| Uso do Molibdato de Bismuto na Redução Fotocatalítica e Fotoeletroquímica de CO2 |
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| Curso |
Doutorado em Ciência dos Materiais |
| Tipo |
Tese |
| Data |
23/04/2024 |
| Área |
MATERIAIS |
| Orientador(es) |
- Heberton Wender Luiz dos Santos
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| Coorientador(es) |
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| Orientando(s) |
- Francielle Rodrigues Gomes Stelo
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| Banca |
- Caue Alves Martins
- Douglas Gouvea
- Heberton Wender Luiz dos Santos
- Luiz Eduardo Gomes
- Luiz Felipe Placa Vargas
- Renato Vitalino Gonçalves
- Sherdil Khan
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| Resumo |
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| Desenvolvimento de métodos ópticos analíticos baseado na fluorescência multidimensional para quantificar biodiesel em blendas de diesel-biodiesel’ |
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| Curso |
Doutorado em Ciência dos Materiais |
| Tipo |
Tese |
| Data |
16/02/2024 |
| Área |
MATERIAIS |
| Orientador(es) |
- Anderson Rodrigues Lima Caires
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| Coorientador(es) |
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| Orientando(s) |
- Fernando Rodrigues da Conceição
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| Banca |
- Anderson Rodrigues Lima Caires
- Cicero Rafael Cena da Silva
- Gustavo Nicolodelli
- Ivan Pires de Oliveira
- Keurison Figueredo Magalhães
- Reinaldo Francisco Teófilo
- Samuel Leite de Oliveira
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| Resumo |
Neste trabalho as matrizes de excitação-emissão, não polarizada (MEENP) e polarizada (MEEP), de blendas de diesel-biodiesel não diluídas (BDBND) e diluídas (BDBD), foram analisadas através do método análise dos fatores paralelos (PARAFAC). Através dessa análise, modelos analíticos para predizer o teor de biodiesel em BDBND e BDBD foram construídos. Em relação a análise PARAFAC das MEENP das BDBND (MEENP-BDBND), os valores dos “loadings” relacionados à concentração foram utilizados para a construção do modelo pseudo-univariado. Esse modelo apresentou limites de detecção (LOD) e limite de quantificação (LOQ) de 2,5% e 11% (m/m), respectivamente. De acordo com os valores da raiz do erro quadrático médio de predição (RMSEP) e desvio padrão relativo de predição (RSDP), o modelo pseudo-univariado apresentou robustez na predição de biodiesel nas amostras do conjunto de validação externa, com valores entre 0,53-0,70% (m/m) e 3,65-5,10%, respectivamente. Para a análise das MEEP das BDBND (MEEP(ND)) e das BDBD (MEEP(D)), o PARAFAC foi aplicado para avaliar as melhores variáveis de excitação-emissão para a construção de modelos analíticos a partir dos resultados de fluorescência polarizada. Adicionalmente, medidas de fluorescência 2D polarizada das amostras de validação externa foram utilizadas para validação dos modelos. Para as MEEP(ND), as melhores curvas analíticas foram obtidas nas polarizações HV e HH, com valores de LOD iguais a 1,05% (m/m) e 0,12% (m/m) enquanto os valores de LOQ foram de 3,31% (m/m) e 0,38% (m/m), respectivamente. Em relação ao teor de biodiesel predito, o modelo obtido na polarização HV apresentou os melhores valores de RMSEP e RSDP, os quais foram 0,32% (m/m) e 2,14%, respectivamente. Para as MEEP(D), todas as curvas analíticas apresentaram baixos valores de LOD e LOQ. No entanto, apenas o modelo obtido na polarização VV, apresentou os melhores valores de RMSEP e RSDP, os quais foram 0,49% (m/m) e 3,24%, respectivamente. Portanto, de acordo com os valores de RMSEP e RSDP, o melhor modelo óptico analítico foi obtido através da análise das MEEP(ND) com PARAFAC com as polarizações HV e HH. Além dos modelos ópticos analíticos, as propriedades moleculares das BDBD foram avaliadas através da espectroscopia de emissão multidimensional resolvida por anisotropia (ARMES). Como resultado, os mapas de anisotropia (MDA) foram construídos e evidenciaram baixos valores de anisotropia de fluorescência dos fluoróforos que compõem as BDBD. Esses baixos valores de anisotropia de fluorescência foram atribuídos a despolarização por rotação dos fluoróforos.
