Morphological control and luminescent properties of CeF3 nanocrystals

The nanocrystals of CeF3 with the hexagonal structure and different morphologies such as the disk, the rod, and the dot have been successfully synthesized via a mild ultrasound assisted route from an aqueous solution of cerium nitrate and different fluorine sources (KBF4, NaF, NH4F). The use of different fluorine sources has a remarkable effect on the morphology of the final product. The luminescence and UV-vis absorption properties of CeF3 nanocrystals with different morphologies have been investigated. Compared with other shape nanocrystals, the luminescence intensity of the disklike nanocrystals is obviously enhanced. It is suggested that the function-improved materials could be obtained by tailoring the shape of the CeF3 nanocrystals.

Bottom up strategies for the morphology control of BaTiO3 particulates

As propriedades funcionais dos materiais ferroeléctricos tais como a polarização reversível, piroelectricidade, piezoelectricidade, elevada actividade óptica não linear e comportamento dieléctrico não linear são fundamentais para a sua aplicação em sensores, microactuadores, detectores de infravermelhos, filtros de fase de microondas e memórias não-voláteis. Nos últimos anos, motivado pelas necessidades industriais de redução do tamanho dos dispositivos microelectrónicos, aumentando a eficiência volumétrica, tem sido feito um grande esforço ao nível da investigação para desenvolver estruturas ferroeléctricas à escala micro- e nano- métrica. É sabido que a redução de tamanho em materiais ferroeléctricos afecta significamente as suas propriedades. Neste sentido e considerando que foi previsto teoreticamente por cálculos ab initio que estruturas do tipo nanocilindros e nanodiscos apresentariam um novo tipo de ordem ferroeléctrica e, na expectativa de alcançar conhecimento para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos microelectróncos, existe um grande interesse em desenvolver métodos de fabrico de nanoestruturas ferroeléctricas unidimensionais (1D) tais como nanocilindros e nanotubos. As estratégias de fabrico de nanoestruturas 1D até agora descritas na literatura indicam claramente as dificuldades inerentes à sua preparação. Existem duas grandes vias de síntese destas nanoestruturas: i) o método “topdown” que consiste na redução de tamanho de um dado material até à obtenção duma estrutura 1D; e ii) o método “bottom-up” em que átomos, iões e moléculas são agrupados para formar um material 1D. O método “top down” envolve em geral técnicas de desgaste, como o uso do feixe de electrões, que apesar de permitirem elevada precisão no posicionamento e no controlo do tamanho, falham em termos de resolução, exigem muito tempo e causam facilmente defeitos que deterioram as propriedades físicas destes materiais. Na metodologia “bottom up” a utilização de moléculas ou estruturas “molde” tem sido a mais explorada. As estructuras 1D podem também ser preparadas sem recorrer a “moldes”. Neste caso a agregação orientada é promovida pelo recurso a aditivos que controlam o crescimento dos cristais em direcções preferenciais. Neste contexto, neste trabalho utilizaram-se duas estratégias “bottom up” de baixo custo para a preparação de nanopartículas de titanato de bário (BaTiO3) com morfologia controlada: 1) síntese química (em solução e em fase vapor) com utilização de nanotubos de titanato TiNTs) como “moldes” e precursores de titânio 2) síntese química em solução com presença de aditivos. Os nanotubos de titanato de sódio foram preparados por síntese hidrotermal. Como existiam muitas dúvidas acerca da natureza estrutural e do mecanismo de formação dos NTs, a parte inicial do trabalho foi dedicada à realização de um estudo sistemático dos parâmetros intervenientes na síntese e à caracterização da sua estrutura e microestrutura. Foi demonstrado que os NTs têm a fórmula geral A2Ti2O5 (A = H+ or Na+), e não TiO2 (anátase) com defendido por vários autores na literatura, e podem ser preparados por método hidrotermal em meio fortemente alcalino usando como fonte de titânio TiO2 comercial na forma de anátase ou rútilo. A menor reactividade do rútilo exige temperaturas de síntese superiores ou tempos de reacção mais