Células solares sensibilizadas por corante

Célula solar sensibilizada por corante  (sigla do inglês, DSC) é uma célula solar de baixo custo, que baseia-se em um anodo fotossensível e um catodo que trocam carga por um eletrólito em um sistema fotoeletroquímico. Parece complexo, mas no final trata-se de dois eletrodos posicionados face-a-face como em uma pilha e ilustrado que segue.

Uma DSC moderna é composta de uma camada porosa de nanopartículas de dióxido de titânio (semicondutor), coberta com um corante molecular que absorve a luz solar. O dióxido de titânio é imerso em uma solução de eletrólito orgânico, acima do qual há um catodo à base de platina.

A luz solar passa através do anodo transparente que é formado por dióxido de titânio decorado por partículas de corante, geralmente Rutênio. A separação de carga ocorre nas superfícies entre o corante, semicondutores e eletrólito. O band gap do Ru(II) é menor do que o do TiO2, por isso os seus elétrons são mais facilmente excitados e a banda de condução do Ru serve como plato de energias intermediárias para elétrons atravessarem os níveis proibidos de energia do TiO2. Veja mais detalhes em Hyperphysics. Os elétrons fluem do anodo através do circuito externo e são re-introduzidos na célula por um elétrodo de Platina. O eletrólito então transporta os elétrons de volta para as moléculas de corante.
As moléculas de corante são nanométricas, de modo que a fim de capturar uma quantidade razoável de luz que entra, a camada de moléculas de corante precisa ser espessa, muito mais espessa do que o tamanho das próprias moléculas. Para resolver este problema, um nanomaterial poroso é utilizado como uma plataforma para segurar um grande número de moléculas de corante em uma matriz 3-D, o  que aumenta a superfície de célula e probabilidade do fenômeno ocorrer.
Veja mais detalhes em Wiki.

 A DSC tem uma série de características atraentes como ser semi-flexível e semi-transparente com simples montagem (utiliza técnicas de manufatura tipo impressão de rolo ou espátulas), oferece uma variedade de usos e a maioria dos materiais utilizados são de baixo custo em teoria. Na prática tem sido difícil de eliminar um número de materiais caros como Platina e Ruténio, e o eletrólito líquido que apresenta um desafio sério para fazer uma célula adequada para o uso em todas as condições climáticas. Embora a sua eficiência de conversão seja menor do que as melhores células solares de Silício, em teoria a sua relação preço / desempenho deve ser o suficiente para permitir-lhes competir com combustíveis fósseis na geração de energia elétrica por alcançar a paridade.

Uma grande vantagem destas células é que podem ser aplicadas em janelas de prédios como no Vídeo que segue:

Para concluir, este tipo de célula está apenas no início do seu desenvolvimento e promete ainda sacudir o mercado. B

Espalhamento Raman

Quando os fótons são dispersos a partir de um átomo ou molécula, a maioria deles é disperso elasticamente em processo conhecido como espalhamento de Rayleigh, de tal modo que os fótons dispersos têm a mesma energia (frequência e comprimento de onda) que os incidentes. Uma pequena fracção de ~ 1 em 10 milhões dos fótons são espalhados por uma excitação de frequência diferente, geralmente, menor que a dos incidentes. O efeito Raman é o espalhamento inelástico de um fóton, ou seja, é dissipativo no sentido que energia inicial incidente é maior do que a espalhada. Em um gás, o efeito Raman pode ocorrer com uma variação na energia de uma molécula, devido a uma transição de estados energéticos característico de cada material/molecula/átomo.

'''História'''

Em 1922, o físico indiano CV Raman e colaborador publicou seu trabalho sobre o "Difração Molecular da Luz", o primeiro de uma série de investigações que o levou  em 28 de Fevereiro 1928 à identificação deste efeito aqui em discussão. O espalhamento inelástico de luz foi prevista por Adolf Smekal em 1923. Já efeito Raman foi primeiramente relatado por CV Raman e KS Krishnan, [1] e de forma independente por Grigory Landsberg e Leonid Mandelstam, em 21 de Fevereiro 1928. Os russos sempre contestaram a autoria do fenômeno. Por outro lado, Raman recebeu o Prêmio Nobel em 1930 por seu trabalho sobre a dispersão da luz.

'''Descrição do fenômeno'''

'''Graus de liberdade'''

Para qualquer composto químico existe um total de 3n graus de liberdade, onde n é o número de átomos no composto e 3 é a possibilidade de movimento em três direções diferentes (x, y, e z). Quando se lida com moléculas, é mais comum se considerar o movimento da molécula como um todo. Por conseguinte, os 3n graus de liberdade são divididas em translação molecular, rotacional, e movimento vibracional.

