Synthesis of Graphene from a Used Battery Electrode

Graphene was produced by electrochemical exfoliation of a used battery electrode. Aqueous solutions of cationic (cetyltrimethylammonium bromide), anionic (sodium dodecyl sulphate), and nonionic (poly vinyl pyrrolidone) surfactants, along with NaCl and combinations of these surfactants with NaCl, were used as the electrolyte. The following observations were made: (I) up to several micrometer sized graphene sheets were produced, (II) the addition of NaCl into the electrolytes significantly enhanced the yield of the exfoliated graphene, (III) the type of surfactant affected the defect density of the exfoliated product, and (IV) electrochemical impedance spectroscopy provided insight into the reason for the changes in the defect density ratio between the graphene samples.

Effect of current density on the microstructure and corrosion properties of plasma electrolytic oxidation (PEO) coatings on AM50 Mg alloy produced in an electrolyte containing clay additives

Plasma electrolytic oxidation coatings were produced on AM50 Mg alloy in alkaline phosphate based electrolyte with montmorillonite clay additives employing current densities of 30, 60, and 120 mA/cm(2). The effect of current density on the microstructure and corrosion properties of the coating was investigated. The clay additives got melted and reactively incorporated into the coating forming an amorphous phase, at all the current densities. However, the coating was predominantly amorphous only at 30 mA/cm(2) and with increasing current density, increasing fractions of crystalline phases were formed. Higher current densities resulted in increased thickness of the coating, but reduced the compactness of the coatings. Electrochemical impedance spectroscopy tests in 0.5 wt.% (0.08 M) and 3.5 wt.% (0.6 M) NaCl solution revealed that the coatings processed at 30 mA/cm(2) exhibited a relatively better initial corrosion resistance owing to its relatively defect-free barrier layer and compactness of the coating. However, the presence of amorphous phases in significant amounts and lack of MgO in the coating resulted in increased rate of dissolution of the coatings and degradation of corrosion resistance. Coatings produced at higher current densities exhibited initial inferior corrosion resistance due to a more defective barrier layer and increased porosity in pore band and outer porous layer. However, the increased amount of crystalline phases and an increased amount of MgO, which resisted dissolution, counterbalanced the negative effects of defective barrier and increased porosity resulting in a relatively lower rate of the degradation of the corrosion resistance. Thus, the corrosion resistance of all the coatings continuously decreased with time and became similar after prolonged immersion in NaCl solution. Increasing current density, therefore, did not prove to be beneficial for the improvement of the corrosion performance of the PEO coatings. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.

Room-temperature ferromagnetic semiconductor MnxGa1-xSb

Ferromagnetic semiconductor MnxGa1-xSb single crystals were fabricated by Mn-ions implantation, deposition, and the post annealing. Magnetic hysteresis-loops in the MnxGa1-xSb single crystals were obtained at room temperature (300 K). The structure of the ferromagnetic semiconductor MnxGa1-xSb single crystal was analyzed by Xray diffraction. The distribution of carrier concentrations in MnxGa1-xSb was investigated by electrochemical capacitance- voltage profiler. The content of Mn in MnxGa1-xSb varied gradually from x = 0.09 near the surface to x = 0 in the wafer inner analyzed by X-ray diffraction. Electrochemical capacitance-voltage profiler reveals that the concentration of p-type carriers in MnxGa1-xSb is as high as 1 1021 cm-3, indicating that most of the Mn atoms in MnxGa1-xSb take the site of Ga, and play a role of acceptors.

A quantum dot sensitized solar cell based on vertically aligned carbon nanotube templated ZnO arrays

We report on a quantum dot sensitized solar cell (QDSSC) based on ZnO nanorod coated vertically aligned carbon nanotubes (VACNTs). Electrochemical impedance spectroscopy shows that the electron lifetime for the device based on VACNT/ZnO/CdSe is longer than that for a device based on ZnO/CdSe, indicating that the charge recombination at the interface is reduced by the presence of the VACNTs. Due to the increased surface area and longer electron lifetime, a power conversion efficiency of 1.46% is achieved for the VACNT/ZnO/CdSe devices under an illumination of one Sun (AM 1.5G, 100 mW/cm2). © 2010 Elsevier B.V.

