segunda-feira, 16 de junho de 2025

Calibração da pressão

A calibração da pressão no interior de uma célula a extremos de diamantes é uma importante etapa num experimento de altas pressões, seja ele relativo a medidas de difração de raios-X, espectroscopias vibracionais ou outras. Para pressões tipicamente inferiores a 60 - 70 GPa, a calibração pode ser realizada por meio da luminescência do Cr3+ na matriz Al2O3, ou seja, no rubi. Este método é preciso, rápido e bastante confiável. 

No Laboratório de Altas Pressões do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará foi desenvolvido um aplicativo para se realizar este cálculo ainda mais rapidamente. O aplicativo é de autoria do técnico do LAP-UFC, Dr. Cesar Rodrigues Fernandes, e a descrição do mesmo é fornecida a seguir.

Links para instalação e informações sobre o aplicativo.

Download do arquivo de instalação para Android (.apk):

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sábado, 7 de junho de 2025

Sal de Tutton K₂Ni(H₂O)₆(SO₄)₂

Neste trabalho - que conta com a participação de pesquisadores dos estados de SE, MG, MA, PA, ES, CE, RJ e RN, combinando o uso de diversas técnicas experimentais e computacionais - estudou-se a estrutura cristalina do sal de Tutton K₂Ni(H₂O)₆(SO₄)₂ e diversas de suas propriedades físicas. O sal foi sintetizado por meio do método de evaporação lenta em solução aquosa e a estrutura refinada com simetria monoclínica, pertencente ao grupo espacial P2₁/a, com duas fórmulas por célula unitária (Z = 2). As interações intermoleculares no cristal foram analisadas utilizando superfícies de Hirshfeld. Cálculos periódicos de DFT foram realizados para obter as propriedades eletrônicas, exploradas por meio da estrutura de bandas e da densidade de estados projetada (PDOS), bem como pelas atribuições dos modos Raman e infravermelho. A análise espectral, abrangendo a região entre 80 e 3600 cm⁻¹, indicou que não ocorreram transições de fase durante o resfriamento (de 300 K a 9 K), confirmando a estabilidade estrutural do cristal. No entanto, a dependência não linear da temperatura dos modos Raman sugeriu mudanças conformacionais que afetam comprimentos e ângulos de ligação. Uma diminuição na intensidade Raman a 60 K, particularmente em regiões espectrais associadas às vibrações da água e do sulfato, indicou modificações conformacionais significativas. Da mesma forma, os espectros Raman dependentes da pressão (variando de 0,0 GPa a 7,05 GPa) mostraram alterações no número de onda e na largura de banda, reforçando a hipótese de que as vibrações das ligações da água impulsionam mudanças conformacionais. Também realizou-se uma caracterização magnética, que revelou um comportamento paramagnético à temperatura ambiente e interações antiferromagnéticas em baixas temperaturas. [Raí F. Jucá, Tiago S. Pacheco, Joao G. de Oliveira Neto, Luiz F.L. da Silva, José A.S. da Silva, J. Alves de Lima Jr, Paulo de Tarso C. Freire, Santunu Ghosh, Edinei C. Paiva, Joao M. Soares, Gilberto D. Saraiva, Spectrochimica Acta A 343, 126486 (2025)]


terça-feira, 15 de abril de 2025

DL-norvalina

A DL-norvalina (ácido 2-aminopentanoico) destaca-se por sua semelhança com a valina e por sua importância na aplicação em diversos campos. A presente investigação foi parte do trabalho de mestrado do estudante Lucas S. L. Olivier, que teve como orientador o Prof. José Alves de Lima Jr., atual coordenador do LAP-UFC. Neste estudo, investigou-se as propriedades vibracionais e a estabilidade estrutural de monocristais de DL-norvalina sob condições de altas pressões utilizando espectroscopia Raman. Os cristais apresentam simetria monoclínica com oito moléculas por célula unitária (Z = 8), pertencentes ao grupo espacial C2/c, conforme confirmado por difração de raios X em pó. Cálculos baseados na Teoria do Funcional da Densidade foram realizados em uma única molécula em sua forma zwitteriônica para respaldar os achados experimentais. Os espectros Raman da DL-norvalina sob condições extremas de pressão, entre 10⁻⁴ GPa e 8,2 GPa, foram obtidos utilizando uma célula de bigorna de diamante com membrana. Foram observadas mudanças em três valores de pressão: (i) a 0,1 GPa, (ii) a 1,7 GPa e (iii) em torno de 4 GPa. Em (i) e (ii), alterações na região dos modos externos, relacionados à rede cristalina, e dos modos internos sugerem transições de fase associadas às conformações da molécula. Em (iii), a presença de desordem ou perda da estrutura cristalina é evidente. [L.S.A. Olivier, R.S. Silva, J.A.S. Silva, D.L.M. Vasconcelos, J.A. Lima Jr., Journal of Molecular Structure 1337, 142165 (2025)].