'''Vibrações moleculares e radiação infravermelha'''

As freqüências de vibrações moleculares variam de 1.0^12 para cerca de 1.0^14 Hz. Estas frequências correspondem a radiação na região do infravermelho (IV) do espectro eletromagnético. A qualquer dado instante, cada molécula numa amostra tem uma certa quantidade de energia de vibração. No entanto, a quantidade de energia vibratória que tem uma molécula muda continuamente devido à colisão e outras interações com outras moléculas na amostra.

À temperatura ambiente, a maior parte das moléculas estão no estado de energia mais baixa (ground state), que é conhecido como o estado fundamental. Algumas moléculas estarão nos estados de energia mais elevada, que são conhecidos como estados excitados. A fração de moléculas ocupando um determinado modo de vibração a uma dada temperatura pode ser calculado utilizando a distribuição de Boltzmann. A execução de tal cálculo mostra que, para temperaturas ambiente (aquela usada na espectroscopia de rotina), a maioria das moléculas ocupam o estado vibracional de menor energia. Essa molécula pode ser excitada para um modo de vibração mais elevada através da absorção direta de um fóton de energia apropriado. Este é o mecanismo pelo qual a espectroscopia de IR opera: a radiação infravermelha é passado através da amostra, e a intensidade da luz transmitida é comparado com a da luz incidente. Uma redução na intensidade a um determinado comprimento de onda da luz indica a absorção de energia por uma transição vibracional. A energia, E, de um fóton é

E = hf

onde h é constante de Planck e f é a freqüência da radiação. Assim, a energia necessária para uma tal transição pode ser calculada, se a frequência de radiação incidente for conhecida.

== '''Espalhamento Raman''' ==

O espalhamento Raman trata das vibrações moleculares por um processo de dispersão não elástica. Em outras palavras, trata da descrição de um espalhamento inelástico da luz ao interagir com a matéria. O efeito descreve que um fóton absorvido é re-emitido com menor energia. A diferença de energia entre os fótons de excitação e dispersão, corresponde à energia necessária para excitar uma molécula a um modo de vibração mais elevada.

Em espectroscopia Raman, radiação laser de alta intensidade com comprimentos de onda em regiões do visível ou do infravermelho próximo é passado através de uma amostra. Os fótons do feixe laser produzem uma polarização oscilante nas moléculas, excitando-as para um estado de energia virtual. A polarização oscilante da molécula pode acoplar com outros polarizações possíveis da molécula, incluindo excitações vibracionais e eletrônicas. Se a polarização na molécula não faz par com estas polarizações possíveis, então não irá alterar o estado vibracional que a molécula iniciou-se e o de fótons dispersos terão a mesma energia daqueles que os originaram. Este tipo de espalhamento é conhecido como espalhamento Rayleigh. Quando o estado vibracional de retorno é mais energético do que o estado inicial, o fóton espalhados difere em energia do inicial por conta de interações vibracionais e eletrônicas com a molécula.

'''Stokes e anti-Stokes espalhamento'''

As diferentes possibilidades de espalhamento de luz: espalhamento Rayleigh (sem troca de energia: fótons incidentes e espalhados têm a mesma energia), espalhamento Raman Stokes (átomo ou molécula absorve a energia: fótons espalhados tem menos energia do que o fóton incidente) e anti-Stokes Raman espalhamento (átomo ou molécula transfere energia ao fóton espalhado: fótons espalhados tem mais energia do que o fóton incidente)

A interação Raman leva a dois resultados possíveis:

o material absorve a energia e o fóton emitido tem uma energia menor do que o fóton absorvido. Este resultado é rotulado como espalhamento Raman-Stokes.

o material perde energia e o fóton emitido tem uma energia maior do que o fóton absorvido. Este resultado é marcado como espalhamento Raman anti-Stokes.

'''A diferença entre a energia do fóton absorvida e emitida corresponde à diferença de energia entre dois estados ressonantes do material e é independente da energia absoluta do fóton'''

O espectro dos fótons dispersos é denominado o espectro de Raman. Ele mostra a intensidade da luz dispersa em função da sua diferença de frequência Δf para os fótons incidentes. Os picos de espalhamentos Stokes e anti-Stokes formam um padrão simétrico em torno Δf = 0, ou seja cada um acontece de um lado sendo o deslocamento Raman igual a zero o centro. Os deslocamentos de frequência são simétricos porque correspondem à diferença de energia entre os mesmos estados ressonantes superiores e inferiores. Embora o anti-Stokes (maior f e menor λ) seja mais energético que os Stokes, as intensidades dos picos dependem das populações dos estados iniciais do material, que por sua vez dependem da temperatura. Em equilíbrio termodinâmico, o estado superior será menos povoado do que o estado mais baixo. Por isso,  picos de dispersão Stokes são mais fortes do anti-Stokes. A sua proporção depende da temperatura (que pode praticamente ser explorada para a medição de temperatura).