铝合金表面等离子体电解氧化陶瓷涂层在NaCl溶液中的电化学阻抗谱研究

通过调整电解液中硅酸钠的浓度，利用等离子体电解氧化（PEO）技术在铝合金LY12表面制备了各种陶瓷涂层，利用光学显微镜、XRD、电化学阻抗谱（EIS）对涂层的形貌、成分和涂层在NaCl溶液中耐腐蚀性能进行了研究．结果表明：提高电解液中硅酸钠的浓度可以使得涂层的总厚度增加，但过高或过低的浓度都会导致致密层厚度的减薄．当浓度为20g／L时，所制备的涂层的成分以氧化铝为主；当浓度为40g／L时，涂层的成分主要是莫来石和氧化铝；当浓度超过60g／L时，涂层的成分主要为非晶相．EIS的研究表明，涂层耐腐蚀性取决于涂层中的致密层，增加致密层的厚度可以提高PEO涂层的耐腐蚀性，在中性、酸性、碱性腐蚀介质中，PEO涂层都显示出对基体良好的保护作用．

Flexible microimplants for in vivo sensing

The work in this thesis develops two types of microimplants for the application of cardiovascular in vivo biomedical sensing, one for short-term diagnosis and the other for long-term monitoring.

Despite advances in diagnosis and therapy, atherosclerotic cardiovascular disease remains the leading cause of morbidity and mortality in the Western world. Predicting metabolically active atherosclerotic plaques has remained an unmet clinical need. A stretchable impedance sensor manifested as a pair of quasi-concentric microelectrodes was developed to detect unstable intravascular. By integrating the impedance sensor with a cardiac catheter, high-resolution Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurements can be conducted during cardiac catheterization. An inflatable silicone balloon is added to the sensor to secure a well-controlled contact with the plaque under test in vivo. By deploying the device to the explants of NZW rabbit aorta and live animals, distinct EIS measurements were observed for unstable atherosclerotic plaques that harbored active lipids and inflammatory cells.

On the other hand, zebrafish (Danio rerio) is an emerging genetic model for heart regenerative medicine. In humans, myocardial infarction results in the irreversible loss of cardiomyocytes. Zebrafish hearts can fully regenerate after two months with 20% ventricular resection. Long-term electrocardiogram (ECG) recording can characterize the heart regeneration in a functional dimension. A flexible microelectrode membrane was developed to be percutaneously implanted onto a zebrafish heart and record epicardial ECG signals from specific regions on it. Region-specific aberrant cardiac signals were obtained from injured and regenerated hearts. Following that, in order to achieve continuous and wireless recording from non-sedated and non-restricted small animal models, a wireless ECG recording system was designed for the microelectrode membrane, prototyped on a printed circuit board and demonstrated on a one-day-old neonatal mouse. Furthermore, a flexible and compact parylene C printed circuit membrane was used as the integration platform for the wireless ECG recording electronics. A substantially miniature wireless ECG recording system was achieved.

Corrosão dos aços UNS S30400 e 31600 em meios simuladores de poros de concreto

Com o objetivo de investigar a influência que o molibdênio exerce nas propriedades das camadas passivas das armaduras de aços austeníticos, barras redondas dos aços UNS S30400 e 31600 foram submetidas à ação de soluções que simulam as que são encontradas nos poros de concreto. Para caracterizar o efeito do molibdênio na resistência daqueles aços à corrosão por pites, foram conduzidos ensaios de circuito aberto, polarização anódica, espectroscopia de impedância eletroquímica, análise de Mott-Schottky, tração em baixa taxa de deformação e análise das superfícies por microscopias óptica e eletrônica de varredura. Os resultados obtidos demonstram que, de uma forma geral, o aço UNS S30400 (sem molibdênio) apresentou maior resistência à corrosão localizada que o UNS S31600 (2% de Mo) nas soluções alcalinas cloretadas naturalmente aeradas, comportamento este inverso ao que se observa nos mesmos materiais quando submetidos a soluções cloretadas neutras ou ácidas.

