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Areas of Concentration/Áreas de Concentração
Física Aplicada a Sistemas Naturais e Sociais
Descrição: Atualmente, há uma crescente aplicação de conceitos e técnicas típicos de física no estudo das mais diversas situações envolvendo ciências puras e aplicadas. Em particular, muitas pesquisas relacionadas a sistemas naturais e sociais têm empregado conceitos de probabilidade e estatística comuns nas investigações em mecânica estatística. Nessas pesquisas, modelos vêm sendo analisados e dados têm sido considerados na direção de aumentar nosso entendimento de uma grande variedade sistemas. Um exemplo é o uso de aspectos experimentais e teóricos relacionados a processos difusivos usual e anômalo na investigação de sistemas naturais e sociais. No estudo de difusão anômala, do ponto de vista teórico, é comum considerar equações que, em algum sentido, generalizam aquelas relacionadas a difusão usual. Essas vertentes investigativas fazem parte de nossos esforços.
Mecânica Estatística Generalizada
Descrição: A mecânica estatística de Boltzmann-Gibbs (usual) é especialmente útil para descrever sistemas que envolvem aspectos como interações de curto alcance e memória de curta duração. Se facetas como essas são violadas, o sucesso da aplicação da mecânica estatística usual fica comprometido. Em tais situações, pode-se considerar algum tipo de mecânica estatística generalizada. Nessa direção, generalizações dos mais diversos resultados da mecânica estatística usual vêm sendo revisitados considerando o uso de entropias que generalizam a de Shannon. Em particular, muitos esforços têm sido direcionados ao uso da entropia de Tsallis e aspectos correlatos. Além disso, várias dessas generalizações têm sido objeto de comparação com resultados experimentais e simulações. Esse cenário investigativo faz parte de nossos interesses.
Sistemas Complexos
Descrição: Em geral, sistemas complexos são compostos por muitas partes interagentes, apresentando padrões coletivos que dificilmente poderiam ser inferidos a partir de suas interações. Além disso, interação não linear entre as partes, emergência de padrões, adaptabilidade, auto-organização e imprevisibilidade vêm sendo comumente relacionados a esses sistemas. Deve-se ressaltar, ainda, que várias investigações direcionadas a sistemas complexos indicam que eles podem apresentar aspectos comuns aos envolvidos em transições de fase. Universalidade e invariância de escala são exemplos desses aspectos. Os diversos estudos sobre sistemas complexos envolvem um amplo ferramental teórico. Uma lista não exaustiva desse ferramental inclui aspectos de dinâmica não linear, dinâmica estocástica, séries temporais, fractais e redes complexas. Estudar os mais variados tipos de sistemas complexos é um dos nossos objetivos.
Espectroscopia fotoacústica
Descrição: Estudo e desenvolvimento de técnicas de análise espectroscópica de materiais, com ênfase em bandas de absorção UV-VIS e IV próximo em materiais diversos, como polímeros, vidros, materiais biológicos, sejam impregnados ou dopados.
Espectroscopia fototérmica
Descrição: Estudo e desenvolvimento de técnicas de análise espectroscópica de materiais por via termoóptica e variação térmico do índice de refração, com ênfase em materiais diversos, como polímeros, vidros, materiais biológicos, biodiesel, fármacos, entre outros.
Espectroscopia no infravermelho
Descrição: Estudo de emitância integrada na faixa infravermelho de 4 – 14µm para o estudo da radiância integrada em materiais poliméricos, cerâmicos e compósitos com base poliestireno, dopados ou codopados. Medida de emissividade integrada por radiômetro lock-in com aquecimento via Halógenio ou lâmpada de arco senônio.
Luminescência e espectroscopia de sólidos
Descrição: Preparação de blendas poliméricas tipo PC/PMMA, TEG e PET/ZnO, DTEG e dopagem com terra-rara, medidas de propriedade térmica e espectroscópicas de absorção e emissão, estudo do efeito de dopagem e co-dopagem na emissão.