'''Distinção com fluorescência'''

O efeito de Raman é diferente do processo de fluorescência. Para este último, a luz incidente é completamente absorvido no sistema e é transferido para um estado animado a partir do qual ele pode ir para vários estados inferiores apenas após um certo tempo de vida de ressonância. O resultado de ambos os processos é na sua essência o mesmo: um fóton com uma frequência diferente da do fóton incidente é produzido e a molécula é levado a um nível de energia mais alto ou depois mais baixo. Contudo, a principal diferença é que o efeito de Raman pode ter lugar em qualquer frequência de luz incidente. Em contraste com o efeito de fluorescência, o efeito de Raman não é, por conseguinte, um efeito de ressonância. Na prática, isto significa que um pico de fluorescência é ancorado a uma frequência específica, ao passo que um pico Raman mantém uma separação constante a partir da frequência de excitação.

'''Aplicações'''

Espectroscopia Raman emprega o efeito de Raman para a análise de substâncias. O espectro da luz do espalhamento Raman depende das moleculas em análise e do seu estado, permitindo que o espectro sua identificação como uma impressão digital. A espectroscopia de Raman é utilizada para analisar uma vasta gama de materiais, incluindo gases, líquidos e sólidos. Materiais altamente complexas, tais como organismos biológicos e tecidos humanos também pode ser analisado por espectroscopia de Raman.Para materiais sólidos, de dispersão de Raman é utilizada como uma ferramenta para detectar e fonons de alta frequência.

Energia eólica. Esse é o caminho!!!!

Forças: PESO, ELÁSTICA E ATRITO

A Força Peso

Todos os corpos que possuem massa se atraem. Essa natureza dessa interação é descrita pela Lei da gravitação universal de Newton.

Newton postulou que Força gravitacional é diretamente proporcional ao produto das massas dos corpos e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os sepraram. Essa força gravitacional sempre acontece aos pares. A terceira Lei de Newton, que é conhecida como ação e reação, postula que toda ação tem uma reação de mesma intensidade e sentidos contrário. No exemplo de uma pessoa sobre a Terra, a Força gravitacional que a Terra exerce sobre a pessoa é mesma força que a pessoa exerce sobre a Terra. Essa Força é conhecida como força Peso. A pessoa sente-se acelerada para a superfície da Terra, por conta da diferença gritante de massa entre ela e a Terra. Essa diferença promove acelerações de diferente magnitudes nos corpos. Em suma a Força Peso é um par de “ação e reação” aplicada a corpos distintos e seu efeito é diretamente proporcional a massa dos corpos envolvidos.

No senso comum, confunde-se os conceitos de massa e Peso. A ideia de massa está atrelada a ideia de inércia do corpo. Quanto maior a massa, maior a inércia. O Peso é o produto da aceleração que a gravidade produz naquela massa.

O Peso é um exemplo de uma força que atua sobre uma partícula sem que haja contato direto com o agente responsável pela Força (geralmente a Terra). Forças elétricas e magnéticas são exemplos análogos.

A Força Elástica

A Força elástica está relacionada com a deformação dos corpos. Seja um elástico, uma mola, um corpo sólido qualquer, quando aplicamos uma força F nele tende-se a ocorrer tensão e compressão.

Ao estudar as deformações de molas e as forças aplicadas, Robert Hooke (1635-1703), verificou que a deformação da mola aumenta proporcionalmente à força. Daí estabeleceu-se a seguinte lei, chamada Lei de Hooke: F= -kx

Onde:

F: intensidade da força aplicada (N);

k: constante elástica da mola (N/m);

x: deformação da mola (m).

A constante elástica da mola depende principalmente da natureza do material de fabricação da mola e de suas dimensões. Sua unidade mais usual é o N/m (newton por metro) mas também encontramos N/cm; kgf/m, etc.

Observa-se que a Força é proporcional a deformação x, como no gráfico.

Atrito

As forças de atrito são forças dissipativas, que impõem impedância a realização de um movimento. Essa dificuldade imposta ao movimento pode prover da rugosidade elevada de uma superfície (chão) ou da camada de ar (vento) logo afrente da intenção de movimento. Movimento sem atrito são idealizados. Por menor que o atrito seja, ele sempre há de existir. Exemplo, sempre que aplicarmos uma força a um corpo, sobre uma superfície, este acabará parando.

A força de atrito opõe ao movimento; depende da natureza e da rugosidade da superfície (coeficiente de atrito); é proporcional à força normal de cada corpo; transforma a energia cinética do corpo em outro tipo de energia que é liberada ao meio. A força de atrito é calculada pela seguinte relação: F= μ N

Onde:

μ: coeficiente de atrito (adimensional)

N: Força normal (N)

Atrito Estático e Dinâmico

Quando empurramos um carro, é fácil observar que até o carro entrar em movimento é necessário que se aplique uma força maior do que a força necessária quando o carro já está se movimentando.