Palavras-Chave: Biodiesel; Diesel; Quantificação; MEE; MEEP; PARAFAC; ARMES
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| Preparo e Otimização de Fotoeletrodos de BiFeO3 para clivagem Fotoeletroquímica da Água |
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| Curso |
Doutorado em Ciência dos Materiais |
| Tipo |
Tese |
| Data |
11/10/2023 |
| Área |
MATERIAIS |
| Orientador(es) |
- Heberton Wender Luiz dos Santos
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| Coorientador(es) |
- Felipe Fernandes de Oliveira
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| Orientando(s) |
- Isaac Péricles Maia de Medeiros
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| Banca |
- Caue Alves Martins
- Cicero Rafael Cena da Silva
- Felipe Fernandes de Oliveira
- Heberton Wender Luiz dos Santos
- José Humberto Dias da Silva
- Leonardo Simoni
- Luiz Eduardo Gomes
- Luiz Felipe Placa Vargas
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| Resumo |
A conversão de energia solar em energia química é uma estratégia interessante para transformar e armazenar energia. A conversão de energia solar pode ocorrer por fotocatálise por meio de dispositivos constituídos de fotoeletrodos semicondutores que absorvem luz com energia maior ou igual a energia de bandgap do semicondutor e geram portadores de cargas, capazes de promover reações independentes de redução e oxidação. Nesta pesquisa, estudou-se a influência da temperatura na síntese de nanopartículas de ferrita de bismuto BiFeO3 (BFO) obtidas pelo método sol-gel e sua aplicação como eletrodos para clivagem fotoeletroquímica da água. Para tal, utilizou-se como solvente o etilenoglicol que somado aos precursores (nitratos de ferro e bismuto na proporção 1:1) formaram o material denominado de BFO. Para síntese do pó, houve uma pré-calcinação (130 °C) e tratamentos térmicos em diferentes temperaturas, sendo: 400, 500, 600, 700, 800 e 900°C. Após o processamento, foi possível obter materiais com estrutura do tipo perovskita. Os filmes finos foram obtidos por técnica de deposição eletroforética tendo como intuito propiciar boa adesão dos filmes finos no substrato. Com as nanoestruturas de BFO foi possível produzir densidades de fotocorrente de 1,53 µA/cm2 em 1,23 V vs RHE para amostra BFO600 sob luz visível. A eficiência ABPE foi de 0,0022% sob irradiação de luz visível. As propriedades estruturais, ópticas e morfológicas foram estudadas por DRX, DRS, MEV/EDS e, para determinação das propriedades fotoeletroquímicas, fez-se análises de voltametria, Mott-Schottky e impedância. Pela análise feita por Rietveld constatou-se que a estrutura cristalina recorrente entre as amostras foi a do tipo perovskita hexagonal. Entretanto, apenas quando tratada a 500 e 600°C apresentou estrutura monofásica (grupo espacial R3c) com tamanho médio de cristalito próximo de 40 nm. Assim, em suma, há possibilidade de aplicações da composição para fabricação de fotoeletrodos visando a clivagem PEC da água. |
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| Avaliação e Modelagem da Evapotranspiração de Referência Usando Diferentes Técnicas de Aprendizado de Máquina para uma Savana Tropical Brasileira |
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| Curso |
Doutorado em Ciência dos Materiais |
| Tipo |
Tese |
| Data |
06/09/2023 |
| Área |
MATERIAIS |
| Orientador(es) |
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| Coorientador(es) |
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| Orientando(s) |
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| Banca |
- Fabio Mallmann Zimmer
- Marcelo Sacardi Biudes
- Marcos Serrou do Amaral
- Rafael da Silva Palácios
- Thiago Meirelles Ventura
- Thiago Rangel Rodrigues
- Widinei Alves Fernandes
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| Resumo |