domingo, 13 de abril de 2025

Carbono sob pressão dinâmica

Compreender e contemplar a estabilidade estrutural dos materiais sob condições extremas é uma das áreas fundamentais de pesquisa mais ativas, fornecendo informações essenciais sobre os aspectos da estabilidade. Em experimentos de compressão estática o módulo de compressibilidade volumétrica foi considerado um fator-chave para determinar com precisão a estabilidade dos materiais. No entanto, sob condições dinâmicas (choques acústicos), os materiais podem sofrer transições de fase independentemente de seus módulos de compressibilidade, o que levanta diversas questões sobre a estabilidade estrutural em tempo real desses materiais. Em experimentos realizadas na China - ainda não temos esta disponibilidade no LAP-UFC, mas esperamos poder implementá-las no futuro (a contribuição do nosso laboratório neste artigo foi apenas no sentido de auxiliar na interpretação dos resultados) - explorou-se a pressão dinâmica num sistema particular. Para fornecer informações diretas sobre a capacidade de transição de fase induzida por ondas de choque acústico, no trabalho cuja capa é apresentada abaixo, escolheu-se três estruturas de carbono com diferentes módulos de compressibilidade: o carbono amorfo tetraédrico (ta-C), o grafite e o grafeno, de modo que sua estabilidade estrutural pudesse ser examinada sob diferentes condições de choque - especificamente após exposição a 0, 250, 500 e 750 choques. Com base em resultados de espectroscopia Raman e espectroscopia de fotoelétrons por raios X, identificou-se que o ta-C se transformou em grafite altamente ordenado após 750 choques, enquanto as estruturas de grafite e grafeno não passaram por nenhuma transição estrutural. Pela primeira vez na literatura, introduz-se o parâmetro de condutividade térmica como um fator-chave comum para explicar os resultados observados sob condições de choque, constatando-se que materiais com menor condutividade térmica tendem a sofrer transições estruturais com mais facilidade, enquanto o oposto ocorre para materiais com maior condutividade térmica. Acreditamos que as estruturas de grafite e grafeno demonstram estabilidade sob condições de choque justamente por possuírem alta condutividade térmica (tal correlação não desqualifica, eventualmente, outras correlações, mas que não foram exploradas neste trabalho). A abordagem proposta foi comparada com resultados previamente publicados sob condições semelhantes, revelando-se compatível com a interpretação atual. De acordo com os resultados observados, a ordem de estabilidade estrutural é a seguinte: ta-C < grafite < grafeno, indicando que a ordem de estabilidade dessas três estruturas de carbono é completamente diferente daquela observada sob compressão estática.  [Sivakumar Aswathappa, Lidong Dai, Sahaya Jude Dhas Sathiyadhas, Raju Suresh Kumar, P.T.C. Freire, Cathrin Lims Selvakumar, Phuong V. Pham, Diamond & Related Materials 153, 112034 (2025)].


