Sistemas híbridos de obtenção de hidrogênio a partir da eletrólise por energia fotovoltaica (PV-EL) é muito limpo, porém economicamente inviável. Destaca-se a necessidade de desenvolvimento de novos materiais para os painéis fotovoltaicos e para os eletrodos da célula de eletrólise. A fim de satisfazer a exigência desenvolver dispositivos ambientalmente amigáveis, os eletrocatalisadores para a reação de evolução de hidrogênio precisam ser capazes de alcançar excelentes atividades e estabilidade a longo prazo, que possam operar em uma ampla faixa de valores de pH. Diante disso, o presente projeto tem como objetivo o desenvolvimento de eletrodos compósitos a base de carbono baseados em oxido de ferro ancorados em grafeno e nanotubos de carbono para a geração de hidrogênio a partir da eletrólise aquosa em meio neutro utilizando energia fotovoltaica. As nanopartículas de Fe3O4 (FeNPs) serão sintetizadas por precipitação em meio de solução de amônia, em seguida misturadas com óxido de grafeno e FMWCNTs. Os eletrodos serão preparados por drop-casting utilizando misturas com diferentes proporções das FeNPs, OG e FMWCNTs em substratos de cobre. Os eletrodos modificados serão caracterizados por MEV-FEG, EDS, TG, DSC, FTIR, Raman, e técnicas eletroquímicas, como EIS, cronoamperometria e voltametria cíclica. Os eletrodos serão avaliados quanto ao desempenho na geração de hidrogênio em um sistema híbrido, utilizando um painel fotovoltaico como fonte de corrente para a eletrólise em meio neutro.

A constante miniaturização de transistores MOS tem dificultado a utilização de tecnologias tradicionais em substratos de Si, devido à ocorrência de efeitos de canal curto, que degradam as características elétricas dos transistores. A tecnologia de fabricação de circuitos integrados (CIs) em lâminas SOI tem se constituído como uma importante alternativa à tecnologia CMOS convencional, na fabricação de CIs, visando a contínua redução de dimensões. Transistores SOI são fabricados em uma fina camada de silício, separada do substrato por um material isolante, e apresentam melhorias tais como redução nas capacitâncias de junção e maior mobilidade dos portadores na região de canal, minimizando ou retardando para gerações tecnológicas mais complexas, a ocorrência de efeitos parasitários indesejáveis, decorrentes da redução das dimensões de MOSFETs. Mais recentemente, com o intuito de minimizar os efeitos decorrentes da miniaturização, transistores MOS com múltiplas portas passaram a ser utilizados. Estes dispositivos têm sido considerados bastante promissores, uma vez que melhoram o controle eletrostático das cargas na região de canal, reduzindo a incidência dos efeitos de canal curto. A redução da altura da aleta de silício deu origem a nanofios transistores, que possuem seção transversal de poucos nanometros, possibilitando excelente controle eletrostático e minimizando efeitos indesejáveis encontrados em MOSFETs com comprimentos de canal da ordem de 10 nm. Para aumentar a densidade de integração, é ainda possível fabricar nanofios transistores empilhados, aumentado a densidade de corrente por unidade de área. A análise da influência da temperatura na operação de dispositivos eletrônicos é de grande importância, pois, quando submetidos a variações de temperatura, apresentam alterações significativas em seu comportamento elétrico, que podem prejudicar ou melhorar o funcionamento de CIs. A operação de transistores MOS em baixas temperaturas oferece melhoria de desempenho em comparação com a operação em temperatura ambiente, e é de grande importância em aplicações tais como aeroespacial e computação quântica. Por outro lado, apesar da degradação de desempenho elétrico causada pela operação em altas temperaturas, algumas aplicações tais como automotiva, expõem os transistores a temperaturas elevadas. Desta forma, o surgimento de novas aplicações e a necessidade de desenvolvimento de tecnologias robustas impulsiona o estudo de componentes e circuitos eletrônicos em temperaturas extremas de operação. A tensão de limiar é um dos parâmetros elétricos básicos de MOSFETs. Existem diversos métodos de extração deste parâmetro, baseados tanto em curvas de corrente como de capacitância em função da tensão de porta do dispositivo. Entretanto, sabe-se que que estes métodos podem resultar em diferentes valores