Para processar adequadamente a enorme quantia de baterias de íons de lítio (BILs) esgotadas que têm sido geradas atualmente, métodos e processos de reciclagem mais eficientes, de menor custo e menos poluidores vêm sendo constantemente pesquisados. Entre os métodos propostos recentemente, a pirólise redutiva à base de carbono tem se destacado pela simplicidade e alta eficiência na recuperação do lítio das BILs na forma do carbonato Li2CO3, além de reduzir os estados de oxidação dos demais metais, facilitando sua posterior recuperação por processos hidrometalúrgicos. O Li2CO3 é então separado dos demais produtos por simples lavagem com água. Apesar dos notáveis avanços, a técnica ainda carece de estudos mais aprofundados, em particular a identificação e quantificação dos produtos da pirólise e das suas reações em função da dosagem de carbono reativo e da temperatura das reações. Assim, este trabalho apresenta um estudo experimental da pirólise redutiva do catodo Li1-xNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC532) em função de temperaturas reacionais até 800 °C, utilizando o carbon black e o PVDF presentes no catodo (carbono nativo - CN) como dosagem mínima de carbono reacional e sob a adição de 5% em massa do material do ânodo como fonte extra de carbono (CE). Medidas de DRX revelaram que a fase NMC532 se mantém estável até 500 oC, independentemente da concentração de carbono. Sob o carbono nativo, o NMC532 é parcialmente decomposto em 550 °C, mas já gerando o carbonato de Li. Em 600 °C o NMC532 é totalmente decomposto nas fases (MnO)x(NiO)y, Li0,185Co0,815O, Ni metálico e Li2CO3 em maior concentração. A 700 e 800 °C nenhum produto novo foi obtido das pirólises. Sob a adição de CE, os produtos da pirólise do NMC532 a 550 e 600 oC foram os mesmos obtidos sob o CN, além de grafite não reagido. Em 700 °C, o Li2CO3 é a única fase contendo Li e em sua maior concentração, além dos produtos CoO, MnO, Ni e Co e grafite residual. Em 800 °C o CoO é reduzido para Co, restando as fases MnO, Ni e Co metálicos uma diminuição na concentração de Li2CO3 por sua volatilização. Medidas in-situ e ex-situ da massa dos produtos das pirólises por TG/DSC e balança analítica mostraram um aumento da massa em torno de 550 a 700 °C devido a formação do Li2CO3 pela captura do CO2 gasoso gerado em reações com o CN e CE. Análises de FTIR dos produtos das pirólises confirmaram a formação do Li2CO3 e a dependência da sua concentração com a temperatura e concentração de carbono reacionais. Observou-se ainda uma correlação entre as variações do modo vibracionais na região dos óxidos metálicos com os óxidos identificados por DRX nas diferentes pirólises. O estudo mostrou então que nas pirólises com o CN nem todo lítio do catodo NMC532 é recuperado como carbonato, independente da temperatura reativa. Por outro lado, sob adição de 5% CE, todo Li é convertido na pirólise a 700 °C em Li2CO3 e o Ni, Mn e Co em produtos metálicos ou monóxidos.

A Cosmologia observacional vêm ganhado força nas últimas décadas devido aos grandes levantamentos de dados. Os aglomerados de galáxias são um dos objetos mais importantes para esses levantamentos, por serem gigantescas estruturas ligadas gravitacionalmente e assim terem características ligadas intrinsecamente a formação de estruturas em larga escala. Uma propriedade importante, amplamente utilizada como proxy de massa é a riqueza, uma quantidade que estima o número de galáxias membros do aglomerado. Ela pode ser associada a riqueza à massa de um aglomerado por meio da distribuição riqueza-massa. Neste trabalho estudou-se a calibração da distribuição riqueza-massa, utilizando parametrizações para a média e desvio padrão da distribuição, com o objetivo de estudar o comportamento destes modelos. Para isto, utilizou-se dados do catálogo simulado cosmoDC2 para ajustar os valores dos parâmetros desses modelos através de métodos estatísticos de inferência. Além disso, através da divisão em pequenos intervalos, foi realizada uma reconstrução destas relações, que foi usada para fazer uma validação cruzada com os modelos calibrados.

