Influences of Al doping concentration on structural, electrical and optical properties of Zn0.95Ni0.05O powders

Nanocrystalline Zn0.95 - xNi0.05AlxO (x = 0.01, 0.02, 0.05 and 0.10) diluted magnetic semiconductors have been synthesized by an auto-combustion method. X-ray diffraction measurements indicate that all Al-doped Zn0.95Ni0.05O samples have the pure wurtzite structure. Transmission electron microscope analyses show that the as-synthesized powders are of the size 40 - 45 nm. High-resolution transmission electron microscope, energy dispersive spectrometer and X-ray photoemission spectroscope analyses indicate that Ni2+ and Al3+ uniformly substitute Zn2+ in the wurtzite structure without forming any secondary phases. The Al doping concentration dependences of cell parameters (a and c), resistance and the ratio of green emission to UV emission have the similar trends. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Absence of room-temperature ferromagnetism in Al-codoped Zn0.95Co0.05O nanoparticles

Nanocrystalline Zn0.95-xCo0.05AlxO (x=0, 0.01, 0.05) diluted magnetic semiconductors have been synthesized by an auto-combustion method. X-ray diffraction measurements indicated that Al-doped Zn0.95Co0.05O samples had the pure wurtzite structure. X-ray absorption spectroscopy, high-resolution transmission electron microscope, energy dispersive spectrometer and Co 2p core-level photoemission spectroscope analyses indicated that Co2+ substituted for Zn2+ without forming any secondary phases or impurities. Resistance measurements showed that the resistance values of Co and Al codoped samples were still so large in the giga magnitude. Magnetic investigations showed that nanocrystalline Al-doped Zn0.95Co0.05O samples had no indication of room temperature ferromagnetism. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Influência de tratamentos térmicos nas propriedades mecânicas e metalúrgicas em liga odontológica à base de níquel-cromo.

É crescente a preocupação com o desenvolvimento de materiais adequados a trabalharem interagindo com o corpo humano. Diversas pesquisas têm sido realizadas no desenvolvimento de biomateriais aplicáveis na odontologia, este empenho é justificável pelo grande número de intervenções cirúrgicas para extração de dentes realizadas em todo o mundo. Durante o processo de fabricação de reconstruções dentárias, que utilizam sistemas metalocerâmicos, é utilizado um tratamento térmico que tem a função de promover a adesão da porcelana ao metal. Entretanto, sabe-se que tratamentos térmicos podem alterar a microestrutura do material metálico, modificando suas propriedades. Este trabalho avaliou as modificações causadas em propriedades mecânicas e microestruturais da liga à base de níquel (FIT CAST-SB) utilizada para fins odontológicos, quando a mesma é submetida ao tratamento térmico para adesão da porcelana (denominado de queima). A liga foi inicialmente fundida através da técnica de centrifugação e cera perdida. Posteriormente, um grupo de amostras (grupo TT) foi submetido ao tratamento térmico de queima para adesão da porcelana e o outro grupo (grupo F), permaneceu apenas submetido ao processo de fundição. Os grupos F e TT foram submetidos a ensaio de tração. Nos grupos F e TT, e no material como recebido pelo fabricante (grupo CR), foram realizados ensaios de microdureza e caracterização microestrutural, esta ultima através da técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os grupos F e CR foram submetidos à análise química quantitativa (em um espectrômetro de emissão atômica) e semi-quantitativa por um sistema de Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) acoplado ao MEV, sendo que esta ultima técnica também foi aplicada ao grupo TT. A técnica de tratamento digital de imagem foi aplicada às micrografias dos grupos F e TT, para a determinação de possíveis modificações quantitativas nas fases presentes, antes e após o tratamento térmico. Todos os resultados dos ensaios foram submetidos ao teste de hipótese nula (H0), para a distribuição t de Student. Concluiu-se que, para as amostras testadas, o limite de resistência foi superior ao fornecido pelo fabricante, respectivamente 559,39 e 545,55 MPa para os grupos F e TT, contra 306 MPa do fabricante. Enquanto o limite de escoamento foi ligeiramente inferior, 218,71 e 240,58 MPa para os grupos F e TT, respectivamente, contra 258 MPa do fabricante. Os resultados de microdureza ficaram entorno de 70HV, superior aos 21HV fornecido pelo fabricante. Pode-se afirmar, com 95% de confiabilidade, que não houve variação nas propriedades mecânicas e na microestrutura (quantidades de fases presentes e tamanho) antes e após a queima para adesão da porcelana, para os corpos de prova testados. A microestrutura da liga, quando observada em MEV no modo elétrons retroespalhados (modo BSE), é formada por uma matriz de estrutura dendrítica e coloração cinza, uma segunda fase interdendrítica de coloração branca e aspecto rendilhado, e precipitados de coloração preta, apresentando também porosidades.