Elementos meteorológicos possuem diferentes influências no ambiente, podendo modificar significativamente o processo natural de desenvolvimento da vegetação e contribuindo assim para as mudanças climáticas. Nesse estudo foi investigado a utilização de variáveis meteorológicas para a determinação da Evapotranspiração de Referência (ETo) em uma região de transição entre o Cerrado e o Pantanal. O objetivo foi o de aplicar técnicas de aprendizado de máquina para determinar a ETo com o mínimo de variáveis possível. Os resultados indicam que a aplicação da inteligência artificial pode promover melhorias substanciais na modelagem ambiental, quando técnicas de previsão alternativas são empregadas, resultando em redução dos custos do projeto e obtenção de resultados mais confiáveis. A presente pesquisa buscou identificar a combinação mais eficiente de técnicas de aprendizado de máquina, tais como Redes Neurais Artificiais, Random Forest e Support Vector Machines. Como resultado foi desenvolvido um novo modelo, o qual depende de um menor número de variáveis climáticas em comparação com o método Penman-Monteith (método padrão para estimar a Evapotranspiração de Referência) e que consegue descrever de forma eficiente a ETo. As técnicas de aprendizado de máquina se mostraram altamente eficazes nesse tipo de modelagem, devido à sua capacidade de processar grandes volumes de dados e identificar as melhores interações entre os parâmetros envolvidos. Além disso, quando as redes neurais artificiais são empregadas, foi obtida uma acurácia superior a 94% na determinação da ETo ao se utilizar um número reduzido de variáveis em comparação com o método padrão. |
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| Mutação na tríade catalítica da IsPETase: Um estudo com simulações de dinâmica molecular |
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| Curso |
Doutorado em Ciência dos Materiais |
| Tipo |
Tese |
| Data |
16/08/2023 |
| Área |
MATERIAIS |
| Orientador(es) |
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| Coorientador(es) |
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| Orientando(s) |
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| Banca |
- Diogo Duarte dos Reis
- Douglas Chodi Masui
- GUSTAVO DE MIRANDA SEABRA
- Joao Vitor Batista Ferreira
- Leandro Moreira de Campos Pinto
- Marcello Ferreira da costa
- Marcos Serrou do Amaral
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| Resumo |
O lixo plástico causa graves problemas ambientais em todo o mundo, e a reciclagem biológica
é um dos métodos mais ecologicamente amigáveis para lidar com isso. A descoberta da
Ideonella sakaiensis PET hidrolase (IsPETase) atraiu o interesse da comunidade científica.
Sua natureza mesófila é uma característica interessante para novas perspectivas na pesquisa
de degradação do politereftalato de etileno (PET). Aqui, usamos uma abordagem de
Dinâmica Molecular (DM) e discutimos a possibilidade de variações da tríade catalítica
canônica em pH 7 e 300 K. Preparamos três variantes e realizamos um protocolo de
Docking molecular comparativo do BHET, − do inglês bis(2-hydroxyethyl) terephthalate
− nas três variantes e na enzima nativa. Realizamos simulações de DM com foco na
distância nucleofílica e nos estados de protonação dos resíduos escolhidos em nossas
mutações. Durante este trabalho, notamos a possibilidade de automatizar o uso dos
pacotes computacionais AMBER/AMBERtools. Um programa denominado ASM.py, do
termo inglês AMBER Simulation Manager, foi desenvolvido para esse fim e registrado
sob a licença GNU GPL no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI). Em
todas as simulações, o ligante permaneceu ligado ao sítio ativo. A energia de ligação total
nas variantes diminuiu, mas sempre permaneceu favorável para interação. Ao analisar
a contribuição da interação de cada resíduo, as simulações com a nativa e a D206E
apresentaram uma ligação mais estável com basicamente o mesmo padrão energético. No
entanto, as variantes com lisina apresentaram redução nas contribuições desfavoráveis −
enquanto a D206E/H237K apresentou um comportamento intermediário se comparado as
mutantes simples. A nova distribuição de carga e conformação das cadeias laterais para