de tensão de limiar para um mesmo dispositivo, além de apresentar diferenças na dependência desta com a temperatura.Neste projeto será realizado um estudo da tensão de limiar de nanofios transistores SOI de dimensões nanométricas, em função da temperatura. O estudo será realizado através de medidas elétricas e de simulações numéricas tridimensionais. As medidas elétricas permitirão a obtenção da tensão de limiar para várias temperaturas, utilizando diferentes métodos de extração. A influência da alteração da largura do nanofio será avaliada, em transistores em um único nível e empilhados. Serão utilizados para as medidas elétricas nanofios transistores fabricados no CEA-Leti/ França. As simulações numéricas tridimensionais serão calibradas com os dados experimentais e permitirão a análise de variáveis internas, tais como potencial e concentração de elétrons, a fim de determinar o valor da tensão de limiar através destas variáveis físicas. Assim, espera-se determinar qual método disponível na literatura é capaz de descrever com maior precisão o comportamento da tensão de limiar em função da largura dos nanofios e da temperatura.

Esta proposta de pesquisa visa fomentar um estudo de mestrado fundamentado na obtenção dos componentes de uma célula a combustível de óxido sólido suportada por metal (MS-SOFC: Metal Supported-Solid Oxide Fuel Cell) e a correlação de sua estrutura, microestrutura e arquitetura com as propriedades eletroquímicas visando geração de energia embarcada a partir do bioetanol em veículos híbridos. As MS-SOFC são dispositivos de conversão eletroquímica capazes de produzir eletricidade a partir da oxidação direta de um combustível, tais como o hidrogênio (H2) e o bioetanol. Uma das principais vantagens desses dispositivos é a reforma interna do bioetanol em H2 diretamente no anodo da MS-SOFC. O bioetanol por ser um combustível renovável líquido já possui sua logística de distribuição no Brasil, é muito mais seguro, fácil de transportar e armazenar quando comparado ao H2. Nesse contexto, o candidato aprenderá diversas técnicas de obtenção dos suportes metálicos de aço inox ferrítico (FSS: ferritic stainless steel), eletrodos (catodo e anodo), eletrólito e DBLs (DBLs: diffusion barrier layers), dentre elas podemos citar: tape casting, screen printing, sol gel e PVD (PVD: physical vapor deposition). Cada MS-SOFC obtida será rigorosamente caracterizada por técnicas ex situ tais como BET, XRD, SEM, XPS, TEM e in operando tais como espectroscopia Raman e de massa e espectroscopia de impedância (EIS), distribuição dos tempos de relaxação (DRT: distribution relaxation times) por EIS, voltametria em circuito aberto (CV-OCV) para levantamento de curvas de densidade de potência, testes de degradação ao longo do tempo (endurance) por cronopotenciometria e outras que forem convenientes. (AU)

A indústria de semicondutores deve grande parte de seu sucesso à capacidade de continuamente diminuir o tamanho dos dispositivos (basicamente transistores) que compõe os circuitos integrados (chips). Esta diminuição do tamanho dos dispositivos permite um incremento do número de transistores integrados em um único chip. Possibilita ainda redução da potência consumida, a fabricação de memórias maiores e a integração de novas funcionalidades ao chip. A constante miniaturização dos transistores MOS, atingindo dezenas de nanômetros de comprimento de canal, tem dificultado a utilização de tecnologias MOS tradicionais, fabricadas em substratos de Si monocristalino, devido à presença de efeitos de canal curto. De modo indesejável, tais efeitos afastam o transistor MOS em suas características elétricas ideais, promovendo o aumento da corrente de desligamento, redução da tensão de limiar e inclinação de sublimiar, entre outros problemas. Recentemente, como forma para minimizar os efeitos decorrentes da miniaturização, transistores MOS com múltiplas portas, como os FinFETs, passaram a ser utilizados, uma vez que melhoram sensivelmente o controle eletrostático das cargas na região de canal, reduzindo a incidência dos efeitos de canal curto. Desenvolvidos recentemente, os nanofios transistores MOS tem apresentado resultados promissores para a evolução dos FinFETs. Estas estruturas possuem seção transversal de poucos nanômetros (em geral 10 a 20 nanometros), possibilitando excelente controle