Propriedades ópticas e espectroscópicas de materiais
Descrição: Estudo de espectroscopia de absorção em solos e suas propriedades térmicas, estudo óptico por refletância visível e medida termofísicas, caracterização de compósitos em pó bioativas de hidroxiapatita/Pentoxido de Nióbio, difusividade e condutividade térmica.
Propriedades térmicas
Descrição: Medidas de análises térmicas (DSC/DTA/TGA), calorimetriae difusvidade térmica em função da temperatura para determinação de transições de fase em materiais. São aplicadas principalmente em estudos de transições de fases estruturais, transições vítreas, cristalização e decomposição ou degradação de biomateriais.
Propriedades termo-ópticas
Descrição: Estudo da variação de caminho óptico de materiais transparentes ou semi-transparentes em função da temperatura e/ou da sua composição. Esta propriedade depende do índice de refração e sua variação térmica, bem como, a variação dimensional do material podendo assim ser utilizada para a determinação de transições de fases, efeitos de sinterização e dopagens e codopagens.
Densitometria e realogia
Descrição: A densidade (ρ) é um parâmetro termodinâmico relevante e reflete mudanças na estrutura molecular (ou micelar), em especial nas proximidades de uma transição de fase. A densidade é descontínua em uma transição de primeira ordem e varia continuamente (transição de segunda ordem ou contínua). O coeficiente de expansão térmica (β) é um parâmetro importante nesta linha de investigação, obtido a partir dos dados de densidade. O expoente crítico que reflete o andamento destes parâmetros nas proximidades das transições com natureza de segunda ordem (ou fracamente de primeira ordem) encontra ressonância no contexto das teorias de fenômenos críticos. A reologia é uma linha de investigação (não restrita apenas aos cristais líquidos) e tem atraído o interesse de pesquisadores de outras áreas do conhecimento.
Parâmetros: de ordem e não linear
Descrição: O parâmetro de ordem (S) de fases nemáticas uniaxiais pode ser determinado através dos coeficientes de absorção e índices de refração ou diretamente (experimento de NMR). Os coeficientes de absorção paralelo (kII) e perpendicular (k/) à direção de polarização da luz incidente são obtidos através das respectivas transmitâncias ópticas via espectrofotometria. O interesse neste estudo é direcionado ao domínio das fases nemáticas (liotrópicas e termotrópicas) e as proximidades de suas transições para as isotrópicas. A técnica de varredura Z é direcionada ao estudo e a determinação de parâmetros associados à óptica não linear, em especial, o índice de refração não linear (n2) em diversos materiais. Nos sistemas líquido-cristalinos, uma anomalia tem sido observada no comportamento de n2 na fase nemática liotrópica (entre duas fases isotrópicas) quando comparado com n2 de um típico nemático termotrópico. Esta investigação ainda necessita ser mais aprofundada.
Propriedades elétricas
Descrição: A espectroscopia de impedância é uma técnica poderosa voltada para o estudo e a determinação de propriedades elétricas de materiais sólidos, cristais líquidos e outros fluxos complexos. A caracterização de uma transição entre fases nemáticas termotrópicas está em curso via comportamento de parametros elétricos fruto da potencialidade da mencionada técnica.
Propriedades ópticas de fases uniaxial e biaxial
Descrição: A caracterização de fases uniaxial e biaxial líquido-cristalinas, do ponto de vista da óptica linear, requer medidas de 2 índices de refração extraordinário e ordinário (fase uniaxial) e 3 índices no caso biaxial. Esta linha de investigação passa, num primeiro momento, pela caracterização das texturas líquido-cristalinas via microscopia óptica de luz polarizada (processamento de imagens e acessórios ópticos de birrefringência) e refratometria de alta resolução. Neste contexto experimental, determina-se 2 índices de refração do meio uniaxial/biaxial e o terceiro (fase biaxial) índice pode ser obtido através modelos teóricos de transição de fase. As fases mencionadas acima podem ser caracterizadas do ponto de vista da conoscopia óptica. Para tal finalidade uma lente de Amici-Bertrand é posicionada no sistema óptico do microscópio. As características e o comportamento das figuras de interferências (imagens conoscópicas) observadas através da ocular (microscópio) são usualmente utilizados na identificação da uniaxialidade /biaxilidade destes materiais e áreas afins.
