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Laboratório de Física Experimental e Aplicada (LaFEA)

Última atualização em Segunda, 03 de Setembro de 2018, 16h48 | Acessos: 669

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Apresentação

O objetivo do LaFEA é realizar pesquisas físicas de caráter experimental e o desenvolvimento de técnicas de instrumentação científica com o objetivo de estudar: Fenômenos atômicos e moleculares de interesse astrofísico e biomédico; Instrumentação e monitoramento das variáveis envolvidas nos processos de colisões com canhão de elétrons, íons leves e pesados. Síntese e caracterização de células solares orgânicas e inorgânicas, e construção de supercapacitores, buscando métodos alternativos de aproveitamento da luz solar e energia limpa; Estudo do Fenômeno Físico da Sonoluminescência, umas das atuais fronteiras da ciência.

The goal of LaFEA is to perform physics experimental research and the development of scientific instrumentation techniques in order to study: atomic and molecular phenomena of astrophysical and biomedical interest; Instrumentation and monitoring of the variables involving an electron gun, light and heavy ions collision processes. Synthesis and characterization of organic and inorganic solar cells, and construction of supercapacitors, searching for alternative methods to take advantage of sunlight and clean energy; Study of Physical phenomenon of sonoluminescence, one of the current frontiers of science.

 


Professor Responsável (Responsible Professor):

Prof. Ana Lucia Ferreira de Barros, D.Sc.
e-mail: 
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Endereço (Address):
Avenida Maracanã 229, Bairro Maracanã, Bloco D,
Salas D 119A, B e C.
20.271-110 – Rio de Janeiro, RJ – Brasil.
Tel.: +55-21-2566-3022
FAX: +55-21-2569-4495
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Avenida Maracanã 229, Maracanã. Block D,  Rooms: D 119A, B and C.
ZIP 20.271-110 – Rio de Janeiro, RJ – Brazil.
Phone: +55-21-2566-3022
FAX: +55-21-2569-4495
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Equipe (Team):

Prof. Ana Lucia Ferreira de Barros, D.Sc.
(Pesquisadora, Researcher)
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Prof. Natalia Ferreira, D.Sc. 
(Pesquisadora, Researcher)
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Suresh Babu Rajendran, PhD
(Pós doutorando PNPD/CAPES - Pesquisador, Researcher)
PosDoc Fellow
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Sasikumar Yesudass,PhD
(Pós doutorando PNPD/CAPES - Pesquisador, Researcher)
PosDoc Fellow
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Prof. Enio Frota da Silveira, Docteur d'État
(Pesquisador colaborador, Collaborative Researcher)
From Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro (PUC-Rio
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Diana Paula de Pinho Andrade, D.Sc. (UFRJ)
(Pesquisadora colaboradora, Collaborative Researcher)
From Federal University of Rio de Janeiro (UFRJ)
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Daniel da Motta Sampaio                                                              
(Doutorando, PhD student
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Leandro Marques Samyn                                                             
(Doutorando, PhD student)
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Rodrigo Coelho Pereira                                                                
(Doutorando, PhD student)
Bolsista Doutorado PPGIO - CAPES
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Mariana de Almeida Maier                                                           
(Mestranda, Master student)
Bolsista Mestrado - CAPES
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Rennê da Silva Lou                                                                     
(Estudante de graduação, Undergraduate student
Bolsista Iniciação Científica - CEFET
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Rodrigo Crispim                                                                            
(Estudante de graduação, Undergraduate student
Bolsista Iniciação Científica - CEFET
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Breno  Ferreira                                                                             
(Estudante de graduação, Undergraduate student)
Bolsista Iniciação Científica - CNPq  - CNPq grant holder
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Larissa Osório da Silva
(Estudante de graduação, Undergraduate student)
Bolsista Iniciação Científica - CNPq  - CNPq grant holder
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Gabriela Corbetta Sánchez                                                           
(Estudante de graduação, Undergraduate student)
Bolsista Iniciação Científica - CNPq  - CNPq grant holder
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Grupos de pesquisa CNPq associados (Associated research groups at CNPq):

Física Experimental e Aplicada (CEFET/RJ) (Experimental and Applied Physics

Física de Colisões Atômicas e Moleculares (UFRJ) (Molecular and Atomic Collisions Physics)

Sólidos Astrofísicos modificados por Radiação Ionizante (PUC-Rio) (Astrophysical Solids Modified by Ionizing Radiation)


Linhas de pesquisa e projetos (Research fields and projects):

Espectroscopia de massa e física de superfícies (Mass spectroscopy and surface physics)

