Laboratório de Espectrometria de Massa de Macromoléculas (LEMM)

Responsável: Prof. Enio Frota da Silveira

Área de atuação:

As atividades realizadas no LEMM estendem-se da pesquisa básica (teórica e experimental) à pesquisa aplicada (espectrometria de massa e sua instrumentação). Tais tarefas são interdisciplinares, envolvendo não apenas estudantes e pesquisadores em Física, mas também os de Química, Bioquímica, Astronomia e Engenharias. Assim são realizados estudos dos mecanismos de dessorção iônica induzida por feixe de íons do acelerador Van de Graaff, por fragmentos de fissão do ²⁵²Cf , pulsos de laser ultravioleta (UV 337 nm) e por feixes de elétrons.

Em pesquisa básica,

1. Estudos de mecanismos de dessorção iônica induzida por:
   • feixe de íons do acelerador Van de Graaff 4 MV
   • fragmentos de fissão do ²⁵²Cf
   • pulsos de laser ultravioleta (UV 337 nm)
   • feixes de elétrons de 5 a 1000 eV
2. Estudos de reações químicas induzida pelos feixes ionizantes acima.
3. Estudo de fragmentação de moléculas ionizadas em vôo livre.

Em pesquisa aplicada, a ênfase tem sido:

1. Desenvolvimento em instrumentação: óptica iônica, detectores de íons sensíveis à posição, espectrômetros de massa por tempo-de-vôo (TOF)
2. Análise de superfícies de sólidos e macromoléculas (polímeros, macromoléculas biológicas).
3. Aplicação em astrofísica: degradação de moléculas pré-bióticas por feixes iônicos, feixes de elétrons e por radiação ultravioleta.

Relevância / Impactos:

Uma característica relevante do laboratório é procurar fazer pesquisa de fronteira com instrumentação construída na Universidade e com a participação de estudantes. A formação acadêmica na área de instrumentação científica especializada é um dos objetivos centrais do LEMM. Em outra vertente, uma conseqüência da investigação cientifica com instrumentos não comerciais é a geração de dados científicos em condições particulares, utilizando nichos de pesquisa entre as linhas tradicionais.

Breve histórico:

Inicialmente constituído por uma das linhas do acelerador Van de Graaff, foi acrescido por um espectrômetro de massa tipo tempo-de-vôo (TOF) no qual o agente ionizante é um feixe de íons (fragmentos de fissão, MeV) produzidos por uma fonte radioativa de ²⁵²Cf. Este espectrômetro, projetado e construído no Laboratório em projeto do PADCT, é versátil e pode receber outras fontes ionizantes como lâmpadas de radiação ultravioleta, canhão de elétrons e canhão de íons (keV).

Infraestrutura:

• Espectrômetro de massa por tempo de vôo,fabricado no laboratório, munido com espelho eletrostático de íons com dois estágios (do tipo Reflectron), que pode ser operado nos modos linear e refletido. A amostra pode ser refrigerada até 10 K por meio de um criostato de He líquido Espectrômetro de massa MALDI , modelo Bruker BIFLEX III.
• Detectores do tipo microchannel plate (MCP) sensíveis à posição.
• Fontes ionizantes: fragmentos de fissão do ²⁵²Cf e canhão de elétrons Kimball FRA-2X1.
• Evaporadora de filmes finos
• Infra-estrutura para manipulações químicas, com capela, balança analítica, reagentes e etc

Outras informações relevantes:

Encontra-se no 4º. andar do Laboratório do Acelerador Van de Graaff (Edifício Pe. Roser.)

