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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Espectroscopia terahertz : instrumentação e aplicações
Title Alternative: Terahertz spectroscopy : instrumentation and applications
Author: Vieira, Francisco Senna, 1988-
Advisor: Pasquini, Celio, 1957-
Abstract: Resumo: A região terahertz compreende a faixa do espectro eletromagnético com frequências entre 0,1 e 10 THz e corresponde a transições vibracionais de baixa energia ¿ interações intermoleculares, fônons ¿ e transições rotacionais puras em gases. Por muitos anos, essa região era conhecida como o THz gap, devido à ausência de instrumentação adequada para realizar medidas de qualidade. Com o advento dos lasers de femtossegundos e de semicondutores com tempo de vida de portadores da ordem de picossegundos, novas tecnologias, como a espectroscopia THz no domínio do tempo (THz-TDS), permitiram grandes avanços na área. No entanto, as aplicações analíticas são até hoje incipientes e, no cenário de pesquisa nacional em Química Analítica, não há ainda trabalhos realizados. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo empregar um espectrômetro THz-TDS com tecnologia asynchronous optical sampling (ASOPS) visando explorar o potencial da técnica e desenvolver métodos analíticos. Paralelamente, um trabalho de cunho instrumental foi realizado durante o estágio no National Institute of Standards and Technology (NIST), visando o desenvolvimento de um espectrômetro THz de alta resolução baseado em pentes de frequência. As aplicações mais promissoras encontradas foram aquelas envolvendo a investigação de cristalinidade de polímeros, tanto naturais ¿ celulose microcristalina (MCC) ¿ quanto sintéticos ¿ polietileno (PE) e politetrafluoroetileno (PTFE). Amostras com diferentes graus de cristalinidade foram produzidas a partir de materiais altamente cristalinos por moagem em moinho de bolas ¿ para MCC e polímeros sintéticos ¿ ou procedimentos de fusão e cristalização ¿ somente para os polímeros sintéticos. Um método analítico para a celulose foi desenvolvido com sucesso, resultando em uma publicação na Analytical Chemistry. Como principais vantagens, destacamse a rapidez de análise e o uso de radiação não ionizante. Resultados qualitativos foram obtidos para os demais polímeros. O desenvolvimento do espectrômetro THz de pentes de frequência também foi bem-sucedido e resultou em uma apresentação oral no Mid Infrared Coherence Sources (MICS) em Long Beach/CA, EUA

Abstract: The terahertz band comprises electromagnetic waves whose frequencies range from 0.1 and 10 THz. Low energy vibrational modes ¿ such as intermolecular interactions and phonons ¿ and purely rotational transitions are the typical phenomena observed in this region. For many years, this band was known as the THz gap, due to lack of instrumentation that would allow good quality measurements. With the arising of femtosecond lasers and sub-picosecond carrier lifetime semiconductors, new technologies, such as time domain terahertz spectroscopy (THzTDS), were developed, and brought major improvements to the field. However, its analytical applications are still incipient, especially within the Brazilian scene. In that sense, the purpose of this work was to explore potential analytical uses of this kind of spectroscopy, by employing a THz-TDS spectrometer with asynchronous optical sampling technology to various applications. Additionally, during an exchange program at the National Institute of Standards and Technology (NIST), a terahertz dual frequency comb spectrometer (THz-DFCS) was developed, aiming at high resolution spectroscopy. Investigations of crystallinity in polymers ¿ particularly microcrystalline cellulose (MCC) and polytetrafluoroethylene (PTFE) ¿ were found to be promising. Samples with different crystallinity degrees were prepared from high crystalline substrates by either ball milling ¿ for both MCC and the synthetic polymers ¿ or melting and crystallization procedures ¿ just for the synthetic polymers. With cellulose, a quantitative analytical method was successfully developed, and it resulted in a paper published in Analytical Chemistry. The main advantages of this method are the short analysis time and the use of non-ionizing radiation. Qualitative results were achieved for the other polymers. The THz-DFCS spectrometer developed resulted in an oral presentation at the Mid Infrared Coherence Sources (MICS), which was held in Long Beach/CA, USA
Subject: Espectroscopia de Terahertz
Instrumentação
Polímeros cristalinos
Celulose
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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