Defect-induced failure of optical coating filters

Optical filters composed of Ag, Al2O3, and ZnSe films were prepared on BK7 substrates by evaporation. By employing spectrophotometer, microscope, scanning electron microscope (SEM), and energy dispersive spectrum (EDS) analysis, the moisture-dependent stability of the samples was tested. The experimental results revealed that filter failure often occurs initially at defect sites. Small sputtering particles and pinhole are found to be two types of defects that induced the optical coating filter failure. The mechanisms of the defect-induced failure of the filters also are discussed in the article. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effects of deposition rates on laser damage threshold of TiO2/SiO2 high reflectors

TiO2 single layers and TiO2/SiO2 high reflectors (HR) are prepared by electron beam evaporation at different TiO2 deposition rates. It is found that the changes of properties of TiO2 films with the increase of rate, such as the increase of refractive index and extinction coefficient and the decrease of physical thickness, lead to the spectrum shift and reflectivity bandwidth broadening of HR together with the increase of absorption and decrease of laser-induced damage threshold. The damages are found of different morphologies: a shallow pit to a seriously delaminated and deep crater, and the different amorphous-to-anatase-to-rutile phase transition processes detected by Raman study. The frequency shift of Raman vibration mode correlates with the strain in. film. Energy dispersive X-ray analysis reveals that impurities and non-stoichiometric defects are two absorption initiations resulting to the laser-induced transformation. (C) 2008 Elsevier B. V. All rights reserved.

Medição de espessura de filmes eletrodepositados em suporte metálico por EDXRF

Esse trabalho apresenta a técnica de fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF) para calcular a espessura de filmes metálicos finos por ser de custo relativamente baixo, não destrutiva e que permite também uma análise qualitativa e até quantitativa dos elementos do revestimento. As espessuras do Níquel, Zinco e Cromo sobre aço, foram calculadas utilizando cinco procedimentos diferentes e todas as relações matemáticas obtidas foram baseadas na lei de atenuação de Beer-Lambert, que relaciona as intensidades Kα e/ou Kβ e as relações específicas do material (coeficiente de atenuação, μm). Os resultados experimentais para as espessuras do Zinco e Níquel, utilizando somente a intensidade Kα, apresentaram valores próximos dos valores estimados. Quando foi considerada a razão Kα/Kβ, os resultados experimentais divergiram bastante do estimado. Para calcular a espessura do Cromo foi necessário utilizar um método em que as camadas são calculadas separadamente, pois o revestimento de Cromo é composto por múltiplas camadas (Cromo, Cobre e Níquel), Os resultados para a espessura do Cromo foram satisfatórios.

Análise multielementar em folhas de Nerium oleander L. usando fluorescência de raios X por dispersão em energia

