Estudo do efeito magnetocalórico em sistemas magnéticos com terras raras

O efeito magnetocalórico, base da refrigeração magnética, é caracterizado por duas quantidades: a variação isotérmica da entropia (ΔST) e a variação adiabática da temperatura (ΔTS); que são obtidas sob variações na intensidade de um campo magnético aplicado. Em sistemas que apresentam anisotropia magnética, pode‐se definir o efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual, por definição, é calculado sob variações na direção de aplicação de um campo magnético cuja intensidade mantém‐se fixa, e é caracterizado por duas quantidades: a variação anisotrópico‐isotérmica da entropia (ΔSan) e a variação anisotrópico‐adiabática da temperatura (ΔTan). O efeito magnetocalórico e o efeito magnetocalórico anisotrópico foram estudados nos compostos intermetálicos formados por terras e outros materiais não magnéticos: RNi2, RNi5, RZn e Gd1‐nPrnAl2. Os cálculos foram feitos partindo de hamiltonianos modelo que incluem as interações de troca, Zeeman, de campo cristalino e quadrupolar.

Investigação da microarquitetura óssea através de microtomografia 3D

A microtomografia computadorizada (uCT) é uma técnica de ensaio não destrutivo, frequentemente utilizada no estudo da estrutura interna de ossos, com uma resolução espacial da ordem de mícrons. Neste trabalho, seis pares de amostras ósseas (fêmur de rato) foram estudados através da uCT. Os ensaios foram conduzidos na presença ou não de filtros de alumínio (espessura de 0,25; 0,50 e 0,75 mm), utilizando-se três níveis de resolução (33,3; 15,0 e 9,5 um). Os parâmetros de arquitetura óssea BS (área óssea da amostra), BV (volume ósseo da amostra), TS (área superficial da amostra), TV (volume da amostra), BV/TV (razão entre o volume ósseo e o volume da amostra), BS/BV (razão entre a área óssea da amostra e o volume ósseo da amostra), Tb.N (densidade trabecular), Tb.Th (espaçamento entre as trabéculas), Tb.Sp (separação trabecular), conectividade e anisotropia foram determinados através das análises em duas (2D) e/ou três (3D) dimensões. A comparação entre os valores dos parâmetros obtidos através dessas análises foi realizada através do teste t pareado e da correlação de Pearson. Com base nos resultados, foi possível determinar a influência da resolução da imagem na qualidade dos parâmetros da arquitetura óssea obtidos através das análises 2D e/ou 3D. Os dados mostram que a presença de filtro de alumínio também afeta a qualidade desses parâmetros. Assim, os melhores resultados são obtidos com resolução máxima e filtro de alumínio com espessura de 0,25 ou 0,50 mm.

Métodos espectronodais para cálculos de transporte de partículas neutras com fonte fixa na formulação de ordenadas discretas e multigrupo de energia

Um método espectronodal é desenvolvido para problemas de transporte de partículas neutras de fonte fixa, multigrupo de energia em geometria cartesiana na formulação de ordenadas discretas (SN). Para geometria unidimensional o método espectronodal multigrupo denomina-se método spectral Greens function (SGF) com o esquema de inversão nodal (NBI) que converge solução numérica para problemas SN multigrupo em geometria unidimensional, que são completamente livre de erros de truncamento espacial para ordem L de anisotropia de espalhamento desde que L < N. Para geometria X; Y o método espectronodal multigrupo baseia-se em integrações transversais das equações SN no interior dos nodos de discretização espacial, separadamente nas direções coordenadas x e y. Já que os termos de fuga transversal são aproximados por constantes, o método nodal resultante denomina-se SGF-constant nodal (SGF-CN), que é aplicado a problemas SN multigrupo de fonte fixa em geometria X; Y com espalhamento isotrópico. Resultados numéricos são apresentados para ilustrar a eficiência dos códigos SGF e SGF-CN e a precisão das soluções numéricas convergidas em cálculos de malha grossa.