No âmbito da Espectrometria de Massa e Análise de Superfícies, este projeto se dedica ao desenvolvimento da instrumentação associada e avança no conhecimento de técnicas de: (i) geração e emissão de íons por interação de laser ultravioleta e de fragmentos de fissão do califórnio 252 com sólidos de amostras inorgânicas, orgânicas e biológicas; (ii) análise de íons secundários por tempo de vôo e (iii) detecção de íons e imageamento. O resultado deste trabalho em dessorção iônica repercute tanto no desenvolvimento de conhecimentos fundamentais (pesquisa básica) como no desenvolvimento tecnológico (pesquisa aplicada), assim como na capacitação de recursos humanos através da formação de dezenas de pesquisadores (doutores, mestres, bacharéis e iniciação científica) em áreas de Física, Química, Engenharia e Informática. Particularmente, em função da importância crescente das aplicações analíticas da técnica MALDI-TOF MS (“Matrix Assisted Laser Desorption Ionization by Time-of-Flight Mass Spectrometry”) para Ciências Biológicas, houve a inclusão do grupo de trabalho associado a este trabalho na Rede de Proteômica do Rio de Janeiro como Grupo de Apoio em espectrometria de massa. Adicionalmente, a técnica FTIR (Interferometria por Transformada de Fourier) está sendo dirigida para o estudo de gelos astrofísicos, com a participação de astrônomos. Neste projeto temos envolvidas diversas instituições de ensino e pesquisa nacionais e internacionais. Como exemplo, podem ser citados: o Laboratório de Interação de Fótons e Elétrons com a Matéria (IQ-UFRJ), o grupo Química Para a Vida com Aplicação Tecnológica (IQ-UFRJ), o Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (Campinas), o Hitchcock Group (McMaster University), o Instituto de Física da UFRJ e a Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio). Um aluno de doutorado está diretamente ligado a este projeto.

In the scope of Mass Spectrometry and Surface Analysis, this project is dedicated to the development of associated instrumentation and advances in the knowledge of techniques of: (i) generation and emission of ions by interaction of ultraviolet laser and fission fragments of californium 252 with Solid inorganic, organic and biological samples; (ii) analysis of secondary ions by time of flight and (iii) detection of ions and imaging. The result of this work on ionic desorption has repercussions both on the development of basic knowledge (basic research) and on technological development (applied research), as well as the training of human resources through the training of dozens of researchers (doctors, masters, bachelors and scientific initiation) in areas of Physics, Chemistry, Engineering and Informatics. Particularly due to the increasing importance of the analytical applications of the MALDI-TOF MS technique (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization by Time-of-Flight Mass Spectrometry) for Biological Sciences, there was the inclusion of the working group associated with this work In the Proteômica Network of Rio de Janeiro as a Support Group in mass spectrometry. Additionally, the FTIR (Fourier Transform Interferometry) technique is being directed to the study of astrophysical ice, with the participation of astronomers. In this project we have involved several national and international teaching and research institutions. As an example, the Laboratory of Interaction of Photons and Electrons with Matter (IQ-UFRJ), the Chemistry for Life with Technological Application (IQ-UFRJ), the National Laboratory of Synchrotron Light (Campinas), Hitchcock Group (McMaster University), the UFRJ Institute of Physics and the Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro (PUC-Rio). A PhD student is directly attached to this project.

Financiamento (Financial support):

Este projeto foi financiado por projeto de pesquisa individual aprovado pela FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS FILHO DE AMPARO A PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Auxílio à Pesquisa - APQ1).

This project was funded by an individual research project approved by CARLOS CHAGAS FILHO RESEARCH FOUDATION OF THE STATE OF RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Research support APQ1).

 

Estudo da física da Sonoluminescência (Study of the physics of Sonoluminescence) 

As principais atividades de pesquisa deste projeto se resumem na montagem do aparato experimental de sonoluminescência no Laboratório de Física Experimental e Aplicada (LaFEA) e no estudo teórico de uma única bolha sonoluminescente. O nome Sonoluminescência é dado à emissão de luz excitada por cavitação acústica em meios aquosos e não aquosos. Em ambos meios, a emissão de luz é o resultado da formação de espécies em estado eletrônico excitado causado pela alta temperatura local. A emissão da luz pode ser utilizada como uma sonda espectroscópica de eventos de cavitação, ou seja, servir como indicadora dos fenomênos ultrasônicos. A bolha sonoluminescente é um oscilador não linear, concentrando preferivelmente uma grande energia sonora, de tal forma a criar fótons. Como motivador de possíveis aplicações, tem-se o fato de que no interior da bolha pulsante há temperaturas altas, assim choques, plasmas, ionização, foto-recombinação, radiação Bremsstrahlung e até fusão são prováveis de ocorrer. Estamos construindo um aparato que permite investigar as propriedades básicas do fenômeno e realizar estudos do seu comportamento, assim como realizar cálculos teóricos que descrevam o processo em questão.

