Estudo de propriedades magnéticas de filmes finos de cobalto sobre Si(111)

O crescimento de lmes nos ferromagnéticos sobre uma superfícies vicinal induz uma anisotropia uniaxial que atua juntamente com a anisotropia magnetocrislanina. Neste estudo, lmes nos de Co foram depositados sobre Si(111) para investigar o papel dessa anisotropia nas propriedades magnéticas do lme. Os substratos foram preparados quimicamente via uma solução de NH4F e caracterizados via microscopia de força atômica. Os lmes, depositados via desbaste iônico, foram caracterizados estruturalmente via difratometria de raio-x e microscopia de tunelamento. As propriedades magnéticas foram determinadas via magnetometria a efeito Kerr magnetoóptico, onde observou-se a presen ça de uma anisotropia uniaxial dominante. Um modelo fenomelógico de reversão da magnetização via rotação coerente foi aplicado para ajustar as curvas de histerese, e as constantes de anisotropia uniaxial para cada espessura foram determinadas.

Estudo das propriedades magnéticas e estruturais de filmes ultrafinos de Fe, Co e Ni/Au(111) produzidos por eletrodeposição

Neste trabalho foram estudadas as propriedades magnéticas e estruturais de filmes ultrafinos de Fe, Co e Ni produzidos por eletrodeposição sobre substratos de Au(111). Os estágios iniciais de crescimento dos filmes foram estudados por técnicas de caracterização “in-situ”. Uma nova técnica de caracterização do estado magnético de filmes ultrafinos eletrodepositados (EC-AGFM) foi utilizada, mostrando-se uma poderosa ferramenta para o estudo das propriedades magnéticas dos filmes. Outras técnicas, como STM “in-situ”, PMOKE “in-situ”, EXAFS, XRD, RBS foram utilizadas. A análise dos dados revelaram resultados diferentes para os filmes de Fe e Co/Au(111), em comparação aos filmes de Ni/Au(111). Enquanto a anisotropia magnética perpendicular (PMA) foi observada para os filmes de Fe e Co/Au(111), não foi observada para os filmes de Ni/Au(111). Os resultados são interpretados em termos das contribuições para a anisotropia magnética dos filmes. No caso do níquel, a degradação de suas propriedades magnéticas são atribuídas à incorporação de hidrogênio durante a deposição. Os resultados das análises magnética e estrutural são correlacionados a fim de compreender o comportamento das propriedades observadas. Os resultados são comparados aos obtidos por técnicas em vácuo.

Estudo experimental e teórico das propriedades magnéticas e supercondutoras dos compostos borocarbetos da série Y(Ni 1-x Mn x) 2 B2 C com x = 0,0, 0,01, 0,025, 0,05, 0,10 e 0,15

Apresentamos neste trabalho os resultados de um estudo experimental e teórico dos compostos borocarbetos supercondutores da série Y(Ni1-xMnx)2B2C com x = 0; 0,01; 0,025; 0,05; 0,10; 0,15. A principal motivação para este trabalho foi investigar a estrutura eletrônica e a possível formação do momento magnético sobre os átomos de impureza de Mn nos compostos Y(Ni1- xMnx)2B2C. O aparecimento do momento magnético localizado no sítio da impureza possibilitou estudar a influência do Mn sobre o mecanismo de quebra de pares supercondutores e sobre as propriedades magnéticas do composto. Os borocarbetos são compostos de estrutura cristalina tetragonal de corpo centrado e altamente anisotrópicos (c/a~3). São intermetálicos de alta temperatura crítica supercondutora Tc, com forte acoplamento elétron-fonon. Em alguns casos podem apresentar ordem magnética, supercondutividade e também coexistência ou competição energética entre ambos. As medidas de transporte eletrônico, em função da temperatura, foram feitas utilizando-se um detector síncroton baseado na técnica de quatro pontos operando na faixa de 4,2K até 300K. Essas medidas possibilitaram o estudo das propriedades relacionadas ao transporte eletrônico na fase supercondutora. Na fase normal, extraiu-se a dependência em energia da função espectral de fonons α² F (ω) para alguns compostos da série estudada. As medidas magnéticas em função da temperatura e do campo magnético foram feitas utilizando-se um SQUID (Superconducting Quantun Interference Device – Quantun Design Model MPMS XL). Tais medidas permitiram a caracterização das propriedades magnéticas de nossas amostras. Em particular determinou-se o valor, em regime de saturação, do momento magnético associado ao sítio cristalino do Mn. Foram determinadas também as correntes críticas supercondutoras usando o Modelo de estado crítico de Bean e a variação da temperatura crítica supercondutora (Tc) com a mudança do campo externo aplicado. As medidas magnéticas permitiram a obtenção do diagrama que relaciona o campo crítico inferior (HC1) e a temperatura, variando-se a concentração do átomo dopante de manganês. Foi feito um esforço teórico no sentido de interpretar os resultados experimentais. Para isso foram usados três modelos: O modelo de estado crítico de Bean já citado acima e um modelo baseado na fórmula de Ziman usando uma aproximação para a função espectral de fonons para descrever a resistividade no regime de alta temperatura. Além disto, usou-se o modelo de duas sub-redes para a descrição do momento magnético das impurezas de Mn, em função da concentração, na série Y(Ni ) ( 2 ω α F 1-xMnx)2B2C.