segunda-feira, 3 de março de 2025

Cloridato de éster metílico de L-tirosina

Este trabalho é parte da tese de doutorado do Dr. Ronaldo Silva, que foi desenvolvida no Programa de Pós-Graduação em Ciências dos Materiais, na Universidade Federal do Maranhão, em Imperatriz, sob a supervisão do Prof. Pedro Façanha (com uma pequena participação do LAP-UFC). Um estudo criterioso de espectroscopia Raman sob pressão (de 1 atm até 9,0 GPa) foi realizado no intervalo de frequências entre 50 e 3450 cm-1. Foram observadas várias modificações com a evolução da pressão, tais como emergência e desaparecimento de modos, além de se notar descontinuidades na frequência e alargamentos de bandas, sem contar a inversão de intensidades de bandas associadas tanto a modos externos quanto a modos internos. Para isso, foi dada uma interpretação geral como se descreve a seguir: ocorre uma mudança conformacional em torno de 1,0 GPa e uma transição de fase próximo de 6,0 GPa, que estaria associada com um aumento da desordem estrutural. É interessante que o cloridato de éster metílico de L-tirosina, quando comparado com o seu análogo não metilado, o cloridrato de L-tirosina, percebeu-se que o primeiro parece exibir uma maior susceptibilidade a modificações conformacionais. Também foi interessante a observação de que os espectros Raman sugerem a ocorrência de uma amorfização parcial do cristal, talvez influenciado pelo limite hidrostático do meio utilizado, o óleo mineral. [R. Silva, C.A.A.S. dos Santos, J.G. da Silva Filho, F.F. Leite, W. Paraguassu, P.T.C. Freire, P.F. Façanha Filho, Spectrochimica Acta A 328, 125449 (2025)].



quarta-feira, 1 de janeiro de 2025

L-fenilalanil-L-alanina

Este artigo constitui-se em parte da tese de doutorado da Dra. Adrya J. P. Cordeiro, defendida no Programa de Pós-Graduação em Física da Universidade Federal do Ceará. Ele trata dos resultados de espectroscopia Raman em um dipeptídeo, a L-fenilalanil-L-alanina, sob altas pressões. Medidas realizadas até 7,0 GPa mostraram grandes modificações nos espectros Raman. Em particular, foram verificadas mudanças em modos associados com o grupo carbonil e com o NH2. Os espectros Raman mostraram também importantes modificações em modos de estiramento e torções associados ao anel. Interpretou-se os resultados como oriundos de mudanças conformacionais nos intervalos de pressão 2,6 - 3,0 GPa e 5,0 - 5,1 GPa. Além disso, notáveis modificações entre 0,4 e 1,0 GPa foram interpretados como uma mudança estrutural do cristal. Interessante, ainda, foi a comparação do comportamento do material realizada com outros tipos de dipeptídeos. A ideia, que foi explorada em mais detalhes na tese da Dra. Adrya, é tentar entender o comportamento geral dessa classe de material sob condições extremas [Adrya J.P. Cordeiroa, Kelly C. Alves, Elder A.V. Mota, Daniel L.M. Vasconcelos, Raphaela A. Lima, José A.S. da Silva, Paulo T.C. Freire, Spectrochimica Acta A 326, 125290 (2025)].


sexta-feira, 18 de outubro de 2024

AMINO-35 ANOS

Ocorreu durante todo o dia 17 de outubro de 2024, o Workshop AMINO-35 ANOS, um evento que contou com a participação de pesquisadores e estudantes da Universidade Federal do Ceará, Universidade Estadual do Ceará (campi de Fortaleza, Limoeiro do Norte e Quixadá), Universidade Regional do Cariri e Universidade Federal do Pará. O objetivo foi comemorar os 35 anos de estudos das propriedades vibracionais e estruturais de cristais de aminoácidos no Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará, que  começaram a ser estudadas no Laboratório de Espalhamento de Luz do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará, sob a coordenação do Prof. Erivan Melo. Na abertura do encontro (Fig. 1), o Prof. Paulo Freire deu as boas vindas e agradeceu a todos os participantes, e lembrou que os cristais de aminoácidos começaram a ser estudados no ano de 1989, na sua investigação de Mestrado, sob sugestão do Prof. Erivan Melo. Quando a palavra foi passada ao Prof. Erivan ele fez um excelente relato daqueles tempos, falou sobre a motivação de estudar esse tipo de material orgânico, de como os primeiros cristais de taurina foram produzidos, sobre a formação de diversos estudantes no grupo, incluindo alguns que se tornaram empresários, etc. O coordenador do Programa de Pós-Graduação em Física da UFC, Prof. William Paschoal, lembrou dos seus primeiros momentos no Departamento de Física e de seu trabalho de pesquisa do mestrado e doutorado. Com a palavra, o Prof. José Alves também reforçou as boas vindas aos participantes. O workshop AMINO-35 ANOS, então, prestou uma homenagem ao Prof. Francisco Erivan Melo, através do Prof. Sanclayton Moreira, outorgando-lhe um diploma de reconhecimento ao seu trabalho ao longo dos anos, em particular na ideia pioneira de realizar investigações em cristais de aminoácidos.