The main research activities of this project are summarized in the assembly of the experimental apparatus of sonoluminescence in the Laboratory of Experimental and Applied Physics (LaFEA) and in the theoretical study of a single sonoluminescent bubble. The name Sonoluminescence is given to the emission of light excited by acoustic cavitation in aqueous and non-aqueous media. In both means, the light emission is the result of the formation of species in excited electronic state caused by the high local temperature. The emission of light can be used as a spectroscopic probe of cavitation events, i. e., it serves as an indicator of the ultrasonic phenomena. The sonoluminescent bubble is a non-linear oscillator, preferably concentrating a large sound energy in such a way as to create photons. As a motivator of possible applications, one has the fact that inside the pulsating bubble there are high temperatures, so shocks, plasmas, ionization, photo-recombination, Bremsstrahlung radiation and even fusion are likely to occur. We are constructing an apparatus that allows us to investigate the basic properties of the phenomenon and conduct studies of its behavior, as well as performing theoretical calculations that describe such process.

Financiamento (Financial support):

Este projeto recebeu auxílio financeiro de projeto de pesquisa individual aprovado pela FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS FILHO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Auxílio à Pesquisa - APQ1 2009-2010) e foi financiado com parte do montante de R$ 51.665,00 proveniente do orçamento alocado ao Programa pela Diretoria de Pesquisa e Pós-graduação do CEFET/RJ, R$ 33.306,45, em 2013, R$ 51.665,00, em 2014, R$ 14.000,00, em 2015 e R$ 19.069,77, em 2016.

This project received financial support from an individual research project approved by the CARLOS CHAGAS FILHO RESEARCH FOUNDATION OF THE STATE OF RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Research support- APQ1 2009-2010) and was financed with part of the amount of R$ 51.665,00 (BRL) from the budget allocated to the Program by the CEFET/RJ Research and Postgraduate Board, R$ 33,306.45 (BRL) in 2013, R$ 5,665,00 (BRL) in 2014, R$ 14.000,00 (BRL) in 2015 and R$ 19.069,77 (BRL) in 2016.

 

Processos atômicos em colisões de interesse astrofísico, ambiental e médico- Íons Pesados - GANIL (Atomic processes in collisions of astrophysical, environmental and medical interest-Heavy Ions- GANIL)

Neste projeto realizamos um estudo da evolução de amostras de gelos sob irradiação em uma faixa larga de energia, que se estende de keV a GeV, contemplando os efeitos físico-químicos induzidos tanto pelo vento solar quanto pelos raios cósmicos pesados. As seções de choque de destruição de moléculas inicialmente presentes nas amostras, e de formação de espécies novas, produzidas via radiólise, assim como taxas de dessorção (sputtering yields), podem ser determinadas por espectroscopia de Fourier no infravermelho - FTIR. A partir desses resultados para uma base de dados ampla, incluindo diferentes projéteis (íons) e alvos, relações de escala como funções, por exemplo, da energia depositada podem também ser deduzidas. Assim como, estudar gelos formados por misturas de várias moléculas e de gelos contendo moléculas orgânicas (e.g. formaldeído), com o objetivo de verificar se moléculas mais complexas, pré-bióticas, tais como glicina, podem ser formadas através da irradiação por íons pesados. Neste último caso, os estudos através de espectroscopia FTIR serão complementados por estudos cromatográficos, de resíduos obtidos após a evaporação das moléculas voláteis presentes nas amostras irradiadas. Este projeto é desenvolvido no acelerador do GANIL-França, com a profa Ana Barros, onde existe a possibilidade de estudar projéteis nos dois diferentes regimes de deposição de energia: as linhas de feixe IRRSUD e SME (1-10 MeV/u, com a possibilidade de atingir 100 MeV/u no HE (high energy) que podem simular raios cósmicos realmente rápidos. Um aluno de doutorado estáligado diretamente ao projeto.