longos. A forma tubular resulta do tratamento hidrotermal e não de processos de lavagem e neutralização subsequentes. Se os NTs forem tratados após a síntese hidrotérmica em água a 200 ºC, transformam-se em nanocilindros. Uma das partes principais desta tese consistiu na investigação do papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3. O potencial funcionamento dos NTs como “moldes” para além de precursores foi testado em reacção com hidróxido de bário em síntese em solução e por reacção com um precursor orgânico de bário em fase vapor. Tendo por base os estudos cinéticos realizados, bem como as alterações estruturais e morfológicas das amostras, é possível concluir que a formação do BaTiO3 a partir de NTs de titanato de sódio, ocorre por dois mecanismos dependendo da temperatura e tempo de reacção. Assim, a baixa temperatura e curto tempo de reacção verifica-se que se formam partículas dendríticas de BaTiO3 cuja superfície é bastante irregular (“wild”) e que apresentam estrutura pseudo-cúbica. Estas partículas formam-se por reacção topotáctica na fronteira dos nanotubos de titanato de sódio. A temperaturas mais altas e/ou reacções mais longas, a reacção é controlada por um mecanismo de dissolução e precipitação com formação de dendrites de BaTiO3 tetragonais com superfície mais regular (“seaweed”). A microscopia de força piezoeléctrica mostrou que as dendrites “seaweeds“ possuem actividade piezoeléctrica superior à das dendrites “wild”, o que confirma o papel desempenhado pela estrutura e pela concentração de defeitos na rede na coerência e ordem ferroeléctrica de nanoestruturas. Os nossos resultados confirmam que os NTs de titanato não actuam facilmente como “moldes” na síntese em solução de BaTiO3 já que a velocidade de dissolução dos NTs em condições alcalinas é superior à velocidade de formação do BaTiO3. Assumindo que a velocidade de reacção dos NTs com o precursor de bário é superior em fase vapor, efectuou-se a deposição de um precursor orgânico de bário por deposição química de vapor sobre um filme de NTs de titnato de sódio depositados por deposição electroforética. Estudou-se a estabilidade dos NTs nas diferentes condições do reactor. Quando os NTs são tratados a temperaturas superiores a 700 ºC, ocorre a transformação dos NTs em nanocilindros de anatase por um mecanismo de agregação orientada. Quando se faz a deposição do precursor de bário, seguida de calcinação a 700 ºC em atmosfera oxidante de O2, verifica-se que a superficie dos NTs fica coberta com nanocristais de BaTiO3 independentemente da concentração de bário. O papel dos NTs de titanato no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em fase vapor é assim descrito pela primeira vez. Em relação à metodologias de crescimento de partículas na ausência de “moldes” mas com aditivos fez-se um estudo sistemático utilizando 5 aditivos de natureza differente. As diferenças entre aditivos foram sistematizadas tendo em conta as diferenças estruturais e morfológicas verificadas. Está provado que os aditivos podem funcionar como modificadores de crescimento cristalino por alteração do seu padrão de crescimento ou por alteração da cinética de crescimento das faces cristalográficas do cristal. Entre os aditivos testados verificou-se que o ácido poliacrilíco adsorve em faces específicas do BaTiO3 alterando a cinética de crescimento e induzindo a agregação orientada das partículas. O polivinilpirrolidona, o docecilsulfato de sódio e hidroxipropilmetilcelulose actuam mais como inibidores de crescimento do que como modificadores do tipo de crescimento. A D-frutose aumenta a energia de activação da etapa de nucleação não ocorrendo formação de BaTiO3 para as mesmas condições dos outros aditivos. Esta tese clarifica o papel dos NTs de titanato de sódio enquanto precursores e “moldes” no crescimento anisotrópico de BaTiO3 em solução e em fase vapor. É feita também a abordagem do controlo morfológico do BaTiO3 através do uso de aditivos. As estratégias de preparação de BaTiO3 propostas são de baixo custo, reprodutíveis e fáceis de efectuar. Os resultados contribuem para uma melhor compreensão da relação tamanho – morfologia – propriedade em materiais ferroeléctricos nanométricos com vista à sua potencial aplicação.

