Danilo Manzani.

Esta proposta de pesquisa tem como objetivo principal o desenvolvimento de novos e eficientes materiais vítreos e vitrocerâmicos à base de teluritos e fluoroteluritos dopados com íons lantanídeos, que possam atuar nas áreas de materiais fotônicos, conversores de energia luminosa e sensores luminescente de temperatura. A proposta visa o estudo espectroscópico desses materiais inorgânicos com eficiente emissão no visível e infravermelho próximo e pronunciadas características ópticas lineares e não lineares. O controle das propriedades (micro)estruturais, térmicas e morfológicas desses vidros e vitrocerâmicas e suas correlações com as propriedades óticas e luminescentes, representam a base científica fundamental do projeto que visam aplicações tecnológicas e de inovação nas áreas de materiais (lineares e não lineares) e sensores (termometria luminescente) ópticos. A interrelação entre composição química-propriedade-aplicação das matrizes com as propriedades óticas pela dopagem com Ln3+, será sistematicamente explorada. Nos sistemas codopados serão estudados os processos de transferência de energia e dinâmica dos mecanismos, no intuito de obter materiais fotônicos e termômetros luminescentes eficientes e robustos. Somado aos objetivos específicos, esses materiais serão preparados visando mais de uma funcionalidade, o que os tornam plataformas multifuncionais. Trata-se de uma linha de pesquisa que converge as áreas de química, física e ciência dos materiais, trazendo conceitos transformadores, novos paradigmas de aplicação e impacto tecnológico para diversas áreas do conhecimento.

A reciclagem de vidros contribui para a redução do impacto ambiental causado pela extração de matérias-primas e pela produção de novos vidros. Pelo fato de ser um material infinitamente reciclável, o reaproveitamento do vidro descartado é virtualmente 100%, entretanto, apenas 30% de todos os materiais recicláveis são de fato reciclados em São Carlos. Isso ajuda a preservar os recursos naturais e reduzir a emissão de gases de efeito estufa (ODS 15). Além disso, a reutilização de vidros de descartes pode gerar renda e empregos em comunidades locais, 
contribuindo para a promoção do desenvolvimento econômico sustentável (ODS 8). A adoção de práticas sustentáveis como a reciclagem e
reutilização de vidros também pode contribuir para a promoção do consumo e produção sustentáveis, um dos Objetivos de desenvolvimento
Sustentável estabelecidos pela ONU (ODS 12). Assim, o projeto tem por objetivo a (i)Conscientização sobre a importância da reciclagem de
vidros e os benefícios ambientais e econômicos que ela pode trazer para a comunidade e o (ii) Estabelecimento um sistema de coleta seletiva
de vidros para incentivar as pessoas a separarem o vidro dos outros resíduos e disponibilizá-los para reciclagem

Em virtude de funcionalidades específicas como luminescência persistente, separação fotoinduzida de cargas e amplificação/transmissão de luz, nanocompósitos dopados com lantanídeos mostram perspectivas promissoras na detecção de gases, ótica-eletrônica, imagens por upconversion e armazenamento de energia. A melhoria dessas aplicações requer entendimento do ambiente químico, estrutura eletrônica, passivação de superfície, engenharia de defeitos e mecanismos de migração de energia. Propomos a elaboração de novos nanocompósitos fotônicos à base de vidros e polímeros contendo perovskitas persistentes de terras raras e nanopartículas para conversão ascendente de energia. Exploraremos assim as propriedades mecânicas, estabilidade química, transparência e processabilidade de materiais vítreos e poliméricos em combinação com as propriedades fotônicas únicas das perovskitas, fluoretos e óxidos. A investigação da sinergia partícula/matriz será multidisciplinar e compreende a síntese controlada, caracterização estrutural/óptica avançada e estudos teóricos. O cerne desta proposta é estruturar um grupo de jovens pesquisadores com formação complementar para que possamos correlacionar estrutura, interfaces e propriedades ópticas para projetar materiais fotônicos com melhor desempenho. Os objetivos envolvem o estudo de propriedades espectroscópicas fundamentais e mecanismos de upconversion e luminescência persistente nesses compósitos. Propomos ainda a aplicação de métodos avançados de RMN em sólidos para descrever as interações de curto e médio alcance nos materiais. Os mecanismos de transferência fotoinduzida de cargas serão investigados por teoria funcional de densidade dependente do tempo (TD-DFT). Finalmente, as aplicações serão buscadas pelo pós-processamento dos materiais selecionados por crescimento in-situ através de processamentos a laser.