In this project we performed a study of the evolution of ice samples under irradiation in a wide range of energy, which extends from keV to GeV, contemplating the physical-chemical effects induced by both the solar wind and the heavy cosmic rays. The destruction sections of molecules initially present in the samples, and formation of new species, produced by radiolysis, as well as sputtering yields, can be determined by infrared Fourier spectroscopy (FTIR). From these results for a broad database, including different projectiles (ions) and targets, scale relations as functions, for example, of deposited energy can also be deduced. As well as studying ice formed by mixtures of various molecules and ice containing organic molecules (e.g. formaldehyde), in order to verify that more complex, prebiotic molecules, such as glycine, can be formed through heavy ion irradiation. In the latter case, studies using FTIR spectroscopy will be complemented by chromatographic studies of residues obtained after evaporation of the volatile molecules present in the irradiated samples. This project is developed at the GANIL-France accelerator, with Prof. Ana Barros, where it is possible to study projectiles at the two different energy deposition regimes: the IRRSUD and SME beam lines (1-10 MeV / u, with the possibility of reaching 100 MeV / U in HE (high energy) that can simulate really fast cosmic rays. A PhD student is directly attached to this project.

Financiamento (Financial support):

Este projeto recebeu apoio financeiro da FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS FILHO DE AMPARO A PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Edital FAPERJ Nº 21/2013 - Programa Apoio às Instituições de Ensino e Pesquisa Sediadas no Estado do Rio de Janeiro 2012). O projeto foi financiado com parte do montante de R$ 51.665,00 proveniente do orçamento alocado ao Programa pela Diretoria de Pesquisa e Pós-graduação do CEFET/RJ, R$ 33.306,45, em 2013, R$ 51.665,00, em 2014, R$ 14.000,00, em 2015 e R$ 19.069,77, em 2016.
FAPERJ - APQ5 110.492/2013 (ajuda de custo no exterior)

This project received financial support from FUNDER CARLOS CHAGAS FILHO RESEARCH FOUNDATION OF THE STATE OF RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Edital FAPERJ Nº 21/2013 - Support Program for Education and Research Institutions located in the State of Rio de Janeiro 2012). The project was financed with part of the amount of R$ 51,665.00 (BRL) from the budget allocated to the Program by the CEFET/RJ Research and Postgraduate Diectory, R$ 33,306.45 (BRL) in 2013, R$ 51,665.00 (BRL) in 2014 , R$ 14,000.00 (BRL) in 2015 and R$ 19,069.77 (BRL) in 2016.
FAPERJ - APQ5 110.492/2013 ( funding for exterior staying.)

 

Deposição de Filmes Finos metálicos à vácuo (Deposition of Thin Metallic Films by vacuum)

A deposição de filmes finos é uma ferramenta essencial no domínio das nano-tecnologias como, por exemplo, nas áreas de microeletrônica (portão dielétricos, dispositivos de memória) ou energia (camada células solares, materiais termo-elétricos). A produção e deposição de filmes finos a vácuo é importante para a elaboração de produtos avançados, tais como monitores planos (OLED, LCD, plasma) e na gravação de dados (HD, CD, DVD). Neste projeto, visamos principalmente à implementação de um curso de pós-graduação especializado na aplicação de processos de deposição de filmes finos a vácuo. Inicialmente, os engenheiros serão formados em métodos de deposição avançados, com aplicações diretas nas áreas de: embalagem, ferramentas, vidro arquitetônico, energia solar (fotovoltaica, térmica), registo de dados em mídia, "displays", microeletrônica, óptica e fotônica. Atualmente contamos no nosso Laboratório de Física Experimental e Aplicada (LaFEA) coma o equipamento de "sputtering" e deposição de filmes da "Edwards", modelo: HHV AUTO500.

The deposition of thin films is an essential tool in the field of nanotechnologies such as microelectronics (gate dielectrics, memory devices) or energy (layer solar cells, thermoelectric materials). The production and deposition of thin films in vacuum is important for the elaboration of advanced products, such as flat monitors (OLED, LCD, plasma) and data recording (HD, CD, DVD). In this project, we aim mainly at the implementation of a postgraduate course specializing in the application of thin film deposition processes to vacuum. Initially, engineers will be trained in advanced deposition methods, with direct applications in the areas of: packaging, tools, architectural glass, solar energy (photovoltaic, thermal), data recording in media, displays, microelectronics, optics and photonics. Currently we have our Experimental and Applied Physics Laboratory (LaFEA) with the "sputtering" and deposition of Edwards films, model: HHV AUTO500.