Morphological findings in the tracheal epithelium of dogs exposed to the inhalation of poorly conditioned gases under use of an endotracheal tube or laryngeal mask airway

OBJETIVO: Avaliar as alterações morfológicas no epitélio traqueal de cães expostos à inalação de gases pouco condicionados, sob ventilação com tubo traqueal (TT) ou máscara laríngea (ML). MÉTODOS: Doze cães adultos foram divididos aleatoriamente em dois grupos: grupo TT (n-6) e grupo ML (n-6), submetidos à anestesia venosa e ventilação mecânica, em sistema sem reabsorção de CO2. Foram registrados parâmetros hemodinâmicos e ventilatórios, temperatura timpânica, temperatura, umidade relativa e absoluta do ar ambiente e dos gases inalados durante 3 horas. Ao término do experimento, os animais foram submetidos a eutanásia e realizadas biópsias ao longo do segmento traqueal para estudo morfológico. Três cães saudáveis foram utilizados para controle morfológico. RESULTADOS: A temperatura dos gases inalados manteve-se entre 24ºC e 26ºC, a umidade relativa entre 10% e 12%, e umidade absoluta entre 2 -3 mg H2O.L-1 sem diferença significativa entre os grupos. em ambos os grupos a análise histológica evidenciou processo inflamatório epitelial e congestão no córion, e a microscopia eletrônica de varredura mostrou agrupamento e desorganização ciliar. A microscopia eletrônica de transmissão detectou maiores alterações no grupo TT do que no ML, como alargamento das junções intercelulares, desorientação ciliar, vacuolização citoplasmática, alterações nucleares como pcinose e condensação da cromatina. CONCLUSÃO: A máscara laríngea determinou alterações menos pronunciadas no epitélio traqueal de cães expostos à inalação de gases pouco condicionados.

Organic photovoltaics using thin gold film as an alternative anode to indium tin oxide

Indium Tin Oxide (ITO) is the most commonly used anode as a transparent electrode and more recently as an anode for organic photovoltaics (OPVs). However, there are significant drawbacks in using ITO which include high material costs, mechanical instability including brittleness and poor electrical properties which limit its use in low-cost flexible devices. We present initial results of poly(3-hexylthiophene): phenyl-C61-butyric acid methyl ester OPVs showing that an efficiency of 1.9% (short-circuit current 7.01 mA/cm2, open-circuit voltage 0.55 V, fill factor 0.49) can be attained using an ultra thin film of gold coated glass as the device anode. The initial I-V characteristics demonstrate that using high work function metals when the thin film is kept ultra thin can be used as a replacement to ITO due to their greater stability and better morphological control.

Surface instability of confined elastic bilayers: Theory and simulations

The surface of a soft elastic film becomes unstable and forms a self-organized undulating pattern because of adhesive interactions when it comes in contact proximity with a rigid surface. For a single film, the pattern length scale lambda, which is governed by the minimization of the elastic stored energy, gives lambda similar to 3h, where h is the film thickness. Based on a linear stability analysis and simulations of adhesion and debonding, we consider the contact instability of an elastic bilayer, which provides greater flexibility in the morphological control of interfacial instability. Unlike the case of a single film, the morphology of the contact instability patterns, debonding distance, and debonding force in a bilayer can be controlled in a nonlinear way by varying the thicknesses and shear moduli of the films. Interestingly, the pattern wavelength in a bilayer can be greatly increased or decreased compared to a single film when the adhesive contact is formed by the stiffer or the softer of the two films, respectively. In particular, lambda as small as 0.5h can be obtained. This indicates a new strategy for pattern miniaturization in elastic contact lithography.

Preparação de microesferas poliméricas à base de estireno, acetato de vinila e divinilbenzeno com propriedades magnéticas

Microesferas poliméricas magnéticas à base de estireno (STY), divinilbenzeno (DVB), acetato de vinila (VAc) e ferro foram preparadas via polimerização em suspensão e semissuspensão. Foram estudadas as influências da concentração de VAc adicionado na polimerização e a presença de ferro sobre as características das partículas poliméricas obtidas. Estas partículas foram caracterizadas por espectrometria de absorção na região do infravermelho (FT-IR), análise térmica (TGA/DTA), microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e magnetometria de amostra vibrante (VSM). Foram obtidas com sucesso microesferas poliméricas com propriedades magnéticas à base de estireno, divinilbenzeno e acetato de vinila. Estes materiais apresentaram bom controle morfológico, com maior rendimento na faixa de 120 a 75 m. Apresentaram também boas propriedades magnéticas (22,62 a 73,75 emu/g) com comportamento próximo de materiais superparamagnéticos e boa estabilidade térmica (444 C)