Figura 1: Mesa de abertura do AMINO-35 ANOS, com os professores José Alves, Erivan Melo, Paulo Freire e William Paschoal.

Seguiram-se as apresentações orais. Na primeira, o Prof. Paulo Freire (UFC) lembrou do estudo inaugural em cristal de aminoácido num trabalho de mestrado sobre a taurina realizado por ele sob a orientação do Prof. Erivan Melo. Discorreu também sobre as pesquisas realizadas pelo Prof. Jeferson Moreno na L-asparagina monohidratada, que deu origem ao primeiro trabalho na literatura sobre cristais de aminoácidos submetidos a altas pressões hidrostáticas (seguido por vários outros na Rússia, Índia e Escócia); do Prof. Benedito Silva, que estudou a L-treonina; e o Prof. Alexandre Teixeira (UECE), que estudou a L-alanina, bem como alguns desdobramentos destas pesquisas. A segunda apresentação oral foi exatamente do Prof. Alexandre Teixeira, que discorreu sobre a L-alanina, revisitando todos os trabalhos existentes sobre altas pressões no material, e apresentado resultados inéditos sobre a aplicação, no cristal, de cálculos de primeiros princípios. Encerrando as apresentações matinais, o Prof. Sanclayton Moreira (UFPA) discorreu sobre a investigação de seu grupo de pesquisa sobre a L-alanina dopada com permalloy (NiFe) e com paládio, em particular mostrando as diferenças observadas nos espectros Raman relacionadas com a introdução dessas substâncias quando as temperaturas são aumentadas. 


Figura 2: Pesquisadores de várias gerações no AMINO-35 ANOS: Prof. Robson Maia (UECE), Prof. José Alves (UFC), Prof. Sanclayton Moreira (UFPA), Prof. Waldeci Paraguassu (UFPA), Prof. Erivan Melo (UFC), Prof. Paulo Freire (UFC), Prof. William Paschoal (UFC), Prof. Alexandre Teixeira (UECE), Prof. Diniz Sena (URCA).

Na sessão da tarde, o estudante do Programa de Pós-Graduação em Física da UFC, Lucas Olivier,  discorreu sobre sua pesquisa na DL-norvalina, mostrando cálculos de primeiros princípios e resultados com o cristal submetido a altas pressões, em particular, discutindo a possibilidade de amorfização acima de 7 GPa. A seguir, foi a vez do Prof. José Alves (UFC) fazer a apresentação de um trabalho sobre a utilização da técnica de altas pressões, evolução e perspectivas no estudo de materiais, discutindo pormenorizadamente sobre o problema da calibração, dos equipamentos, gaxetas, meios compressores, além de vários exemplos. Dando continuidade, o Prof. Bruno Abagaro (URCA) apresentou uma pesquisa sobre a L-prolina e a L-prolina hidratada, em particular, mostrando as modificações apresentadas pelo espectro Raman em altas pressões e sobre a alta higroscopicidade do material. Em sequência, o estudante do Programa de Pós-Graduação em Física da UFC, Wagner Gomes, mostrou o seu estudo sobre o dipeptídeo glicil-L-fenilalanina dopado com cádmio, destacando as grandes possibilidades dessas novas estruturas, bem como dos resultados sobre altas pressões. Uma discussão sobre a maneira como a dopagem é efetuada também foi realizada. Finalmente, encerrando as apresentações, falou outro estudante do Programa de Pós-Graduação em Física da UFC, Romulo Sampaio, que discorreu sobre sua pesquisa na DL-norvalina sob altas pressões, destacando a ocorrência de eventuais transições de fase conformacionais na estrutura. Encerrando o evento, em nome do Comitê Organizador, o Prof. Paulo Freire agradeceu a presença de todos e fez um resumo das principais perspectivas de estudos na área, de acordo com o que foi discutido por todos os participante durante o evento.


Figura 3: Pesquisadores de diversas universidades e estudantes do Programa de Pós-Graduação                       em Física da Universidade Federal do Ceará no encerramento do AMINO-35 ANOS. 

Calibração da pressão

A calibração da pressão no interior de uma célula a extremos de diamantes é uma importante etapa num experimento de altas pressões, seja ele...