Financiamento (Financial support):

O projeto recebeu financiamento da FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS FILHO DE AMPARO A PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Edital FAPERJ Nº 41/2013 Apoio a Grupos Emergentes. Apoio a Pesquisa (APQ-1)- Edital FAPERJ 2014 - Nº 211.311/2015

The project received funding from the CARLOS CHAGAS FILHO RESEARCH FOUNDATION OF THE STATE OF RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Process Nº 41/2013 Support for research groups).
Support to Research (APQ-1)- Process FAPERJ 2014 - Nº211.311/2015

 

Síntese de Supercapacitores (Synthesis of Supercapacitors)

No processo de geração de energia é muito importante a forma como será feito o armazenamento da carga elétrica obtida, que geralmente utiliza um banco de baterias, mas que também pode ser feito com banco de supercapacitores. Os supercapacitores são dispositivos formados por duas armaduras condutoras (eletrodos) separadas por um material dielétrico ou por uma solução eletrolítica.
Os supercapacitores têm ganhado destaque em relação às baterias, por possuírem maior estabilidade, maior ciclo de vida e maior densidade de potência, o que significa que conseguem carregar e descarregar a carga elétrica armazenada em um tempo menor. Diante disso, podem ser utilizados não só em processos de geração de energia, como também em veículos elétricos híbridos, como trens e ônibus, por exemplo, onde é preciso que uma grande quantidade de carga seja entregue de forma rápida para romper o estado de inércia e dar início ao movimento.
No LaFEA estão sendo desenvolvidos eletrodos de fibra de carbono, espuma de carbono, grafite e aço inoxidável, com eletrodeposição de polianilina, óxidos e hexacianoferrato de metais, como cobalto, manganês e níquel, e atualmente eletrodos de espuma de níquel com deposição de CuCo2O4. A linha de pesquisa de supercapacitores abrange os processos de sintetização e caracterizações física e eletroquímica dos materiais, através do uso de Potenciostato, Espectrômetro de Infravermelho por Transformada de Fourier, Microscópio de Força Atômica, entre outros equipamentos, que possibilitam o estudo do desempenho do dispositivo.
Todas as pesquisas realizadas são motivadas pela busca da contribuição nos âmbitos científico e tecnológico de desenvolver um dispositivo leve, de baixo custo e alto desempenho. Neste projeto contamos  dois pós doutorandos bolsistas PNPD-CAPES, com dois alunos de IC bolsistas CNPq e uma aluna de mestrado bolsista CAPES.

In the process of energy generating, it is very important to know how the electrical charge will be stored, which usually uses some batteries, but can also be done with a some of supercapacitors. The supercapacitors are devices formed by two conducting plates (electrodes) separated by a dielectric material or by an electrolytic solution.
Supercapacitors have gained prominence over batteries because they have greater stability, longer life span and higher power density, which means they can charge and discharge the stored electrical charge in a shorter time. Thus, they can be used not only in power generation processes, but also in hybrid electric vehicles, such as trains and buses, for example, where a large amount of load must be delivered quickly to break the state of inertia and start the movement.
In the LaFEA are developing electrodes of carbon fiber, carbon foam, graphite and stainless steel, with electrodeposition of polyaniline, oxides and metal hexacyanoferrates such as cobalt, manganese and nickel, and currently nickel foam electrodes with CuCo2O4deposition. The research line of supercapacitores covers the processes of synthesis and physical and electrochemical characterization of the materials, through the use of Potentiostat, Fourier Transform Infrared Spectrometer, Atomic Force Microscope, among other equipment, that allow the study of the performance of the device.
All the researches carried out are motivated by the search of the contribution in the scientific and technological areas to develop a light, low cost and high performance device.
In this project we counted with two post-doctoral scholarships PNPD-CAPES, two students of the CNPq fellowships IC and one student of the master's degree CAPES.

Financiamento (Financial support):

O projeto recebeu financiamento da FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS FILHO DE AMPARO A PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Edital FAPERJ Nº 41/2013 Apoio a Grupos Emergentes. Apoio a Pesquisa (APQ-1)- Edital FAPERJ 2014 - Nº 211.311/2015.

The project received funding from the CARLOS CHAGAS FILHO RESEARCH FOUNDATION OF THE STATE OF RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Process Nº 41/2013 Support for research groups).
Support to Research (APQ-1)- Process FAPERJ 2014 - Nº211.311/2015.