Tailoring the morphology of carbon nanotube assemblies using microgradients in the catalyst thickness

In addition to the structural control of individual carbon nanotubes (CNTs), the morphological control of their assemblies is crucial to realize miniaturized CNT devices. Microgradients in the thickness of catalyst are used to enrich the variety of available self-organized morphologies of CNTs. Microtrenches were fabricated in gate/spacer/cathode trilayers using a conventional self-aligned top-down process and catalyst exhibiting a microgradient in its thickness was formed on the cathode by sputter deposition through gate slits. CNTs, including single-walled CNTs, of up to 1μm in length were grown within 5-15 s by chemical vapor deposition. The tendency of thin CNTs to aggregate caused interactions between CNTs with different growth rates, yielding various morphologies dependent on the thickness of the catalyst. The field emission properties of several types of CNT assemblies were evaluated. The ability to produce CNTs with tailored morphologies by engineering the spatial distribution of catalysts will enhance their performance in devices. © 2011 The Japan Society of Applied Physics.

Effects of ammonia and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) on morphologies of ZnO nano- and micromaterials under solvothermal process

Submicrometer zinc oxide (ZnO) with different morphologies including spindle-like, pencil-like, branch rod-like and frizzy flower-like shapes, have been hydrothermally synthesized in mixed solvents of ethanol and water at 140 degrees C. It was found that the volumes of added ammonia, surfactant (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB), and mixed solvent play crucial roles in morphological control of ZnO nanostructures. Increasing the volume of ammonia added to the reaction system, the shape of ZnO evolves from spindle into branch rod-like. Synergetic influence between CTAB and ammonia can only be observed at high concentration of ammonia.

Shape-controllable synthesis and upconversion properties of lutetium fluoride (doped with Yb3+/Er3+) microcrystals by hydrothermal process

Lutetium fluorides with different compositions, crystal phases, and morphologies, such as beta-NaLuF4 hexagonal microprisms, microdisks, mirotubes, alpha-NaLuF4 submicrospheres, LuF3 octahedra, and NH4Lu2F7 icosahedra, prolate ellipsoids and spherical particles have been successfully synthesized via a facile hydrothermal route. X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, high-resolution transmission electron microscopy, selected area electron diffraction, and photoluminescence spectra were used to characterize the samples. The intrinsic structural feature of lutetium fluorides, the solution pH values, F- sources, and organic additives (Cit(3-) and EDTA) account for the ultimate shape evolutions of the final products. The possible formation mechanisms for products with various architectures have been presented. Additionally, we investigated the upconversion luminescence properties of beta-NaLuF4: 20% Yb3+/2% Er3+ with different morphologies.

Gold nanowire assembling architecture for H2O2 electrochemical sensor

Morphological control of nanomaterials is of great interest due to their size and shape-dependent chemical and physical properties and very important applications in many fields such as biomedicine, sensors, electronics and others. In this paper, we reported a simple strategy for synthesizing gold nanowire assembling architecture at room temperature. It is found that two important factors, the proper volume ratio of ethanol to water and poly(vinyl pyrrolidone) (PVP), will play important roles in synthesizing flower-like short gold nanowire assembling spheres. Furthermore, the obtained flower-like gold assembling spheres with high surface-to-volume ratio have been employed as enhancing materials for electrochemical sensing H2O2. The present electrochemical sensing platform exhibited good electrocatalytic activity towards the reduction of H2O2. The detection limit for H2O2 was found to be 1.2 mu M, which was lower than certain enzyme-based biosensors.

Facile sonochemical synthesis of single-crystalline europium fluorine with novel nanostructure

A single-crystalline EuF3 nanoflower with a novel three-dimensional (3D) nanostructure has been successfully synthesized via a facile, fast, efficient, and mild ultrasonic irradiation solution route employing the reaction of Eu(NO3)(3) and KBF4 under ambient conditions without any template or surfactant. The ultrasonic irradiation plays an important role and is necessary for the synthesis of EuF3 with the complex structure. The formation mechanism of this complex nanostructure is proposed in this paper. No template or surfactant is used in this method, which avoids the subsequent complicated workup for the removal of the template or surfactant. Furthermore, a substantial reduction in the reaction time as well as the reaction temperature is observed compared with the hydrothermal process.