Site: https://www.fis.puc-rio.br/espectrometria-de-massa-de-macromoleculas-lemm/

Laboratório de Optoeletrônica (LOpEL)

Responsável: Profa. Isabel Cristina dos Santos Carvalho

Área de atuação:

As atividades no Laboratório de Optoeletrônica (LOpEL) do Departamento de Física da PUC-Rio estão centradas em óptica não-linear e na fabricação/caracterização de componentes fotônicos em vidros e fibras. São investigados fenômenos físicos que podem ser empregados na fabricação de dispositivos de alta eficiência e baixo custo, tais como, conversores de frequência. Os componentes fotônicos são uma ponte entre a Física Aplicada e os diversos ramos das Engenharias, atestada pela forte interação mantida pelo grupo com o Dept. Eng Mecânica-PUC-Rio. Mantemos colaboração com grupos no exterior: ACREO (Suécia), KTH-Suécia, ORC-Inglaterra e EPM-Canadá. Na área de nanofotônica investigamos a fabricação e caracterização de nanopartículas metálicas e nanobastões de metal em substratos de vidro e fibras ópticas para aplicação em sensores.

Outra área de atuação envolve a investigação e a caracterização de diferenciação de células tronco por estímulo elétrico através da colaboração com o Lab. Biometrologia (PUC-Rio) e a Universidade Vanderbilt (EUA).

Relevância / Impactos:

A pesquisa realizada em fabricação/caracterização de diferentes sensores a fibra óptica baseados em nanotecnologia e na utilização de fibras especiais contribui como um fator importante para o desenvolvimento de sensores compactos e eficientes, podendo monitorar índices de refração de líquidos e gases, além de pressão e deformação. Estes sensores apresentam potencial de desenvolvimento de produto inovador para exploração nos setores da indústria de óleo e gás.

Através de colaborações e projetos internacionais, a pesquisa desenvolvida pelo grupo se beneficia do conhecimento de especialistas em óptica não-linear e nano-fotônica permitindo um avanço significativo na ciência e tecnologia no Brasil.

A formação de recursos humanos se dá através do treinamento de pessoal qualificado, de alunos de iniciação científica, mestrado e de doutorado em um ambiente muito fértil, abrindo oportunidades de novas frentes de trabalho.

Breve histórico:

O Laboratório de Optoeletrônica iniciou as suas atividades em 1987 com pesquisa em Óptica Não-linear em fibras ópticas. Desde 1991 a investigação se estendeu para sistemas vítreos onde as atividades estão centradas na fabricação, caracterização e uso de componentes fotônicos em vidros e fibras. São investigados fenômenos físicos que podem ser empregados na fabricação de dispositivos de alta eficiência e baixo custo, tais como, conversores de freqüência. Atualmente desenvolvemos pesquisa em sensores de pressão e deformação a fibra óptica especiais para aplicação na indústria de óleo e gás. Na área de nanofotônica investigamos a fabricação de nanopartículas metálicas e nanobastões em substratos de vidro e fibras ópticas para aplicação em sensoriamento.

Investigamos também a caracterização de diferenciação de células tronco por estímulo elétrico juntamente com o Lab. de Biometrologia (PUC-Rio).

Infraestrutura:

• Laser de Nd:YAG Q-switched mode-locked (100 ps, 1064 nm, Quantronix) com cristais de segundo e quarto harmônico (532nm e 266nm respectivamente)
• Laser de Argônio (20 W CW) com óptica para o visível e UV (Coherent)
• Laser de Ti:safira (970 – 1040 nm) de femtossegundos (Coherent)
• Analisador de espectro óptico na faixa de 400 nm a 1700 nm
• Máquina de emenda de fibras por fusão
• Infra-estrutura básica de um laboratório de óptica contendo: LEDs, lasers semicondutores DFB, fotodetectores, osciloscópios, autocorrelacionador, espectrofotômetro (Oceanoptics), bancadas ópticas e diferentes fibras ópticas
• Fornos de alta temperatura
• Máquina politri

Outras informações relevantes:

O Laboratório de Optoeletrônica (LOpEL- https://www.fis.puc-rio.br/optoeletronica/) pertence ao Departamento de Física do Centro Técnico Científico e está localizado nas salas 558L e 560L no 5º andar do Prédio Cardeal Leme. Rua Marquês de São Vicente 225, Gávea, Rio de Janeiro, RJ.