 

Construção e caracterização de células solares sensibilizadas por corantes orgânicos -  DSSC’s (Construction and characterization of solar cells sensitized by organic dyes - DSSC's)

A demanda por energia é crescente no planeta, buscam-se alternativas para o desenvolvimento de fontes energéticas sustentáveis, eficientes e de baixo custo, como a conversão de energia solar em energia elétrica através de células fotovoltaicas. A energia solar fotovoltaica aparece então como uma maneira viável de uso de energia renovável, apesar dos custos serem maiores comparados a outras fontes. Estes custos de produção têm diminuído ao longo dos anos e tem-se buscado o desenvolvimento de células solares mais baratas e eficientes, como as células solares sensibilizadas por corantes orgânicos (DSSC’s – Dye Sensitized Solar Cells).
As DSSC’s são compostas por estruturas semicondutoras nanoestruturadas, como os óxidos semicondutores TiO2(Dióxido de Titânio), Nb2O5 (Pentóxido de Nióbio) e ZnO (Óxido de Zinco), sobre as quais é feita a aplicação de um corante orgânico (vários corantes diferentes extraídos de frutas e vegetais diferentes são utilizados neste projeto), que terá a função de absorver os fótons de luz e, uma vez que o mesmo seja excitado, transferirá elétrons até a superfície condutora, obtendo assim o efeito fotovoltaico.
Este trabalho está sendo desenvolvido no Laboratório de Física Experimental e Aplicada e envolve a construção das DSSC’s, além da caracterização dos filmes obtidos.
Para a caracterização, são feitas análises  no MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura), AFM (Microscópio de Força Atômica), FTIR (Interferometria por Transformada de Fourier) e, através de um multi-potenciostato associado a um Simulador Solar, são geradas curvas de corrente versus tensão (curvas I x V), bem como  espectros de impedância eletroquímica (EIS), cronoamperometria, cronopotenciometria e ciclovoltametria.
Neste projeto contamos com um aluno de doutorado, dois alunos de IC bolsistas CNPq e um aluno de mestrado bolsista CAPES.

The demand for energy is growing on the planet, alternatives are sought for the development of energy sources that are sustainable, efficient and low cost, such as the conversion of solar energy into electricity through photovoltaic cells. Photovoltaic solar energy then appears as a viable way to use renewable energy, although costs are higher compared to other sources. These production costs have declined over the years and we have sought the development of cheaper and more efficient solar cells, such as DSSC's (Dye Sensitized Solar Cells).
The DSSC's are composed of nanostructured semiconductor structures, such as the semiconductor oxides TiO2 (Titanium Dioxide), Nb2O5 (Niobium Pentoxide) and ZnO (Zinc Oxide), on which an organic dye is applied (several different dyes extracted of different fruits and vegetables are used in this project), which will have the function of absorbing the photons of light and, once it is excited, will transfer electrons to the conducting surface, thus obtaining the photovoltaic effect.
This work is being developed in the Laboratory of Experimental and Applied Physics and involves the construction of DSSC's, as well as the characterization of the obtained films.
For the characterization, SEM (Scanning Electron Microscope), AFM (Atomic Force Microscope), FTIR (Fourier Transform Interferometry) analysis are performed and, through a multi-potentiostat associated with a Solar Simulator, curves of current versus voltage (I x V curves), as well as electrochemical impedance spectra (EIS), chronoamperometry, chronopotentiometry and cyclovoltametry.
In this project we have a PhD student, two students from CNPq fellowships IC and one student from the CAPES masters degree.

Financiamento (Financial support):

O projeto recebeu financiamento da FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS FILHO DE AMPARO A PESQUISA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Edital FAPERJ Nº 41/2013 Apoio a Grupos Emergentes. Apoio a Pesquisa (APQ-1)- Edital FAPERJ 2014 - Nº 211.311/2015

The project received funding from the CARLOS CHAGAS FILHO RESEARCH FOUNDATION OF THE STATE OF RIO DE JANEIRO-FAPERJ - (Process Nº 41/2013 Support for research groups). Support to Reasearch (APQ-1)- Process FAPERJ 2014 - Nº 211.311/2015

 

Colisões atômicas e moleculares- canhão de elétrons (Atomic and molecular collisions- electron gun)

