection and the Photophysics of Acylated Anthocyanins

The proposed role of anthocyanins in protecting plants against excess solar radiation is consistent with the occurrence of ultrafast (525 ps) excited-state proton transfer as the major de-excitation pathway of these molecules. However, because natural anthocyanins absorb mainly in the visible region of the spectra, with only a narrow absorption band in the UV-B region, this highly efficient deactivation mechanism would essentially only protect the plant from visible light. On the other hand, ground-state charge-transfer complexes of anthocyanins with naturally occurring electron-donor co-pigments, such as hydroxylated flavones, flavonoids, and hydroxycinnamic or benzoic acids, do exhibit high UV-B absorptivities that complement that of the anthocyanins. In this work, we report a comparative study of the photophysics of the naturally occurring anthocyanin cyanin, intermolecular cyanincoumaric acid complexes, and an acylated anthocyanin, that is, cyanin with a pendant coumaric ester co-pigment. Both inter- and intramolecular anthocyaninco-pigment complexes are shown to have ultrafast energy dissipation pathways comparable to those of model flavylium cationco-pigment complexes. However, from the standpoint of photoprotection, the results indicate that the covalent attachment of co-pigment molecules to the anthocyanin represents a much more efficient strategy by providing the plant with significant UV-B absorption capacity and at the same time coupling this absorption to efficient energy dissipation pathways (ultrafast internal conversion of the complexed form and fast energy transfer from the excited co-pigment to the anthocyanin followed by adiabatic proton transfer) that avoid net photochemical damage.

Entwicklung der zeitaufgelösten Photoemissions-Elektronenmikroskopie für die Untersuchung der Magnetisierungsdynamik von mikrostrukturierten magnetischen Schichten

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die zeitaufgelöste Photoemissions Elektronenmikroskopie (TR-PEEM) für die in-situ Untersuchung ultraschneller dynamischer Prozesse in dünnen mikrostrukturierten magnetischen Schichten während eines rasch verändernden externen Magnetfelds entwickelt. Das Experiment basiert auf der Nutzung des XMCD-Kontrasts (X-ray magnetic circular dichroism) mit Hilfe des zirkularpolarisierten Lichts von Synchrotronstrahlungsquellen (Elektronenspeicherringen BESSY II (Berlin) und ESRF (Grenoble)) für die dynamische Darstellung der magnetischen Domänen während ultraschneller Magnetisierungsvorgänge. Die hier entwickelte Methode wurde als erfolgreiche Kombination aus einer hohen Orts- und Zeitauflösung (weniger als 55 nm bzw. 15 ps) realisiert. Mit der hier beschriebenen Methode konnte nachgewiesen werden, dass die Magnetisierungsdynamik in großen Permalloy-Mikrostrukturen (40 µm x 80 µm und 20 µm x 80 µm, 40 nm dick) durch inkohärente Drehung der Magnetisierung und mit der Bildung von zeitlich abhängigen Übergangsdomänen einher geht, die den Ummagnetisierungsvorgang blockieren. Es wurden neue markante Differenzen zwischen der magnetischen Response einer vorgegebenen Dünnfilm-Mikrostruktur auf ein gepulstes externes Magnetfeld im Vergleich zu dem quasi-statischen Fall gefunden. Dies betrifft die Erscheinung von transienten raumzeitlichen Domänenmustern und besonderen Detailstrukturen in diesen Mustern, welche im quasi-statischen Fall nicht auftreten. Es wurden Beispiele solcher Domänenmuster in Permalloy-Mikrostrukturen verschiedener Formen und Größen untersucht und diskutiert. Insbesondere wurde die schnelle Verbreiterung von Domänenwänden infolge des präzessionalen Magnetisierungsvorgangs, die Ausbildung von transienten Domänenwänden und transienten Vortizes sowie die Erscheinung einer gestreiften Domänenphase aufgrund der inkohärenten Drehung der Magnetisierung diskutiert. Ferner wurde die Methode für die Untersuchung von stehenden Spinwellen auf ultradünnen (16 µm x 32 µm groß und 10 nm dick) Permalloy-Mikrostrukturen herangezogen. In einer zum periodischen Anregungsfeld senkrecht orientierten rechteckigen Mikrostruktur wurde ein induziertes magnetisches Moment gefunden. Dieses Phänomen wurde als „selbstfangende“ Spinwellenmode interpretiert. Es wurde gezeigt, dass sich eine erzwungene Normalmode durch Verschiebung einer 180°-Néelwand stabilisiert. Wird das System knapp unterhalb seiner Resonanzfrequenz angeregt, passt sich die Magnetisierungsverteilung derart an, dass ein möglichst großer Teil der durch das Anregungsfeld eingebrachten Energie im System verbleibt. Über einem bestimmten Grenzwert verursacht die Spinwellenmode nahe der Resonanzfrequenz eine effektive Kraft senkrecht zur 180°-Néel-Wand. Diese entsteht im Zentrum der Mikrostruktur und wird durch die streufeldinduzierte Kraft kompensiert. Als zusätzliche Möglichkeit wurden die Streufelder von magnetischen Mikrostrukturen während der dynamischen Prozesse quantitativ bestimmt und das genaue zeitliche Profil des Streufelds untersucht. Es wurde gezeigt, dass das zeitaufgelöste Photoemissions Elektronenmikroskop als ultraschnelles oberflächensensitives Magnetometer eingesetzt werden kann.