Estágios iniciais da eletrodeposição de cobalto e níquel acompanhados por EC-STM e EC-AGFM

Neste trabalho foram eletrodepositados filmes ultrafinos de cobalto e níquel sobre substrato de Au/mica. Os estágios iniciais da deposição foram acompanhados in-situ pelo uso das técnicas de EC-STM (microscopia de varredura por tunelamento – modo eletroquímico) e EC-AGFM (magnetome tria de força de gradiente de campo alternado – modo eletroquímico), que se constitui em uma nova técnica para avaliação de propriedades magnéticas de filmes ultrafinos eletrodepositados. Como resultado, foi obtido o comportamento eletroquímico do eletrodo de Au/mica em meios contendo cobalto ou níquel, acrescidos ou não, dos aditivos: sacarina e tiouréia e a caracterização magnética dos filmes formados. Os dados obtidos por EC-STM revelaram a estrutura dos filmes de cobalto e níquel em baixa espessura (algumas monocamadas). A deposição de cobalto inicia com uma bicamada e o crescimento continua quase camada por camada. Para o caso do níquel o modo de crescimento está associado ao potencial aplicado: filmes crescidos em –1,1VMSE apresentaram nucleação instantânea, enquanto para –1,2VMSE foi observada nucleação progressiva. Pela análise dos dados obtidos por EC-AGFM, foi possível relacionar a estrutura dos filmes as suas propriedades magnéticas. Foi encontrada anisotropia magnética perpendicular somente para os filmes de cobalto em torno de 1,3ML de espessura. O efeito dos aditivos sacarina e tiouréia nas medidas magnéticas também foi estudado.

Síntese de pós de alumina nanocristalina por combustão em solução

Esta dissertação teve como objetivo o estudo e desenvolvimento da técnica de síntese por combustão em solução para obtenção de nanocristais de alumina, e a caracterização desse material por diferentes técnicas. O estudo da obtenção incluiu o modelamento termodinâmico das reações investigadas e a influência da razão combustíveloxidante no tamanho de partícula. A síntese da alumina por combustão foi realizada a partir do par precursor químico glicina-nitrato de alumínio em água, para diferentes razões combustível-oxidante, temperaturas de chama e número total de moles gasosos, relacionando esses parâmetros com tamanho de cristalito no pó, deformação de rede, área superficial e porosidade total. As reações químicas de combustão em solução resultaram na formação in situ de fases metaestáveis de Al2O3 para o pó como-sintetizado. A fase Al2O3-α, cuja formação não ocorreu nem na presença de um extra-oxidante, somente foi obtida após um tratamento térmico a 1100°C do pó como-sintetizado. O modelamento termodinâmico da reação de combustão em solução mostrou que quando a razão combustível-oxidante aumenta, obtém-se uma elevação da temperatura de chama adiabática e da quantidade de gás produzida, definindo características do particulado como morfologia, tamanho de cristalito, área superficial e nível de aglomeração. A caracterização do pó utilizou técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por dispersão de laser (GDL), BET para análise de área superficial e porosidade total, difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os pós de alumina alfa obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método de Williamson-Hall, a partir de dados de análises por DRX, foi de 97 nm, e deformação média calculada de 5x10-3 % A análise granulométrica dos pós como-sintetizados verificou um tamanho de aglomerado de 40 µm, com distribuição monomodal. As análises por MEV e MET confirmaram a aglomeração das partículas do pó como-sintetizado, a partir de partículas com morfologia irregular.

