In-situ X-ray diffraction studies during growth of Ni-Ti shape memory alloy films and their complementary ex-situ characterization

Shape Memory Alloy (SMA) Ni-Ti films have attracted much interest as functional and smart materials due to their unique properties. However, there are still important issues unresolved like formation of film texture and its control as well as substrate effects. Thus, the main challenge is not only the control of the microstructure, including stoichiometry and precipitates, but also the identification and control of the preferential orientation since it is a crucial factor in determining the shape memory behaviour. The aim of this PhD thesis is to study the optimisation of the deposition conditions of films of Ni-Ti in order to obtain the material fully crystallized at the end of the deposition, and to establish a clear relationship between the substrates and texture development. In order to achieve this objective, a two-magnetron sputter deposition chamber has been used allowing to heat and to apply a bias voltage to the substrate. It can be mounted into the six-circle diffractometer of the Rossendorf Beamline (ROBL) at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Grenoble, France, enabling an in-situ characterization by X-ray diffraction(XRD) of the films during their growth and annealing. The in-situ studies enable us to identify the different steps of the structural evolution during deposition with a set of parameters as well as to evaluate the effect of changing parameters on the structural characteristics of the deposited film. Besides the in-situ studies, other complementary ex-situ characterization techniques such as XRD at a laboratory source, Rutherford backscattering spectroscopy(RBS), Auger electron spectroscopy (AES), cross-sectional transmission electron microscopy (X-TEM), scanning electron microscopy (SEM), and electrical resistivity (ER) measurements during temperature cycling have been used for a fine structural characterization. In this study, mainly naturally and thermally oxidized Si(100) substrates, TiN buffer layers with different thicknesses (i.e. the TiN topmost layer crystallographic orientation is thickness dependent) and MgO(100) single crystals were used as substrates. The chosen experimental procedure led to a controlled composition and preferential orientation of the films. The type of substrate plays an important role for the texture of the sputtered Ni-Ti films and according to the ER results, the distinct crystallographic orientations of the Ni-Ti films influence their phase transformation characteristics.

Effect of different dopant elements on the properties of ZnO thin films

Vacuum, Vol. 64

Fluorescence in nanostructured fulleride films

Applied Physics Letters, 89

Development of a piezoelectric biosensor based on PVDF films

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Selective synthesis under microwave irradiation of new monomers for potential applications in PDLC films

Dissertation to obtain the degree of master in Bioorganic

Development of copper and nickel based oxide thin-films: design and fabrication of thin-film transistors

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Nanotecnologia e Nanociência

Development and Characterization of bioactive, edible whey protein films and coatings to improve quality and safety of Food products

Dissertação para a obtenção de grau de doutor em Ciências da Engenharia e Tecnologia

Effect of surfactant on PDLC films with and without permanent memory effect

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Development of ion jelly thin films for electrochemical devices

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Development of suberin films driven by an ionic liquid-based depolymerisation process

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Chemistry

Alumina recoberta por carbono como suporte de catalisadores de hidrodessulfurização

O presente trabalho consistiu no estudo do uso do etilenoglicol como fonte de carbono visando o recobrimento de uma alumina comercial, produzindo uma alumina recoberta por carbono (ARC). Os materiais preparados foram utilizados como suporte de molibdénio e usados na reação modelo de HDS do tiofeno. De modo a avaliar a influência da fonte de carbono na atividade e seletividade dos catalisadores preparados, foi estudada a variação da temperatura de carbonização e a variação do número de monocamadas teóricas de carbono impregnadas na superfície da γ-alumina. Os diferentes suportes e catalisadores sintetizados foram caraterizados por análise da cor, difração de raios X (DRX), fisissorção de N2, espetroscopia Raman, espetroscopia de refletância difusa na região do IV com transformada de Fourier (DRIFTS), Dessorção a temperatura programada (TPHe) e avaliação catalítica. Os resultados mostraram que com uma monocamada teórica, e para temperaturas inferiores a 700 ºC, a carbonização da fonte de carbono foi incompleta e que apenas para a temperatura de 700 ºC se originou carbono amorfo. Porém, verificou-se ainda que uma monocamada teórica de carbono não foi suficiente para recobrir a superfície da alumina, o que originou a necessidade de estudar a variação do número de monocamadas teóricas. A variação do número de monocamadas teóricas de carbono permitiu concluir que com um número inferior a 3 monocamadas teóricas não se verificou qualquer alteração nas propriedades da alumina. A impregnação de 3, 4, ou 5 monocamadas teóricas foi suficiente apenas para diminuir a área específica, porém não foi possível recobrir totalmente a superfície do suporte. Estes resultados indicam que o motivo pelo qual não foi possível recobrir a superfície do suporte se deve provavelmente à natureza da fonte de carbono utilizado, o etilenoglicol.