In(OH)(3) and In2O3 nanorod bundles and spheres: Microemulsion-mediated hydrothermal synthesis and luminescence properties

Indium hydroxide, In(OH)(3), nano-microstructures with two kinds of morphology, nanorod bundles (around 500 nm in length and 200 nm in diameter) and caddice spherelike agglomerates (around 750 - 1000 nm in diameter), were successfully prepared by the cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)/water/cyclohexane/n-pentanol microemulsion-mediated hydrothermal process. Calcination of the In(OH)(3) crystals with different morphologies (nanorod bundles and spheres) at 600 degrees C in air yielded In2O3 crystals with the same morphology. X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and photoluminescence (PL) spectra as well as kinetic decays were used to characterize the samples. The pH values of microemulsion play an important role in the morphological control of the as-formed In(OH)(3) nano-microstructures from the hydrothermal process. The formation mechanisms for the In( OH) 3 nano- microstructures have been proposed on an aggregation mechanism. In2O3 nanorod bundles and spheres show a similar blue emission peaking around 416 and 439 nm under the 383-nm UV excitation, which is mainly attributed to the oxygen vacancies in the In2O3 nano-microstructures.

Aspectos Morfo-Dinâmicos daComplexo Lagunar Nísia Floresta-Papeba-Guaraíras, Região Costeira Sul Oriental Do RN

This dissertation presents the results of research developed in the Nísia Floresta-Papeba-Guaraíras Lagoon Complex, located on the south coast of the Rio Grande do Norte State. The main objectives of this dissertation were the stratrigraphic characterization, in detail scale, of the and the coastal dynamics study of the lagoonal deposits sedimentation, as well as the morpho-dynamic analysis of the area. Therefore, an interdisciplinary methodology was adopted, in which all sedimentological, morpho-tectonic and geomorphological data were integrated. Vibracore up to 4m in length were carried out in the lagoons. The referred lagoon complex made of a system of three lagoons that interact through two artificial channels, named Boqueirão and Surubajá. The Guaraíras lagoon, the largest one in the system, corresponds to the estuary zone of the Trairi and Jacu rivers. The sedimentary load brought by these rivers is strongly reworked by tide currents, forming an important net-work of channels and sandy bars inside this lagoon and close to its channel connection with the sea. The stratigraphic units of the area are Cenozoic in age, and are represented by sedimentary rocks of the Barreiras Formation (sandstones, mudstones and conglomerates) and by rocks beach, as well as by siliciclastics sediments related with the fluvial dynamics of tide plain (clay and sandy bars), and coast (sand dunes and beaches). Among the recognized geomorphologic aspects, there are the elements associated with continental enviroments (drainage basins of the Trairi, Baldum and Jacu rivers, coastal tableland supported by the Barreiras Formation), and transitional environments (lagoon complex, dune fields, cliffs, tidal channels and beach rocks lines). The morphotectonic analysis indicates that fauts affect Barreiras Formation sedimentary rocks, with two sets of main lineaments: SW-NE and SE-NW. The anomalies in the drainage net are directly associated with these fault/fracture system, which control and subdivede the low courses of the Trairi and Jacu rivers, at least a tail of their flowing principal courses. The Nísia Floresta, Papeba and Guaraíras lagoons present strong morphological control according to the lineament directions. Taking into account the lagoonal deposits, the sedimentological analyses reflect a sediment distribution related to the interaction of the fluvial and sea processes that act in the study area. The correlated deposits show textural mainly microclastic characteristics of shallow waters, and of currents of low to moderate energy.In general, the Nísia Floresta-Papeba-Guaraíras lagoon Complex, constitutes a very intrinsec group, that undewent important changes in historical times that are reflected in the currents clays. Inaddition to the natural processes that act in this system, we should take into account the antrohopic intervention, which have increased in the past years

Obtenção de filmes finos de TiO2 nanoestruturado pelo método dos precursores poliméricos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)