Esta dissertação estuda a persistência da fotocondutividade em camadas finas de óxido de zinco (ZnO) e sua utilização em dispositivos sensíveis à luz com funcionalidades neuromórficas. Camadas de ZnO com 50 nm de espessura foram fabricadas por meio da técnica de pulverização catódica por radiofrequência e tiveram suas propriedades elétricas e ópticas avaliadas. Foram investigados os impactos da exposição à luz ultravioleta (UV) e da umidade relativa do ar na fotocondutividade, assim como na diminuição da corrente após a interrupção da iluminação. Os resultados destacaram o potencial do ZnO para reproduzir funções sinápticas, como facilita ção de pulso emparelhado, aprendizado/reaprendizado e memória tanto a curto quanto a longo prazo. A modificação da fotocondutividade persistente pela umidade mostrou-se uma abordagem promissora para influenciar as propriedades neuromórficas dos dispositivos. Além disso, este estudo enfatiza a importância do controle de defeitos durante a produção das camadas de ZnO para minimizar os impactos causados pela adsorção de gases, como a umidade. A presença de defeitos pode intensificar a absorção das moléculas de água, afetando adversamente a estabilidade do comportamento do decaimento da fotocorrente. Portanto, um controle minucioso dos defeitos é crucial para assegurar a estabilidade e eficácia dos dispositivos neuromórficos baseados em ZnO.

Nesta tese, discutimos duas fases topológicas da matéria e como a teoria de campo conformacional pode ser aplicada para entendê-las melhor. Nosso primeiro tópico é o supercondutor topológico realizado por um Hall quântico anômalo nas proximidades de um potencial de emparelhamento. Para esse modelo, primeiramente prevemos a existência de excitações sem intervalos por meio de um argumento simples de fios quânticos. Apesar da perturbação não relativística, descobrimos que a principal contribuição para a ação efetiva em uma expansão de baixa energia é uma soma de termos de Chern-Simons. Por fim, deduzimos a teoria do campo efetivo de fronteira usando a equivalência entre Chern-Simons e sua teoria de campo conformacional racional induzida. Além disso, discutimos o líquido de spin quântico (2 + 1) -dimensional por meio de uma abordagem de fios. Para isso, usamos a bosonização nãobeliana para obter uma ação efetiva em termos de termos de Wess-Zumino-Witten, dos quais a estrutura do ponto fixo pode ser facilmente extraída. Como verificação, calculamos a contribuição de um loop para a função C e a comparamos com a carga central nos pontos fixos.

Sinapses optoeletrônicas podem ser geradas com dispositivos que utilizam radiação eletromagnética para emular a plasticidade sináptica e suas funções relacionadas. Tais dispositivos são considerados elementos chave para a implementação de sistemas de computação neuromórfica, ou seja, baseados no funcionamento do cérebro, com propriedades de sensoriamento, memória e aprendizagem. Neste trabalho é demonstrado um dispositivo optoeletrônico com propriedades sinápticas baseado na configuração de transistor de filme fino (TFT), tendo como canal semicondutor um filme de óxido de zinco (ZnO) depositado por RF magnetron sputtering. As propriedades sinápticas tiram vantagem do fenômeno de fotocondutividade persistente (PPC) apresentado pelo filme de ZnO. Esse efeito afeta o comportamento da intensidade de corrente elétrica medida entre os eletrodos de dreno e fonte (), para uma determinada diferença de potencial aplicada ao eletrodo de porta (gate, ), mediante a incidência de luz no canal. Com isso, as funções sinápticas de sensoriamento, memória de curto e de longo prazo, aprendizagem e reaprendizagem, e facilitação por pulso emparelhado, são verificadas no TFT de ZnO. Realizamos a comparação de dispositivos antes e depois de tratamento térmico, apresentando diferentes melhorias com doses menores de exposição à luz para os dispositivos tratados termicamente. As variações em causadas pela iluminação com radiação ultravioleta (UV) chegam a ser da ordem de 108 A, o que demonstra a alta sensibilidade do dispositivo, sendo um aspecto crucial para sua eficácia quanto ao reconhecimento e discriminação do estímulo luminoso. Embora o transistor não seja o dispositivo de estrutura mais simples, apresentamos as vantagens e desvantagens da utilização do mesmo como um dispositivo sináptico.