ambas as variantes com lisina mantiveram a distância nucleofílica, enquanto empurrava
o ligante para longe da fenda de oxiânion. As mutantes de um resíduo estudadas aqui
não apresentaram resultados promissores. No entanto, o comportamento peculiar da
D206E/H237K provoca curiosidade sobre quais consequências podem surgir em dados
empíricos. Acreditamos que nossa discussão pode beneficiar esforços futuros quanto à
eficiência de degradação do PET em condições ambientais. |
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| PHYSICOCHEMICAL AND MINERAL PROPERTIES OF FRUIT PULP AND VEGETABLE OIL OBTAINED IN THE CERRADO BIOME |
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| Curso |
Doutorado em Ciência dos Materiais |
| Tipo |
Tese |
| Data |
16/06/2023 |
| Área |
MATERIAIS |
| Orientador(es) |
- Valter Aragao do Nascimento
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| Coorientador(es) |
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| Orientando(s) |
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| Banca |
- Anderson Rodrigues Lima Caires
- Bruno Spolon Marangoni
- Carlos Renato Menegatti
- Cicero Rafael Cena da Silva
- Elaine Silva de Padua Melo
- Rita de Cassia Avellaneda Guimaraes
- Valter Aragao do Nascimento
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| Resumo |
Cerrado é o segundo maior bioma com a extensão de 22% depois da Amazona, localizada na região central do Brasil, na qual no estado de Mato Grosso do Sul compreende 61% deste bioma. Estado de Mato Grosso do Sul abriga aprox. 4 mil espécies nativas de Angiosperma catalogadas. Dentre elas destacam-se pequi, baru, guavira, cajuzinho, etc., pois algumas delas fornecem frutos, sementes, amêndoas com alto teor de substâncias bioativas e nutricionais. Além disso, espécies como bocaiuva, guavira, pequi, baru fornecem óleo de alta qualidade nutricional para o consumo humano. Em adição, os solos do Cerrado são aráveis para culturas como soja, girassol, milho, amendoim, café, algodão, cana-de-açúcar, e outras, usadas na alimentação humana e animal. Entretanto, o solo natural do Cerrado é caracterizado pela alta concentração do aluminium (Al), e com baixos teores de fósforo (P), zinco (Zn), ferro (Fe), vanádio (V), cromo (Cr), bário (Ba), chumbo (Pb), níquel (Ni), cobre (Cu), molibdênio (Mo) e cadmio (Cd). Por isso, biossólidos, adubos, fertilizantes e agrotóxicos são massivamente utilizados para a correção destes solos, que ricos em minerais, que podem contaminar solos, e plantas nativas e cultivadas. Embora o consumo de alimentos ricos em minerais (macro– e microelementos) seja amplamente recomendado para promoção da saúde e prevenção de doenças. No entanto, a alta quantidade desses minerais pode ser tóxico e prejudicial para funções vitais de vários órgãos. Assim, dois capítulos são descritos neste trabalho, na qual o primeiro apresenta estudos realizados com a polpa do fruto de Campomanesia adamantium (guavira) obtido a partir da beira da estrada (500 m), mata (1000 m) e margem da fazenda (3000 m). Os minerais (K, Pb, P, As, Se, Fe, Mo, Zn, Co, Ni, Mn e Cr) foram quantificados usando espectrometria de emissão atômica por plasma acoplado indutivamente (ICP OES) e comparados com os parâmetros estabelecidos da Consumo Dietético de Referência (DRI), Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO) e a Organização Mundial da Saúde (OMS), e a Administração para Alimentos e Drogas (FDA). O segundo capítulo aborda estudos realizados com óleo de girassol obtido a partir de sementes secas com cascas extraídas por prensagem a frio em uma máquina doméstica, onde foram avaliadas a composição de ácidos graxos, propriedades físico-químicas e ópticas, estabilidade térmica e oxidativa, e foram comparadas com estudos da literatura, porém minerais: Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Al, Pb, As e Se foram quantificados por espectroscopia de emissão óptica de plasma acoplado indutivamente (ICP OES) e foram comparados com os parâmetros da DRI e FAO/OMS.