O Ano Internacional do Vidro (IYOG) foi determinado pela ONU para 2022, ano que celebra a fundamental importância dos vidros para o progresso da humanidade. A aplicação do vidro na sociedade é vasta, desde áreas tecnológicas até as culturais, tornando-o peça importante na economia e para setores estratégicos, como o energético, agrícola, comunicação, arquitetura/civil e aeroespacial. Vidros podem ser desde um simples recipiente até janelas e telas inteligentes. Os vidros foram os maiores aliados da pandemia através das comunicações por fibras ópticas (internet). Apesar desta enorme importância tecnológica, a comunidade científica na área de vidros é pequena e a difusão deste
conhecimento para o público em geral ainda requer muitos e contínuos esforços. O IYOG se apresenta para dar visibilidade às ações de divulgação. Seu impacto é tão grande que teve mais de 1100 declarações de suporte de mais de 73 países. Contendo um grupo de pesquisa em vidros (LaMIV), o IQSC se enquadra nas ações estipuladas pela Comissão Internacional em Vidros e pelo Comitê Internacional de Museus e Coleções do Vidro, e pode ser um agente disseminador do conhecimento sobre este material. O plano de trabalho engloba a montagem de 6 módulos temáticos, sendo cada módulo composto por: PARTE INTERATIVA: exposição de materiais temáticos, e PARTE TEÓRICA: painéis explicativos para diferentes níveis de conhecimento. O Minimuseu do Vidro poderá ser exposto em qualquer unidade da USP e no CDCC/USP com o intuito de dar continuidade e crescimento ao projeto. As temáticas propostas são: I-Não-Cristalino vs. Cristalino, II-Mini acervo de peças
de vidros, III-Cores em vidro, IV-Vidro comestível, V-Transparência e fibras ópticas VI-Vidros luminescentes. Objetivos: -Divulgar ao público o papel fundamental do vidro no desenvolvimento tecnológico e da humanidade; Divulgar a ciência dos vidros e tecnologias através de um mostra
interativa; Promover o IYOG pela e na USP na comunidade acadêmica e externa.

Desenvolvimento de perovskitas 2D e 3D passivadas com materiais nanoestruturados de calcogenetos metálicos e nanopartículas híbridas para aplicações em células fotovoltaicas.

Este projeto aborda o problema da COVID-19 em duas grandes frentes: Metabolômica: plasma e tecidos, descobrindo novos biomarcadores da infecção e indicadores de infecção grave. Diagnose: Desenvolver testes tipo point of care, rápidos e de baixo custo, para a detecção do SARS-CoV2. A seguir, tem-se a descrição sumária do contexto social no qual os resultados do projeto serão aplicados e de onde surgiu o problema de pesquisa, bem como a menção à existência de projetos semelhantes implementados ou em implementação nesse contexto, mostrando como esse projeto se enquadra nesse cenário.

Este projeto de pesquisa tem como principal pilar de desenvolvimento o estudo sistemático de vidros e vitrocerâmicas opticamente ativos para aplicações práticas no desenvolvimento de microdispositivos para detecção óptica de temperatura. A medida de temperatura é uma das mais importantes variáveis nas diferentes áreas de pesquisa, bem como para o controle de processos biológicos e industriais. A proposta do projeto visa o desenvolvimento de um microtermômetro óptico sensor de temperatura usando fibras ópticas microestruturadas e/ou capilares de sílica, ambos com uma de suas extremidades preenchidas com o material luminescente sensor. Vidros dopados com íons lantanídeos serão utilizados para o preenchimento dos capilares (material fundido), e também dispersos na forma de pó em matrizes poliméricas e/ou em híbridos organico-inorgânicos a fim de obter um compósito vidro-TR/polímero para preenchimento. Alguns íons lantanídeos apresentam níveis de energia termicamente acopláveis quando aquecidos (pequena diferença de energia entre os estados excitados f), possuindo assim uma dependência térmica da luminescência, como é o caso do Er3+. Este, quando excitado no infravermelho em 980 nm, através de mecanismos de conversão ascendente de energia (up-conversion), emitem duas componentes no visível em ~ 520 nm e 540 nm, as quais, por serem termicamente acopláveis, carregam informações sobre a temperatura do meio no qual o material dopado está contido. Com base neste princípio e no intuito de prover funcionalidade e aplicabilidade desses materiais, esses serão inseridos em fibras e capilares para criar um microdispositivo óptico sensor de temperatura através da integração da fonte de excitação (LED 980 nm) e do fotodetector (espectrômetro portátil) às fibras e/ou capilares preenchidos com o material sensor. O desenvolvimento de microdispositivos integrados para detecção de temperatura é desejável para aplicações em sistemas, dispositivos e/ou processos que operem em micro-escalas. Por fim, o projeto visa o fortalecimento da nova linha de pesquisa em materiais inorgânicos e vítreos instalada no IQSC-USP e, consequentemente, a formação de recursos humanos especializados na área de química inorgânica de materiais e ciência dos vidros.

