Characterization of Mechanically Alloyed Nanocrystalline Fe(Al): Crystallite Size and Dislocation Density

A nanostructured disordered Fe(Al) solid solution was obtained from elemental powders of Fe and Al using a high-energy ball mill. The transformations occurring in the material during milling were studied with the use of X-ray diffraction. In addition lattice microstrain, average crystallite size, dislocation density, and the lattice parameter were determined. Scanning electron microscopy (SEM) was employed to examine the morphology of the samples as a function of milling times. Thermal behaviour of the milled powders was examined by differential scanning calorimetry (DSC). The results, as well as dissimilarity between calorimetric curves of the powders after 2 and 20 h of milling, indicated the formation of a nanostructured Fe(Al) solid solution

Síntesi i propietats de vidres metàl•lics massissos i materials nanocomposites basats en Fe per aplicacions com a materials magnètics tous

Estudi realitzat a partir d’una estada a l’ Institut für Komplexe Materialien, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, entre 2010 i 2011. S'ha explorat l'efecte de les condicions i influència dels elements d'aleació en la capacitat de formació de vidre, l'estructura i les propietats tèrmiques i magnètiques de vidres metàl•lics massissos i materials nanocristal•lins en base Fe. La producció d'aquests materials en forma de cintes de unes 20 micres de gruix ha estat àmpliament estudiada i s'ha vist que presenten unes propietats excel•lents com a materials magnètics tous. El propòsit general d'aquest projecte era l'obtenció de composicions òptimes amb alta capacitat de formar vidre i amb excel•lents propietats magnètiques com a materials magnètics tous combinat amb bones propietats mecàniques. El projecte prenia com a punt de partida l'aliatge [FeCoBSi]96Nb4 ja que és el que presenta millor capacitat de formar vidre i presenta una alta imantació de saturació i baix camp coercitiu. S'ha fet un estudi dels factors fonamentals que intervenen en la formació de l'estat vitri. La composició abans esmentada ha estat variada amb l'addició d'altres elements per estudiar com afecten aquests nous elements a les propietats, la formació de vidre i l'estructura dels aliatges resultants amb l'objectiu de millorar-ne les propietats magnètiques i la capacitat de formació de vidre. Entre altres s'ha usat el Zr, Mo, Y i el Gd per millorar la formació de vidre; i el Co i el Ni per millorar les propietats magnètiques a alta temperatura. S'han estudiat les relacions entre la capacitat de formació de vidre i la seva estabilitat tèrmica, la resistència a la cristal•lització i la estructura de l'aliatge resultant després del procés de solidificació. Per aquest estudi s'han determinat els mecanismes que controlen la transformació i la seva cinètica així com les fases que es formen durant el tractament tèrmic permetent la formulació de models predictius.

Diseño, fabricación y calibración de un dispositivo para la caracterización de las propiedades termofísicas en materiales secos de alta resistencia térmica y baja temparatura de uso

El presente proyecto final de carrera contiene el diseño, fabricación y calibración de un conductímetro térmico para materiales secos de alta resistencia térmica, realizado dentro de los límites impuestos por la norma. Se describen detalles constructivos, de fabricación, parámetros a tener en cuenta, y pasos a seguir para la realización del ensayo y para la certificación de los resultados. También se ha realizado el calibrado del dispositivo, un presupuesto detallado de la fabricación, y un estudio de sostenibilidad tanto para el proyecto como para cada ensayo realizado.

onductivitat tèrmica i índex de refracció no lineal dels compostos KRE(WO4)2 (RE=Gd,Y, Yb and Lu)

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy entre setembre i desembre 2007. Els materials monocristal•lins tungstats dobles de potassi i terra rara, KRE(WO4)2, a partir d'ara KREW, són en l'actualitat un material competitiu com a material actiu per sistemes de làser d'estat sòlid. Aquests materials monoclínics són fàcils de dopar amb altres densitats de ions lantànid, Ln3+, i a més presenten unes seccions eficaces d'absorció i d'emissió, molt elevades. Dins d’aquesta família, destaca el KLuW; degut als seus millors resultats com a material làser. Durant aquesta estada d’un mes al laboratori Max Born de Berlin, s’han realitzat les mesures de conductivitat tèrmica d’aquest material, per tal de obtenir el seu tensor de segon ordre de conductivitat tèrmica. El bombeig òptic dels materials làser d’estat sòlid genera calor com a resultat de la termalització en els multiplets, de les relaxacions no-radiatives i de les absorcions residuals (defectes, impureses). Per tant, el coneixement de les propietats tèrmiques de qualsevol material actiu és essencial pel disseny de la cavitat làser i l’avaluació de la funció làser, especialment en règims d’altes potències(...)