Desde o início do século XX, a poluição do ar nos grandes centros piorou em consequência processo de industrialização e urbanização, juntamente com o rápido crescimento populacional e do transporte motorizado. Algumas espécies de plantas absorvem os poluentes atmosféricos pelas suas folhas e então, fixa-os em sua matriz, tornando-se assim um biomonitor de poluição nessa área. Assim, a análise foliar dessas espécies de vegetal pode ser usado como monitoramento ambiental. Uma das plantas que tem a habilidade de reter certos elementos químicos do ambiente e pode ser usada como biomonitor é a Nerium oleander L.. Neste estudo utilizou-se folhas de Nerium oleander L. para avaliar os níveis de poluição ambiental em uma sub-região da Região Metropolitana do Rio de Janeiro através da Fluorescência de Raios X (EDXRF). O sistema de EDXRF foi desenvolvido no próprio laboratório e consiste de um sistema portátil de XRF formado por um mini tubo raio X de baixa potência (anodo de Ag e operação em 20 kV/50 μA) e um detector de SiPIN. As amostras de Nerium oleander L. foram coletadas de plantas adultas. As amostras foram coletadas durante as quatros estações do ano (verão, outono, inverno e primavera). Todas as folhas foram coletadas a uma distância superior de 1,5 m em relação ao solo. As amostras foram acondicionadas em sacos plásticos e depois da chegada ao laboratório foram colocados sob refrigeração a 5 C. No laboratório, as amostras foram limpas com um pincel com cerdas macias para retirar a poeira. Depois disso, as amostras foram colocadas na estufa a 60 C por 48 h. Em seguida, as amostras foram pulverizadas (44 μm). Depois desse processo, alíquotas de 500 mg de massa foram prensadas a uma pressão de 2.32×108 por cerca de 15 minutos, afim de se obter pastilhas finas com diâmetro de 2,54 cm e densidade superficial de 100 mg/cm2. Foi possível detectar a concentração de 13 elementos: S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb, Sr, Ba e Pb. A partir da concentração de cada elemento foram obtidos os mapas de distribuição elementar da área de estudo para cada estação. A análise da correlação de Pearson mostrou que existe uma correlação significativa entre os elementos Fe, Zn, Ba e Pb, entre os elementos Ca e Sr e entre os elementos Cl, K, Rb. A análise do PCA (Análise por Componentes Principais) mostrou que existem dois fatores principais da emissão de poluição ambiental: emissão por ressuspensão do solo (Cl, K, Ca, Mn, Rb e Sr) e emissões veiculares e industriais (Fe, Zn, Ba e Pb). O estudo da poluição ambiental através da técnica de EDXRF utilizando folhas de Nerium oleander L. como biomonitor se mostrou uma técnica de baixo custo e eficiência substancial na determinação da concentração elementar dos poluentes atmosféricos.

Avaliação da microestrutura, microdureza e resistência à corrosão de juntas soldadas de uma liga de Ni-Cr obtidas através de diferentes processos de soldagem

Este trabalho avaliou o comportamento eletroquímico do metal de base (MB) de uma liga a base de níquel-cromo em relação a juntas soldadas desta liga obtidas pelos processos de brasagem (BRA) e Tungsten Inert Gas (TIG), imersos em saliva artificial com pH 2,5 e 5,5. Foram também realizados ensaios de microdureza e caracterização microestrutural, por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura e análise química semi-quantitativa por EDS, nos grupos MB, TIG, BRA e no cordão de solda a laser (LAS). O MB apresentou uma matriz rica em níquel e cromo, distribuída em um arranjo dendrítico típico, apresentando inclusões metálicas de silício e titânio, além de porosidades. As soldas TIG e LAS revelaram uma microestrutura mais refinada que o MB, mostrando, entretanto, uma mesma composição química e distribuição de seus elementos. A solda BRA apresentou diferenças marcantes em sua microestrutura, composição química e distribuição de seus elementos em relação ao MB. Os dados de microdureza Vickers (HV), potencial de corrosão (Ecorr) e densidade de corrente de corrosão (jcorr) foram analisados com ANOVA e teste de Tukey (p<0,05). Para determinação da influência do pH quanto a resistência à corrosão dos grupos MB, TIG e BRA, empregou-se o teste t de Student (p<0,05). O MB apresentou menor média de microdureza (256,13 9,39 HV), seguido pelos grupos TIG (271,53 8,07 HV), LAS (303,73 13,93 HV) e BRA (551,99 37,73 HV). Em pH 2,5 as médias do Ecorr (mV) para o MB, TIG e BRA foram, respectivamente, -67,9 8,43, -52,78 16,74, e -284,33 19,04; e em pH 5,5, médias de -54,03 21,15, -62,08 20,16 e -278,8 28,96. Os valores médios de jcorr (A.cm-2) para o MB, TIG e BRA em pH 2,5 foram, respectivamente, 2,49 0,95, 5,584 1,64 e 27,45 4,9; e em pH 5,5, médias de 1,929 0,83, 4,267 1,51 e 54,2 11,96. Os grupos MB e TIG apresentaram boa resistência à corrosão, com maior módulo de impedância em relação ao grupo BRA. As diferenças no pH da saliva artificial não alteraram o comportamento corrosivo dos grupos MB e TIG. Entretanto, observou-se uma redução marcante na jcorr e no módulo de impedância nas soldas obtidas pelo processo de brasagem. O grupo BRA apresentou corrosão galvânica ao ser analisado formando par com o MB, mostrando uma jcorr de 5,3 A.cm-2. Entretanto, o mesmo não foi observado quando o MB foi associado à solda TIG, onde a jcorr foi cerca de 150 vezes menor. O grupo BRA, além de apresentar um comportamento eletroquímico muito diferente do MB, revelou diferenças marcantes quanto a composição química, aspecto microestrutural e microdureza. As juntas TIG e LAS mostraram semelhanças químicas e microestruturais em relação ao MB, sendo que na solda TIG esta semelhança foi ainda mais evidente. Além disto, a solda TIG apresentou um comportamento eletroquímico muito semelhante ao MB e, portanto, parecendo ser mais recomendável para soldar ligas odontológicas de níquel-cromo em relação aos demais processos de soldagem aqui avaliados.