O projeto tem como foco o estudo, síntese e caracterização de vidros teluritos e fluorofosfatos contendo quantum dots (QDs), e que possuam alto potencial para aplicações fotônicas e optoeletrônicas do visível ao infravermelho próximo. Três etapas principais serão tomadas para a execução do projeto. Na primeira, novas composições a base de vidros teluritos e fluorofosfatos serão investigados com ênfase nas propriedades estruturais, ópticas e estabilidade térmica dos materiais. A segunda etapa contemplará o estudo sistemático da nanocristalização de QDs dentro das matrizes vítreas via dois processos: (i) tratamento térmico controlado acima da Tg ? estudo dos processos de nucleação e crescimento de QDs; e (ii) irradiação com laser-fs para nucleação e crescimento direto ou indireto. Assim como no controle rigoroso do processo de tratamento térmico, o qual será dependente das características estruturais e térmicas dos vidros, as propriedades ópticas e fotoluminescentes das matrizes dopadas com QDs serão extensivamente exploradas por compor o objetivo cerne do projeto. A última etapa consistirá na aplicação prática dos vidros opticamente ativos obtidos com as propriedades desejadas ajustadas (via composição química e processo de nanocristalização de QDs), na produção e caracterização de guias de ondas planares via microfabricação por irradiação com laser-fs. Neste contexto, o projeto abre uma nova frente de investigação na área de materiais vítreos, ainda minimamente explorada no país, através da síntese e investigação de vidros óxidos contendo quantum dots semicondutores para aplicações práticas em óptica e fotônica, como materiais fotoluminescentes, emissores de luz, amplificadores ópticos, guias de ondas planares ativos. Este projeto está vinculado ao CeRTEV-UFSCar.

O Química às 16 é um ciclo de seminários do Instituto de Química de São Carlos que tem apoio do Instituto de Estudos Avançados de São Carlos e da Diretoria do IQSC. Foi inicialmente coordenado pelos Profs. Drs. Carlos Montanari e Hamilton Varela, e atualmente está sob a tutoria dos Profs. Drs. Danilo Manzani e Fábio Henrique Barros de Lima, todos do IQSC/USP.
O ?Química às 16? tem como objetivo apresentar palestras na fronteira das ciências mas que também incluam tópicos especiais em políticas científicas para nortear os rumos da ciência como um todo. O que fazemos e o que queremos fazer para que o Brasil avance na condução inequívoca da ciência como bem necessário para o engrandecimento do país e, principalmente, do bem estar da sociedade constituem nossos desejos.
O Instituto de Química de São Carlos é um dos mais produtivos institutos da USP e vem mantendo elevado grau de aceitação de suas pesquisas em diferentes fóruns nacionais e internacionais. Atualmente, o IQSC vem-se dedicando intensamente à sua internacionalização com trocas de experiências (incluindo funcionários, pesquisadores e alunos) com outras instituições no mundo.
O ?Química às 16? foi implementado no primeiro semestre de 2009 e já contou com os seguintes palestrantes: Prof. Sergio Mascarenhas (IEA São Carlos), Prof. Glaucius Oliva (IFSC), Prof. Sérgio de Albuquerque (FFRP/USP), Prof. João Fernando Gomes de Oliveira (IPT), Wanderlei Bagnato (IFSC), Rene Nome (UNICAMP) e Prof. Dr. Carlos Henrique de Brito Cruz (Diretor Científico da FAPESP). Além disso, o ?Química às 16? já realizou seu primeiro simpósio ?Passado, Presente e Futuro da Pesquisa? no Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo, para aproveitar a ocasião da aposentadoria de pesquisadores seniores do IQSC e refletir sobre a ciência desenvolvida no Instituto.
A idéia foi fazer uma conexão entre as gerações, ilustrando a continuidade das pesquisas de excelência que construíram o IQSC. Os palestrantes foram: Prof. Dr. Luis Alberto Avaca, Prof. Dr. Sérgio Antonio Spinola Machado, Prof. Dr. Miguel Guillermo Neumann, Prof. Dr. Marcelo Henrique Gehlen, Prof. Dr. Ernesto R. Gonzalez, Prof. Dr. Hamilton Varela, Prof. Dr. Milan Trsic, Prof. Dr. Albérico Borges Ferreira da Silva.
A participação da comunidade tem sido considerada excelente, com um público médio de 60 pessoas dos mais diferentes níveis de formação (desde alunos de iniciação científica até pesquisadores renomados na comunidade nacional e internacional).
Como estamos discutindo os nossos desafios para o futuro (incluindo o futuro próximo), seria extremamente conveniente a expansão do ?Química às 16? para se expor publicamente através deste portal.