Charge generation and recombination in solid-state dye-sensitized solar cells

Diese Doktorarbeit befasst sich mit Ladungsgeneration und – rekombination in Feststoff-Farbstoffsolarzellen, die spiro-OMeTAD als Lochleiter verwenden. Die vorliegende Arbeit ist in drei Fallstudien unterteilt: i.) Kern-erweiterte Rylen-Farbstoffe, ii.) ein Perylenmonoimid-Farbstoff und iii.) Donor-π verbrückte (Cyclopentadithiophen)-Akzeptor-Farbstoffe. Trotz ihres hohen molaren Extinktionskoeffizienten und der hohen Absorbanz der sensibilisierten Filme, zeigen einige dieser Farbstoffmoleküle nur geringe photovoltaischen Effizienzen. Um den Ursprung des geringen Wirkungsgrades herauszufinden, wurde breitbandige, ultraschnelle transiente Absorptionsspektroskopie an Solarzellen durchgeführt.rnInsbesondere die Auswirkungen verschiedender Ankergruppen, Dipolmomente, Photolumineszenzlebenszeiten, Lithium-Kationensensitivität und Ladungsträgerdynamik, die alle einen großen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Solarzelle besitzen, wurden untersucht. In der ersten Fallstudie zeigte ein kurzer Rylen-Farbstoff aufgrund deutlich verlängerter Lebenszeiten die beste Effizienz im Vergleich zu größeren Kern-erweiterten Rylen-Farbstoffen. Die Lebenszeit wurde weiter reduziert, wenn Maleinsäure als Ankergruppe unter einer Ringöffnungsreaktion an die mesoporöse Oberfläche des Metalloxid-Halbleiters adsorbierte. Dies konnte mit Hilfe von Berechnungen mittels der Dichtefunktionaltheorie (DFT, B3LYP) auf die Differenz des Dipolmoments zwischen Grundzustand und angeregtem Zustand zurückgeführt werden. Die Berechnungen bekräftigen die unvorteilhafte Injektion von Ladungen durch die Änderung der Richtung des Dipolmoments, wenn eine Ringöffnung der Anhydridgruppe stattfindet. In der zweiten Studie zeigte das Perylenmonoimid-Derivat ID889 einen Wirkungsgrad von 4.5% in Feststoff-Farbstoffsolarzellen, wobei ID889 sogar ohne Zuhilfenahme eines Additivs in der Lage ist langlebige Farbstoffkationen zu bilden. Die Verwendung von Lithium-Kationen stabilisiert jedoch sowohl den Prozess der Ladungsgeneration als auch den der Ladungsregeneration. Des Weiteren wurde in ID889-sensitivierten Bauteilen kein reduktives Löschen beobachtet. Dabei wurde die Dynamik der Exzitonen mittels einer soft-modelling Methode Kurvenanalyse aus den Daten der transienten Absorptionsspektroskopie gewonnen. Zuletzt wurden Strukturen mit Cyclopentadithiophen(CPDT)-Baustein untersucht, die eine typische D-π-A Molekülstruktur bilden. FPH224 und 233 zeigten dabei eine bessere Effizienz als FPH231 und 303 aufgrund einer großen Injektionseffizienz (IE) und längerer Lebenszeit der angeregten Zustände. Dies kann auf reduktives Löschen in FPH231 und 303 zurückgeführt werden, wohingegen FPH224 und 233 einen moderaten Zerfall des Spirokationensignals zeigten.