A linha de pesquisa de Colisões atômicas e moleculares do LaFEA concentra seus estudos na interação de radiação com a matéria em estado gasoso e em forma de gelo. Temos como fonte de radiação um canhão de elétrons que tem energia ajustável entre 2 eV e 2 keV, que permite o estudo da interação entre elétrons com gelos e gases de interesse astrofísico, e biológico, como por exemplo água, amônia, metano e muitos outros. Este estudo revela as características fundamentais das ligações moleculares e também permite estudar as reações pós colisionais que geram novas espécies. Também estudamos a interação de radiação Ultravioleta (UV) com líquidos em ambiente controlado com finalidade de estudar a radiólise e sua formação de novas espécies. Este estudo tem como motivação a produção de energia limpa, como o H2 por exemplo, e também a produção de novas moléculas.
A montagem experimental do grupo é feita em uma câmara de ultra alto vácuo que opera com duas bombas (turbo molecular e mecânica) chegando a pressões de 10-7 mbar. Nesta câmara está instalado o canhão de elétrons, contamos com um analisador de gás residual para fazer medidas de espectroscopia de massa. No momento estamos desenvolvendo um espectrômetro de massa por tempo de voo próprio com características interessantes para a nossa pesquisa. Estamos implementando a montagem de um porta amostras criogênico para o estudo da interação de radiação com gelos. Esta linha de pesquisa é coordenada pela Prof. Natalia Ferreira, e conta com a Profa. Ana Barros, Leandro Samyn, que faz seu doutorado no laboratorio e três alunos de IC bolsistas. Além de grupos de colaboração e discussão externos na PUC e UFRJ.

LaFEA's line of atomic and molecular collisions focuses its studies on the interaction of radiation with matter in gaseous and ice-like conditions. We have as source of radiation an electron gun that has adjustable energy between 2 eV and 2 keV, which allows the study of the interaction between electrons with ice and gases of astrophysical and biological interest, such as water, ammonia, methane and many others. This study reveals the fundamental characteristics of molecular bonds and also allows the study of post-collision reactions that generate new species. We also studied the interaction of Ultraviolet (UV) radiation with liquids in a controlled environment with the purpose of studying the radiolysis and its formation of new species. This study is motivated by the production of clean energy, such as H2 for example, and also the production of new molecules.
The experimental assembly of the group is made in an ultra high vacuum chamber that operates with two pumps (molecular and mechanical turbo) reaching pressures of 10-7 mbar. In this chamber is installed the electron gun, we have a residual gas analyzer to make measurements of mass spectroscopy. At the moment we are developing a mass spectrometer for own flight time with interesting features for our research. We are implementing the assembly of a cryogenic sample port for the study of the interaction of radiation with ice. This line of research is coordinated by Prof. Natalia Ferreira, and counts with Profa. Ana Barros and Leandro Samyn, who holds his doctorate in the lab  and three students and IC fellows. In addition to external collaboration and discussion groups at PUC and UFRJ.

 

Instrumentação e monitoramento das variáveis envolvidas nos processos de colisões (Instrumentation and monitoring of variables involved in collision processes)

A linha de pesquisa de instrumentação para o monitoramento das variáveis envolvidas nos processos de colisões, tais como temperatura e pressão, além das características do feixe, como intensidade e formato, busca o desenvolvimento de instrumentos baseados em fibras ópticas e o desenvolvimento dos modelos matemáticos e das curvas de calibração dos instrumentos eletrônicos.
São desenvolvidas também as interfaces de aquisição de dados, utilizando o software LabView (National Instruments) e o sistema de aquisição de dados CompactDaq (National Instruments), possibilitando a criação de interfaces com características peculiares para cada etapa do processo.
O projeto de instrumentos envolve a utilização de fibras ópticas, para determinados níveis de energia, que pode exigir que as mesmas sejam dopadas com terras raras, de maneira a torná-las mais suscetíveis a variações energéticas. Dessa forma, a irradiação das mesmas poderá provocar a emissão de luz, com diferentes comprimentos de onda, que poderão ser detectados de forma não invasiva.
Já o desenvolvimento de uma instrumentação eletrônica articulada, baseada em detectores de barreiras de superfície, possibilitará o monitoramento do feixe durante a irradiação, eliminando a necessidade de interrupção do processo de irradiação a cada medição.
Esta linha de pesquisa é guiada pelo professor e aluno de doutorado do Programa de Pós-Graduação em Instrumentação e Óptica Aplicada (PPGIO) Leandro Marques Samyn em colaboração direta com a Profa. Natalia Ferreira com a professora e coordenadora do LaFEA Ana Barros. Conta também com dois alunos bolsistas  de IC, além de grupos de colaboração e discussão externos na PUC.