Estudo do crescimento bacteriano e da aplicação de procedimentos de limpeza e desinfecção no aço inoxidável 304L

Técnicas de limpeza química ou mecânica são comumente empregadas para evitar a formação de biofilmes e problemas associados com a colonização de superfícies por micro-organismos. Neste trabalho, amostras de aço inox 304L foram submetidas a ensaios acelerados de crescimento de biofilme, o qual foi posteriormente removido por tratamentos de limpeza e desinfecção (choque térmico com água a 70C por 1h, limpeza com ácido fosfórico 20 % v/v por 30min e desinfecção com peróxido de hidrogênio 0,17 % v/v por 1h). Com o objetivo de verificar a influência destes tratamentos na remoção do biofilme, este foi caracterizado (por quantificação microbiana e análises de espectroscopia de impedância eletroquímica - EIE), antes e após a aplicação dos tratamentos. Dois casos foram estudados. No primeiro caso, simularam-se condições presentes em tubulações de ambientes hospitalares e sistemas de distribuição de água quente. O micro-organismo utilizado foi a bactéria Serratia marcences. O processo de formação de biofilme e posterior limpeza e desinfecção foi realizado de modo contínuo durante 15 semanas. Os resultados de quantificação microbiana e de EIE mostraram que desde a primeira semana de exposição e ao longo dos ensaios, formou-se um biofilme aderente à superfície do aço e que o emprego dos tratamentos de limpeza e desinfecção não foi eficaz na remoção do biofilme. Em um segundo caso, simularam-se condições presentes em tubulações da indústria de água mineral, empregando-se a bactéria Pseudomonas aeruginosa. Neste caso, as técnicas de limpeza e desinfecção foram aplicadas individualmente e em conjunto. A aplicação de choque térmico, assim como da limpeza ácida, sobre um biofilme com 72 h de formação foi capaz de eliminar as bactérias viáveis, presentes na superfície do aço. Entretanto, a desinfecção com peróxido de hidrogênio não foi capaz de eliminá-las. Nas duas condições, porém, as análises de EIE do sistema aço/biofilme mostraram que o mesmo não foi completamente removido da superfície do metal. Correlacionando os dois casos, pode-se inferir que a superfície do aço inox 304L é rapidamente colonizada pelas duas espécies microbianas e que as técnicas de limpeza e desinfecção são capazes de reduzir e até eliminar as células viáveis, embora não removam completamente o biofilme da superfície. Por outro lado, é importante ressaltar que fatores como a arquitetura, espessura e porosidade do biofilme, e propriedades intrínsecas da superfície, são fatores que afetam os valores de impedância medidos, sendo necessário considerá-los na análise, tanto da formação do biofilme, quanto dos efeitos dos procedimentos de limpeza e desinfecção

Comportamento tribocorrosivo do aço inoxidável e de ligas de titânio em meio salino

No presente trabalho, foram realizados ensaios de tribocorrosão no aço inoxidável AISI 304L, no titânio comercialmente puro (CPTi) e na liga de titânio Ti6Al4V em solução aquosa de 0,90% m/v NaCl. Amostras de ligas de titânio com tratamento térmico superficial de refusão a laser também foram utilizadas. Um tribômetro do tipo pino-no-disco com contracorpo de alumina foi usado. Técnicas eletroquímicas in situ de monitoramento em circuito aberto, espectroscopia de impedância eletroquímica, curvas de polarização e amperimetria de resistência nula foram empregadas. Os resultados obtidos indicam que o desgaste tribocorrosivo das ligas de titânio é mais intenso do que o observado no aço inoxidável, apresentando perfis de superfície mais irregulares. A análise da impedância eletroquímica mostrou que todos os materiais utilizados apresentam uma rápida recuperação da camada passiva, exibindo módulos e fases um pouco menores do que os medidos antes do desgaste. Sob atrito, os diagramas de impedância apresentam uma forte redução do módulo. Sob desgaste, o expoente α do elemento de fase constante (CPE) atinge seu valor mais baixo, enquanto o parâmetro γ é máximo. As curvas de polarização exibem potenciais menores e densidades de corrente de corrosão maiores durante o desgaste. O tratamento de refusão a laser, embora mude a microestrutura e a dureza superficial das amostras, não indica uma mudança aparente nos parâmetros eletroquímicos sob tribocorrosão, bem como do coeficiente de atrito. Nos ensaios de amperimetria de resistência nula, foi possível estimar a corrente mensurada no ARN por meio do emprego de um circuito elétrico equivalente. A densidade espectral de potência dos sinais de potencial e de corrente exibe a frequência de rotação (1,25 Hz) e seus harmônicos. Para baixas frequências (abaixo de 10 mHz), o decaimento obedece à relação 1 ⁄ e 1⁄ para os sinais de potencial e corrente, respectivamente.