A photophysical study of excited state dynamics in donor-acceptor copolymer photovoltaic blends

This thesis deals with the investigation of charge generation and recombination processes in three different polymer:fullerene photovoltaic blends by means of ultrafast time-resolved optical spectroscopy. The first donor polymer, namely poly[N-11"-henicosanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)] (PCDTBT), is a mid-bandgap polymer, the other two materials are the low-bandgap donor polymers poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']-dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole) (PCPDTBT) and poly[(4,4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl] (PSBTBT). Despite their broader absorption, the low-bandgap polymers do not show enhanced photovoltaic efficiencies compared to the mid-bandgap system.rnrnTransient absorption spectroscopy revealed that energetic disorder plays an important role in the photophysics of PCDTBT, and that in a blend with PCBM geminate losses are small. The photophysics of the low-bandgap system PCPDTBT were strongly altered by adding a high boiling point cosolvent to the polymer:fullerene blend due to a partial demixing of the materials. We observed an increase in device performance together with a reduction of geminate recombination upon addition of the cosolvent. By applying model-free multi-variate curve resolution to the spectroscopic data, we found that fast non-geminate recombination due to polymer triplet state formation is a limiting loss channel in the low-bandgap material system PCPDTBT, whereas in PSBTBT triplet formation has a smaller impact on device performance, and thus higher efficiencies are obtained.rn

Excited-state dynamics in donor-acceptor systems for energy conversion

In dieser Arbeit werden die Dynamiken angeregter Zustände in Donor-Akzeptorsystemen für Energieumwandlungsprozesse mit ultraschneller zeitaufgelöster optischer Spektroskopie behandelt. Der Hauptteil dieser Arbeit legt den Fokus auf die Erforschung der Photophysik organischer Solarzellen, deren aktive Schichten aus diketopyrrolopyrrole (DPP) basierten Polymeren mit kleiner Bandlücke als Elektronendonatoren und Fullerenen als Elektronenakzeptoren bestehen. rnEin zweiter Teil widmet sich der Erforschung von künstlichen primären Photosynthesereaktionszentren, basierend auf Porphyrinen, Quinonen und Ferrocenen, die jeweils als Lichtsammeleinheit, Elektronenakzeptor beziehungsweise als Elektronendonatoren eingesetzt werden, um langlebige ladungsgetrennte Zustände zu erzeugen.rnrnZeitaufgelöste Photolumineszenzspektroskopie und transiente Absorptionsspektroskopie haben gezeigt, dass Singulettexzitonenlebenszeiten in den Polymeren PTDPP-TT und PFDPP-TT Polymeren kurz sind (< 20 ps) und dass in Mischungen der Polymere mit PC71BM geminale Rekombination von gebundenen Ladungstransferzuständen ein Hauptverlustkanal ist. Zudem wurde in beiden Systemen schnelle nichtgeminale Rekombination freier Ladungen zu Triplettzuständen auf dem Polymer beobachtet. Für das Donor-Akzeptor System PDPP5T:PC71BM wurde nachgewiesen, dass die Zugabe eines Lösungsmittels mit hohem Siedepunkt, und zwar ortho-Dichlorbenzol, die Morphologie der aktiven Schicht stark beeinflusst und die Solarzelleneffizienz verbessert. Der Grund hierfür ist, dass die Donator- und Akzeptormaterialien besser durchmischt sind und sich Perkolationswege zu den Elektroden ausgebildet haben, was zu einer verbesserten Ladungsträgergeneration und Extraktion führt. Schnelle Bildung des Triplettzustands wurde in beiden PDPP5T:PC71BM Systemen beobachtet, da der Triplettzustand des Polymers über Laungstransferzustände mit Triplettcharakter populiert werden kann. "Multivariate curve resolution" (MCR) Analyse hat eine starke Intensitätsabhängigkeit gezeigt, was auf nichtgeminale Ladungsträgerrekombination in den Triplettzustand hinweist.rnrnIn den künstlichen primären Photosynthesereaktionszentren hat transiente Absorptionsspektroskopie bestätigt, dass photoinduzierter Ladungstransfer in Quinon-Porphyrin (Q-P) und Porphyrin-Ferrocen (P-Fc) Diaden sowie in Quinon-Porphyrin-Ferrocen (Q-P-Fc) Triaden effizient ist. Es wurde jedoch auch gezeigt, dass in den P-Fc unf Q-P-Fc Systemen die ladungsgetrennten Zustände in den Triplettzustand der jeweiligen Porphyrine rekombinieren. Der ladungsgetrennte Zustand konnte in der Q-P Diade durch Zugabe einer Lewissäure signifikant stabilisiert werden.

