Estudo do efeito magnetocalórico nos compostos da série Gd1-xDyxAl2

Nesta dissertação, foram investigadas as propriedades magnéticas e magnetocalóricas nos compostos intermetálicos de terras-raras Gd1-xDyxAl2 (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 e 1.00) usando abordagens teórica e experimental. Do ponto de vista teórico, a série Gd1-xDyxAl2 foi descrita através de um modelo para o hamiltoniano magnético, incluindo o efeito Zeeman, interação de troca e a anisotropia de campo elétrico cristalino. As entropias da rede e eletrônica foram consideradas nas aproximações de Debye e de gás de elétrons livres, respectivamente. A parte experimental inclui a preparação do material, sua caracterização e medidas das quantidades magnéticas e magnetocalóricas. Os resultados experimentais e os cálculos teóricos da variação adiabática da temperatura (ΔTad) e da variação isotérmica da entropia (ΔS T), sob variações de campo magnético ao longo da direção de fácil magnetização, estão de bom acordo. O efeito da aplicação do campo magnético ao longo de uma direção de difícil magnetização foi estudado e as componentes da magnetização em função da temperatura foram investigadas. Também foi observado que a temperatura de reorientação de spin, TR, diminui quando a intensidade do campo magnético aumenta. Além disso, as concentrações molares ótimas de um material híbrido formado pelos compostos Gd1-xDyxAl2 (x = 0, 0.25, 0.50, 0.75 e 1.00) foram simuladas usando um método numérico de matriz proposto por Smaili e Chahine. O compósito apresenta um bom intervalo de temperatura para um refrigerador magnético de 60 até 170 K.

Optimizing the Curie temperature of pseudo-binary RxR2-x ' Fe-17 (R, R ' = rare earth) for magnetic refrigeration

Several pseudo-binary RxR2-x'Fe-17 alloys (with R = Y, Ce, Pr, Gd and Dy) were synthesized with rhombohedral Th2Zn17-type crystal structure determined from x-ray and neutron powder diffraction. The choice of compositions was done with the aim of tuning the Curie temperature (T-C) in the 270 +/- 20 K temperature range, in order to obtain the maximum magneto-caloric effect around room temperature. The investigated compounds exhibit broad isothermal magnetic entropy changes, Delta S-M(T), with moderate values of the refrigerant capacity, even though the values of Delta S-M(Peak) are relatively low compared with those of the R2Fe17 compounds with R = Pr or Nd. The reduction on the Delta S-M(Peak) is explained in terms of the diminution in the saturation magnetization value. Furthermore, the Delta S-M(T) curves exhibit a similar caret-like behavior, suggesting that the magneto-caloric effect is mainly governed by the Fe-sublattice. A single master curve for Delta S-M/Delta S-M(Peak)(T) under different values of the magnetic field change are obtained for each compound by rescaling of the temperature axis.

Investigação do efeito magnetocalórico convencional e anisotrópico no sistema Er(1-y)Ho(y)N

O efeito magnetocalórico, base da refrigeração magnética, é caracterizado por duas quantidades: a variação isotérmica da entropia (ΔST) e a variação adiabática da temperatura (ΔTad) as quais podem ser obtidas sob variações na intensidade de um campo magnético aplicado. Em sistemas que apresentam anisotropia magnética, pode‐se definir o efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual, por definição, é calculado através da variação na direção de aplicação de um campo magnético cuja intensidade se mantém fixa. Nos materiais de nosso interesse, o efeito magnetocalórico é estudado teoricamente partindo de um hamiltoniano modelo que leva em conta a rede magnética (que pode ser composta por diversas sub-redes magnéticas acopladas), rede cristalina e a dinâmica dos elétrons de condução. No hamiltoniano magnético são consideradas as interações de troca, Zeeman e campo cristalino (esta ultima responsável pela anisotropia magnética). Recentemente, estudamos o efeito magnetocalórico convencional e o efeito magnetocalórico anisotrópico nos compostos mononitretos com terras-raras, a saber: Ho(y)Er(1-y)N para as concentrações y= 0,1,0.5 e 0.75. Comparações entre nossos resultados teóricos e os dados experimentais para o EMC foram bastante satisfatórias [3,9]. Além disso, diversas predições teóricas como a existência de uma fase ferrimagnética no sistema Ho(y)Er(1-y)N (para a concentração y=0.5) e reorientações de spin nas sub-redes do Ho e Er foram feitas [25].