Caracterização termo-óptica e mecânica de materiais
Descrição: A caracterização de propriedades físicas de matérias tem interesse amplo deste a indústria aplicada, quanto no desenvolvimento de novos materiais. Exemplo disto, esta na caracterização de propriedade de luminescência de vidros e cristais na produção de lasers e de luz branca. Propriedades térmicas e mecânicas, como difusividade, expansão térmica, efeitos de stress também tem alto interesse em varias áreas da ciência. Nosso grupo tem trabalhado no desenvolvimento de várias técnicas aplicadas na caracterização termo, óptica e mecânica de materiais sólidos transparentes e opacos. Dentre estas técnicas, destacamos a técnica de espelho térmico introduzida pelo grupo e quem sido aprimorada tanto do ponto de vista teórico quanto experimental (Applied Physics Letters 91, 191908, 2007, Applied Physics Letters 92, 131903, 2008, Journal of Applied Physics 104, 053520, 2008, J. Opt. Soc. Am. B 28, 1735, 2011). Neste mesmo sentido, desenvolvemos a técnica de efeito miragem resolvida no tempo (Applied Physics Letters 100, 091908 2012, J. Appl. Phys. 111, 093502 (2012). Estas técnicas tem sido aplicadas na caracterização de diferentes materiais, como por exemplo, no estudo absorção ressonante de estados excitados e processos de relaxação em vidros alumino-silicados dopados com Tb3+ (Optics Letters 38, 4667, 2013), na refrigeração óptica induzida por laser (Applied Physics Letters 102, 141910, 2013) e matérias ópticos em geral (Optical Materials 35, 1129, 2013).
Efeitos de pressão de radiação
Descrição: A deformação da superfície produzida por forças de pressão de radiação e electrostrição tem gerado controvérsia por mais de um século. Teorias comumente aceitas propostas por Minkowski e Abraham para o tensor de energia-momento levam a resultados diferentes se não tiver uma interpretação correta para o momento do fóton em meios dielétricos. Temos trabalhado na simulação numérica para identificar os efeitos separadamente assumindo meios dielétricos não-absorvente e absorventes. As equações de deformação termoelásticos são resolvidas numericamente e os perfis de deformação da superfície são obtidos. Finalmente, um método de pump-probe é proposto para detectar a pressão de radiação e forças de electrostrição em sólidos dielétricos e líquidos transparentes (Applied Physics Letters 102, 231903, 2013). Os efeitos da interação da luz com a matéria têm aplicações em áreas de manipulação de moléculas e átomos através de pinças ópticas, com interesse na ciência de nano materiais e sistemas biológicos. Neste sentido, temos o interesse tanto no do ponto de vista teórico-numérico quanto experimental no entendimento e detecção de efeitos de pressão de radiação. Extensão para estudos com feixes apresentando momento angular orbital também estão em aberto e são potencialmente um campo vasto de aplicação.
Modelagem matemática do efeito de interação luz-matéria aplicado em técnicas experimentais
Descrição: Uma das características que motivou a formação do grupo é o acoplamento do tratamento teórico com resultados experimentais, o qual tem se tornado um diferencial ao longo dos últimos anos. A descrição teórica dos efeitos termoelásticos induzidos por interação da luz laser com a matéria e a conseqüente detecção por meios de técnicas fototérmicas tais como Lente Térmica, Espelho Térmico e Efeito Miragem tem permitido um avanço qualitativo na caracterização de propriedades físicas de materiais. Os modelos usados nestas técnicas utilizavam um grande número de aproximações que muitas vezes eram difíceis de serem satisfeitos experimentalmente. Efeito como acoplamento térmico entre amostra e fluido adjacente (Journal of Applied Physics 107, 053104 2010, Journal of Applied Physics 107, 083512 2010, Applied Spectroscopy 65, 99, 2011, Applied Spectroscopy 66, 1461, 2012), efeitos de tamanho finito das amostras (J. Opt. Soc. Am. B 28, 1735, 2011), descrição correta da variação do caminho óptico induzida por efeitos termoelásticos (J. Opt. Soc. Am. B . 29, 1772, 2012, J. Opt. Soc. Am. B . 29, 3355, 2012) , efeitos de lente de população na Lente Térmica (Optics Letters 38, 422, 2013) são exemplos de resultados obtidos recentemente. Nesta direção, o grupo tem permanente interesse no tratamento teórico de desafios experimentais que surge ao longo do desenvolvimento das variadas técnicas experimentais.