Isto acontece pois existem dois tipo de atrito: o estático e o dinâmico.

No gráfico ao lado, o atrito estático é o vermelho e ele cresce até um valor máximo. Depois o corpo que o corpo é colocado em movimento o atrito passa ser constante. Veja os detalhes a seguir.

Atrito Estático

É aquele que atua quando não há deslizamento dos corpos.

A força de atrito estático máxima é igual a força mínima necessária para iniciar o movimento de um corpo.

Quando um corpo não está em movimento a força da atrito deve ser maior que a força aplicada, neste caso, é usado no cálculo um coeficiente de atrito estático

Atrito Dinâmico

É aquele que atua quando há deslizamento dos corpos.

Quando a força de atrito estático for ultrapassada pela força aplicada ao corpo, este entrará em movimento, e passaremos a considerar sua força de atrito dinâmico.

A força de atrito dinâmico é sempre menor que a força aplicada, no seu cálculo é utilizado o coeficiente de atrito cinético

Cinemática: Simples assim...

 CINEMÁTICA DA PARTÍCULA

A Cinemática é um ramo da Mecânica que almeja descrever matematicamente o movimento dos corpos independente das causas que o originaram e de sua inércia. Entende-se movimento, como o deslocamento de um corpo no espaço e no tempo. Inicialmente irei apresentar, os conceitos referentes primeiro à Mecânica Clássica e posteriormente às correções relativísticas.

Mecânica Clássica: A noção de movimento está associada às variações das posições dos corpos ao longo do tempo, relativamente a pontos considerados fixos. Desta forma, o conceito de movimento é essencialmente relativo, pois depende do referencial considerado. Podemos tomar como exemplo; o condutor de um automóvel em movimento. Ele permanece sempre na mesma posição se o referencial considerado for seu assento, todavia ele estará em movimento se o referencial considerado for a Terra. Dentro deste viés, para se caracterizar completamente o movimento de uma partícula é necessário conhecer o referencial que avalia seu movimento. A descrição matemática da cinemática elaborado por Newton é verdadeira nos referenciais inerciais. Um referencial inercial é um referencial para o qual se uma partícula não está sujeita a forças, então está parada ou se movimentando em linha reta e com velocidade constante.

O movimento pode ser descrito em relação a posição, a velocidade e a aceleração em qualquer instante, o que permite definir uma função horária do movimento. A existência de uma função relaciona a cada valor do tempo a uma posição no espaço tal como:

x=x(t)

Para obter essa função horária considere-se dois instantes sucessivos separados por um intervalo de tempo Δt. A taxa de variação do espaço ao longo do tempo é definida como velocidade. A velocidade média é a variação da posição no espaço considerando apenas posição inicial e final, obviamente em relação ao tempo gasto para essa variação. A variação infinitesimal de espaço em um intervalo infinitesimal de tempo, com limite do tempo tendendo a zero, define o conceito de velocidade instantânea.

Com a derivação é possível calcular a velocidade de um objeto a partir do gráfico espaço por tempo, ela fornece a inclinação da reta tangente ao ponto na curva correspondente, sendo essa a velocidade instantânea.

A variação da velocidade em relação ao tempo é a aceleração. Ambos conceitos de velocidade e aceleração foram estabelecidos devido à criação contemporânea de limite e derivada. A aceleração é a derivada da velocidade com relação ao tempo:[3]

Voltando aos referenciais, a relatividade clássica assume a equivalência de todos os referenciais inerciais. As leis de Newton fazem os pressupostos adicionais do espaço absoluto e tempo absoluto. Dados estes dois pressupostos, as coordenadas do mesmo evento descritas em dois referenciais inerciais são relacionadas pela transformação de Galileu.

Sob transformações de Galileu, o tempo entre dois eventos (t₁-t₀) é o mesmo para todos os referenciais inerciais e a distância entre dois eventos simultâneos (ou o comprimento de qualquer objeto) é também o mesmo.

Correções relativísticas: A teoria da relatividade introduz o conceito de espaço e tempo como uma entidade geométrica unificada. O tempo não é mais absoluto e depende do referencial. O espaço-tempo na relatividade especial consiste de uma variedade diferenciável de 4 dimensões, três espaciais e uma temporal (a quarta dimensão), munida de uma métrica pseudo-riemanniana, o que permite que noções de geometria possam ser utilizadas. É nessa teoria, também supõe-se que a velocidade da luz é invariante.

Transformada de Lorentz

As seguintes notações são utilizadas muitas vezes na relatividade especial:

Fator de Lorentz

onde β = v / c e v é a velocidade relativa entre os dois referenciais inerciais.