eletrostático em transistores MOS com comprimentos de canal inferiores a 14 nanometros. A operação de dispositivos eletrônicos em altas temperaturas está associada a uma série de aplicações, nas quais o sistema eletrônico está submetido a temperaturas superiores à ambiente e que podem superar os 600 K, dependendo do ramo de aplicação. A própria operação de transistores em sistemas habitualmente utilizados na eletrônica de consumo, como smartphones, laptops ou televisores, raramente ocorre em temperatura ambiente e atinge facilmente a faixa de 340 K.Quando submetidos a temperaturas mais altas do que a temperatura ambiente, os dispositivos eletrônicos sofrem uma degradação de suas propriedades elétricas, que piora conforme a temperatura do ambiente é maior. No caso de transistores MOS, ocorre um aumento na corrente de fuga das junções PN, redução da tensão de limiar, aumento da inclinação de sublimiar e redução da mobilidade dos portadores de carga, entre outros efeitos. Desse modo, a avaliação das mudanças nas características elétricas dos nanofios transistores MOS conforme a temperatura aumenta, é importante para que se possam compreender os efeitos físicos associados, determinar os limites de utilização dessa tecnologia e incluí-los em modelos compactos, usados no projeto de circuitos eletrônicos tolerantes ao aumento da temperatura. Neste contexto, este projeto de pesquisa de Iniciação Científica objetiva a simulação numérica tridimensional e a realização de medidas elétricas de nanofios transistores MOS, na faixa de temperaturas entre, pelo menos, 300 K e 573 K. Com as simulações numéricas tridimensionais e as medidas experimentais realizadas, serão extraídos seus principais parâmetros elétricos. Os resultados obtidos das simulações numéricas tridimensionais serão comparados aos resultados experimentais, aprofundando os conhecimentos sobre as propriedades elétricas de nanofios transistores MOS, quando submetidos a condições de temperatura variável. Essa comparação também permitirá um ajuste apropriado das estruturas de simulação tridimensionais nessa faixa de temperaturas, o que servirá para o desenvolvimento de outras pesquisas associadas, que dependem de uma boa fidelidade entre a estrutura simulada e os resultados experimentais. Serão utilizados para as medidas elétricas nanofios transistores MOS fabricados no CEA-Leti, França.

Atualmente, grande parte dos circuitos eletrônicos utilizam como elementos básicos transistores por efeito de campo construídos segundo a tecnologia Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFET). O escalamento de dispositivos semicondutores consiste em reduzir as dimensões dos transistores MOS e interconexões em circuitos integrados (CIs), permitindo maior densidade de integração, maior velocidade e menor consumo de potência. Do ponto de vista econômico, a redução dos dispositivos permite obter maior desempenho com menor custo por função. Do ponto de vista elétrico, a redução das dimensões dos dispositivos permite melhor desempenho e redução da tensão de alimentação, contribuindo para minimizar a potência dinâmica. Desta forma, torna-se possível incluir diversas aplicações em um único produto, com em smartphones, com baixo consumo de energia, garantindo boa vida útil da bateria. A tecnologia de fabricação de CIs em lâminas de silício sobre isolante (Silicon-On-Insulator, SOI) tem se constituído como uma importante alternativa à tecnologia MOS convencional na fabricação de CIs em altíssima escala de integração, visando a contínua redução de dimensões. Nesta tecnologia, os dispositivos são fabricados em uma fina camada de silício, separada do restante do substrato por um isolante. Transistores MOS nesta tecnologia propiciam melhorias tais como redução nas capacitâncias de junção e maior mobilidade dos portadores, minimizando, ou retardando para gerações tecnológicas mais complexas, a ocorrência de efeitos parasitários indesejáveis, decorrentes da redução das dimensões. Para transistores com dimensões extremamente reduzidas, da ordem de 22 nm, transistores de múltiplas portas constituem uma promissora alternativa para solucionar os problemas decorrentes da contínua redução das dimensões dos transistores MOS, melhorando o controle eletrostático das cargas na região do canal, que reduz a ocorrência de efeitos de canal curto. Desta