Este projeto consiste na preparação e caracterização (térmica e óptica) de vidros teluritos contendo óxidos de átomos pesados, com alta não linearidade óptica para preparação de fibras ópticas do tipo núcleo-casca e microestruturadas. As preformas foram obtidas pelo método convencional de fusão-choque térmico e foram produzidas preformas do tipo núcleo-casca, pelo método de sucção, e preformas microestruturadas pelo método de perfuração. As geometrias adotadas na microestruturação foram determinadas por ensaios teóricos em função do tamanho do núcleo, índice de refração linear e comprimento de onda utilizado. Ambas as fibras ópticas, foram obtidas em uma torre de puxamento de fibras ópticas e utilizadas em experimentos ópticos não lineares, com foco na geração de espectro supercontínuo (SC) na região do infravermelho e monitoramento do espalhamento Raman e Brillouin da fibra quando sob variação de temperatura e pressão.

Foram estudadas as seguintes composições vítreas: NaPO3-WO3-Bi2O3, Pb2P2O7-WO3 e TeO2-GeO2-K2O-Bi2O3. Todas as composições contêm altas concentrações de átomos pesados com o intuito de estendendo a borda de absorção entre 3 e 5 μm, além de aumentar os coeficientes ópticos não lineares do material. Foram produzidos vidros com boa qualidade óptica e termicamente estáveis. Vidros teluritos (a base de TeO2) apresentaram os maiores coeficientes ópticos não lineares e larga janela de transparência (até ≈ 5 μm), dessa forma preformas com estrutura núcleo-casca foram produzidas pelo método de sucção e caracterizadas morfologicamente. Foram produzidas fibras ópticas de índice degrau multimodo, com atenuação de 11,9 dB/m em 633 nm. Também foram produzidas preformas microestruturadas com três furos triangulares pela técnica de perfuração.

O óxido de tântalo tem sido considerado um material importante para aplicações em
microeletrônica, principalmente como memória de acesso dinâmico randômico
(dynamic random access memory - DRAM), recobrimento anti-refletivo, sensores de
gás e capacitores devido à sua alta constante dielétrica (k = 24), alto índice de refração e
alta estabilidade química. Neste trabalho, foram preparados filmes finos e pó de Ta2O5
nanoparticulado por rota química pouco agressiva (soft chemical route), baseada no
método dos precursores poliméricos. Os filmes finos foram preparados por imersão de
diferentes substratos Si(100), quartzo amorfo e Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100) na solução
precursora e tratados termicamente a 800°C para verificar a formação da fase cristalina.
A influência dos diferentes substratos na cristalização da fase e morfologia superficial
foi analisada por Difratometria de Raios X e Microscopia de Força Atômica,
respectivamente. Os elementos sensores de Ta2O5 foram preparados tanto na forma de
monólito (pó prensado e tratado termicamente) quanto na forma de filme fino. Para o
tratamento térmico, foram utilizados forno elétrico convencional e forno microonda
doméstico. Foram preparados dispositivos sensores dos tipos resistivo, utilizando-se
substratos de Si(100) com eletrodo de ouro integrado, e capacitivo (monólitos com
eletrodo). As medidas de impedância e capacitância em função da umidade relativa de
11 ? 97% foram feitas em três módulos de freqüências, 100 Hz, 1 kHz e 10 kHz. Os resultados revelaram que os filmes respondem instantaneamente às alterações de umidade relativa e os monólitos tratados em ambos os fornos apresentaram alta linearidade na faixa utilizada para os sensores de umidade relativa comerciais, de 20 a 80%. O tratamento térmico em forno microondas mostrou-se extremamente eficaz para preparar os elementos sensores, proporcionando uma economia de tempo de 12 vezes em relação ao forno elétrico convencional, além da menor energia consumida.