Contato:

Isabel Carvalho

Email: isabel.carvalho@puc-rio.br

Tel: 21 3527-1259 ramal 216 e 217

Laboratório de Optoeletrônica Molecular (LOEM)

Responsável: Prof. Marco Cremona

Área de atuação:

O Laboratório de Espectroscopia Óptica e Optoeletrônica Molecular (LOEM) do Departamento de Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) atua com sucesso na área da Eletrônica Orgânica e em particular no desenvolvimento e caracterização de dispositivos orgânicos. O nosso Grupo vem desenvolvendo e caracterizando com sucesso sensores e dispositivos orgânicos eletroluminescentes, OLEDs, com aplicações diversificadas, que vão da iluminação elétrica aos componentes para optoeletrônica integrada. Nos últimos anos, estabelecemos interação com outros grupos nacionais atuantes nesta área e inclusive, participamos da formação de redes do CNPq e somos membros do Instituto Nacional de Eletrônica Orgânica, INEO, do MCT. Nos dispositivos desenvolvidos nos nossos laboratórios utilizamos complexos orgânicos sintetizados no Brasil, que possuem rendimentos quânticos de emissão que estão entre os maiores encontrados na literatura.

Relevância / Impactos:

O LOEM vem se destacando nos últimos dez anos com grande contribuição para o conhecimento científico e o desenvolvimento tecnológico da área de Eletrônica Orgânica através da pesquisa em OLEDs e outros dispositivos baseados em complexos orgânicos de íons de terras-raras. O Laboratório atua, também, na área de desenvolvimento de óxidos condutores transparentes (TCOs – Transparent conducting oxides) e na área de sensoriamento utilizando semicondutores orgânicos. Ao longo dos últimos anos o LOEM foi responsável pela criação e o sucessivo fortalecimento de um pólo de capacitação científica e tecnológica no campo da produção e da caracterização de OLEDs. Nos últimos anos o trabalho do nosso Grupo foi argumento de artigos de jornais de notícias (“Ciência do invisível ganha espaço no Brasil”, O Globo do 21/03/2004) e o Jornal da FAPERJ (“Nanoluz: Laboratório da PUC-Rio investe em pesquisa sobre OLEDs”, Jornal da FAPERJ ano 1° nr. 2, maio-junho 2004) demonstrando o interesse que esta pesquisa desperta em diversos setores da sociedade e da industria brasileira.

Breve histórico:

O LOEM começou suas atividades no final dos anos 90. Fazendo uso da experiência em filmes finos, utilizando diversos compostos orgânicos e montagens experimentais, desenvolvemos linhas de pesquisa relacionadas aos dispositivos orgânicos eletroluminescentes. O Laboratório possui uma infra-estrutura e uma equipe adequada para desenvolver projetos e pesquisas no campo da Eletrônica Orgânica. Os diversos equipamentos foram utilizados em inúmeras dissertações e teses desenvolvidas no nosso Grupo e em Grupos colaboradores e em mais do que 50 trabalhos internacionais. As atividades realizadas neste Laboratório se desdobram desde a pesquisa básica à pesquisa aplicada (fabricação e caracterização de dispositivos orgânicos, OLEDs e sensores). O campo dos materiais orgânicos é altamente interdisciplinar, envolvendo estudantes e pesquisadores de Física, Química, Biologia e Engenharias. A infra-estrutura deste Laboratório permite não somente crescer filmes finos de diferentes materiais (mono e multicamada) e caracterizá-los elétrica e opticamente, como também, fabricar protótipos de dispositivos a partir destes materiais. No âmbito da pesquisa destacamos:

• Crescimento de filmes finos de diversos materiais por diferentes técnicas de deposição.
• Fabricação de dispositivos orgânicos eletroluminescentes e sensores.