Produção de nano partículas por laser ablation
Descrição: Laser Ablation é o processo de remoção de material de uma superfície sólida por irradiação com um feixe de laser. Em baixo fluxo de laser, o material é aquecido pela energia do laser absorvida e evapora. No alto fluxo de laser, o material é normalmente convertido em um plasma. Normalmente, ablação por laser refere-se à remoção de material com um laser pulsado, mas é possível ablação material com um feixe de laser de onda contínua, se a intensidade do laser é alta o suficiente. A profundidade ao longo do qual a energia do laser é absorvida, e, portanto, a quantidade de material removido por um único pulso de laser, depende das propriedades ópticas do material e o comprimento de onda do laser e da duração dos impulsos. Pulsos de laser podem variar ao longo de uma gama muito ampla de duração (milissegundos para femtoseconds) e fluxos, e pode ser controlada com precisão. Isso faz com que a ablação a laser seja de grande valia tanto para pesquisa e aplicações industriais. Uma das aplicações é a síntese solução coloidal de nano partículas numa variedade de solventes. Neste método, as nano partículas são produzidas durante a condensação de uma coluna de plasma formado pela ablação a laser de uma placa de metal mergulhado em uma solução líquida. Este processo surgiu como uma alternativa confiável aos métodos tradicionais de redução química para a obtenção de nano partículas de metais nobres. Esta técnica também é considerada um técnica verde para síntese de nano partículas em água ou solventes orgânicos pois não necessitam de produtos químicos estabilizadores. Nosso laboratório possui os equipamentos necessários para produção, caracterização e estudo de aplicações destas nano partículas.
Reações foto-químicas e difusão de massa induzidas por laser
Descrição: Fotodegradação é a alteração de uma molécula provocada pela absorção de fótons, especialmente nos comprimentos de onda encontradas na luz solar, tais como a radiação infravermelha, luz visível, e a luz ultravioleta. Fotodegradação inclui fotodissociação, alteração da forma de uma molécula de forma irreversível, tais como a desnaturação de proteínas, e a adição de outros átomos ou moléculas. Uma reação comum de fotodegradação é a oxidação, a qual é usada para tratamento de água e poluentes. O estudo de fotodegradação induzida pela interação da luz com a matéria tem aplicações em varias áreas da ciência, que vão desde análise físico-química até sistemas biológicos. O uso extensivo do laser tem adicionado vantagem pela alta qualidade do feixe, com comprimento de onda, intensidade e distribuição espacial bem definidos. No entanto, no caso de fluidos a excitação localizada pode induzir efeitos adicionais como difusão de massa e termoforese. Temos aplicado a técnica de lente térmica no modo descasado, monitorando o comportamento do sinal tanto como o laser de excitação ligado quanto desligado para identificar e quantificar reação química induzida por laser em soluções iônicas aquosas de Fe(II)-TPTZ e no estudo de degradação e combustíveis fosseis (J. Phys. Chem. B 115, 9417, 2011, Applied Physics Letters 95, 191902, 2009, Optics Letters 34, 3460 2009). Também desenvolvemos método para detectar e descriminar a contribuição do efeito Soret e da fotoreação na técnica de lente térmica.(Optics Express 19, 4047, 2011). Temos interesse na descrição teórica destes efeitos e possíveis aplicações em técnicas experimentais que permitam o monitoramente da dinâmica e amplitude destes processos.