Estudo do efeito magnetocalórico nos compostos da série Gd1-xDyxAl2

Nesta dissertação, foram investigadas as propriedades magnéticas e magnetocalóricas nos compostos intermetálicos de terras-raras Gd1-xDyxAl2 (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 e 1.00) usando abordagens teórica e experimental. Do ponto de vista teórico, a série Gd1-xDyxAl2 foi descrita através de um modelo para o hamiltoniano magnético, incluindo o efeito Zeeman, interação de troca e a anisotropia de campo elétrico cristalino. As entropias da rede e eletrônica foram consideradas nas aproximações de Debye e de gás de elétrons livres, respectivamente. A parte experimental inclui a preparação do material, sua caracterização e medidas das quantidades magnéticas e magnetocalóricas. Os resultados experimentais e os cálculos teóricos da variação adiabática da temperatura (ΔTad) e da variação isotérmica da entropia (ΔS T), sob variações de campo magnético ao longo da direção de fácil magnetização, estão de bom acordo. O efeito da aplicação do campo magnético ao longo de uma direção de difícil magnetização foi estudado e as componentes da magnetização em função da temperatura foram investigadas. Também foi observado que a temperatura de reorientação de spin, TR, diminui quando a intensidade do campo magnético aumenta. Além disso, as concentrações molares ótimas de um material híbrido formado pelos compostos Gd1-xDyxAl2 (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 e 1.00) foram simuladas usando um método numérico de matriz proposto por Smaili e Chahine. O compósito apresenta um bom intervalo de temperatura para um refrigerador magnético de 60 até 170 K.

Investigação do efeito magnetocalórico convencional e anisotrópico no sistema Er(1-y)Ho(y)N

O efeito magnetocalórico, base da refrigeração magnética, é caracterizado por duas quantidades: a variação isotérmica da entropia (ΔST) e a variação adiabática da temperatura (ΔTad) as quais podem ser obtidas sob variações na intensidade de um campo magnético aplicado. Em sistemas que apresentam anisotropia magnética, pode‐se definir o efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual, por definição, é calculado através da variação na direção de aplicação de um campo magnético cuja intensidade se mantém fixa. Nos materiais de nosso interesse, o efeito magnetocalórico é estudado teoricamente partindo de um hamiltoniano modelo que leva em conta a rede magnética (que pode ser composta por diversas sub-redes magnéticas acopladas), rede cristalina e a dinâmica dos elétrons de condução. No hamiltoniano magnético são consideradas as interações de troca, Zeeman e campo cristalino (esta ultima responsável pela anisotropia magnética). Recentemente, estudamos o efeito magnetocalórico convencional e o efeito magnetocalórico anisotrópico nos compostos mononitretos com terras-raras, a saber: Ho(y)Er(1-y)N para as concentrações y= 0,1,0.5 e 0.75. Comparações entre nossos resultados teóricos e os dados experimentais para o EMC foram bastante satisfatórias [3,9]. Além disso, diversas predições teóricas como a existência de uma fase ferrimagnética no sistema Ho(y)Er(1-y)N (para a concentração y=0.5) e reorientações de spin nas sub-redes do Ho e Er foram feitas [25].

Influência da reorientação de spin nas propriedades termomagnéticas dos compostos da série Ho1-yGdyAl2

Neste trabalho foram estudadas as propriedades estruturais e termomagnéticas dos pseudobinários Ho1-yGdyAl2, através de abordagens experimentais e teóricas. A parte experimental envolveu a preparação de cinco amostras, com as concentrações y = 0, 0,25, 0,5, 0,75 e 1, assim como medidas de magnetização, calor especifico e da variação adiabática da temperatura. Na parte teórica usamos um hamiltoniano modelo que leva em consideração a interação dos íons com o campo magnético aplicado, com o campo elétrico cristalino e a troca entre os íons magnéticos. A entropia da rede foi considerada na aproximação de Debye e a entropia eletrônica na aproximação do gás de elétrons livres. A influência das reorientações de spin, espontâneas e induzidas pelo campo magnético, na magnetização e no calor especifico foram investigadas sistematicamente tanto a partir de dados experimentais quanto teoricamente. Também obtemos resultados teóricos para a variação de entropia e variação adiabática da temperatura alterando a intensidade ou a direção do campo magnético.

Efeito da anisotropia sobre as propriedades magnetocalóricas de compostos metálicos: um estudo sistemático