A infra-estrutura do Laboratório conta com:

• Sala limpa para deposição de filmes finos;
• Capela para manuseio de solventes e compostos químicos em geral;
• Evaporadora Leybold mod. UNIVEX 300 equipada para deposição térmica resistiva de filmes finos, com controle de espessura automático, possibilidade de co-deposição e controle de temperatura;
• Evaporadora Leybold mod. UNIVEX 450 equipada para deposição por feixe de elétrons (e-beam) e por erosão catódica (rf-sputtering) com controle de espessura automático e controle de temperatura;
• Glow-blox com atmosfera controlada para manuseio das amostras produzidas;
• Equipamento para produção de água destilada;
• Ultra-som para limpeza, Estufa dessecadora, Balança de precisão;
• Equipamento de spin-coating para deposição de filmes, limpeza de substratos e fotolitografia;
• Perfilômetro Dektak 150 equipado com a opção N-Lite para medidas de espessuras em filmes orgânicos;
• Fluorímetro para medidas estacionárias de fluorescência e eletroluminescência;
• Sistema para medidas de resistividade de folha por efeito Hall;
• Sistema para caracterização corrente-tensão-luminância de dispositivos.

Outras informações relevantes:

O Laboratório de Optoeletrônica Molecular (LOEM) pertence ao Departamento de Física do Centro Técnico Científico e está localizado na sala 552L no 5º andar do Prédio Cardeal Leme. Rua Marquês de São Vicente 225, Gávea, Rio de Janeiro, RJ.

Contato:

E-mail: cremona@puc-rio.br

Tel: 21 3527-1260 ramal 229

Site: https://www.fis.puc-rio.br/loem/
https://www2.ifsc.usp.br/portal-ifsc/as-perspectivas-do-ineo/

Laboratório de Revestimentos Protetores e Materiais Nanoestruturados

Responsáveis:

Prof. Fernando Lázaro Freire Jr.

Prof. Marcelo Eduardo Huguenin Maia da Costa

Área de atuação:

Produção e caracterização de materiais nanoestruturados à base de carbono, incluindo o estudo de filmes finos de carbono tipo diamante (do inglês, DLC- Diamond Like carbon films) e suas ligas. Grafeno, nanotubos de carbono de parede simples e múltiplas são estudados visando sua potencial aplicação em compósitos, sensores e dispositivos eletrônicos.

Relevância / Impactos:

Mais de dez doutores já foram formados no Laboratório, além vários mestres e ter recebido para estágio pós-doutores formados em outras instituições no Brasil, no México e na Espanha. Mais de cem publicações em periódicos internacionais que foram citados cerca de duas mil vezes propiciaram grande visibilidade nacional e internacional ao laboratório, como atestam os vários convites para palestras convidadas em diversos congressos científicos nacionais e internacionais. A geração desse conhecimento permitiu que o Laboratório estabelecesse colaborações internacionais com grupos da Universidade de Trento (Itália), Northwestern University (USA), Universidade de Viena (Austria) e Los Alamos (USA). Além de contratos com empresas como a PETROBRAS e VALE.

Breve histórico:

O Laboratório de Revestimentos Protetores começou suas atividades em 1994 focalizando sua atuação na produção e caracterização química, estrutural de filmes à base de carbono e demais revestimentos nanoestruturados. O Laboratório ao longo de seus quase vinte anos tem estudado propriedades mecânicas e tribológicas de filmes finos tais como dureza, atrito e desgaste, em escala nanoscópica, procurando estabelecer uma relação entre as propriedades tribológicas e mecânicas de dado material e sua composição química e estrutural. Nos últimos dez anos foram instalados no Laboratório sistemas dedicados à produção de nanotubos de carbono e mais recentemente para a produção de grafeno em substratos metálicos de grandes áreas, esses materiais são estudados visando sua potencial aplicação em compósitos, sensores e dispositivos eletrônicos.