Caracterização estrutural e magnética de materiais
Descrição: Aplicação múltipla de técnicas para caracterização estrutural e magnética de materiais sintéticos (acima citados), incluindo aços e combustível nuclear, além de solos e minerais. A espectroscopia Mössbauer nos isótopos 57Fe, 151Eu e 155Gd é amplamente aplicada, tanto na geometria de transmissão quanto na de elétrons de conversão (57Fe). A difratometria de raios X é empregada na geometria de Bragg-Brentano e com feixe em ângulo rasante, na obtenção de parâmetros cristalográficos. Refinamentos pelo método de Rietveld são usualmente conduzidos para caracterização de fases. Para análise das propriedades magnéticas recorre-se a magnetômetros de amostra vibrante, de extração e SQUID. Em todas as técnicas anteriores, é comum o uso de práticas de criogenia, com medidas em baixas temperaturas. A análise térmica e a calorimetria também são procedimentos de análise bastante utilizados. A microscopia eletrônica – de varredura e de transmissão – e a difração de nêutrons constituem caracterizações auxiliares.
Caracterização de materiais nucleares
Descrição: Caracteriza-se combustíveis nucleares cerâmicos (para plantas de energia elétrica) e metálicos (para reatores de propulsão); são compostos à base de urânio, como (U, Gd)O2 e U-Zr-M (M = Mo, Nb e Gd), estudados em colaboração com o Centro Tecnológico da Marinha. Também são analisados (e processados termicamente) aços Maraging, para utilização em super-centrífugas. Aqui são identificados os precipitados formados por “envelhecimento” e as propriedades magnéticas de mérito do aço.
Estudos de compostos magnéticos
Descrição: Preparação e caracterização de compostos sintéticos como espinélios, granadas, catalisadores, perovskitas, semicondutores magnéticos diluídos, sillenitas e pirocloros. Mede-se as propriedades magnéticas e hiperfinas, que são correlacionadas com as propriedades estruturais dos compostos. Fenômenos como ordens magnéticas, temperaturas críticas, frustração geométrica, re-orientação de spin, exchange bias e orientação orbital são objeto de estudo.
Síntese de materiais por várias técnicas
Descrição: Utilização de diferentes métodos de síntese como reação de estado sólido, moagem de alta-energia, fusão a arco e por indução, reação sol-gel, liofilização, tratamentos térmicos, irradiação com íons energéticos e outros processos na preparação de cerâmicas e ligas metálicas com propriedades estruturais ou magnéticas peculiares; também são preparados semicondutores, filmes finos, superfícies oxidadas, amorfos metálicos, soluções sólidas estendidas, nanopartículas, quasicristais e materiais granulares.
Desenvolvimento de dispositivos multifuncionais
Descrição: Os materiais multiferróicos magnetoelétricos (ME) representam uma classe de materiais que oferece mecanismos para potenciais aplicações em dispositivos multifuncionais como memorias de múltiplos estados, sensores magnetoelétricos de campo, transdutores para “energy harvesting”, transformadores de estado sólido sintonizáveis e dispositivos de microondas sintonizáveis.
Investigação de propriedades estruturais e microestruturais de multiferróicos policristalinos monolíticos
Descrição: Os materiais multiferróicos são definidos como aqueles que exibem à mesma temperatura e pressão ferromagnetismo (ou antiferromagnetismo) e ferroeletricidade (ou antiferroeletricidade). Como maioria dos materiais ferroelétricos também são ferroelásticos (apresentam um comportamento histérico stress-strain), o rotulo “multi-ferro” geralmente inclui três parâmetros de ordem acoplados. Nesta linha de pesquisa estudamos a relação entre as propriedades estruturais e microestruturais de materiais e suas propriedades multiferróicas.
Investigação de propriedades ferroicas (ferroelétricas, dielétricas, piezelétricas, magnetostritivas, eletrostritivas, magnéticas e piroelétricas) de multiferroicos policristalinos monolíticos
Descrição: Do ponto de vista fundamental, uma resposta magnetoelétrica é característica de uma mudança de polarização elétrica em resposta a aplicação de um campo magnético externo ou é característica de uma mudança da magnetização em resposta a um campo elétrico externo Estes materiais proporcionam uma conversão efetiva entre as energias armazenadas nos campos elétrico e magnético. Portanto, nesta linha de pesquisa, estudamos as respostas ferróicas de diferentes materiais visando o entendimento de suas propriedades multiferróicas.