O efeito magnetocalórico, i.e., o aquecimento e/ou resfriamento de um material magnético sob variação do campo magnético aplicado é a base da refrigeração magnética.O efeito magnetocalórico é caracterizado pela variação da entropia em um processo isotérmico (O efeito magnetocalórico, i.e., o aquecimento e/ou resfriamento de um material magnético sob variação do campo magnético aplicado é a base da refrigeração magnética. O efeito magnetocalórico é caracterizado pela variação da entropia em um processo isotérmico (ΔSiso) e pela variação da temperatura em um processo adiabático ΔTad.Apesar dos inúmeros trabalhos experimentais e teóricos publicados nessa área, muitos aspectos desse efeito ainda não são bem compreendidos.Nesse trabalho discutimos os efeitos da anisotropia sobre as propriedades magnetocalóricas de um sistema de momentos magnéticos localizados. Para essa finalidade, utilizamos um modelo de spins interagentes com um termo de anisotropia uniaxial do tipo DS2 z , onde D é um parâmetro. Nesse modelo, em que o eixo z é a direção de fácil magnetização, a magnitude do parâmetro de anisotropia e a direção do campo magnético aplicado têm um papel fundamental no comportamento das grandezas magnetocalóricas ΔSiso e ΔTad. Realizamos um estudo sistemático para um sistema com J = 1 aplicando o campo magnético em diferentes direções. Os resultados mostram que, quando o campo magnético é aplicado ao longo da direção z, as grandezas magnetocalóricas apresentam o comportamento normal (valores positivos de ΔTad e valores negativos de ΔSiso para ΔB > 0). Quando o campo magnético é aplicado em uma direção diferente do eixo z, as grandezas magnetocalóricas podem apresentar o comportamento inverso (valores negativos de ΔTad e valores positivos de ΔSiso para ΔB > 0) ou o comportamento anômalo (troca de sinal nas curvas de ΔTad e ΔSiso). Resultados equivalentes também foram obtidos para um sistema com J = 7=2.

Formação de nanopadrões em superfícies por sputtering iônico: Estudo numérico da equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky.

Apresenta-se uma abordagemnumérica para ummodelo que descreve a formação de padrões por sputtering iônico na superfície de ummaterial. Esse processo é responsável pela formação de padrões inesperadamente organizados, como ondulações, nanopontos e filas hexagonais de nanoburacos. Uma análise numérica de padrões preexistentes é proposta para investigar a dinâmica na superfície, baseada em ummodelo resumido em uma equação anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky, em uma superfície bidimensional com condições de contorno periódicas. Apesar de determinística, seu caráter altamente não-linear fornece uma rica gama de resultados, sendo possível descrever acuradamente diferentes padrões. Umesquema semi implícito de diferenças finitas com fatoração no tempo é aplicado na discretização da equação governante. Simulações foram realizadas com coeficientes realísticos relacionados aos parâmetros físicos (anisotropias, orientação do feixe, difusão). A estabilidade do esquema numérico foi analisada por testes de passo de tempo e espaçamento de malha, enquanto a verificação do mesmo foi realizada pelo Método das Soluções Manufaturadas. Ondulações e padrões hexagonais foram obtidos a partir de condições iniciais monomodais para determinados valores do coeficiente de amortecimento, enquanto caos espaço-temporal apareceu para valores inferiores. Os efeitos anisotrópicos na formação de padrões foramestudados, variando o ângulo de incidência.

Análise tensão deformação de uma barragem de concreto em solo residual preponderantemente anisotrópico.

Estudos de fundações de obras de arte, como barragens de concreto-gravidade e barragens de terra, devem contemplar todos os esforços atuantes no maciço de fundação, principalmente as tensões e as deformações esperadas durante todo o processo construtivo e no período pós-construtivo. Quando essas estruturas são apoiadas sobre rochas de boa sanidade, a escolha do barramento geralmente favorece a implantação de barragens de concreto. Entretanto, quando os maciços de fundação são formados por solos, a opção técnica geralmente mais bem aceita é quanto à utilização de barragens de terra. Em ambos os casos, as análises de estabilidade e de deformação são desenvolvidas por métodos analíticos bem consolidados na prática. Nas condições mais adversas de fundação, seja em rochas ou em solos com marcante anisotropia e estruturas reliquiares herdadas da rocha-mãe, a utilização de modelos constitutivos anisotrópicos em análises por elementos finitos propicia simulações mais realistas dessas feições estruturais, contribuindo para o seu melhor conhecimento. O presente trabalho teve por objetivo demonstrar a utilização de um modelo constitutivo anisotrópico no estudo da fundação da Barragem San Juan, localizada na República Dominicana, que foi concebida como uma estrutura tipo concreto-gravidade apoiada sobre solos residuais jovens altamente anisotrópicos. Nessa obra, apesar de sua pequena altura, a presença marcante de descontinuidades ensejou um estudo mais detalhado do comportamento tensão-deformação da fundação, levando em conta o levantamento detalhado da atitude das descontinuidades presentes no maciço e os resultados de ensaios de resistência em planos paralelos e normais às descontinuidades. Para a estimativa de deformações, os respectivos módulos de Young (Es) foram estimados com base em correlações com a resistência à penetração SPT desenvolvidas nesta dissertação, a partir de um estudo estatístico baseado em várias publicações disponíveis na literatura. As análises numéricas por elementos finitos foram desenvolvidas através do programa Plaxis 2D, utilizando-se como modelo constitutivo aquele denominado The Jointed Rock Model, que é particularmente recomendado para análises de estabilidade e deformação de materiais anisotrópicos. Os resultados das análises numéricas foram comparados com as análises de equilíbrio limite elaboradas para o projeto executivo da referida barragem, pelo programa Slope, utilizando o método rigoroso de Morgenstern e Price, que se mostrou conservador. Os resultados das análises numéricas mostraram sua inequívoca versatilidade para a escolha de opções de reforço da fundação, através de dentes que objetivavam o aumento das condições de estabilidade da barragem.