Infra-estrutura:

Para a produção de amostras são as seguintes as facilidades instaladas:

1. Câmara de deposição por técnicas assistidas por plasma: erosão catódica (dc- e rf-magnetron sputtering) e Deposição Química Assistida por Plasmas (PECVD).
2. Câmara de deposição por técnicas físicas (PVD): evaporação térmica e por feixe de elétrons.
3. Sistema de crescimento de nanotubos de carbono por spray pirólise.
4. Sistema de crescimento de nanotubos por HVCVD (high-vacuum CVD).
5. Sistema de crescimento de grafeno por CVD (Chemical Vapor Deposition).
6. Forno até 900oC para tratamento térmico em alto-vácuo ou em atmosferas controladas.
7. Politrizes para preparação de superfícieis metálicas.
8. Ponta de ultra-som para dispersão de sólidos.
9. Ultra-centrífuga para dispersão de nanotubos.
10. Balança analítica de precisão Shimadzu.
11. Capela.

Para a caracterização de amostras o Laboratório está equipado com:

1. Nanoindentador TriboIndenter da Hysitron.
2. Sistema micrométrico de desgaste por esfera girante CALOWEAR da CSM.
3. Goniômetro para medida de ângulo de contacto da Rame-Hart.
4. Microscópio eletrônico de varredura FEG (Field emission gun) com EDS e STEM da JEOL modelo JSM-6701F.
5. Microscópios óticos direto (ZEISS AXIO) e invertido (Olympus).
6. Microscópio de Tunelamento, SPM UHV, Omicron.
7. Microscópio de força atômica e espectrômetro Raman acoplados – Sistema NTegra Spectra da NT-MDT.
8. Espectrômetro Infra-Vermelho Brucker modelo ALPHA FTIR.
9. Perfilometro Brucker Dektak XT.
10. Câmara para análise de superfícies com técnicas XPS/AES/LEIS e UPS da VG Thermo equipado com analisador de elétrons semi-esférico com raio de 110 cm Alpha 110.

Localização:

2º. andar Prédio do acelerador Van der Graaff

Site: https://www.fis.puc-rio.br/revestimentos-protetores-e-materiais-nanoestruturados/

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Laboratório do Acelerador Van de Graaff

Professores:

Enio Frota da Silveira

Fernando Lázaro Freire Júnior

Área de atuação:

Física Atômico-molecular, Física da Matéria Condensada (filmes finos e superfícies de sólidos), Ciência e Análise de Materiais.

Relevância / Impactos:

A infraestrutura instalada permite o emprego de técnicas de Física Nuclear como PIXE, RBS, ERD e TOF- SIMS, consideradas tradicionais em Ciências de Materiais e em Estudos de Meio Ambiente.

Breve histórico:

O equipamento central do laboratório Van de Graaff é um acelerador eletrostático de 4 MV modelo KN 4000 fabricado pela High Voltage Engineering Corporation. Estando submetido a um continuo processo de atualização de sua eletrônica de controle e demais periféricos, o acelerador tem tido nos últimos anos uma média de operação comparável às máquinas mais moderna em operação no mundo, cerca de 1000 horas/ano de feixe disponível para experimentos científicos. Para deflexão dos feixes de íons, conta com um eletro-ímã analisador de 1,23 T (12,3 kgauss) com saídas a 45° e 90°. Com isso, os feixes utilizados para experimentos científicos são: próton, deutério, alfa, e íons pesados atômicos e moleculares, como, C, N, O e Ar com tensões de aceleração variando entre 200 kV e 3.5 MV.

São cinco as linhas de transporte de feixe que estão sendo utilizadas presentemente:

1. Análise de Materiais, com câmara de espalhamento para análise com as técnicas de RBS, ERD e Reações Nucleares.
2. Análise de Materiais por espectroscopia gama.
3. Análise de Aerossóis, com câmara de espalhamento para análise com as técnicas de PIXE e PDMS.
4. Colisões Atômicas.
5. Colisões em Sólidos, com câmara de ultra-alto vácuo equipada, com suporte amostra refrigerado por um criostato de hélio, analisador de gás residual quadrupolo, com sistema de espectrometria de massa por tempo de vôo e detectores sensíveis à posição, e um espectrômetro de infravermelho FTIR. Esta linha pode ser usada para duas aplicações distintas ou combinadas: a) análise de superfícies por espectrometria de massa e b) modificação de materiais pelo feixe de íons. No momento, são analisas reações químicas induzidas em gelos astrofísicos por raios cósmicos e radiação solar.