Estudi de l'estabilitat tèrmica de l'espinel·la NiCo2O4 mesoporosa

Els materials mesoporos (amb una mida controlada de porus entre els 2 i 50 nm) tenen com a tret diferencial la seva gran superfície específica, la qual els fa aptes per a aplicacions molt diverses. L’espinel·la de NiCo2O4 és aplicable com a sensor de gasos, com a catalitzador de les reaccions d’evolució i reducció d’oxigen o com a elèctrode en electrosíntesi inorgànica i orgànica. Hom preveu que l’obtenció de NiCo2O4 mesoporós podria ampliar el ventall d’aplicacions d’aquest material o millorar les prestacions de les ja existents. L’objectiu del projecte és el de determinar el rang de temperatures d’ús dels dispositius que incorporin l’espinel·la de NiCo2O4 mesoporosa. Per tal d’analitzar l’estabilitat tèrmica d’aquest material, es realitza un procés de síntesi complet de mostres d’aquestes característiques. S’inicia un procés d’obtenció de nanomotlles de sílice amb mesoestructura SBA-15 i KIT-6 pel mètode de soft-templating. Aquests templates es validen per TEM i EDX i són els emprats per a la síntesi de mostres de NiCo2O4 per hard-templating. Un cop sintetitzades les mostres de NiCo2O4 SBA-15 i KIT-6, es procedeix a validar la qualitat de la seva mesoestructura per TEM, i la seva composició química per EDX i de fases per XRD. Aquestes dues mostres as-prepared passen a ser sotmeses a un seguit de tractaments tèrmics a temperatures de 400ºC, 450ºC, 500ºC, 550ºC i 600ºC. Això permetrà observar per TEM el col·lapse de la mesoestructura i per XRD serà possible detectar i quantificar la segregació de NiO que podria malmetre les propietats del material en qualsevol de les seves aplicacions. Segons l’aparició d’aquests dos efectes negatius, es determinarà una temperatura crítica de funcionalitat del NiCo2O4 mesoporós. També es farà una anàlisi termogravimètrica dels precursors emprats per a la síntesi del NiCo2O4 confinats en templates de sílice: nitrat de cobalt i nitrat de níquel per separat, i una mescla d’ambdós amb proporcions 0,5:1 Ni(II):Co(II). Es podrà observar en quines temperatures tenen lloc el processos físicoquímics patits per aquests precursors, quan té lloc la formació dels òxids pertinents i com afecta la presència dels nanomotlles a cada un d’ells. Finalment, aquest projecte també incideix en l’estudi de la reproductibilitat per hard-templating de l’espinel·la de FeCo2O4, un material força desconegut en format mesoporós. I la caracterització de les mostres as-prepared per TEM, EDX i XRD.

Equilibrium and nonequilibrium gap-state distribution in amorphous silicon

A general and straightforward analytical expression for the defect-state-energy distribution of a-Si:H is obtained through a statistical-mechanical treatment of the hydrogen occupation for different sites. Broadening of available defect energy levels (defect pool) and their charge state, both in electronic equilibrium and nonequilibrium steady-state situations, are considered. The model gives quantitative results that reproduce different defect phenomena, such as the thermally activated spin density, the gap-state dependence on the Fermi level, and the intensity and temperature dependence of light-induced spin density. An interpretation of the Staebler-Wronski effect is proposed, based on the ''conversion'' of shallow charged centers to neutrals near the middle of the gap as a consequence of hydrogen redistribution.

Influence of the dipolar interactions in the magnetization reversal asymmetry of hard-soft magnetic ribbons

Partial crystallization of the metallic glass Co66Si16B12Fe4Mo2 was performed by annealing at temperatures between 500 and 540°C for 10-20 min, resulting in crystallite volume fractions of (0.7-5)×10¿3 and sizes of 50-100 nm. This two-phase alloy presents a remarkable feature: a hysteresis loop shift that can be tailored by simply premagnetizing the sample in the adequate magnetic field. Shifts as large as five times the coercive field have been obtained which make them interesting for application as magnetic cores in dc pulse transformers. The asymetrical magnetic reversal is explained in terms of the magnetic dipolar field interaction and the observed hysteresis loops have been satisfactorily simulated by a modification of Stoner-Wohlfarth¿s model of coherent rotations.