Microanálise e geoquímica em testemunhos de corais como elementos de interpretação dos impactos das forçantes naturais e antrópicas sobre a costa do Brasil

Corais pétreos são formadores de recifes. Por secretarem carbonato de cálcio pela base de seus pólipos, esses corais zooxantelados formam um exoesqueleto, composto geralmente por cristais de aragonita. Os padrões de crescimento coralinos variam desde a escala sazonal a centenária e podem ser caracterizados pela medida da taxa de crescimento, a variabilidade dos isótopos estáveis de oxigênio e carbono e pelas razões elementares Sr/Ca, Mg/Ca, U/Ca, Cd/Ca, Ra/Ca (entre outras) em seu esqueleto. Em um contexto global, os recifes cumprem importante papel como sumidouros de carbono atmosférico. Diante das evidências de um oceano mais quente na era moderna, a temperatura da superfície do mar (TSM) tem sido considerada um importante fator de controle da calcificação e crescimento coralino. Geralmente, a calcificação tende a aumentar com a elevação da TSM dentro de uma estreita faixa aceitável para o funcionamento pleno do metabolismo coralino. Neste trabalho, desenvolveu-se uma re-análise das taxas de crescimento de testemunhos de corais amostrados na costa brasileira (Salvador-Ba - Baía de Todos os Santos, Parque Nacional Marinho dos Abrolhos-Ba e Armação dos Búzios-RJ) empregando-se uma combinação de bandas de crescimento (alta e baixa densidades) auxiliado pelo método de luminescência e datação por radioisótopos de U e Th. As diferenças nas cronologias para os dois métodos variou de 1 ano para o caso de Abrolhos até 7,4 anos para Búzios (em seções específicas do testemunho). Foram analisadas variações de calcificação no esqueleto coralino e interpretadas à luz das razões Sr/Ca e U/Ca (ambos próxies da TSM), séries climáticas de AMO e PDO, e pH pelágico oceânico. Identificamos uma diminuição na taxa de calcificação do exoesqueleto no tempo estudado na amostra de Salvador de 0,4 g/cm2, e um aumento em Abrolhos de 0,4 g/cm2 e Búzios 0,3 g/cm2, exceto nos anos de 1950 ao final de 1980 e de 1910 ao final de 1930, respectivamente. Uma microtomografia de raio-X foi empregada para determinar micro-estruturas coralinas, sendo os parâmetros mais relevantes a microporosidade e a anisotropia. Para Abrolhos e Búzios, foi identificado um aumento na porosidade total do exoesqueleto, principalmente no começo de 1940 até o fim da década de 1980 e entre 1890 a 1930 respectivamente. Notou-se forte associação entre a redução do padrão de calcificação com o aumento da porosidade. Os testemunhos da espécie Siderastrea stellata coletados em Abrolhos e Búzios mostraram alta associação das razoes Sr/Ca e U/Ca com a taxa de calcificação, caracterizando uma resposta similar a de outros autores para a Grande Barreira na Austrália (DE'ATH et al., 2009) e para a região central do Mar Vermelho (CANTIN et al., 2010). Em relação as razões Ba/Ca, Salvador e Abrolhos evidenciaram variáveis que contribuíram para este aumento como a forçante de produção de petróleo e aumento populacional (economia), e TSM (oceano). Para Búzios, a TSM (oceano), produção de petróleo, aumento populacional e NDVI (economia). Após os anos de 1990, o impacto dos fatores econômicos, além das variáveis oceânicas respondem mais significativamente o aumento da razão Ba/Ca em todos os sítios quase que concomitantemente na costa brasileira.