forma, transistores de múltiplas portas, tais como os FinFETs, têm ganhado atenção da comunidade científica graças ao seu bom desempenho elétrico. Mais recentemente, a redução da altura da aleta de Si em estruturas do tipo FinFET deu origem aos nanofios transistores MOS que, por apresentarem seção transversal de poucos nanômetros, possibilitam excelente controle eletrostático, e permitem a obtenção de transistores com comprimento de canal de poucos nanômetros. Além das diversas vantagens apresentadas por transistores em tecnologia SOI para diferentes aplicações, a adoção da lâmina SOI permite ainda a integração de sensores e circuitos em uma mesma área de silício. Por exemplo, pode-se citar os diodos PIN laterais que, quando polarizados reversamente, permitem a obtenção de fotodetectores para baixos comprimentos de onda, com alta eficiência quântica e baixos valores de corrente de escuro, resultando em baixa potência em estado desligado. Diodos semicondutores, podem ainda ser utilizados como sensores de temperatura, com alta linearidade em uma extensa faixa de operação. Desta forma, dispositivos semicondutores avançados implementados em tecnologia SOI com camada de Si totalmente depletada constituem uma opção bastante atrativa para aplicações de IoT (Internet of Things), as quais exigem alto desempenho, baixa tensão de alimentação, baixo consumo de potência, maior confiabilidade, além de flexibilidade nas soluções de projeto, não apenas em nível de arquitetura dos circuitos, mas também em nível de tecnologia de dispositivos.Neste projeto de Iniciação Científica será realizado um estudo da operação de nanofios transistores SOI, de dimensões nanométricas, com vistas à aplicações de baixo consumo de potência. O estudo será realizado através de medidas elétricas, além de simulações numéricas 3D, com o intuito de verificar o desempenho analógico destes transistores com a redução das tensões de alimentação, incluindo a operação em sublimiar. Serão utilizados nanofios transistores MOS fabricados no CEA-Leti, França.

O presente estudo propõe o desenvolvimento de sensores específicos baseados em polímeros com impressão molecular (MIPs) sobre microeletrodos de ouro para monitorar e detectar de 2-metilisoborneol (MIB) e geosmina (GEO) em amostras de água reais, isto é, amostras de água provenientes da represa Guarapiranga e das estações de tratamento de água da SABESP. (AU)

A fabricação de supercapacitores (SC) ou Capacitores Eletroquímicos (CE), os quais armazenam grande quantidade de energia de forma reversível e permitem sua rápida liberação para sistemas elétricos, é de suma importância na pesquisa de vanguarda, visto que estes dispositivos são elementos auxiliares essenciais para o uso em veículos elétricos modernos. Os SC/CE podem ser classificados conforme o tipo de processo responsável pela estocagem de energia: (i) capacitores eletroquímicos de dupla camada elétrica (EDLCs) baseados na carga/descarga da dupla camada elétrica formada na interface eléctrodo/eletrólito (processo não faradáico) e (ii) pseudocapacitores eletroquímicos (EPCs), baseados na pseudocapacitância oriunda das reações redox superficiais do estado sólido (processo faradáico). Normalmente, verifica-se que os EPCs, embora de custo de fabricação mais oneroso, exibem uma 'capacitância específica (F g-1)' superior quando comparados aos EDLCs. Neste contexto, o uso de materiais compósitos nanoestruturados constituídos de óxidos mistos contendo Ni e Co suportados sobre substratos de carbono altamente rugosos/porosos (e.g., feltro de carbono, nanotubos de carbono, etc.) pode resultar em materiais eletródicos com alto desempenho para o processo de armazenamento de energia. No presente estudo, os materiais eletródicos serão obtidos mediante eletrodeposição dos metais Ni e Co em meio aquoso, em diferentes proporções (razão Ni:Co), sobre diferentes substratos de carbono, seguido ou não do processo de tratamento térmico. Este processo de síntese visa a obtenção de estruturas nanométricas, como é o caso do espinélio NiCo2O4 com diferentes nanoarquiteturas, que propiciem numa elevada área eletroquimicamente ativa para o processo de armazenamento de energia. Os valores da 'capacitância específica', a simetria das curvas de carga/descarga, bem como a longevidade durante o processo de ciclagem (ciclos de