Outras informações relevantes:

A área experimental encontra-se no 5º. andar do Edifício Pe. Roser.

Site: www.fis.puc-rio.br/acelerador-van-de-graaff/

Laboratórios de Ensino Professor Pierre Henri Lucie

Responsável: Prof. Isabel Cristina dos Santos Carvalho

Os Laboratórios de ensino Pierre Lucie estão situados no 3º andar do prédio Cardeal Leme em 6 salas para ensino (duas delas são utilizadas para várias disciplinas) e uma sala para suporte dos laboratórios. Abaixo segue a utilização e os experimentos disponíveis em cada uma das salas:

1) Sala 342L – Disciplinas: FIS1034 Laboratório de Mecânica Newtoniana e FIS1027 Mecânica Newtoniana B

Com 21 bancadas para experimentos de mecânica.

Experimentos: Gráficos, Gravidade, Vetores, Movimento de Projéteis, Atrito Estático, Atrito Cinético, Colisões em uma Dimensão, Colisões em duas dimensões, Momento de Inércia, Momento Angular (partículas pontuais), Momento Angular (objeto finito), Rolamento.

2) Sala 348–L – FIS1451 Laboratório de Física Moderna

Com três bancadas para experimentos de Física Moderna.

Experimentos: Interferômetro de Michelson: Visível e Microondas, Radiação (Lei de Stephan-Bolztman), Determinação da constante de Planck e efeito fotoelétrico, Difração de ondas eletromagnéticas e de elétrons, Cristal líquido, Difração de Bragg, Piezoelétricos, Ótica de Fourrier.

Vista do laboratório – montagem do Experimento Difração de elétrons

3) Sala 350-L – Disciplina: FIS1052 Laboratório de Eletromagnetismo

Com 15 bancadas para experimentos de magnetismo, eletrostática e circuitos elétricos.

Experimentos: Elementos Resistivos, Leis de Kirchhofff, Equipotenciais, Instrumentos de Medidas, Circuito RC, Campo Magnético I, Campo magnético II, Faraday, Circuito RLC amortecido, Circuito RLC ressonância.

Vista do laboratório – montagem dos experimentos de Elementos Resistivos a Circuito RC

4) Sala 354-L – Disciplinas: FIS1062 Laboratório de Física Moderna e FIS1025 Mecânica Newtoniana A

Com 15 bancadas com experimentos:

FIS1062: Lei de Snell, Instrumentos Ópticos, Radiação, Polarização Linear, Polarização Circular, Difração, Interferência, Rede de Difração, Constante de Planck.

Vista do laboratório – montagem do Experimento Rede de Difração

FIS1025: Massa-mola, Trilho de ar na Horizontal, Trilho de ar inclinado, Queda Livre, Projétil.

Montagem do Experimento de Trilho de ar inclinado

5) Sala 358 –L – Disciplinas: Física para Artes, Física para Arquitetura I, Física para Arquitetura II, Física para Biologia, Biofísica para Biologia.

Com 12 bancadas para experimentos de mecânica, fluidos, ondas, calorimetria, eletricidade e óptica.

Experimento de Espelhos Planos

6) Sala 362-L – Disciplina: FIS1042 Laboratório de Fluidos e Termodinâmica

Com 18 bancadas com pia para experimentos de fluidos, oscilações, ondas e calor.

Experimentos: Estática dos Fluidos, Hidrodinâmica, Sistema Massa mola, Pêndulo, Ressonância, Ondas – Cordas, Ondas Sonoras, Tanque de Ondas, Equivalente Mecânico da Caloria, Calor Específico.

Vista do laboratório – montagem do Experimento Princípio de Arquimedes

7) Sala 347L – Sala de apoio na qual se produz material didático que serve de suporte aos professores e alunos do CB-CTC. Esta sala possui a infra-estrutura necessária para o apoio técnico.