Intrapulmonary 3He gas distribution depending on bolus size and temporal bolus placement

OBJECTIVE: Dynamic ventilation (3)He-MRI is a new method to assess pulmonary gas inflow. As differing airway diameters throughout the ventilatory cycle can influence gas inflow this study intends to investigate the influence of volume and timing of a He gas bolus with respect to the beginning of the tidal volume on inspiratory gas distribution. MATERIALS AND METHODS: An ultrafast 2-dimensional spoiled gradient echo sequence (temporal resolution 100 milliseconds) was used for dynamic ventilation (3)He-MRI of 11 anesthetized and mechanically ventilated pigs. The applied (3)He gas bolus was varied in volume between 100 and 200 mL. A 150-mL bolus was varied in its application time after the beginning of the tidal volume between 0 and 1200 milliseconds. Signal kinetics were evaluated using an in-house developed software after definition of parameters for the quantitative description of (3)He gas inflow. RESULTS: The signal rise time (time interval between signal in the parenchyma reaches 10% and 90% of its maximum) was prolonged with increasing bolus volume. The parameter was shortened with increasing delay of (3)He application after the beginning of the tidal volume. Timing variation as well as volume variation showed no clear interrelation to the signal delay time 10 (time interval between signal in the trachea reaches 50% of its maximum and signal in the parenchyma reaches 10% of its maximum). CONCLUSIONS: Dynamic ventilation (3)He-MRI is able to detect differences in bolus geometry performed by volume variation. Pulmonary gas inflow as investigated by dynamic ventilation (3)He-MRI tends to be accelerated by an increasing application delay of a (3)He gas bolus after the beginning of the tidal volume.

Real-time observation of the charge-transfer-to-solvent dynamics

Intermolecular electron-transfer reactions have a crucial role in biology, solution chemistry and electrochemistry. The first step of such reactions is the expulsion of the electron to the solvent, whose mechanism is determined by the structure and dynamical response of the latter. Here we visualize the electron transfer to water using ultrafast fluorescence spectroscopy with polychromatic detection from the ultraviolet to the visible region, upon photo-excitation of the so-called charge transfer to solvent states of aqueous iodide. The initial emission is short lived (~60 fs) and it relaxes to a broad distribution of lower-energy charge transfer to solvent states upon rearrangement of the solvent cage. This distribution reflects the inhomogeneous character of the solvent cage around iodide. Electron ejection occurs from the relaxed charge transfer to solvent states with lifetimes of 100–400 fs that increase with decreasing emission energy.

Gas-phase Lifetimes of Nucleobase Analogues by Picosecond Pumpionization and Streak Techniques

The picosecond (ps) timescale is relevant for the investigation of many molecular dynamical processes such as fluorescence, nonradiative relaxation, intramolecular vibrational relaxation, molecular rotation and intermolecular energy transfer, to name a few. While investigations of ultrafast (femtosecond) processes of biological molecules, e.g. nucleobases and their analogues in the gas phase are available, there are few investigations on the ps time scale. We have constructed a ps pump-ionization setup and a ps streak camera fluorescence apparatus for the determination of lifetimes of supersonic jet-cooled and isolated molecules and clusters. The ps pump-ionization setup was used to determine the lifetimes of the nucleobase analogue 2-aminopurine (2AP) and of two 2AP˙(H2O)n water cluster isomers with n=1 and 2. Their lifetimes lie between 150 ps and 3 ns and are strongly cluster-size dependent. The ps streak camera setup was used to determine accurate fluorescence lifetimes of the uracil analogue 2-pyridone (2PY), its self-dimer (2PY)2, two isomers of its trimer (2PY)3 and its tetramer (2PY)4, which lie in the 7–12 ns range.

Giant Electric Field Enhancement in Split Ring Resonators Featuring Nanometer-Sized Gaps

Today's pulsed THz sources enable us to excite, probe, and coherently control the vibrational or rotational dynamics of organic and inorganic materials on ultrafast time scales. Driven by standard laser sources THz electric field strengths of up to several MVm−1 have been reported and in order to reach even higher electric field strengths the use of dedicated electric field enhancement structures has been proposed. Here, we demonstrate resonant electric field enhancement structures, which concentrate the incident electric field in sub-diffraction size volumes and show an electric field enhancement as high as ~14,000 at 50 GHz. These values have been confirmed through a combination of near-field imaging experiments and electromagnetic simulations.

Numerical study of the laser-tip coupling in surface plasmon assisted stacked-double-gate field emitter arrays

Recently, sub-wavelength-pitch stacked double-gate metal nanotip arrays have been proposed to realize high current, high brightness electron bunches for ultrabright cathodes for x-ray free-electron laser applications. With the proposed device structure, ultrafast field emission of photoexcited electrons is efficiently driven by vertical incident near infrared laser pulses, via near field coupling of the surface plasmon polariton resonance of the gate electrodes with the nanotip apex. In this work, in order to gain insight in the underlying physical processes, the authors report detailed numerical studies of the proposed device. The results indicate the importance of the interaction of the double-layer surface plasmon polariton, the position of the nanotip, as well as the incident angle of the near infrared laser pulses.