Caracterização da fase activa de catalisadores de Níquel suportados em α-Alumina, utilizando as reacções de desidrogenação e Hidrogenólise do Ciclohexano

A constante melhoria da eficiência energética dos processos industriais actuais é crucial para o contínuo desenvolvimento sustentável da espécie humana. O estudo das reacções de desidrogenação e hidrogenólise do ciclohexano, sobre catalisadores suportados, pode contribuir para um melhor entendimento acerca dos processos de formação e armazenamento de H2, uma das mais promissoras fontes de energia do futuro próximo, assim como para processos actuais tão importantes como a refinação ou o reforming catalítico do petróleo. Escolheu-se estudar as referidas reacções sobre catalisadores de Ni/α-Al2O3, preparados por três métodos distintos e submetidos a diferentes pré-tratamentos, de modo a realçar a dependência das reacções no que se refere às propriedades catalíticas. A maioria dos estudos anteriores sobre estas mesmas reacções recai sobre catalisadores com metais nobres, como a platina ou o paládio, bastante mais dispendiosos que o níquel para aplicações em larga escala. Os precursores e catalisadores previamente preparados foram submetidos à caracterização por diferentes técnicas: Termogravimetria (sob fluxo oxidativo e não oxidativo), Difracção de Raios-X e Quimissorção de H2. O estudo das reacções de desidrogenação e hidrogenólise do ciclohexano realizou-se recorrendo à análise por Cromatografia Gasosa, utilizando dois cromatógrafos distintos (HEWLETT PACKARD 5890 SERIES II, para GC, e 490 Micro GC Agilent, para Micro GC). Pôde concluir-se que o método de preparação dos catalisadores influenciou a actividade para ambas as reacções, assim como os diferentes pré-tratamentos aplicados. No geral, e na gama de temperaturas estudadas (entre 250 e 310º C), os catalisadores preparados pelo método com etilenodiamina evidenciaram maior actividade para a reacção de desidrogenação, sendo que os catalisadores preparados pelo método com etilenoglicol foram os mais activos para a reacção de hidrogenólise.

VO2 thin films and nanoparticles for energy-saving applications in architectural elements

Vanadium dioxide (VO2) is a promising material with large interest in construction industry and architecture, due to its thermochromic properties. This material may be used to create "smart" coatings that result in improvements in the buildings energy efficiency, by reducing heat exchanges and, consequently, the need for acclimatization. In this work, VO2 thin films and coatings were produced and tested in laboratory, to apply in architectural elements, such as glass, rooftop tiles and exterior paints. Thin films were produced by RF magnetron sputtering and VO2 nanoparticles were obtained through hydrothermal synthesis, aiming to create "smart" windows and tiles, respectively. These coatings have demonstrated the capability to modulate the transmittance of infrared radiation by around 20%. The VO2 nanoparticle coatings were successfully applied on ceramic tiles. The critical temperature was reduced to around 40ºC by tungsten doping. Ultimately, two identical house models were built, in order to test the VO2 coatings, in real atmospheric conditions during one of the hottest months of the year, in Portugal – August.