Palavras-chaves: Cerrado, vegetal, polpa; semente, óleo, mineral, índice não-carcinogênico.
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| Nanocompósitos MWCNT/Nb₂O₅ e MWCNT/TiO₂: Síntese, Caracterização e Aplicação em Sensores Eletroquímicos |
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| Curso |
Doutorado em Ciência dos Materiais |
| Tipo |
Tese |
| Data |
25/05/2023 |
| Área |
MATERIAIS |
| Orientador(es) |
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| Coorientador(es) |
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| Orientando(s) |
- Rafael Henrique de Oliveira
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| Banca |
- Alem Mar Bernardes Goncalves
- Alexandre Pancotti
- Bruno Spolon Marangoni
- Cicero Rafael Cena da Silva
- Daniel Araujo Gonçalves
- Diogo Duarte dos Reis
- Flavio Santana Michels
- Monize Martins da Silva
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| Resumo |
Sensores eletroquímicos desempenham um papel crucial na detecção precisa de compostos químicos em diversas áreas, incluindo análises clínicas, industriais e monitoramento ambiental. Os nanocompósitos de materiais carbonáceos e óxidos metálicos têm se destacado como materiais altamente promissores nesse contexto. Este trabalho teve como objetivo a síntese e caracterização de nanocompósitos para aplicação em sensores eletroquímicos. Um novo nanocompósito foi obtido utilizando nanotubos de carbono multicamadas (MWCNTs) decorados com Nb₂O₅, por meio do método dos complexos oxidantes de peróxido (OPM) associado ao tratamento hidrotérmico. Além disso, outro nanocompósito composto por MWCNTs e TiO₂ foi obtido pelo método solvotérmico. Os materiais foram caracterizados utilizando técnicas como microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios-X por energia dispersiva (EDS), difração de raios-X (XRD) e análise termogravimétrica (TGA). Os nanocompósitos foram utilizados como modificadores de eletrodos de carbono vítreo (GCE) na fabricação dos sensores GCE/MWCNT/Nb₂O₅ e GCE/MWCNT/TiO₂. A resposta eletroquímica desses sensores foi avaliada por meio de voltametria cíclica (CV) em soluções como H₂SO₄ (pH 2,0) e solução tampão Britton-Robson (pH 7,0). Os sensores demonstraram sensibilidade e seletividade promissoras nas detecções de H₂O₂ e paracetamol em meio aquoso. Através da voltametria cíclica, o sensor GCE/MWCNT/Nb₂O₅ apresentou limite de detecção (LD) de 1,5 μM e limite de quantificação (LQ) de 5,0 μM para o H₂O₂. O sensor GCE/MWCNT/TiO₂ revelou um LD de 4,0 μM e um LQ de 14,0 μM. Destaca-se também a notável atividade eletrocatalítica do sensor GCE/MWCNT/Nb₂O₅ na detecção de paracetamol, mesmo na presença de interferentes como epinefrina e triptofano. Por meio da voltametria de onda quadrada, alcançou-se um LD de 0,11 nM e um LQ de 0,49 nM, superando estudos anteriores. Esses resultados indicam o potencial desses nanocompósitos como materiais para o desenvolvimento de sensores eletroquímicos mais eficientes, com aplicação potencial em amostras clínicas e ambientais. |
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| Uso de espectroscopia LIBS acoplados a rotinas de aprendizado de máquina para diferenciação de minerais |
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| Curso |
Doutorado em Ciência dos Materiais |
| Tipo |
Tese |
| Data |
02/05/2023 |
| Área |
MATERIAIS |
| Orientador(es) |
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| Coorientador(es) |
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| Orientando(s) |
- Matheus Cicero da Silva Ribeiro
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| Banca |
- Bruno Spolon Marangoni
- Carlos Renato Menegatti
- Cicero Rafael Cena da Silva
- Diogo Duarte dos Reis
- Giorgio Saverio Senesi
- Gustavo Nicolodelli
- JADER DE SOUZA CABRAL
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| Resumo |