Estudo teórico e experimental da velocidade do som em sistemas contendo hidrocarbonetos

A descoberta de reservatórios de petróleo na camada do pré-sal abriu novas perspectivas para a economia brasileira. A grandes profundidades, com elevado teor de CO2 e submetidos a altas pressões e temperaturas, a exploração de petróleo das camadas de pré-sal constitui um considerável desafio tecnológico. Neste contexto, o conhecimento dos coeficientes de compressibilidade são fundamentais para o estudo do comportamento termodinâmico e escoamento dos fluidos destes campos de produção. Com este objetivo, foram determinadas experimentalmente nesta dissertação a massa específica e a velocidade do som de sistemas envolvendo quatro hidrocarbonetos puros: n-decano, n-hexadecano, decalina e tetralina, assim como para sistemas multicompostos envolvendo estes hidrocarbonetos e para uma amostra de condensado de petróleo. Os resultados obtidos permitiram o cálculo dos coeficientes de compressibilidade isentrópica, isotérmica e isentálpica. É apresentada uma avaliação sobre a capacidade de se correlacionar dados experimentais de velocidade do som aos dados calculados pelas equações de estado de Peng-Robinson e Lee-Kesler com regras de mistura: (i) Spencer e Danner e (ii) Lee-Kesler

Influência da reorientação de spin nas propriedades termomagnéticas dos compostos da série Ho1-yGdyAl2

Neste trabalho foram estudadas as propriedades estruturais e termomagnéticas dos pseudobinários Ho1-yGdyAl2, através de abordagens experimentais e teóricas. A parte experimental envolveu a preparação de cinco amostras, com as concentrações y = 0, 0,25, 0,5, 0,75 e 1, assim como medidas de magnetização, calor especifico e da variação adiabática da temperatura. Na parte teórica usamos um hamiltoniano modelo que leva em consideração a interação dos íons com o campo magnético aplicado, com o campo elétrico cristalino e a troca entre os íons magnéticos. A entropia da rede foi considerada na aproximação de Debye e a entropia eletrônica na aproximação do gás de elétrons livres. A influência das reorientações de spin, espontâneas e induzidas pelo campo magnético, na magnetização e no calor especifico foram investigadas sistematicamente tanto a partir de dados experimentais quanto teoricamente. Também obtemos resultados teóricos para a variação de entropia e variação adiabática da temperatura alterando a intensidade ou a direção do campo magnético.

Cinética de cristalização não-isotérmica de resíduos de polietileno de alta densidade (PEAD)

Nos últimos anos, a presença dos polímeros nos resíduos sólidos urbanos tem aumentado significativamente. Dentre todos os tipos de polímeros encontrados no lixo urbano, o polietileno de alta densidade (PEAD) ganha destaque, pois está presente em grande quantidade. A reciclagem de plásticos, neste âmbito, se configura como uma importante forma de reduzir a quantidade deste material nos lixões e aterros. Entretanto, sabe-se que os artefatos produzidos com material reciclado possuem propriedades inferiores. Outro ponto importante é o conhecimento da relação estrutura-propriedade, este conhecimento é fundamental na aplicação de qualquer material. Sendo assim, foram caracterizadas amostras de PEAD (embalagens pós-consumo) retiradas do lixo urbano através da calorimetria exploratória diferencial (DSC). Utilizando-se os modelos cinéticos de Avrami modificado e Liu, foi possível verificar que dependendo do tipo de carga ou colorante encontrado, há diferenças importantes na formação e morfologia dos cristais.

Avaliação de propriedades mecânicas e térmicas de compósito à base de polietileno de alta densidade e hidroxiapatita deficiente de cálcio