Avaliação de aminoácidos como inibidores de corrosão para cobre em meio de água do mar artificial

Inibidores de corrosão são substâncias que quando adicionadas a um meio agressivo, diminuem ou previnem a reação de oxidação de um metal com este meio e/ou as reações de redução de espécies presentes no meio. Para a inibição da corrosão de cobre e suas ligas em meios ácidos ou neutros, o inibidor mais empregado é o benzotriazol (BTAH), o qual forma complexos com os íons Cu (I) e Cu (II) na superfície do metal, diminuindo o processo corrosivo. A preocupação com a preservação ambiental e a toxicidade de inibidores de corrosão vem sendo discutida na literatura. Vários estudos têm-se intensificado usando aminoácidos, como proposta para substituição ao BTAH, considerado tóxico. Entre os aminoácidos estudados, dois apresentavam enxofre em suas moléculas (cisteína e metionina) e um outro sem heteroátomo na cadeira lateral (glicina). As concentrações variaram entre 10-2 a 10-4 mol/L e pH da solução entre 7,2 e 8,4. Foram realizadas medidas gravimétricas (ensaios de imersão total) e técnicas eletroquímicas, tais como polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A caracterização morfológica da superfície do substrato após os ensaios de imersão total (743 horas) foi feita por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS ou EDX) e difração de raios X (DRX). Embora os resultados com aminoácidos tenham sido sempre muito inferiores àqueles obtidos na presença de BTAH, comportamentos semelhantes em função da concentração dos aminoácidos puderam ser observados pelos diagramas de Nyquist. Contudo, com exceção dos resultados verificados para o meio contendo cisteína 10-2 mol/L, todas as eficiências de inibição para os meios contendo aminoácidos, obtidas pelos ensaios de imersão total, foram negativas, mostrando que o tempo de exposição também pode ser relevante para o desempenho destes inibidores. Entre todos os aminoácidos testados, os meios contendo glicina apresentaram os piores desempenhos anticorrosivos, inclusive acelerando o processo de dissolução anódica do cobre. Esse resultado pode estar relacionado à faixa de pH das soluções testadas e à solubilidade dos complexos de cobre formados com os aminoácidos, mostrando que uma faixa ótima de pH também deve ser assegurada para aprimorar a ação destes aminoácidos como inibidores de corrosão

Avaliação de biocidas no controle da corrosão microbiologicamente induzida do aço carbono 1020 por bactérias redutoras de sulfato

Bactérias redutoras de sulfato (BRS) são os principais micro-organismos envolvidos na corrosão microbiologicamente induzida (CMI). Estas bactérias reduzem o sulfato, tendo como resultado a produção de H2S, o que pode influenciar os processos anódico e catódico na corrosão de materiais metálicos em ambientes marinhos, óleos e solos úmidos. Uma das formas de prevenir e controlar esse tipo de corrosão é a adição de biocidas ao meio corrosivo. Esta dissertação tem como objetivo avaliar o uso de biocidas no controle da CMI do aço AISI 1020 por BRS. Para isto, o comportamento da CMI no aço foi avaliado em água do mar sintética, em condições de anaerobiose, na ausência e na presença de uma cultura mista contendo BRS. Um biocida natural (óleo de alho) e outro comercial (glutaraldeído) foram utilizados para controlar a corrosão causada por estas bactérias. Duas formas de adição de biocida foram avaliadas: antes da formação do biofilme e após sua formação na superfície do metal. O crescimento microbiano na superfície do aço foi avaliado através da quantificação das BRS sésseis, pelo método do número mais provável (NMP). O comportamento eletroquímico do aço, na ausência e na presença de BRS e também para os ensaios com biocidas, foi estudado através das técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e polarização potenciodinâmica, sempre usando água do mar sintética como meio eletrolítico. A formação de biofilme e de produtos de corrosão na superfície do aço foi observada através da microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que o aço exposto ao meio contendo BRS apresentou um processo corrosivo mais acelerado, quando comparado aos sistemas na ausência de micro-organismo. Esse processo foi evidenciado por um decréscimo na magnitude do arco capacitivo, nos ensaios de EIE, e um aumento da densidade de corrente de corrosão (Icorr), nos ensaios de polarização. Na análise de MEV, foi possível observar a formação de corrosão localizada após a remoção do biofilme da superfície. Os ensaios com biocidas, adicionados antes da formação de biofilmes, mostraram uma redução no número de bactérias sésseis, quando comparados com os ensaios sem biocida realizados pelo mesmo período de tempo (7 dias). Foi verificado também um decréscimo do processo corrosivo do aço, evidenciado através de aumento nos arcos capacitivos, nos ensaios de EIE e pelos menores valores de Icorr nos ensaios de polarização, quando comparados com o biofilme formado sem biocidas, nas mesmas condições. Apesar de não ter inibido completamente o crescimento das BRS sésseis, o óleo de alho apresentou maior redução no processo corrosivo quando comparado ao glutaraldeído, indicando sua possível aplicação como biocida natural nestas condições. Os ensaios realizados com biocidas adicionados após a formação do biofilme mostraram que o glutaraldeído apresentou alta eficácia em reduzir o número de células sésseis. Já o óleo de alho exibiu uma ação menos efetiva, sugerindo que este composto não conseguiu penetrar completamente a matriz do biofilme. Entretanto, ambos causaram aceleração do processo corrosivo do aço no meio estudado após 7 dias de exposição