Obtenção de material magnético macio de Fe-Si pelo processo de injeção de pós metálicos

O presente trabalho tem como objetivo estabelecer uma rota alternativa para obtenção de ímãs de Fe-Si pelo processo de injeção de pós metálicos. Utilizando uma matéria-prima de custo mais baixo do que a tradicional e o processo de Mecano Síntese, deseja-se obter um ímã de baixo custo e boas propriedades magnéticas.

Simulação de reatores de polimerização de estireno : modelagem cinética e termodinâmica

Nesse trabalho, é proposto um modelo fenomenológico para a polimerização de estireno em solução, validado com dados de uma planta industrial. Um modelo matemático para a polimerização do estireno via radicais livres é desenvolvido para predizer o comportamento estacionário e dinâmico do processo contínuo de produção de poliestireno. O modelo inclui a cinética de polimerização, em dois reatores CSTR auto-refrigerados em série, o equilíbrio líquido-vapor na seção de reação e as propriedades do produto final. Os resultados obtidos através do modelo desenvolvido são utilizados para determinar quais são os efeitos da composição de alimentação, temperatura e concentração do iniciador na conversão do monômero, massas molares, polidispersão, formação de dímeros e trímeros, densidade, viscosidade, índice de fluidez, propriedades térmicas e tensão de ruptura. Para o equilíbrio líquido-vapor, um modelo termodinâmico também foi desenvolvido para reatores auto-refrigerados, que usam o calor de evaporação para remover o calor gerado por reações químicas fortemente exotérmicas, e modelado através de uma equação cúbica de estado e uma regra de mistura aplicada ao equilíbrio líquido-vapor a baixas pressões para soluções poliméricas através do emprego de um único parâmetro de interação. O modelo desenvolvido pode ser utilizado para avaliação de estruturas de controle, simulação e otimização do processo de polimerização do estireno.

Efeitos de ordenamento chiral em supercondutores e sistemas magnéticos desordenados

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre as propriedades magnéticas e de transporte elétrico de sistemas caracterizados por desordem e frustração. Tais sistemas são amostras granulares do supercondutor de alta temperatura crítica YBa2Cu3O7-δ e amostras do tipo vidro-de-spin e reentrantes das ligas magnéticas diluídas AuMn 8at% e AuFe xat% (x = 8, 12, 15, 18 e 21). No supercondutor granular foram estudados os efeitos de flutuações termodinâmicas na magnetocondutividade nas proximidades da transição supercondutora e a linha de irreversibilidades magnéticas. A transição para o estado de resistência nula é um processo que ocorre em duas etapas. Inicialmente, a transição de pareamento estabiliza a supercondutividade no interior dos grãos. A transição de coerência ocorre em temperaturas inferiores e ativa ligações fracas entre os grãos através de um processo do tipo percolação. O regime que antecede a transição de coerência é caracterizado por flutuações na fase do parâmetro de ordem. A linha de irreversibilidades magnéticas, estudada a partir da magnetoresistência e magnetização DC, revela um comportamento do tipo Almeida-Thouless em baixos campos magnéticos aplicados, seguido de um crossover, em µ0H = 0.1 T, para um comportamento do tipo Gabay-Toulouse. A linha de irreversibilidades é interpretada como sendo uma manifestação experimental de uma transição de vidro chiral. As ligas magnéticas diluídas foram estudadas através do efeito Hall extraordinário. Os resultados mostram claramente que dois termos de sinais contrários contribuem para este efeito nestes sistemas. Em particular, é observada uma anomalia no coeficiente de Hall extraordinário em temperaturas próximas à temperatura de ordenamento dos vidros-de-spin e de “canting” dos reentrantes que não é prevista por nenhuma teoria convencional de efeito Hall. A interpretação dos resultados é feita em termos do modelo de vidro chiral, mostrando a importância de uma contribuição de origem puramente chiral. Esta é a primeira vez que a chiralidade, uma propriedade intrínseca de sistemas desordenados e frustrados, é observada experimentalmente de modo direto.

