Antibacterial properties of multifunctional coatings Ag-ZrCN for biomedical devices: a novel approach

PhD in Sciences Specialty in Physics

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.

Transporte atômico e incorporação de oxigênio em filmes de HfSiO e HfSiON depositados sobre Si

Esse trabalho estuda a estabilidade térmica e o transporte atômico em filmes dielétricos de HfSiO e HfSiON depositados por sputtering reativo sobre c-Si. Esses materiais possuem alta constante dielétrica (high- ) e são candidatos a substituir o óxido de silício como dielétrico de porta em dispositivos do tipo transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFETs). Esses filmes foram submetidos a diferentes seqüências de tratamentos térmicos em atmosferas inerte e de O2, e foram caracterizados através de análises de feixe de íons e espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-X (XPS). Nesse estudo foi observado que a incorporação de oxigênio se dá através da troca com N ou O previamente existente nos filmes. Em filmes de aproximadamente 50 nm de espessura foi observado que a presença do N limita a difusão de oxigênio de forma que a frente de incorporação avança em direção ao interior do filme com o aumento do tempo de tratamento, enquanto nos filmes de HfSiO/Si o oxigênio é incorporado ao longo de todo o filme, mesmo para o tempo mais curto de tratamento. Diferentemente de outros materiais high- estudados, não foi possível observar migração de Si do substrato em direção a superfície dos filmes de HfSiON/Si com aproximadamente 2,5 nm de espessura. Os resultados obtidos nesse trabalho mostram que filmes de HfSiON/Si são mais estáveis termicamente quando comparados com outros filmes dielétricos depositados sobre Si anteriormente estudados, mas antes que ele se torne o dielético de porta é ainda necessário que se controle a difusão de N em direção ao substrato como observado nesse trabalho.

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.

Desenvolvimento de método analítico para determinação de Mg, Ti e Cl em catalisadores ziegler-natta por WDXRF

O desenvolvimento de um método analítico para determinação de Mg, Ti e Cl emcatalisadores suportados Ziegler-Natta (ZN) por espectroscopia de fluorescência de raios Xcom dispersão em comprimento de onda (WDXRF) foi avaliado. Três famílias decatalisadores com distintos teores de Mg, Ti e Cl foram utilizados. Para fins de comparação,os analitos foram também determinados por métodos clássicos, a saber, Mg porcomplexometria com EDTA, Ti por espectrofotometria e Cl por argentimetria. A naturezahigroscópica desses catalisadores impossibilitou a análise direta por WDXRF. Melhoresresultados na preparação da amostra foram obtidos através da calcinação (1000 0C), seguida de mistura com aglomerante (H3BO3), na proporção 1:4, para a determinação da razãoMg/Ti. O estudo do efeito da pressão sobre a intensidade do sinal analítico de Mg e de Ti evidencioua necessidade de prensagem das amostras em pressões superiores a 200 MPa. No caso de Mg e Ti, a determinação por Parâmetros Fundamentais (FP), a partir da medida da linha espectral do Ti, forneceu resultados equivalentes àqueles obtidos porcalibração univariada e por métodos clássicos. No entanto, a utilização de FP a partir damedida da linha espectral do Mg mostrou-se inadequada, provavelmente, devido ao baixo valor do número atômico do Mg. Nas três famílias de catalisadores ZN a razão Mg/Tiobservada foi 0,44 ± 0,01; 1,8 ± 0,05 e 4,9 ± 0,02. A determinação de Cl foi estudada através de extração em meio aquoso, seguida pordeposição de um alíquota da solução sobre diferentes suportes (filmes finos) e posteriorevaporação do solvente. Foram avaliados os suportes papel filtro quantitativo, membranasMillipore FHLC Teflon®, de difluoreto de polivinilideno, celulose, Nylon®, fita Kapton®(poliamida) e Mylar® (poliéster). Devido à natureza do Cl, houve perdas do elemento químicopor volatilização, durante as medidas, possivelmente devido ao vácuo e aquecimento daamostra dentro da câmara de análise do equipamento. A tentativa de fixação do Cl comoAgCl, seguida por deposição sobre a membrana Millipore FHLC foi considerada adequada.No entanto, a média dos resultados obtidos por WDXRF mostrou-se inferior quando comparada ao método argentimétrico utilizado como referência, para um nível de certeza de95%.

Determinação do perfil térmico em amostras de aço AISI M35 imersas em plasma

The heat transfer between plasma and a solid occurs mostly due the radiation and the collision of the particles on the material surface, heating the material from the surface to the bulk. The thermal gradient inside the sample depends of the rate of particles collisions and thermal conductivity of the solid. In order to study that effect, samples of AISI M35 steel, with 9,5 mm X 3,0 mm (diameter X thickness) were quenched in resistive furnace and tempereds in plasma using the plane configuration and hollow cathode, working with pressures of 4 and 10 mbar respectively. Analyzing the samples microstructure and measuring the hardness along the transversal profile, it was possible to associate the tempered temperature evaluating indirectly the thermal profile. This relation was obtained by microstructural analyzes and through the hardness curve x tempered sample temperature in resistive furnace, using temperatures of 500, 550, 600, 650 and 700°C. The microstructural characterization of the samples was obtained by the scanning electron microscopy, optic microscopy and X-ray diffraction. It was verified that all samples treated in plasma presented a superficial layer, denominated affected shelling zone, wich was not present in the samples treated in resistive furnace. Moreover, the samples that presented larger thermal gradient were treated in hollow cathode with pressure of 4 mbar