Entre dois intervalos de repouso, γ = 1, e aumenta com a velocidade relativa entre os dois inerciais. À medida que a velocidade relativa se aproxima da velocidade da luz, γ → ∞.

Dilatação do tempo (horários diferentes t e t ' na mesma posição x no mesmo referencial inercial)

Derivação da dilatação do tempo

Aplicação das disposições acima postulados, consideram o interior de qualquer veículo (geralmente exemplificado por um trem) movendo com uma velocidade v em relação a alguém de pé no chão, como o veículo passa.No interior, uma luz brilhou para cima está a um espelho no teto, onde a luz reflete de volta para baixo. Se a altura do espelho é h , e a velocidade da luz c , em seguida, o tempo que leva para que a luz de subir e descer é a seguinte: No entanto, para o observador no terreno, a situação é muito diferente.Uma vez que o trem está se movendo pelo observador no chão, o feixe de luz parece mover-se na diagonal, em vez de em linha reta e para baixo.Para visualizar este quadro, a luz a ser emitida a um ponto, em seguida, com o movimento do veículo até que a luz atinja o espelho na parte superior do veículo, e, em seguida, tendo o comboio se mover ainda mais até o retorno do feixe de luz para a parte inferior do veículo . O feixe de luz irá ter aparecido se ter movido na diagonal para cima com o comboio, e depois diagonal para baixo. Este caminho irá ajudar a formar duas faces-direita triângulos, com a altura de um dos lados, e as duas partes rectilíneas do caminho sendo as respectivas hipotenusas:

Utiliza-se o tratamento clássico para velocidade partículas se movimentando com velocidades bem menores do que a velocidade da Luz, uma vez que Fator de Lorentz tende a um nesse caso. Isso simplifica o tratamento matemático, sem que haja falsas respostas. Todavia, se a velocidade da partícula é elevada, próxima a velocidade da luz, então as ponderações de Einstein devem ser necessariamente consideradas. 

DLC

O ambiente brilhante da ciência brasileira

Motor elétrico não precisa necessariamente de energia elétrica para funcionar

Amigos, queiram ver o que um pouco de criatividade aliado ao conhecimento tecnológico pode resultar. Eis aqui um motor elétrico que não precisa necessariamente de energia elétrica para funcionar.

Capacitores eletroquímicos - óxido de grafeno e óxido de grafeno reduzido

Engenharia de Materiais

Interferência e Difração : Física

Sempre fica dúvida entre os conceitos físicos de interferência e difração. Este post tenta esclarecer essa questão. 


Definições:


Interferência:


Trata-se de um fenômeno no qual duas ondas sobrepõem para formar uma onda resultante da amplitude maior ou menor. Interferência geralmente refere-se à interacção das ondas que estão correlacionados ou são coerentes. O fenômeno é observado em qualquer tipo de onda, todavia, o emprego físico é amplamente estudado quando as ondas que interferem são provenientes de uma mesma fonte ou têm a mesma frequência.







Difração:

Refere-se aos fenômenos que ocorrem com as ondas quando elas encontram obstáculos. Na física clássica, o fenômeno de difração é descrito como a flexão aparente das ondas quando encontram pequenas obstáculos e seu espalhamento quando atravessam pequenas aberturas. Efeitos similares ocorrem quando uma onda atravessa um meio cujo índice de refração é variável, o que acarreta a mudança de velocidade da onda no meio.


Segundo Richard Feynman, famoso físico americano, não diferença física entre interferência e difração. Apenas uma questão de linguagem, não havendo diferença física considerável entre esses fundamentos. Usualmente, quando trata-se da interação de apenas duas ondas usa-se o termo interferência. 

Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

A microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma técnica de obtenção de imagens de alta resolução da superfície de amostras. Na microscopia eletrônica de varredura a amostra é irradiada por um feixe de elétrons altamente colimado. Como resultado da interação do feixe de elétrons com a superfície, uma série de radiações é emitida, i.e.: elétrons secundários, elétrons retroespalhados, raio-X característico, elétrons Auger, fótons etc. Os sinais de maior interesse para a técnica SEM são provenientes dos elétrons secundários e dos retroespalhados. Os elétrons secundários possibilitam a obtenção de imagens da morfologia e topografia da superfície da amostra em 3D em alta resolução, já os elétrons retroespalhados são mais indicados para estudos da variação de composição.

O microscópio

O microscópio eletrônico de varredura é constituído, basicamente, de: (i) uma coluna óptico-eletrônica; (ii) uma unidade de varredura; (iii) uma câmara de amostras; (iv) um sistema de detecção; (v) um sistema de visualização e armazenamento da imagem. Na coluna optoeletrônica localizam-se o canhão de elétrons, que gera os elétrons primários com energia e em quantidade suficiente para promoverem a excitação da amostra; as lentes condensadoras, as quais colimam o feixe de elétrons primários; as bobinas eletromagnéticas, que promovem a deflexão do feixe de elétrons primários no sentido horizontal (varredura) e vertical (focalização) sobre uma dada região da amostra; as bobinas eletromagnéticas, as quais fazem as correções de astigmatismo.