carga/descarga) serão avaliados em eletrólitos alcalinos e também num 'eletrólito polimérico sólido' (membrana NafionÒ da DuPont), visando elucidar os aspectos fundamentais responsáveis pelo processo de estocagem de carga, ou seja, o comportamento da dupla camada elétrica na presença do fenômeno da pseudocapacitância. As propriedades dos materiais compósitos contendo carbono e óxidos de Ni e Co serão investigadas e comparadas usando-se diferentes técnicas de caracterização 'in situ' (eletroquímicas) e 'ex situ' (espectroscópicas), com especial ênfase ao uso da Voltametria Cíclica (VC) visando a determinação do Fator de Morfologia (j) e da Porosidade Eletroquímica (f). A Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) será utilizada como técnica complementar para investigar os comportamentos resistivos e capacitivos inerentes aos SC/CE, bem como técnicas de difração de raios-X diversão serão empregadas. (AU)

O projeto visa a proposição de um dispositivo de absorção de radiação/calor de elevado desempenho e estudar e desenvolver tecnologias de FABRICAÇÃO DOS MULTI-MICROCANAIS PARA O DESENVOLVIMENTO DE PROCESSOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR DE ELEVADO DESEMPENHO COM MUDANÇA DE FASE APLICADOS AO APROVEITAMENTO DE ENERGIA SOLAR. Para isto serão usados processos de corrosão seca, que são de fundamental importância para obter microcanais com profundidades de dezenas de mícrons à centena de mícrons. Para fabricação de microcanais em substrato de Si neste projeto, será utilizado o processo de corrosão denominado BOSCH. Este processo permite a corrosão de silício em larga escala (bulk silicon etching) utilizando plasma de alta densidade produzido por acoplamento indutivo (ICP). Além disso, muitos processos de microfabicação em silício serão executados, tais como: deposições de metais e dielétricos, litografia e limpeza de substrato.

Semicondutores tensionados mecanicamente apresentam diversas propriedades físicas que são de grande interesse para as ciências pura e aplicada. Essas características estão relacionadas a mudanças em suas propriedades elétricas, térmicas e óticas devido a mudanças no diagrama de bandas do material. Além disso, as técnicas de fabricação utilizadas para criar estruturas tensionadas são de vital importância, pois elas apresentam-se como fator limitante para alcançar elevado estresse, uniformidade do estresse, tipo de estresse (uniaxial, biaxial, compressivo, tração), assim como a necessidade do uso de atuadores externos entre outros fatores. Neste sentido, a otimização da mobilidade elétrica de portadores em silício estressado vêm sendo amplamente investigada e aplicada na indústria de dispositivos nanoeletrônicos (transistores) de alta velocidade, para se extender a lei de MooreNeste projeto, pretende-se fabricar nanofios com níveis de strain uniaxial e uniforme muito acima do utilizado pela indústria. Esta tarefa será realizada de forma controlada pelas dimensões do nanofio na escala nanométrica, sem o uso de atuadores mecânicos externos e, com um processo compatível com a indústria para produzir um método consistente para fabricação futura de transistores. Adicionalmente, o estudo da mobilidade em níveis altíssimos de strain pretende gerar um avanço tecnológica, sendo um passo à frente na fabricação da próxima geração de transistores de alta performance.Além disso, estrutura fabricada neste trabalho será utilizada para o estudo do fenômeno de piezoresistência gigante em nanofios, no qual foi recentemente investigado por Rongrui Re et al.[1], atraindo grande atenção da comunidade científica devido ao seu potencial de aplicação em sensores de alta sensibilidade e microeletrônica de alta velocidade. Contudo, o fenômeno físico por trás da piezoresistência gigante continua desconhecido e requer mais estudos, no qual é proposto neste trabalho.Em resumo, nós visamos obter nanofios de silício para o estudo da mobilidade elétrica de portadores, assim como a piezoresistência gigante em níveis de estresse mecânico maiores que os valores atuais presentes na literatura. Esse objetivo será alcançado com controle preciso e sem atuadores externos em um processo top-down compatível com a indústria de semicondutores.[1]R. He and P. Yang, "Giant piezoresistance effect in silicon nanowires," Nat. Nanotechnol., vol. 1, no. 1, pp. 42-46, 2006.