Nanoestruturas de ferro crescidas em superfícies vicinais de silício: morfologia, estrutura e magnetismo

Neste trabalho foram estudadas as propriedades morfológicas, estruturais e magnéticas de nanoestruturas de Fe crescidas em Si(111) vicinal. A análise de superfície foi feita usando microscopia de força atômica e microscopia de tunelamento, e as medidas de caracterização estrutural, por espectroscopia de absorção de raios-X. As propriedades magnéticas foram investigadas usando dois métodos distintos: efeito Kerr magneto-óptico e magnetômetro de força de gradiente alternado. Os substratos foram preparados quimicamente com uma solução NH4F e caracterizados por microscopia de força atômica. As análises morfológicas das superfícies permitiram classificá-las em dois grupos: Si(111)- monoatômicos e Si(111)-poliatômicos. Filmes finos de ferro de 1.5, 3, 6 e 12 nm foram crescidos sobre eles. A análise das superfícies indicou dois modos diferentes de crescimento do ferro; o sistema Fe(x)Si(111)-monoatômico resulta em grãos de ferro aleatoriamente distribuídos, e o sistema Fe(x)Si(111)-poliatômico em nanogrãos de ferro alongados na direção perpendicular aos degraus, auto-organizados. Particularmente no filme Fe(3 nm)/Si(111)-poliatômico, ao redor de metade dos grãos estão alinhados ao longo da direção [110] , ou seja, paralelo aos degraus. O padrão de nanogrãos de ferro alongados orientados perpendicular aos degraus foi interpretado com uma conseqüência da anisotropia induzida durante o processo de deposição e a topologia do substrato Si(111)-poliatômico. Uma forte relação entre a morfologia e a resposta magnética dos filmes foi encontrada. Um modelo fenomenológico foi utilizado para interpretar os dados experimentais da magnetização, e uma excelente concordância entre as curvas experimentais e calculadas foi obtida.

Competições magnéticas no sistema Fe xCo 1-xTa 2 O 6

São apresentados resultados obtidos a partir de difração de raios-X (DRX), difração de nêutrons (DN), susceptibilidade magnética (X(T)), magnetização (M(H)), espectroscopia Mõssbauer (EM) e calor específico (Cp) de amostras do sistema FexCo1-x Ta206. Difratogramas de DRX e de DN e as curvas M(H) indicam que as amostras estão bem cristalizadas e homogêneas, e que o sistema é uma solução sólida para toda faixa de substituição Fe -> Co. Os ajustes de DN revelam fases magnéticas com dois vetores de propagação (::I::~~ ~) para o CoTa206 e (~ O ~) e (O ~ ~) para o FeTa206' A segunda configuração permanece a mesma para as amostras ricas em Fe (0,46 :S x < 1,00), enquanto que as amostras ricas em Co (0,09 :S x < 0,46) apresentam configuração magnética indexada pelos vetores de propagação (::I::~~ O). O diagrama de fase temperatura vs. x exibe um ponto bicrítico em torno de T = 4,9 K e x = 0,46. A temperatura de Néel máxima das região rica em Fe é 9,5 K, e 7,1 K para a região rica em Co. No ponto bicrítico, o sistema mostra coexistência de ambas estruturas magnéticas. Esse comportamento bicrítico é interpretado como sendo induzido pelas competições entre as diferentes fases magnéticas e pela variação das propriedades cristalográficas.