No microscópio convencionais, os elétrons são emitidos termionicamente a partir de um cátodo (filamento) de tungstênio ou hexaboreto de lantânio (LaB6) e acelerados através de um ânodo, sendo também possível obter elétrons por efeito de emissão de campo. O tungstênio é tipicamente usado por ser o metal com mais alto ponto de fusão e mais baixa pressão de vapor, permitindo que seja aquecido para a emissão de elétrons. O feixe de elétrons, o qual normalmente têm uma energia que vai desde as algumas centenas de eV até 100keV, é focalizado por uma ou duas lentes condensadoras, em um feixe com um ponto focal muito fino, com tamanho variando de 0,4 a 0,5 nm. Este feixe passa através de pares de bobinas de varredura e pares de placas de deflexão na coluna do microscópio.

Tipicamente as lentes objetivas, as quais defletem o feixe horizontal e verticalmente para que ele varra uma área retangular da superfície da amostra.  Quando o feixe primário interage com a amostra, os elétrons perdem energia por dispersão e absorsão em um volume em forma de gota, conhecido como volume de interação, o qual se estende de menos de 100 nm até em torno de 5 µm para dentro da superfície da amostra. O tamanho do volume de interação depende da energia dos elétrons, do número atômico dos átomos da amostra e da densidade da amostra. A interação entre o feixe de elétrons e a amostra resulta na emissão de elétrons secundários, elétrons retroespalhados, elétrons Auger, raios-x Bremstralung, raios-x característicos, radiação eletromagnética na região do infravermelho, do visível e do ultravioleta, fônons além de causar aquecimento da amostra.

O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é um equipamento capaz de produzir imagens de alta ampliação (até 1 000.000 x) e resolução. As imagens fornecidas pelo MEV possuem um caráter virtual, pois o que é visualizado no monitor do aparelho é a transcodificação da energia emitida pelos elétrons, ao contrário da radiação de luz a qual estamos habitualmente acostumados. O princípio de funcionamento do MEV consiste na emissão de feixes de elétrons por um filamento capilar de tungstênio (eletrodo negativo), mediante a aplicação de uma diferença de potencial que pode variar de 0,5 a 30 KV. Essa variação de voltagem permite a variação da aceleração dos elétrons, e também provoca o aquecimento do filamento. A parte positiva em relação ao filamento do microscópio (eletrodo positivo) atrai fortemente os elétrons gerados, resultando numa aceleração em direção ao eletrodo positivo. A correção do percurso dos feixes é realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direção à abertura da objetiva. A objetiva ajusta o foco dos feixes de elétrons antes dos elétrons atingirem a amostra analisada.

Preparação deamostras

Amostras condutoras não exigem nenhuma preparação especial. Toda via amostras isolantes devem ser cobertos com uma camada de material condutivo, exceto quando observados com Ambiente de Vácuo Variável. Uma cobertura ultrafina de material eletricamente condutiva é depositada tanto por evaporação de alto vácuo quanto por sputter de baixo vácuo na amostra. Isto é feito para prevenir a acumulação de campos elétricos estáticos no espécime devido irradiação elétrica durante a produção da imagem. Tais coberturas incluem ouro, ouro/paládio, platina, tungstênio, grafite, etc. Outra razão para a metalização, mesmo quando há condução mais do que suficiente, é para melhorar o contraste, está situação é mais comum na operação de microscópios eletrônicos de varredura por emissão de campo (field emission SEM).

Embutindo em uma resina e polimento com acabamento espelhado pode ser benéfico para ambas amostras, tanto biológicas quanto materiais, especialmente quando imagens por elétrons retro espalhados (backscatterd) ou microanálises por raios X são feitas.

Uma amostra biológica necessita fixação para preservar sua estrutura, que é usualmente feita com a incubação da amostra em solução fixadora, como glutaraldeído ou formaldeído.

Se não usada em ESEM, amostras biológicas devem ser desidratadas, usualmente substituindo água por solventes orgânicos como etanol ou acetona, e então removendo os solventes.

Se o MEV for equipado com cryo-microscopia, então cryofixação pode ser usada. Cryofixação - congelando o espécime tão rápido, à temperaturas de nitrogenio líquido ou mesmo hélio líquido, que a água forma de gelo vítreo (não cristalino). Isto preserva o espécime em uma tomada de seu estado dissolvido. Um campo inteiro chamado microscopia cryo-electrônica ramificou a partir desta técnica. Com o desenvolvimento da microscopia cryo-eletrônica de seções vítreas, é agora possível observar virtualmente qualquer amostra biológica próximo de seu estado nativo.