Corrosão de aços inoxidáveis empregando mapas de impedância

Os aços inoxidáveis correspondem a aços com diferenças de composição e microestrutura. Desta forma, o comportamento em corrosão é consequentemente diferente. Para avaliar este aspecto, aços com PREN variando de aproximadamente 11 a 35% foram analisados por curvas de polarização. A motivação principal desse trabalho foi avaliar o comportamento de cada aço inoxidável com uso de diferentes técnicas (impedância eletroquímica e circuitos elétricos equivalentes) e também na nova técnica de mapas de impedância, da influência do PREN na corrosão em meio de 3,5% NaCl a 25C. A partir dessas curvas, os potenciais de pites e de densidade de corrente de corrosão foram obtidos. Além disto, foram empregados mapas de diagrama de impedância eletroquímica para visualizar o efeito do potencial aplicado, desde o potencial catódico até além do potencial de pite desses aços. Pôde-se observar que o módulo de impedância se reduz abruptamente quando surge o pite. Ademais, há uma alteração do ângulo característico para frequências da ordem de 1 kHz. Para dois aços inoxidáveis, UNS S30400 e UNS S31600, foram utilizados os diagramas de impedância obtidos dos mapas e estimados a evolução dos parâmetros relacionados a um circuito elétrico equivalente para potenciais aplicados.

Annealing study of carrier concentration in gradient-doped GaAs/GaAlAs epilayers grown by molecular beam epitaxy

We measured the carrier concentration distribution of gradient-doped GaAs/GqAlAs epilayers grown by molecular beam epitaxy before and after annealing at 600 degrees C, using electrochemical capacitance voltage profiling, to investigate the internal variation of transmission-mode GaAs photocathodes arising from the annealing process. The results show that the carrier concentration increased after annealing. As a result, the total band-bending energy in the gradient-doped GaAs emission layer increased by 25.24% after annealing, which improves the pbotoexcited electron movement toward the surface. On the other hand, the annealing process resulted in a worse carrier concentration discrepancy between the GaAs and the GaAlAs, which causes a lower back interface potential barrier, decreasing the amount of high-energy photoelectrons. (C) 2009 Optical Society of America

Annealing ambient controlled deep defect formation in InP

Deep defects in annealed InP have been investigated by deep level transient capacitance spectroscopy (DLTS), photo induced current transient spectroscopy (PICTS) and thermally stimulated current spectroscopy (TSC). Both DLTS results of annealed semiconducting InP and PICTS and TSC results of annealed semi-insulating InP indicate that InP annealed in phosphorus ambient has five defects, while lid? annealed in iron phospbide ambient has two defects. Such a defect formation phenomenon is explained in terms of defect suppression by the iron atom diffusion process. The correlation of the defects and the nature of the defects in annealed InP are discussed based on the results.

Electron and hole states in diluted magnetic semiconductor quantum dots

The electronic structure of a diluted magnetic semiconductor (DMS) quantum dot (QD) is studied within the framework of the effective-mass theory. We find that the energies of the electron with different spin orientation exhibit different behavior as a function of magnetic field at small magnetic fields. The energies of the hole decreases rapidly at low magnetic fields and saturate at higher magnetic field due to the sp-d exchange interaction between the carriers and the magnetic ions. The mixing effect of the hole states in the DMS QD can be tuned by changing the external magnetic field. An interesting crossing behavior of the hole ground state between the heavy-hole state and the light-hole state is found with variation of the QD radius. The strength of the interband optical transition for different circular polarization exhibts quite different behavior with increasing magnetic field and QD radius.