Modelagem e simulação da câmara de reação de uma caldeira a carvão pulverizado

O presente trabalho é parte integrante de um projeto multidisciplinar cujo objetivo é construir uma ferramenta computacional capaz de simular a operação de uma Usina Termoelétrica tratando, especificamente, da câmara de reação (local da caldeira onde se desenvolve a queima do combustível). Foi desenvolvido um modelo matemático dinâmico, pseudo-homogêneo, unidimensional e, com propriedades físicas variáveis, com o objetivo de descrever a conversão do calor gerado pela combust em energia térmica, que está baseado em balanços de massa e energia. Este modelo foi implementado no simulador gPROMS e seus parâmetros foram estimados utilizando o módulo gEST deste software (método da máxima verossimilhança), com base em dados de operação da Usina e dados cinéticos de literatura. Para a simulação dinâmica da câmara de reação foi utilizado um método de integração implícita de passos múltiplos com ordem e passo variáveis. A câmara de combustão foi dividida em três zonas, sendo realizados, em cada zona, os balanços de massa e energia, adotando-se a hipótese de mistura perfeita. O modelo desenvolvido prevê o perfil de temperatura ao longo da câmara, as correntes de saída e a composição dos gases de combustão em cada zona; incluindo uma previsão aproximada da concentração dos poluentes formados, principalmente monóxido de nitrogênio e dióxido de enxofre. Os resultados apresentados mostraram que o modelo prediz satisfatoriamente a composição do gás de combustão na saída da câmara de reação e que a divisão da câmara em diferentes zonas de combustão é apropriada para avaliar a geração e o aproveitamento energético na caldeira.

Interações magnéticas e magnetoresistencia em Co/sub 10/ Cu/sub 90/

Foram investigados os efeitos de tratamentos térmicos nas propriedades estruturais, magnéticas e de magnetotransporte eletrônico de fitas de Co10Cu90 rapidamente resfriadas (“melt-spun”) enfatizando o estudo de possíveis relações entre as interações magnéticas entre grãos, camadas e cristais presentes nestes materiais e a magnetoresistência. A análise combinada da evolução estrutural e da intensidade das interações entre os grãos magnéticos mostra claramente o papel de alguns parâmetros estruturais (tamanho e densidade de partículas, distância entre partículas) e da própria intensidade das interações entre as partículas nas propriedades de transporte eletrônico em presença de um campo magnético.

Resinas poliésteres carboxifuncionais para tinta em pó : caracterização e estudo cinético da reação de cura

Um grande desafio relacionado à química da resina poliéster carboxifuncional, para aplicação em tinta em pó, é conseguir um balanço adequado entre a sua massa molar, funcionalidade, viscosidade e temperatura de transição vítrea (Tg). Essas características devem permitir a aplicação da resina na produção de tinta em pó na qual seja possível a obtenção de boa estabilidade durante sua estocagem e ótimas propriedades mecânicas durante a sua vida útil. Nesta tese, desenvolveu-se a introdução de uma metodologia para a caracterização de resinas poliésteres carboxifuncionais para aplicação em tinta em pó, baseada em reometria capilar e calorimetria diferencial de varredura (DSC). Esta se diferencia daquela baseada em métodos usuais muito subjetivos, usados corriqueiramente no controle do processo de síntese destas resinas. Os resultados de DSC mostram que todas as resinas poliésteres carboxifuncionais sintetizadas neste trabalho são completamente amorfas, sendo a Tg um parâmetro sensível à modificação da composição da resina. A determinação da viscosidade de cisalhamento das resinas utilizando reômetro capilar em comparação a outras técnicas usuais, permite a obtenção de valores mais absolutos, independente da ordem de grandeza da massa molar e da funcionalidade da resina, demonstrando ser uma técnica simples, eficaz e de grande utilidade em relação às atualmente utilizadas. A utilização da técnica de DSC permitiu avaliar a cinética da reação de cura do sistema poliéster/triglicidilisocianurato (TGIC) através de métodos cinéticos isotérmicos e dinâmicos. Através do método isotérmico determinou-se o grau de conversão da reação para vários tempos de cura, e pelos métodos dinâmicos de Kissinger, Osawa e Meia Largura determinou-se a energia de ativação da cura.