Outra cryo-técnica para amostras biológicas é a cryo-fratura, quando a amostra congelada é fraturadoa com uma aparato especial, metalizada e trasnferida para o cryo-holder enquanto permance congelada.

Data a falta de informação, metalização com ouro é até um processo semi-destrutiva desde que remover a camada de ouro quimicamente requer químicos agressivos como cianeto de potássio ou áqua régia.

Técnicas alternativas, por exemplo baixo vácuo MEV ambiental, permite a visualização de amostras sem metalização e sem a perda do contraste natural vindo da interação feixe-amostra. Ouro tem um alto número atômico e produz alto contraste topográfico e resolução mas a informação uma vez produzida pode ficar obscura e esconder detalhes finos da amostra sendo examinada.

Trabalhando com elétrons de baixa energia (na faixa de 1 keV), um microscópio eletrônico de varredura a baixa voltagem, recentemente desenvolvido, dispensa a etapa de metalização da amostra e permite a observação direta da estrutura lamelar de polímeros semicristalinos, sem a necessidade de preparação da amostra, podendo a estrutura superficial do polímero ser investigada diretamente em alta resolução. Para a obtenção dos melhores tem-se trabalhado com amostras na forma de filmes semi-finos (espessuras na faixa de mm), dado que, para este caso, o recobrimento para condutividade elétrica pode ser dispensado, oferecendo acesso direto à superfície original da amostra. Outra vantagem é a facilidade com que uma determinada região de interesse na amostra pode ser selecionada e localizada em baixo ampliação. Desta maneira, por exemplo, esferulitos podem ser fotografados primordialmente num microscópio ótico, e identificados posteriormente no microscópio eletrônico para um estudo mais detalhado de sua estrutura lamelar.

Aonde usar um MEV no Brasil
Se houver o envio de proposta de pesquisa o LNLS, é possível realização de imagens de alta resolução assim como detecção espectral da composição da amostra a ser analisada.

Leia mais em http://pt.wikipedia.org/wiki/Microsc%C3%B3pio_eletr%C3%B4nico_de_varredura
http://www.lnls.br/

Veja os Vídeos

Grafenos

Os grafenos despertaram recentemente a atenção da comunidade científica por conta de suas propriedades físico-químicas superiores. As pesquisas atuais [1-10] estão voltadas às metodologias para produção de grafenos altamente puros, vislumbrando sua produção em larga escala. Em paralelo seguem estudos que visam aplicações destes materiais [11-16] em diversas áreas tecnológicas e biológicas.

Com sua alta cristalinidade e fascinantes propriedades, o grafeno é um material emergente com potencial aplicação em dispositivos eletrônicos e em sistemas biológicos. Basicamente, o material é uma folha plana de átomos de carbono em hibridizações sp² densamente compactados. Com apenas um átomo de espessura, esse novo material consiste de uma estrutura hexagonal de átomos de carbono, similar à dos favos de mel de uma colmeia. Como é um material bidimensional, todos os seus átomos estão expostos na superfície. Essa estrutura o proporciona propriedades únicas tais como alta densidade de corrente, alta capacidade térmica, transparência óptica, super-hidrofobicidade e biocompatibilidade quando funcionalizado. Essas propriedades são extremamente importantes para aplicações diversas, desde que a produção de grafenos seja comercialmente viável.

A obtenção de grandes folhas de grafeno é muito difícil. Uma das dificuldades a ultrapassar para explorar esse material é conseguir controlar sua fabricação, e principalmente desenvolver um procedimento de fabricação que seja industrializável. As metodologias mais utilizadas para obtenção do grafeno utilizam clivagem micromecânica e crescimento epitaxial. O primeiro é bastante empírico e não permite produzir folhas grandes para uma utilização industrial. As amostras obtidas pelo método de crescimento epitaxial apresentam problemas de uniformidade dimensional, e as propriedades intrínsecas do grafeno são às vezes modificadas pelas interações com o substrato subjacente. Outras técnicas atraentes são aquelas que utilizam a esfoliação da grafite, a deposição química a partir da fase vapor, rotas químicas e decomposição de substratos [17]. Todavia, todas estas metodologias estão em fase de desenvolvimento. Leia mais nas referências abaixo.