Heat transfer between nanoparticles: Thermal conductance for near-field interactions

We analyze the heat transfer between two nanoparticles separated by a distance lying in the near-field domain in which energy interchange is due to the Coulomb interactions. The thermal conductance is computed by assuming that the particles have charge distributions characterized by fluctuating multipole moments in equilibrium with heat baths at two different temperatures. This quantity follows from the fluctuation-dissipation theorem for the fluctuations of the multipolar moments. We compare the behavior of the conductance as a function of the distance between the particles with the result obtained by means of molecular dynamics simulations. The formalism proposed enables us to provide a comprehensive explanation of the marked growth of the conductance when decreasing the distance between the nanoparticles.

Metastable liquid-liquid phase transition in a single-component system with only one crystal phase and no density anomaly

We investigate the phase behavior of a single-component system in three dimensions with spherically-symmetric, pairwise-additive, soft-core interactions with an attractive well at a long distance, a repulsive soft-core shoulder at an intermediate distance, and a hard-core repulsion at a short distance, similar to potentials used to describe liquid systems such as colloids, protein solutions, or liquid metals. We showed [Nature (London) 409, 692 (2001)] that, even with no evidence of the density anomaly, the phase diagram has two first-order fluid-fluid phase transitions, one ending in a gas¿low-density-liquid (LDL) critical point, and the other in a gas¿high-density-liquid (HDL) critical point, with a LDL-HDL phase transition at low temperatures. Here we use integral equation calculations to explore the three-parameter space of the soft-core potential and perform molecular dynamics simulations in the interesting region of parameters. For the equilibrium phase diagram, we analyze the structure of the crystal phase and find that, within the considered range of densities, the structure is independent of the density. Then, we analyze in detail the fluid metastable phases and, by explicit thermodynamic calculation in the supercooled phase, we show the absence of the density anomaly. We suggest that this absence is related to the presence of only one stable crystal structure.

Ferromagnetic shape memory alloys: structural and thermal properties

The most extensively studied Heusler alloys are those based on the Ni-Mn-Ga system. However, to overcome the high cost of Gallium and the usually low martensitic transformation temperature, the search for Ga-free alloys has been recently attempted, particularly, by introducing In, Sn or Sb. In this work, two alloys (Mn50Ni35.5In14.5 and Ni50Mn35In15) have been obtained by melt spinning. We outline their structural and thermal behaviour. Mn50Ni35.5In14.5 alloy has the transformation above room temperature whereas Ni50Mn35In15 does not have this transformation in the temperature range here analyzed

A Thermokinetic approach to radiative heat transfer at the nanoscale

Radiative heat exchange at the nanoscale presents a challenge for several areas due to its scope and nature. Here, we provide a thermokinetic description of microscale radiative energy transfer including phonon-photon coupling manifested through a non-Debye relaxation behavior. We show that a lognormal-like distribution of modes of relaxation accounts for this non-Debye relaxation behavior leading to the thermal conductance. We also discuss the validity of the fluctuation-dissipation theorem. The general expression for the thermal conductance we obtain fits existing experimental results with remarkable accuracy. Accordingly, our approach offers an overall explanation of radiative energy transfer through micrometric gaps regardless of geometrical configurations and distances.

Poly(butylene terephthalate-co-5-tert-butyl isophthalate) Copolyesters: Synthesis, Characterization and Properties

A series of poly(butylene terephthalate) copolyesters containing 5-tert-butyl isophthalate units up to 50%-mole, as well as the homopolyester entirely made of these units, were prepared by polycondensation from the melt. The microstructure of the copolymers was determined by NMR to be at random for the whole range of compositions. The effect exerted by the 5-tert-butyl isophthalate units on thermal, tensile and gas transport properties was evaluated. Both Tm and crystallinity as well as the mechanical moduli were found to decrease steadily with copolymerization whereas Tg increased and the polyesters became more brittle. Permeability and solubility sligthly increased also with the content in substituted units whereas the diffusion coefficient remained practically constant. For the homopolyester poly(5-tert-butyl isophthalate), all these properties were found to deviate significantly from the general trend displayed by copolyesters suggesting that a different chain mode of packing in the amorphous phase is likely adopted in this case.