Simulação e otimização de estruturas e propriedades físicas de materiais usando cálculos ab initio
Descrição: Nesta linha de pesquisa realizamos refinamentos estruturais através do método de Rietveld usando dados de difração de raios X convencional e sincrotron e difração de nêutrons. Através dos resultados obtidos no refinamentos realizamos cálculos de densidade eletrônica e associamos estes às propriedades multiferróicas dos materiais estudados. Para uma se obter uma análise mais precisa dos comportamentos estrutural e eletrônico destes materiais, realizamos também cálculos ab initio via Density Functional Theory.
Síntese de multiferroicos (magnetoelétricos, magnetoelásticos, eletroelásticos, piezelétricos e piezemagnéticos) policristalinos monolíticos
Descrição: Nesta linha de pesquisa estudamos diferentes rotas de síntese de pós e diferentes rotas e processos de sinterização de materiais multiferróicos.
Dispositivos eletro-ópticos
Descrição: Dispositivos eletro-ópticos (ou displays) são, na sua maioria, células com espessura controlada e preenchidas com algum tipo de cristal líquido que têm como função modular a luz de cada unidade individual do dispositivo, chamadas pixel. Os cristais líquidos são empregados por fluírem (logo podem preencher estas células), manipularem a luz (são birrefringentes) e responderem a um campo elétrico aplicado (são também dieletricamente anisotrópicos). Do ponto de vista fundamental, entender os mecanismos que fazem destes materiais importantes para os dispositivos é necessário, e, desta forma, otimizar estes mecanismos. Por exemplo, o tempo de resposta ou de relaxação de um cristal líquido nemático determina o quão rápido uma imagem pode ser mostrada pelo dispositivo. Este tempo depende de vários parâmetros físicos da fase e seu cálculo nem sempre é trivial. Recentemente mostramos que uma forma analítica pode ser encontrada para nemáticos dependendo, além da viscosidade e constante elástica, da espessura, energia de ancoramento e viscosidade de superfície (Ann. Of Phys. 346, 14, 2014). Vários outros tipos de estudos, incluindo as interações com as superfícies são possíveis. Um outro material além do nemático que é explorado pelo grupo é a fase colestérica refletiva. Nestes tipos de displays, existe uma transição entre as texturas planar para a textura focal-cônica, através da aplicação de um campo elétrico. Há dois mecanismos para isso: nucleação das chamadas oily-streaks (linhas de defeito) ou através das instabilidades de Helfrich, onde as camadas colestéricas se dobram até quebrarem em domínios. Geralmente, o processo de nucleação tem um campo crítico um pouco mais baixo e predomina, embora ambos mecanismos sejam observados simultaneamente. Neste caso, via nucleação, o processo é lento e incompatível com o funcionamento de um display. Uma forma de acelerar este processo foi proposta através da adição de nano-partículas (J. Soc. Inf. Disp. 19, 410, 2011) e pelo método de matriz ativa (SID digest 11, 392, 2011). No entanto, este ainda é um ponto que deve avançar muito. Por outro lado, um display funcionando através das instabilidades de Helfrich foi proposto e seu funcionamento dado diferentes condições de contorno analisada (J. of Appl. Phys., 112, 124513, 2012). No entanto, o mecanismo físico da dinâmica deste display capaz de transições da ordem de 5 ms ainda é desconhecido e deve ser explorado pelo grupo. Outros estudos como o ângulo na superfície, viscosidade de superfície e outros tipos de dopagem ainda permanecem em aberto e devem ser explorados pelo grupo.