Minerais são definidos como uma substância natural inorgânica, formada através de processos geológicos, que possuem uma estrutura cristalina regular e sólida a temperatura ambiente. São formados através de ligações químicas entres elementos químicos eletricamente carregados, onde a nomenclatura dos minerais é dada pelo seu grupo ânion predominante. A correta classificação de amostras minerais é uma tarefa de grande importância para vários campos de estudos. Amostras minerais podem ser erroneamente classificadas em diferentes grupos, se analisadas somente de modo visual, devido a haver semelhanças e/ou diferenças nas características visuais entre amostras de um mesmo grupo mineral. Os testes padrões mais utilizados, além das inspeções visuais, que necessitam de experiência do observador, são as técnicas analíticas como espectroscopia por raio-x ou de emissão óptica por plasma acoplado indutivamente (ICP). Porém, essas técnicas analíticas não são vantajosas, pois apresentam o uso de radiação ionizante e não possibilidade de análises in situ, respectivamente. O uso da técnica LIBS surge como uma alternativa para análises in situ, de forma rápida e eficaz, o que é de grande importância para a diferenciação e classificação de amostras minerais. Neste trabalho, o uso da técnica de espectroscopia óptica de emissão atômica por plasma induzido por laser (LIBS), combinados com métodos quimiométricos de análise de componentes principais (PCA), e com algoritmos supervisionados de aprendizado de máquinas, k-vizinhos próximos (KNN), máquinas de vetores de suporte (SVM) e análise discriminante (LDA e QDA), foram avaliados na diferenciação e classificação de amostras minerais das classes silicato, oxido, fosfato, carbonato e fluorita. Os resultados mostraram que o algoritmo Fine KNN foi capaz de classificar corretamente todas as amostras de validação externa, para a classe silicato, com acurácia de 100%, para os três tipos de abordagens distintas realizadas. Limitações para a implementação desse procedimento como técnica de análise ainda existem, principalmente para diferenciação das amostras não-silicato. |
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| Estabilidade de sólitons de ondas de matéria em condensados de Bose-Einstein atrativos aprisionados pelo potencial de Pöschl-Teller esfericamente simétrico. |
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| Curso |
Doutorado em Ciência dos Materiais |
| Tipo |
Tese |
| Data |
20/05/2021 |
| Área |
MATERIAIS |
| Orientador(es) |
- Valter Aragao do Nascimento
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| Coorientador(es) |
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| Orientando(s) |
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| Banca |
- Anderson Rodrigues Lima Caires
- Arnaldo Gammal
- Bruno Spolon Marangoni
- Joao Vitor Batista Ferreira
- Lauro Tomio
- Rudnei de Oliveira Ramos
- Valter Aragao do Nascimento
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| Resumo |
Condensados de Bose-Einstein são sistemas macroscópicos excelentes para a observação do comportamento quântico da matéria. Desde sua realização experimental em gases atômicos
fracamente interagentes, aprisionados por potenciais externos, diversos fenômenos não lineares relacionados a esse sistema foram intensamente explorados. Nesta tese, nós investigamos a
estabilidade de sólitons de ondas de matéria em condensados de Bose-Einstein com interações interatômicas atrativas, confinados pelo potencial hiperbólico de Pöschl-Teller esfericamente simétrico. Para este propósito, utilizamos a equação de Gross-Pitaevskii, dentro do escopo da teoria de campo médio, para descrever o condensado de Bose-Einstein. Com o intuito de resolver a equação de Gross-Pitaevskii, utilizamos duas abordagens distintas: uma analítica (método variacional) e outra numérica (método split-step Crank-Nicolson). Em ambas abordagens, utilizamos a função secante-tangente hiperbólica para descrever a função de onda macroscópica referente ao condensado de Bose-Einstein. Os resultados, por intermédio do critério Vakhitov-Kolokov, previram a estabilidade de sólitons tridimensionais e, ademais, predizeram o comportamento do número crítico de átomos em função do comprimento de espalhamento interatômico. Na perspectiva de eventuais aplicações, acreditamos que os resultados obtidos podem ser relevantes no âmbito da óptica não linear e da física da matéria condensada. |
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