Síntese, caracterização e propriedades do polímero cloreto de 3-n-propil-1-azônia-4-azabiciclo[2.2.2]octano silsesquioxano

Neste trabalho encontra-se descrita a síntese do polímero híbrido organo inorgânico, cloreto de 3-n-propil-1-azônia-4-azabiciclo [2.2.2] octano silsesquioxano (dabcosilsesquioxano), através do método sol-gel. O polímero foi obtido por reação entre o precursor orgânico cloreto de 3-n-propiltrimetoxisilano-1-azônia-4-azabiciclo[2.2.2]octano (dabcosil), obtido em nosso laboratório, e o precursor inorgânico tetraetilortosilicato (TEOS) usando relações molares TEOS/dabcosil de 0 até 49, em meio ácido (pH entre 3 e 4). A caracterização destes materiais, realizada por espectroscopia no infravermelho e por análise termogravimétrica, comprovou que são materiais híbridos e que eles apresentam uma estabilidade térmica até 300ºC. Os polímeros com alto grau de conteúdo orgânico mostraram-se solúveis em água e foram facilmente depositados sobre matrizes de sílica, alumina e sílica modificada com um filme de óxido de alumínio (Al/SiO2). Estudos da lixiviação dos polímeros em água, nestas matrizes, mostraram que os mesmos tem melhor aderência na matriz de Al/SiO2. O polímero dabcosilsesquioxano com relação molar TEOS/dabcosil 0,33 impregnado na matriz Al/SiO2 foi usado como adsorvente para CuCl2, ZnCl2 e CdCl2 em solução etanólica, sendo que a capacidade de adsorção dos cloretos metálicos seguiu a ordem CdCl2 > ZnCl2 > CuCl2. A seletividade para a adsorção dos íons metálicos, em situação competitiva, também foi estudada. Os melhores resultados foram encontrados para o cádmio. Os materiais híbridos com menor grau de incorporação orgânica, mostraram-se insolúveis em água. A morfologia destes polímeros foi estudada através da microscopia eletrônica de varredura e de isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, sendo então obtidas a área superficial específica, a distribuição de tamanho de poros e uma estimativa do tamanho médio de partículas. Um estudo exploratório da potencialidade destes materiais como adsorventes de cátions cádmio em solução aquosa mostrou resultados muito positivos.

Híbridos à base de anilina/sílica obtidos através do processo sol-gel: síntese, caracterização e propriedades

Neste trabalho inicialmente foi sintetizado o precursor organoalcoxisilano 3- anilinapropiltrimetoxisilano, APTMS, a partir da reação entre a anilina e o 3- cloropropiltrimetoxisilano, CPTMS, usando hidreto de sódio, NaH, como ativador de base. O precursor inorgânico tetraetilortosilicato, TEOS, foi polimerizado na presença do precursor orgânico, e catalisador. Durante a etapa de polimerização dos precursores alcóxidos, foram investigadas as influências da temperatura, do tipo e concentração do catalisador e da concentração de precursor orgânico adicionado nas propriedades finais dos híbridos anilinapropilsilica resultantes. Os materiais híbridos foram caracterizados através das técnicas: espectroscopia no infravermelho (FT-IR), técnica de espalhamento de Raios-x a baixos ângulos (SAXS), microscopia eletrônica de varredura (SEM), isotermas de adsorção e dessorção de nitrogênio, análise elementar, espectroscopia de aniquilação de pósitrons (PALS), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de elétrons dispersos (EDS). A potencialidade de aplicação dos híbridos obtidos como materiais adsorventes na extração dos cátions Cu(II), Zn(II), Cd(II) e Co(II), em solução, foi investigada usando-se isotermas de adsorção pelo método batelada. Através das técnicas de caracterização foi possível observar que as propriedades morfológicas dos materiais como área superficial, distribuição do tamanho de poros, forma e tamanho das partículas, além da estabilidade e grau de incorporação orgânica podem ser controladas em maior ou menor grau, dependendo da variável usada durante a polimerização dos precursores alcóxidos. O material apresentou propriedades promissoras como adsorvente seletivo para o cobre.