Espectroscopia de impedância de fluidos isotrópicos e anisotrópicos
Descrição: A técnica de espectroscopia de impedância é utilizada na caracterização eletroquímica de sistemas de interesse descrevendo relaxação molecular e mudanças em várias propriedades físico-químicas, conforme a frequência de um campo elétrico aplicado à amostra varia. Em nosso grupo, a técnica é usada para análise de amostras líquido-cristalinas, óleos vegetais (estudo de oxidação) e amostras contendo outros fluidos biológicos. Do ponto de vista teórico, o grupo também se destacou nos últimos anos com modelos difusivos que se valem das equações de difusão fracionária, considerando vários condições de contorno a serem obedecidas pelo sistema, de modo a representar situações mais próximas dos experimentos e dar conta da enorme complexidade do comportamento dos elétrodos. Esse tipo de análise é de particular importância para a física dos cristais líquidos, que ainda é o carro-chefe das pesquisas do grupo. É mister ressaltar que o uso do formalismo de derivadas fracionárias nesse contexto é uma contribuição pioneira do grupo para a literatura internacional dedicada a esses problemas. Mencione-se, em particular, a nova versão do modelo de Poisson-Nernst-Planck (PNP) com a incorporação de fenômenos de difusão anômala à descrição dos problemas (Modelo PNPA) realizada com sucesso pelo grupo.
Fenômenos difusivos usuais e anômalos
Descrição: Os fenômenos difusivos e a compreensão dos aspectos formais vinculados a eles têm atraído a atenção de vários pesquisadores devido ao grande número de aplicações nos diversos campos da ciência, e, de modo particular, em vista das aplicações associadas à difusão anômala. Inserida nesse contexto geral, temos a investigação de soluções para as equações de difusão, suas extensões e demais situações físicas que podem ser relacionadas a elas, como por exemplo, o problema de reorientação molecular em cristais líquidos nemáticos sob a ação de campos externos, a dinâmica do processo de adsorção iônica ou de partículas neutras em cristais líquidos e, também, a difusão fracionária em conexão com os resultados de espectroscopia de impedância em líquidos e fluidos complexos.
Misturas de cristais líquidos com polímeros: fases estabilizadas, microscopia e aplicações
Descrição: O processo de adição de polímeros aos cristais líquidos produz vários resultados importantes em pesquisa básica e aplicada. Basicamente, existem dois tipos de organização: quando a quantidade de polímero é grande (~70%), existe uma separação de fase entre o polímero e o cristal líquido, formando uma emulsão de gotículas liquido cristalinas. Estes são chamados de PDLCs. Em geral, estes sistemas são interessantes do ponto de vista ótico, pois espalham luz e pelo fato do cristal líquido apresentar diferentes orientações e ancoramento dependendo do tipo específico de polímero. O segundo tipo de mistura utiliza uma baixa concentração de polímeros (~10%), a rede polimérica estabiliza o cristal líquido. Isto porque, a priori, são dissolvidos monômeros no cristal líquido e então são foto-polimerizados. Durante este processo, a rede polimérica cresce e toma a mesma forma que a organização líquido cristalina (J. of Appl. Phys., 112, 124513, 2012 e J. of Disp. Tech. 7, 11, 2011). No nosso grupo, pretendemos utilizar estas técnicas acopladas a microscopia eletrônica para visualizar padrões como a interface entre cristais líquidos colestéricos e a fase isotrópica. Além do mais, o sistema pode ser empregado para o estudo de cargas adsorvidas pela rede que induzem um passo assimétrico na fase colestérica. O grupo ainda utiliza estes sistemas como laboratório de novas fases, novos polímeros e na aplicação e aperfeiçoamento de dispositivos eletro-ópticos.
Orientação molecular e efeitos de superfície em cristais líquidos termotrópicos e anisotrópicos
Descrição: A investigação do comportamento elástico interfacial em meios nemáticos é uma atividade merecedora dos melhores esforços da comunidade científica. Uma linha clássica de investigação que temos abordado há quase duas décadas e meia tem por objetivo determinar o perfil de equilíbrio do diretor da fase a partir da consideração da orientação molecular favorecida pela superfície. Esses problemas podem ser afrontados por meio da teoria elástico-contínua para materiais líquido-cristalinos, e, do ponto de vista matemático, podem ser formulados como problemas de contorno e de valor inicial. Nossas abordagens do problema levam em conta diversos fatores como a inomogeneidade na distribuição dos eixos fáceis nas superfícies, a presença de campos externos, efeitos geométricos superficiais, molhagem, entre outros, sobre as propriedades de volume de um nemático. Mais recentemente, os estudos realizados pelo grupo enfatizam os fenômenos de adsorção que ocorrem na interface cristal-líquido — substrato, tanto de partículas neutras quanto das cargas móveis presentes no fluido. Nesse último caso, o estudo de efeitos superficiais em cristais líquidos se junta ao estudo mais geral das respostas elétricas de células eletrolíticas, e vem sendo afrontado por meio de diversas técnicas. Em particular, processos de difusão anômala também vêm sendo detalhadamente considerados nessa vertente investigação.