As baterias recarregáveis de íon lítio estão presentes nos mais diversos equipamentos elétricos e eletrônicos, impulsionadas pela sua alta densidade de energia em pequenos volumes e pesos. A eletrônica flexível tem crescido na esteira de outras tecnologias como dispositivos implantáveis e tecnologia das coisas, e as baterias de íon lítio podem ocupar também essa lacuna como fonte de energia. Os métodos de produção de baterias de íon lítio convencionais utilizam-se de sistemas rígidos, além de conterem eletrólitos líquidos que diminuem a segurança dos dispositivos. Uma alternativa na produção de baterias de íon lítio é a confecção de eletrodos de filmes finos por técnicas físicas como o sputtering. Dentre as vantagens desse processo destaca-se ser desnecessário a adição de ligantes e condutores eletrônicos que promovem diminuição na energia específica da bateria. Com o objetivo de produzir filmes finos de óxido de metal de transição litiado ternário (Ni, Mn e Co), foram investigadas neste trabalho formas de se produzir essas películas que otimizem a sua capacidade de descarga eletroquímica sem, contudo, necessitar de tratamentos térmicos, tanto in situ como a posteriori, o que possibilita o emprego de substratos flexíveis. Os filmes foram investigados segundo um planejamento fatorial de experimentos com 4 variáveis (potência, pressão, espessura e porcentagem de O2) em dois níveis mais ponto central. Diversas técnicas foram empregadas para caracterizar as propriedades físicas e químicas, com destaque para avaliação eletroquímica de desempenho da capacidade de descarga elétrica. Os resultados do planejamento indicaram as melhores condições de deposição e a amostra otimizada apresentou uma capacidade de descarga de 212 mAhg-1, 50% maior do que os eletrodos convencionais. Com esse trabalho mostra-se ser possível obter filmes com alta capacidade sem necessidade de tratamentos térmicos, o que pode contribuir para o futuro desenvolvimento da eletrônica flexível beneficiando a humanidade com dispositivos eletrônicos voltados para saúde e bem estar social.

Os grandes avanços na indústria têxtil têm causado sérios problemas ambientais, uma vez que estas indústrias utilizam corantes sintéticos em seus produtos e, como resultado, geram uma quantidade considerável de efluentes contaminados causando poluição das águas. Portanto, o tratamento de águas residuais contendo tais corantes tornou-se uma preocupação ambiental significativa. Este estudo teve como objetivo obter um compósito (CP) reutilizável à base de polímero condutor para remoção do corante azul de metileno (AM) em solução aquosa. Para isso, CPs com diferentes proporções molares de anilina:Fe3O4 (10:1 e 50:1) foram sintetizados, caracterizados e utilizados como adsorventes no estudo de adsorção do AM. A metodologia de superfície de resposta (MRS) associada a um planejamento composto central (CCD), foi aplicado para otimizar os parâmetros operacionais (pH, temperatura e concentração de adsorvente) e construir um modelo empírico capaz de prever a porcentagem de remoção do AM. Os resultados das isotermas e modelos cinéticos de adsorção foram ajustados pelos modelos de Langmuir, Freundlich, pseudoprimeira-ordem (PPO), pseudosegunda-ordem (PSO) e difusão intrapartícula (IPD). Além disso, foram calculados os parâmetros termodinâmicos (ΔG, ΔH, ΔS) para determinar o valor energético e a natureza envolvida no processo de adsorção. A caraterização físico-química (FTIR, DRX, MEV, DLS, fisissorção do N2 a 77K, Magnetometría e potencial Zeta) confirmou a formação das estruturas desejadas. O CP 50:1 apresentou melhor desempenho na remoção do AM. O pH e sua interação com a temperatura e concentração do adsorvente foram significativos. A isoterma de Langmuir e o modelo cinético PSO se ajustaram bem aos dados de adsorção. A capacidade máxima de adsorção foi de 61,51 mg g−1 em 30 min. O IPD revelou que a difusão intrapartícula está envolvida no processo de adsorção, mas não é o único mecanismo limitante na adsorção. A incorporação de Fe3O4 na matriz da PANI melhorou a eficiência de adsorção do CP 50:1 aumentando sua área específica e diâmetro médio de poros. Além disso, o modelo estatístico proposto a partir da optimização do sistema mostrou-se eficiente (R2 = 0,9956) para determinar a porcentagem de remoção do AM de uma solução aquosa. Os valores calculados de ΔGº negativo e ΔHº positivo sugeriram a natureza espontânea e endotérmica do processo de adsorção. A adsorção do AM pelo material é de natureza física. Consequentemente, CPs baseados em PANI/Fe3O4 podem ser usados pelo menos três vezes, mantendo seu desempenho absortivo acima de 70%. Além disso, a recuperação do material pode ser facilmente realizada com auxílio de um imã, seguido de tratamento químico com ácido (HCl – 0,1 mol L−1).