Caracterização de juntas soldadas por Arame Tubular com proteção gasosa do aço ferrítico ASTM A335 P91, antes e após situação de duplo reparo.

Pouco se sabe a respeito das consequências da operação de reparo nas propriedades mecânicas e metalúrgicas das juntas do aço ASTM A335 grau P91 soldadas por Arame Tubular. Neste trabalho foi realizado um estudo para analisar e caracterizar juntas de um tubo do aço P91 soldadas pelo processo Arame Tubular com proteção gasosa, antes e após situação de duplo reparo. Foram utilizadas técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise química semiquantitativa por EDS (Energy Dispersive Spectroscopy), microscopia óptica (MO), além da obtenção de medidas de microdureza Vickers e realização de ensaios de impacto e tração à temperatura ambiente. A macrografia revelou a existência de uma nova zona termicamente afetada formada no centro da junta reparada e a análise micrográfica mostrou que esta zona apresentou uma pequena tendência a formação de grãos menores do que na zona de fusão que sofreu reparo, além disso, a região tinha grãos colunares que não são característicos de uma zona termicamente afetada e quantidade de carbonetos menor comparativamente. Não houve variações significativas nos valores de tração e microdureza. Os ensaios de impacto revelaram baixos valores de energia absorvida na zona de fusão do 2 reparo, no entanto, todas as outras zonas avaliadas das juntas com e sem reparo apresentaram valores dentro das especificações.

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

Análise multielementar em peças de ouro antigo utilizando fluorescência de raios X por dispersão em energia

Os métodos de análise não destrutiva vêm sendo largamente empregados na área de Arqueometria. Estes métodos analisam artefatos históricos e obras de arte fornecendo informações da composição, das técnicas utilizadas e do local de manufatura da época. Assim, é possível fazer a datação, estabelecer a autenticidade e avaliar técnicas de conservação e restauração. A Fluorescência de Raios X por Dispersão de Energia (EDXRF) é um método que permite fazer análises quantitativas e qualitativas multielementares dos artefatos de forma não destrutiva. Neste estudo foram analisados artefatos compostos por ouro de diferentes épocas através da técnica de Fluorescência de Raios X por Dispersão em Energia (EDXRF). Dentre os artefatos, encontram-se brincos, pingentes, estatuetas e adornos de roupa cedidos pelo Instituto de Pesquisa Histórica e Arqueológica do Rio de Janeiro (IPHARJ). As análises foram realizadas através do sistema comercial ARTAX 200. Este sistema possui ânodo de Molibdênio. Foi utilizado um filtro de alumínio com 315 μm de espessura e foi operado em 40 kV, 250 μA com 300 s de aquisição. As concentrações de Cu, Au e Ag foram obtidas através da curva de calibração feita com padrões de ouro de 24k, 18k, 16k, 14k, 12k e 10k. Os resultados mostram que todas as peças contêm ligas metálicas e ouro em diferentes concentrações em sua composição. A partir das diferenças nas concentrações de ouro, foi possível classificar as peças quanto à pureza do ouro (quilatagem). Além disso, foi possível estimar a época em que estas peças foram manufaturadas a partir da comparação dos resultados encontrados com aqueles encontrados na literatura.