A ideia da eletrônica impressa tem se expandido para a indústria têxtil lançando as bases dos denominados tecidos inteligentes. Tecidos inteligentes referem-se a um amplo campo de estudos e produtos que estendem a funcionalidade e usabilidade dos tecidos comuns. A convergência entre os tecidos inteligentes e a eletrônica dá origem ao termo "eletrônica têxtil" ou e-têxtil. De acordo com o roadmap "E-Textiles 2017-2027: technologies, markets, players report", investimentos significativos estão em curso por grandes empresas e o mercado deve atingir a casa dos US$ 5 bilhões de dólares em 2027. Isto representa um crescimento cumulativo impressionante de 30% ao ano. Nesse contexto, a preparação de tecidos eletricamente condutores é peça chave para a produção de tecidos inteligentes. O presente projeto de pesquisa tem como objetivo principal agregar valor aos principais tecidos comerciais, através da incorporação de nanomateriais condutores, visando aplicações como tecidos inteligentes em "eletrônica vestível". Especificamente, tecidos e fios/fibras naturais e sintéticos serão funcionalizados com nanofios metálicos (p.ex. prata, AgNW), previamente sintetizados, e nanotubos de carbono de parede única (SWCNT) por impregnação via úmida (tingimento). Objetivos nessa fase do projeto incluem: aumentar a escala de síntese de nanofios de prata e desenvolver metodologias para integrar estes nanomateriais, determinando sua interação físico-química com fios/fibras naturais e sintéticos. Para tanto, técnicas das mais diversas serão utilizadas, incluindo, por exemplo: espectroscopia, microscopia, medidas elétricas e mecânicas. Testes de resistência a lavagem dos tecidos/fios funcionalizados serão realizados para determinar sua durabilidade e estabilidade. Paralelamente, serão investigadas aplicações dos tecidos inteligentes produzidos na fabricação de telas sensíveis ao toque, demonstrando um protótipo funcional, denominado Tex-Tok, que possibilitará interatividade da roupa com computadores e celulares. O projeto incluirá atividade de mapeamento de patentes, buscando determinar oportunidades e aplicações para os tecidos condutores fabricados em eletrônica vestível e internet das coisas (IoT, do inglês Internet of Things). Para nosso melhor conhecimento, não há outros projetos com esse escopo ou qualquer atividade industrial em eletrônica têxtil atualmente em desenvolvimento no Brasil. Por outro lado, o Brasil possui um grande parque fabril ocioso que passou por momentos de pujança em décadas passadas e hoje sofre com competição de produtos têxteis mais baratos provenientes da China, Índia e Sudeste asiático. O projeto DYE-IO representa uma iniciativa de agregar valor aos tecidos nacionais e desenvolver novas aplicações avançadas utilizando maquinário e técnicas tradicionais da indústria têxtil. DYE-IO colocará o Brasil no seleto grupo de países, tais como Estados Unidos, Espanha, Coréia do Sul, China e Taiwan, que buscam agregar inteligência ao vestuário modificando de maneira definitiva a forma como nos relacionamos com nossas roupas. (AU)