No presente trabalho, foram processados compósitos de polietileno de alta densidade (PEAD) com hidroxiapatita deficiente de cálcio (HA), com o objetivo de obter materiais com melhores propriedades mecânicas e bioatividade. A adição da HA deficiente de cálcio proporcionou um aumento no módulo de elasticidade (maior rigidez), menor resistência ao impacto e decréscimo do grau de cristalinidade do PEAD, proporcionando uma maior bioatividade ao material. A análise térmica exploratória (sistema não isotérmico) foi realizada por meio da técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e foram avaliados os teores de fosfato de cálcio e a velocidade de rotação da rosca no processamento dos materiais. No estudo da cristalização não-isotérmica observou-se uma diminuição da temperatura de cristalização com o aumento da taxa de resfriamento para todos os materiais sintetizados. A energia de ativação (Ea) da cristalização dos materiais foi avaliada por meio dos métodos Kissinger e Ozawa. A amostra com 5% de HA deficiente de cálcio e velocidade de processamento de 200 rpm foi a que apresentou menor valor de energia de ativação, 262 kJ/mol, menor desvio da linearidade e a que mais se assemelhou à matriz de PEAD sem HA. O teor de hidroxiapatita deficiente de cálcio não favorece o processo de cristalização devido à alta energia de ativação determinada pelos métodos descritos. Provavelmente, a velocidade de rotação, favorece a dispersão da carga na matriz de PEAD, dificultando o processo de cristalização. Na aplicação do método de Osawa-Avrami, os coeficientes de correlação indicaram perda na correlação linear. Estas perdas podem estar associadas a uma pequena percentagem de cristalização secundária e/ou à escolha das temperaturas utilizadas para determinar a velocidade de cristalização. Na determinação dos parâmetros pelo método de Mo, as menores percentagens de cristalização apresentaram um grande desvio da linearidade, com coeficiente de correlação bem menor que 1 e com o aumento da percentagem de cristalização, o desvio da linearidade diminui, ficando próximo de 1. Os resultados obtidos mostraram que o modelo de Mo e de Osawa-Avrami não foram capazes de definir o comportamento cinético dos materiais produzidos neste trabalho.

O efeito magnetocalórico na série Gd(1-y)Pr(y)Ni2

Em geral, o efeito magnetocalórico (EMC) é caracterizado pela variação adiabática da temperatura (ΔTad) e a variação isotérmica da entropia (ΔST) sob variações do campo magnético. Devido as aplicações tecnológicas do EMC na refrigeração magnética, que não apresentam efeitos perigosos para o meio ambiente e tem o potencial para reduzir o consumo de energia, os estudos sobre o EMC tem crescido ao longo dos anos . Neste trabalho, estudamos as propriedades magnéticas e magnetocalóricos da série Gd (1-Y) Pr (Y) Ni2 com Y = 0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1 A série dos compostos RNi2 compostos cristalizam na fase de Laves cúbico C15, o que torna o Campo Elétrico Cristalino cúbico um quadro adequado para descrever a anisotropia magnética sobre estes compostos . Além do modelo hamiltoniano inclui contribuições do efeito Zeeman e as interações de troca indireta entre Gd-Gd, Gd-Pr e íons Pr-Pr. Vale a pena notar que o GdNi2 apresenta um arranjo ferromagnético com temperatura de transição de cerca de 78 K e o composto PrNi2 é paramagnético. Os potenciais magnetocalóricos foram calculados e comparados com os dados experimentais. Além disso, investigamos a influência da direção do campo magnético sobre as quantidades magnéticas e no EMC investigada.

Application of electron beams in thermal processing of semiconductor materials and devices

Rapid and effective thermal processing methods using electron beams are described in this paper. Heating times ranging from a fraction of a second to several seconds and temperatures up to 1400°C are attainable. Applications such as the annealing of ion implanted material, both without significant dopant diffusion and with highly controlled diffusion of impurities, are described. The technique has been used successfully to activate source/drain regions for fine geometry NMOS transistors. It is shown that electron beams can produce localised heating of semiconductor substrates and a resolution of approximately 1 μm has been achieved. Electron beam heating has been applied to improving the crystalline quality of silicon-on sapphire used in CMOS device fabrication. Silicon layers with defect levels approaching bulk material have been obtained. Finally, the combination of isothermal and selective annealing is shown to have application in recrystallisation of polysilicon films on an insulating layer. The approach provides the opportunity of producing a silicon-on-insulator substrate with improved crystalline quality compared to silicon-on-sapphire at a potentially lower cost. It is suggested that rapid heating methods are expected to provide a real alternative to conventional furnace processing of semiconductor devices in the development of fabrication technology. © 1984 Benn electronics Publications Ltd, Luton.

ANNEALING BEHAVIOUR OF HIGH DOSE As** plus IMPLANTS.

The annealing behaviour of doses up to 4. 10**1**6 ions/cm**2 implanted at ion currents up to 10ma is described. Differences between rapid isothermal and furnace annealing in the measured sheet resistances are due to different amounts of diffusion and to loss of dopant by evaporation. Implantation at high currents (10ma) does not appear to affect the quality of the regrown material provided the temperature rise during implantation is small.