Encapsluation of Co and Pd multi-metal nanowires inside multiwalled carbon nanotubes by microwave plasma chemical vapor deposition

We report the synthesis of multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) encapsulated with Co/Pd magnetic and nonmagnetic multi-metal nanowires using Co and Pd thin-layers deposited on Si substrate by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition using a bias-enhanced growth method. Detailed structural and compositional investigations of these metal nanowires inside MWCNTs were carried out by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy to elucidate the growth mechanisms. Energy dispersive X-ray spectroscopy revealed that MWCNTs were encapsulated with Co and Pd nanowires, separately, at the tube top and the bottom of Co nanowire, respectively. The face-centered-cubic (fcc) structure of Co nanowires was confirmed by a selected area diffraction pattern. We proposed a fruitful description for the encapsulating mechanisms of both Co and Pd multi-metal nanowires. © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Growth and magnetic properties of ferromagnetic Co nanorods filled inside carbon nanotubes towards nanoscale spintronics

We synthesize Co nanorod filled inside multi-walled CNTs (MWCNTs) by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (MPECVD) and utilize off-axis electron holography to observe the remanent states of the filled metal nanorod inside MWCNTs at room. The MWCNTs grew up to 100-110 nm in diameter and 1.5-1.7 μm in length. The typical bright-field transmission electron microscope (TEM) images revealed both Co/Pd multisegment nanorod and Co nanorod filled inside MWCNTs on the same substrate. We have also performed energy-dispersive X-ray spectrometer (EDS) measurements to characterize the composition of metal filled inside MWCNTs. Based on high-resolution TEM measurements, we observed the face-centered-cubic (fcc) Co filled inside MWCNT. The component of magnetic induction was then measured to be 1.2±0.1 T, which is lower than the expected saturation magnetization of fcc Co of 1.7 T. The partial oxidation of the ferromagnetic metal during the process and the magnetization direction may play an important role in the determination of the quality of the remanent states. © 2008 IEEE.

Biomimetic bone-like composites fabricated through an automated alternate soaking process.

Hydroxyapatite-gelatin composites have been proposed as suitable scaffolds for bone and dentin tissue regeneration. There is considerable interest in producing these scaffolds using biomimetic methods due to their low energy costs and potential to create composites similar to the tissues they are intended to replace. Here an existing process used to coat a surface with hydroxyapatite under near physiological conditions, the alternate soaking process, is modified and automated using an inexpensive "off the shelf" robotics kit. The process is initially used to precipitate calcium phosphate coatings. Then, in contrast to previous utilizations of the alternate soaking process, gelatin was added directly to the solutions in order to co-precipitate hydroxyapatite-gelatin composites. Samples were investigated by Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and nanoindentation. Calcium phosphate coatings formed by the alternate soaking process exhibited different calcium to phosphate ratios, with correspondingly distinct structural morphologies. The coatings demonstrated an interconnected structure with measurable mechanical properties, even though they were 95% porous. In contrast, hydroxyapatite-gelatin composite coatings over 2mm thick could be formed with little visible porosity. The hydroxyapatite-gelatin composites demonstrate a composition and mechanical properties similar to those of cortical bone.

Degradation evaluation of microelectromechanical thermal actuators

Metal based thermal microactuators normally have lower operation temperatures than those of Si-based ones; hence they have great potential for applications. However, metal-based thermal actuators easily suffer from degradation such as plastic deformation. In this study, planar thermal actuators were made by a single mask process using electroplated nickel as the active material, and their thermal degradation has been studied. Electrical tests show that the Ni-based thermal actuators deliver a maximum displacement of ∼20μm at an average temperature of ∼420°C, much lower than that of Si-based microactuators. However, the displacement strongly depends on the frequency and peak voltage of the pulse applied. Back bending was clearly observed at a maximum temperature as low as 240°C. Both forward and backward displacements increase with increasing the temperature up to ∼450°C, and then decreases with power. Scanning electron microscopy observation clearly showed that Ni structure deforms and reflows at power above 50mW. The compressive stress is believed to be responsible for Ni piling-up (creep), while the tensile stress upon removing the pulse current is responsible for necking at the hottest section of the device. Energy dispersive X-ray diffraction analysis revealed severe oxidation of the Ni-structure induced by Joule-heating of the current.