Em 1998, observações de supernovas do tipo Ia constataram que o nosso Universo está em expansão acelerada. Para explicar esse fenômeno, foi introduzida uma componente exótica com pressão negativa chamada energia escura. Essa inclusão é feita no contexto do Modelo Cosmológico Padrão, assumindo o Princípio Cosmológico e a teoria da Relatividade Geral de Einstein. Neste cenário, o objetivo deste trabalho é reconstruir a equação de estado da energia escura, w(z)w(z), assumindo-a como um fluido barotrópico, usando uma abordagem paramétrica e independente de modelo, de modo que apenas os dados determinem a reconstrução. O método utilizado baseia-se em splines cúbicas, comumente aplicadas em interpolação polinomial. As análises foram divididas em três etapas, incorporando dados observacionais cada vez mais abrangentes e com mudanças no intervalo de redshift. Na terceira etapa, aplicamos o método de Monte Carlo via Cadeias de Markov (MCMC) para obter estimativas mais confiáveis das incertezas, superando as limitações da matriz de Fisher. Como resultado, para redshifts baixos (0 ≤ z ≤ 3), observamos um comportamento bimodal para w(z)w(z), com picos em w=−1w=−1 e em 0<w<1/30<w<1/3. Esse comportamento é compatível com a literatura, que também aponta valores próximos de w=−1w=−1, como w^=−1.087±0.03592w^=−1.087±0.03592, consistentes com a constante cosmológica.

Neste trabalho, implementamos um código numérico escrito em C para obter os Vetores de Multipolo (MVs) e Vetores de Fréchet (FVs) de um mapa de temperatura da CMB (acrônimo inglês para Cosmic Microwave Background). Isso nos permitiu testar as hipóteses do modelo padrão de isotropia estatística e gaussianidade de uma forma independente de modelo, uma vez que esses vetores são insensíveis ao espectro de potências angular Cl. Para realizar esses testes, recorremos ao teste de hipótese da função estatística de ?2. Nele, vimos que a pipeline commander (2018) do satélite Planck está em discordância com essas hipóteses de simetria nas escalas tanto do satélite Planck quanto do satélite Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Além disso, realizamos uma série de testes fazendo modulações artificiais de temperatura, para melhor entender a relação entre a direção dos FVs e MVs com as anisotropias presentes na CMB

Neste trabalho, analisamos a teoria das perturbações cosmológicas quânticas em um modelo de fundo Bianchi I. Iniciamos com uma revisão dos aspectos básicos do Modelo Cosmológico Padrão (Λ-CDM), destacando seus problemas de condições iniciais. Em seguida, consideramos extensões do Modelo Padrão e ferramentas propostas para resolvê-los, como a classificação de Bianchi das cosmologias homogêneas, os paradigmas inflacionário e de bounce, e a teoria de perturbações cosmológicas em fundos homogêneos e isotrópicos. Prosseguimos discutindo a teoria quântica de campos em espaço-tempo curvo, a fim de quantizar adequadamente as perturbações e definir um estado físico inicial apropriado. Finalmente, combinamos esses conceitos investigando a teoria de perturbações cosmológicas para um fundo homogêneo (mas anisotrópico) e plano do tipo Bianchi I, realizando sua quantização. Concluímos com a análise de um modelo inflacionário simples e mostramos que as prescrições usuais de vácuo não podem ser aplicadas de forma consistente para perturbações cosmológicas quânticas em fundos Bianchi I.