Transições entre texturas e molhamento em nemáticos quirais
Descrição: A fase nemática quiral ou colestérica tem chamado atenção nos últimos anos devido à quebra de simetria induzida pela quiralidade que leva a fenômenos únicos. Um aspecto interessante dessa fase é apresentar várias texturas diferentes, que se apresentam em determinadas situações como ancoramento, campo elétrico e tipo de confinamento. É de grande importância conhecer-se os mecanismos por trás das transições entre essas texturas, pois assim podem ser aplicadas em dispositivos eletro-ópticos. Uma das vertentes de estudo desta linha é estudar estas transições tanto no âmbito experimental quanto teórico, determinando-se assim os fatores e usabilidade por trás de cada textura. Esse conhecimento também pode ser aplicado nas chamadas transições de molhamento, que ocorre quando o ângulo de contato de duas fases coexistindo torna-se zero com relação a um substrato sólido, quando a temperatura (ou composição) é alterada . Recentemente, nosso grupo foi pioneiro em estudar uma transição de molhamento para nemáticos quirais (Phys. Rev. Lett. 110, 057801, 2013). Durante a transição de molhamento, uma fina camada de CL ocorre onde força de molhamento, quiralidade, elasticidade e ancoramento agem reciprocamente dando origem à transições nemático-colestérico e a formação de franjas dependendo da razão entre constante elásticas e a razão entre espessura e passo. À medida que a camada de molhamento cresce com o decréscimo da temperatura, a periodicidade das franjas muda, e finalmente há uma ruptura dessas franjas. Os grandes desafios ainda são os de entender o formato da interface entre a fase isotrópica e a colestérica e se na interface podem co-existir domínios de “blue-phases” para determinados passos, estudos a serem realizados com microscopia (eletrônica e de transmissão), cálculos analíticos e computacionais via modelos de Landau-de-Gennes e Monte Carlo. Outros desafios dessa linha incluem a interação e a dinâmica de defeitos em CLCs e explicar a ruptura das franjas observadas experimentalmente.
Sistemas Biológicos
Descrição: Caracterização de tecidos biológicos por iluminação e determinação de resposta óptica via absorção. Nesta linha as destacam-se aplicações tópicas de fármacos em pele, in vivo ou ex vivo, e impregnação de agentes antibacterianos em tecidos dentários, in vitro, para a análise do perfil de permeação e propriedades de difusão de calor do material difundido através dos tecidos e estudo da fotoestabilidade de fármacos par aplicação em sistemas biológicos.
Espectroscopia Vibracional
Descrição: Estudo e caracterização de materiais utilizando espectroscopia vibracional a partir das técnicas de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espalhamento Raman por transformada de Fourier (FT-Raman) e espalhamento Raman dispersivo acoplado a microscópio confocal, com as quais é possível caracterização de grupos funcionais por meio de suas freqüências características. Nesta linha destacam-se os estudos realizados em sistemas vítreos, polímeros e copolímeros, fármacos, biomateriais e sistemas biológicos, com ênfase em estudos de tecidos alterados.
Produção e Caracterização de Vidros Ópticos
Descrição: Estudo de espectroscopia de absorção compósitos aluminosilicatos em pó e pós fundido em estado vítreo, suas propriedades térmicas, caracterização óptica com dopagem terra-rara, medidas de propriedade espectroscópicas de absorção e emissão, estudo do efeito de dopagem e co-dopagem na emissão.