4 Nanoestruturas de Carbono, Semicondutoras e de outros materiais: preparação, caracterização, simulações ab initio e aplicações em optoeletrônica e biotecnologia

4.1 Diamantóides: isolamento, caracterização e simulação para eletrônica molecular

Isolar diamondóides a partir do petróleo cru e, posteriormente, obter o cristal dos mesmos. Dentro deste tópico é perfeitamente cabível a classificação/caracterização do amadurecimento do petróleo utilizado baseada na quantidade e diferentes tipos de diamondóides presentes nas amostras de óleo; caracterização dos cristais de diamandóides por meio de técnicas como Difração de Raios-X, microscopia de força atômica (AFM), Espectroscopia Raman e Infra-vermelho (IR), Microscopia Ótica e Ressonânica Magnética Nuclear. Medidas de Análises Térmicas (DTA e TGA) também serão realizadas nas moléculas; funcionalização dos diamondóides, visando a aplicação em eletrônica molecular e, mais especificamente, a sugestão de “grupos químicos” para ligação entre a molécula e os contatos metálicos. As técnicas de caracterização básicas a fim de identificar as mudanças estruturais ocasionadas pela funcionalização serão: Espectroscopia Raman, IR e UV/Vis, Microscopia Ótica e RMN; cálculos ab initio dos diamondóides puro (molécula e cristal) e funcionalizados tendo como alvo a elucidação dos resultados obtidos com a funcionalização e o entendimento das modificações estruturais subseqüentes.

4.2 Nanoestruturas de carbono: funcionalizações, simulações ab initio e aplicações nanotecnológicas

Entender as propriedades físico-químicas dos nanotubos de carbono interagindo com as biomoléculas (algumas delas oriundas da microbiota local) e direcionar o estudo desses sistemas para aplicações desses sistemas em sensores com seletividade de reconhecimento molecular baseados no mecanismo de chavefechadura. Integrar as pesquisas em nanomaterias com genômica que é uma das áreas de fronteira da nanobiotecnologia e a uma das mais promissoras para a transformação de conhecimento em produtos de alto valor agregado com alto impacto na sociedade.

4.3 Modelagem computacional de nanocristais semicondutores e colóides magnéticos

Desenvolvimento de uma ferramenta computacional paralelizada para a investigação de sistemas atômicos contendo alguns milhares de átomos. Esta ferramenta será capaz de calcular um determinado número de 22 estados eletrônicos na região do espectro de energia onde ocorrem excitações eletrônicas, Tambem se realizará o desenvolvimento de ferramentas computacionais complementares para calcular outras propriedades a partir da estrutura eletrônica: densidade de estados, propriedades ópticas e excitações eletrônicas. Por outro lado, motivados pelo grande interesse experimental e tecnológico em sistemas magnéticos coloidais, serão estudadas também as propriedades estruturais, dinâmicas, térmicas e de transporte de um sistema de partículas magnéticas. Pretende-se caracterizar a estrutura do sistema e sua dependência na intensidade do momento magnético dos colóides e em outros parâmetros relevantes do ponto de vista experimental (densidade, campo magnético externo aplicado e vínculos estruturais tais como paredes ou bordas). Uma direção preferencial será dada aos momentos magnéticos das partículas por meio de um campo magnético externo. Com isso, pretende-se entender a dependência estrutural do sistema em relação ao campo externo aplicado ao sistema, fato de extrema importância em aplicações práticas. Finalmente, pretende-se investigar as propriedades eletrônicas de nanocristais coloidais baseados nos compostos II-VI. Em particular, nosso principal objetivo é entender como moléculas orgânicas ligadas à superfície dos nanocristais, simples ou heteroestruturados, afetam suas propriedades eletrônicas e químicas. Diferentes moléculas orgânicas de importância biológica serão investigadas, em especial moléculas de fármacos utilizados no combate ao câncer.

4.4 Investigação de propriedades termo-ópticas não-lineares de materiais nanoestruturados dopados com terras-raras

Pretendemos estudar as propriedades TONL de nanopartículas (NPs) tipo core-shell de CaF2 e/ou LaF3 dopadas com íons terras-raras (TRs) em diferentes ambientes, além de outros materiais nanoestruturados tais como vidros com nanopartículas metálicas dopados com TRs, soluções com nanopartículas (nanofluidos com Au e TiO2) metálicas, etc. Para isso utilizaremos as técnicas de lente térmica e Z-scan aliadas a técnicas tradicionais de caracterização de materiais tais como luminescência, absorção e espectroscopia Raman e infravermelho.

4.5 Efeitos de nanoestruturas moleculares dissolvidas em óleos vegetais da Amazônia

Usar óleos vegetais da Amazônia, especialmente os óleos de palma (Elaeis guineensis) e de buriti (Mauritia flexuosa L.), como solventes de nanopartículas de C60 para investigar as alterações em suas propriedades físico-químicas e suas possíveis aplicações como cosméticos e biocombustíveis. Além de C60 outros tipo de fulereno (C70) deve ser usado para estudos. Em uma etapa subseqüente, blendas de poliestireno com óleo de buriti contendo fulerenos devem ser preparadas para estudo, com vistas ao estudo de suas propriedades estruturais, óticas e elétricas. Outras medições inéditas em soluções de óleos vegetais com fulerenos são aquelas relativas às propriedades óticas não-lineares, em particular envolvendo propriedades ONL de terceira ordem.

4.6 Microscopia AFM/STM aplicada à sistemas nanoscópicos: Propriedades Mecânicas e Estruturais de Nanoestruturas de carbono e de Sistemas Biológicos

Nesse projeto propõe-se a pesquisa das propriedades mecânicas e estruturais de Nanomateriais de carbono visando a melhor compreensão e controle das mesmas de modo à abrir novas possibilidades para as aplicações tecnológicas desses materiais através do uso das técnicas de microscopia AFM/STM. Objetiva-se também o estudo das propriedades elásticas de células sob a ação de diferentes tipos de drogas e agentes nocivos. Os efeitos da interação entre as células e os nanomateriais carbonos na suas propriedades elásticas também serão investigados.