Caracterização de superfícies de titânio modificado por oxidação à plasma

Recent years have seen a significant growth in surface modifications in titanium implants, resulting in shorter healing times in regions with low bone density. Among the different techniques, subtraction by chemical agents to increase oxidation has been applied for surface treatment of dental implants. However, this technique is generally unable to remove undesirable oxides, formed spontaneously during machining of titanium parts, raising costs due to additional decontamination stages. In order to solve this problem, the present study used plasma as an energy source to both remove these oxides and oxidize the titanium surface. In this respect, Ti disks were treated by hollow cathode discharge, using a variable DC power supply and vacuum system. Samples were previously submitted to a cleaning process using an atmosphere of Ar, H2 and a mixture of both, for 20 and 60 min. The most efficient cleaning condition was used for oxidation in a mixture of argon (60%) and oxygen (40%) until reaching a pressure of 2.2 mbar for 60 min at 500°C. Surfaces were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), adhesion and cell proliferation. SEM showed less cell spreading and a larger number of projections orfilopodia in the treated samples compared to the control sample. AFM revealed surface defects in the treated samples, with varied geometry between peaks and valleys. Biological assays showed no significant difference in cell adhesion between treated surfaces and the control. With respect to cell proliferation, the treated surface exhibited improved performance when compared to the control sample. We concluded that the process was efficient in removing primary oxides as well as in oxidizing titanium surfaces

Medida indireta de temperatura de corpos imersos em plasma

O gradiente térmico da superfície para o interior do sólido depende da taxa de colisões das partículas e da condutividade térmica do material utilizado. Quando um sólido é imerso em plasma, a transferência de energia ocorre por radiação e colisões das partículas sobre a superfície do material. Dependendo da taxa de colisões das particulas e da condutividade térmica do sólido existirão gradientes térmicos da superfície para o interior das amostras, ocorrendo picos térmicos na superficie, ou seja, o aquecimento pontual nas regiões de colisões. A fim de estudar esse efeito, amostras de aço rápido AISI M35 cujos valores de dureza são fortemente sensíveis à temperatura de revenimento, foram utilizadas como micro sensores térmicos. Amostras foram temperadas em forno resistivo e, em seguida, parte das mesmas foram revenidas em forno resistivo e a outra parte em plasma. A partir do gráfico da dureza (Hv) em função da temperatura (T) das amostras revenidas em forno resistivo foi possível obter uma função Hv(T) para determinação indireta do perfil térmico das amostras tratadas em plasma. As amostras foram revenidas em plasma utilizando temperatura de referência igual a 550 oC. Em seguida foi obtido o perfil de dureza dessas amostras ao longo da seção transversal e, subsequentemente, o perfil de temperatura. Verificou-se que amostras tratadas em plasma, ao contrário daquelas tratadas em forno resistivo, apresentaram gradiente de temperatura da superfície para o núcleo. Além disso, verificou-se que as amostras tratadas em configuração planar apresentaram gradientes térmicos inferiores àquelas tratadas em configuração cátodo oco, variando de 20 a 120 °C, respectivamente

Filmes nanométricos de FeN e ALN crescidos por sputtering e aplicações do efeito peltier

This study will show the capability of the reactive/nonreactive sputtering (dc/rf) technique at low power for the growth of nanometric thin films from magnetic materials (FeN) and widegap semiconductors (AlN), as well as the technological application of the Peltier effect using commercial modules of bismuth telluride (Bi2Te3). Of great technological interest to the high-density magnetic recording industry, the FeN system represents one of the most important magnetic achievements; however, diversity of the phases formed makes it difficult to control its magnetic properties during production of devices. We investigated the variation in these properties using ferromagnetic resonance, MOKE and atomic force microscopy (AFM), as a function of nitrogen concentration in the reactive gas mixture. Aluminum nitride, a component of widegap semiconductors and of considerable interest to the electronic and optoelectronic industry, was grown on nanometric thin film for the first time, with good structural quality by non-reactive rf sputtering of a pure AlN target at low power (≈ 50W). Another finding in this study is that a long deposition time for this material may lead to film contamination by materials adsorbed into deposition chamber walls. Energy-dispersive X-ray (EDX) analysis shows that the presence of magnetic contaminants from previous depositions results in grown AlN semiconductor films exhibiting magnetoresistance with high resistivity. The Peltier effect applied to commercially available compact refrigeration cells, which are efficient for cooling small volumes, was used to manufacture a technologically innovative refrigerated mini wine cooler, for which a patent was duly registered

Aplicação do eletrocapilaridade na manipulação de microgotas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudos de materiais ferroelétricos por espectroscopia no infravermelho

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo de filmes supercondutores para aplicações em dispositivos eletrônicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Síntese, caracterização e aplicação de filmes a base de óxido de zinco

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Filmes evaporados de ftalocianina de cobalto: arquitetura molecular e aplicação sensorial

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Estudo da influência do tratamento térmico em filmes supercondutores, do sistema BSCCO obtido pela técnica de spin-coating

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)