The line of instrumentation research to monitor the variables involved in collision processes, such as temperature and pressure, as well as beam characteristics, such as intensity and shape, seeks the development of fiber-based instruments and the development of mathematical models. Calibration curves of electronic instruments.
Data acquisition interfaces are also developed using LabView (National Instruments) software and the CompactDaq (National Instruments) data acquisition system, allowing the creation of interfaces with characteristics peculiar to each stage of the process.
The design of instruments involves the use of optical fibers for certain energy levels which may require them to be doped with rare earths in order to make them more susceptible to energy variations. In this way, the irradiation of these can cause the emission of light, with different wavelengths, that can be detected non-invasively.
The development of an articulated electronic instrumentation, based on surface barrier detectors, will allow the monitoring of the beam during irradiation, eliminating the need to interrupt the irradiation process at each measurement.
This research line is guided by the teacher and doctoral student of the Post-Graduation Program in Instrumentation and Applied Optics (PPGIO) Leandro Marques Samyn in direct collaboration with Professor Natalia Ferreira and the  coordinator of LaFEA Prof. Ana Barros. It also has two IC fellowship students, as well as external collaboration and discussion groups at PUC.

 


Principais Equipamentos (Main Equipments):

  • Liquefatora de nitrogênio. Resfriamento a ar para ambientes com temperatura até 38 graus; (Nitrogen liquefaction machine. Air cooling for environments with temperature up to 38 degrees)
  • Sistema de deposição de filmes finos com sistemas de vácuo, câmara, fontes de deposição e de sputtering, rack e outros. Modelo Auto 500; Série TFDAS; (Fine film deposition system with vacuum systems, chamber, deposition sources and sputtering, rack and others. Model Auto 500; Series TFDAS)
  • Quatro dessecadores de vidro de diâmetro de 300 mm. Altura de 220mm-tampa com luva, disco de porcelana 275 mm; (Four glass dryers with a diameter of 300 mm. Height of 220mm-cap with glove, porcelain disc 275mm)
  • Balança de precisão. 220X325X105mm. Modelo: BL-320H. Série: D469501553; (High accuracy balance. 220X325X105mm. 110/220 bivolt. Model: BL-320H. Series: D469501553)
  • Estabilizador de tensão Progressive III. Modelo: uAP600Bi. Série: 162150016136; (Progressive III voltage stabilizer. Model: uAP600Bi. Series: 162150016136)
  • Bombas de vácuo de palhetas, motor diretamente acoplado. Válvula interna de segurança + acessórios. Modelo: RV5. Série: 119497104; (Vane vacuum pumps, directly coupled motor. Model: RV5. Series: 119497104)
  • Osciloscópios digitais de 70 MHz, 2 canais analógicos. Tela colorida de 8,5". Padrão e vídeo (NTSC, PAL e Pal-M). Modelo: DSO-X-2002A. Série: MY52104435; (70 MHz digital oscilloscopes, 2 analog channels. 8.5 "color screen Standard and video (NTSC, PAL and PAL-M) Model: DSO-X-2002A Series: MY52104435)
  • Máquina de Ultrassom – UNIQUE - MC1400; (Ultrasound Machine- UNIQUE- MC1400)
  • Osciloscópio - 100 MHz 1GS/s – Tektronix- 4 canais colorido; (100 MHz digital oscilloscope - 1GS / s Tektronix 4-channel colored)
  • Câmara de ultra alto vácuo fabricada em aço inoxidável AISI 304L, com diâmetro de entrada da câmara de 203,2 mm e profundidade de 272,8mm.- FCA Brasil; (Ultra-high vacuum chamber made of stainless steel AISI 304L, with chamber inlet diameter of 203.2 mm and depth of 272.8 mm.- FCA Brasil)
  • Bombas de vácuo primário – Edwards; (Primary vacuum pumps – Edwards)
  • Gerador de Funções e Formas de 20MHZ - Agilent 33220A; (Function and waveform generator of 20MHZ - Agilent 33220A)
  • Bomba Turbo molecular com sistema de Ultra Alto Vácuo - Edwards; (Molecular Turbo pump with Ultra High Vacuum system - Edwards)
  • Destilador de água Pilsens; (Pilsens water distiller)
  • Amplificador Cyclotron DPS 1500; (Cyclotron amplifier DPS 1500)
  • Analisador de espectro; (Spectrum analyzer)
  • Microscópio de Força Atômica - AFM; (Atomic Force Microscope - AFM)
  • Interferômetro por Transformada de Fourier - FTIR; (Fourier Transform Interferometer - FTIR)
  • Multi-potenciostato; (Multi-potentiostat)
  • Simulador Solar; (Solar Simulator)
  • Forno tipo Mufla com controle de temperatura; (Muffle Oven with controlled temperature)
  • Capela para manipulação de produtos químicos; (Chapel for manipulation of chemical products)
  • Mesa óptica linha Nexus - ThorLabs (1200 x 2000 x 210 mm). (Nexus line table - ThorLabs (1200 x 2000 x 210 mm))

Imagens do LaFEA (Images of LaFEA):

 

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