REGROWTH RATES OF AMORPHOUS LAYERS IN SILICON-ON-SAPPHIRE FILMS.

The rate and direction of regrowth of amorphous layers, created by self-implantation, in silicon-on-sapphire (SOS) have been studied using time resolved reflectivity (TRR) experiments performed simultaneously at two wavelengths. Regrowth of an amorphous layer towards the surface was observed in specimens implanted with 3 multiplied by (times) 10**1**5Si** plus /cm**2 at 50keV and regrowth of a buried amorphous layer, from a surface seed towards the sapphire, was observed in specimens implanted with 1 multiplied by (times) 10**1**5Si** plus /cm**2 at 175keV. Rapid isothermal heating to regrow the layers was performed in an electron beam annealing system. The combination of 514. 5nm and 632. 8nm wavelengths was found to be particularly useful for TRR studies since the high absorption in amorphous silicon, at the shorter wavelength, means that the TRR trace is not complicated by reflection from the silicon-sapphire interface until regrowth is nearly complete.

RESIDUAL DEFECTS FOLLOWING RAPID ANNEALING OF BORON IMPLANTED SILICON WITH AND WITHOUT PREAMORPHISATION BY SILICON IMPLANTATION.

Implants of boron into silicon which has been made amorphous by silicon implantation have a shallower depth profile than the same implants into silicon. This results in higher activation and restricted diffusion of the B implants after annealing, and there are also significant differences in the microstructure after annealing compared with B implants into silicon. Rapid isothermal heating with an electron beam and furnace treatments are used to characterize the defect structure as a function of time and temperature. Defects are seen to influence the diffusion of non-substitutional boron.

Crystal growth of melt-textured Nd-123 under 1% oxygen partial pressure atmosphere

Crystal growth of melt-textured Nd-123 pseudo-crystals was investigated via an isothermal solidification with top-seeding technique under a 1%O2 in N2 atmosphere. Non-steady state solidification was observed at low undercooling, in contrast to an almost linear growth at higher undercooling. Similar to processing in air, the substitution of Nd/Ba was found to decrease from the seed position to the edge of the crystal. In addition, the volume fraction of Nd-422 particles decreased in the solid as solidification proceeded. As a result of these microstructural inhomogeneities, the critical temperature and the critical current density varied within the crystal even for samples processed isothermally, despite the narrow solid solution range of the Nd-123 phase under a reduced pO2 atmosphere.

Contrasting code performances for computational aeroacoustics of jets

The numerical propagation of subcritical Tollmein-Schlichting (T-S), inviscid vortical and cut-on acoustic waves is explored. For the former case, the performances of the very different NEAT, NTS, HYDRA, FLUXp and OSMIS3D codes is studied. A modest/coarse hexahedral computational grid that starkly shows differences between the different codes and schemes used in them is employed. For the same order of discretization the five codes show similar results. The unstructured codes are found to propagate vortical and acoustic waves well on triangular cell meshes but not the T-S wave. The above code contrasting exercise is then carried out using implicit LES or Smagorinsky LES for and Ma = 0.9 plane jet on modest 0.5 million cell grids moving to circa 5 million cell grids. For this case, even on the coarse grid, for all codes results were generally encouraging. In general, the spread in computational results is less than the spread of the measurements. Interestingly, the finer grid turbulence intensity levels are slightly more under-predicted than those of the coarse grid. This difference is attributed to the numerical dispersion error having a favourable coarse grid influence. For a non-isothermal jet, HYDRA and NTS also give encouraging results. Peak turbulence values along the jet centreline are in better agreement with measurements than for the isothermal jets. Copyright © 2006 by University of Wales.

Improved infrared thermal imaging of a CMOS MEMS device

We report a technique which can be used to improve the accuracy of infrared (IR) surface temperature measurements made on MEMS (Micro-Electro-Mechanical- Systems) devices. The technique was used to thermally characterize a SOI (Silicon-On-Insulator) CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) MEMS thermal flow sensor. Conventional IR temperature measurements made on the sensor were shown to give significant surface temperature errors, due to the optical transparency of the SiO 2 membrane layers and low emissivity/high reflectivity of the metal. By making IR measurements on radiative carbon micro-particles placed in isothermal contact with the device, the accuracy of the surface temperature measurement was significantly improved. © 2010 EDA Publishing/THERMINIC.