Referências

1. Berger C, Song Z, Li X, et al. Electronic confinement and coherence in patterned epitaxial graphene. Science 2006; 312: 1191-1196, DOI: 10.1126/science.1125925

2. Castro Neto AH, Guinea F, Peres NMR, et al. The electronic properties of graphene. Reviews of Modern Physics 2009; 81: 109-162, DOI: 10.1103/RevModPhys.81.109

3. Ferrari AC, Meyer JC, Scardaci V, et al. Raman spectrum of graphene and graphene layers. Physical Review Letters 2006; 97, DOI: 187401

10.1103/PhysRevLett.97.187401

4. Geim AK, Novoselov KS. The rise of graphene. Nature Materials 2007; 6: 183-191, DOI: 10.1038/nmat1849

5. Hu JT, Odom TW, Lieber CM. Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research 1999; 32: 435-445, DOI: 10.1021/ar9700365

6. Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, et al. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature 2005; 438: 197-200, DOI: 10.1038/nature04233

7. Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, et al. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science 2004; 306: 666-669, DOI: 10.1126/science.1102896

8. Stankovich S, Dikin DA, Dommett GHB, et al. Graphene-based composite materials. Nature 2006; 442: 282-286, DOI: 10.1038/nature04969

9. Thess A, Lee R, Nikolaev P, et al. Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes. Science 1996; 273: 483-487, DOI: 10.1126/science.273.5274.483

10. Zhang YB, Tan YW, Stormer HL, et al. Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene. Nature 2005; 438: 201-204, DOI: 10.1038/nature04235

11. Balandin AA, Ghosh S, Bao W, et al. Superior thermal conductivity of single-layer graphene. Nano Letters 2008; 8: 902-907, DOI: 10.1021/nl0731872

12. Berger C, Song ZM, Li TB, et al. Ultrathin epitaxial graphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelectronics. Journal of Physical Chemistry B 2004; 108: 19912-19916, DOI: 10.1021/jp040650f

13. Geim AK. Graphene: Status and Prospects. Science 2009; 324: 1530-1534, DOI: 10.1126/science.1158877

14. Kim KS, Zhao Y, Jang H, et al. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature 2009; 457: 706-710, DOI: 10.1038/nature07719

15. Li D, Mueller MB, Gilje S, et al. Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets. Nature Nanotechnology 2008; 3: 101-105, DOI: 10.1038/nnano.2007.451

16. Schedin F, Geim AK, Morozov SV, et al. Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene. Nature Materials 2007; 6: 652-655, DOI: 10.1038/nmat1967

[17] 1. Choi W, Lahiri I, Seelaboyina R, et al. Synthesis of Graphene and Its Applications: A Review. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences 2010; 35: 52-71, DOI: 10.1080/10408430903505036

Roupas do futuro

Eu assisti uma reportagem da fantástica Ilze Scamparini no Jornal Hoje, da rede Glóbulo. Ela apresentou o que chamou de roupas do futuro. Essas roupas são confeccionadas com tecidos e dispositivos eletrônicos, permitindo medidas de sinais biológicos. Os tecidos são apropriados para serem aquecidos ou resfriados conforme a temperatura do corpo ou o desejo do usuário. Os dispositivos são elaborados com o suporte de um físico, uma bióloga e dos recursos mais avançados na microeletrônica atual. Tais dispositivos podem ser controlados por computadores em transmissões em fio.

As roupas mostram promissoras para o treinamento de atletas, recuperação pós-cirurgico. Todavia, fica aqui a preocupação sobre a utilização de componentes eletrônicos próximos aos tecidos humanos por longos periodos de tempo. Haveria risco de câncer?

SCIENCE

Fibras de Nanotubos de Carbono

Queridos amigos, queiram ver esses vídeos. Isso irá revolucionar o mundo das fibras e compósitos.

Horários Rotativos de trabalho.

Ideia simples para revolucionar o mundo

Breve descrição (máx. 250 caracteres) 
Diferentes horários de trabalho proporcionariam diferentes horários de locomoção das pessoas. Proponho a extinção do horário comercial.


Principais benefícios (máx. 250 caracteres) * 
Mais tempo com as pessoas que ama (Família e amigos)
Menos poluentes emitidos (carro funcionando parado é ainda mais poluente)
Melhor qualidade de vida.
Menos tempo no trânsito.
Menos energia desperdiçada.

Descrição detalhada (max. 500 palavras) 
Se as pessoas tivessem horários diferentes de trabalhos, se locomoveriam em diferentes horários, evitariam em partes os horários de Rush. Culturalmente seria custosa a adaptação, mas certamente os benefícios valeriam. O desafio seria a definição de cada horário por um órgão responsável e respeitável ou pelas próprias empresas. Seria controverso no início, mas as pessoas se adaptariam. Os avanços da internet seriam grandes aliados, possibilitando inclusive que trabalhássemos mais em casa e fazendo toda hora dentro do horário comercial.http://hudsonzanin.blogspot.com/


Tags:
mobilidade inteligente público sustentabilidade, transporte 

Categorias 
Como aumentar a acessibilidade da população aos serviços de diagnóstico em serviços públicos e privados, Propiciar Infraestrutura de mobilidade urbana para pessoas e mercadorias de maneira inteligente e sustentável