Dielectric Dispersion of Water in the Frequency Range from 10 mHz to 30 MHz

We investigate the dielectric dispersion of water, specially in the low-frequency range, by using the impedance spectroscopy technique. The frequency dependencies of the real R and imaginary Z parts of the impedance Could not be explained by means of the Usual description of the dielectric properties of the water as all insulating liquid containing ions. This is due to the incomplete knowledge of the parameters entering in the fundamental equations describing the evolution of the system, and oil the mechanisms regulating the exchange of charge of the cell with the external circuit. We propose a simple description of our experimental data based on the model of Debye, by invoking a dc conductivity of the cell, related to the nonblocking character of the electrodes. A discussion on the electric Circuits able to simulate the cell under investigation, based oil bulk and Surface elements, is also reported. We find that the simple circuit formed by a series of two parallels of resistance and capacitance is able to reproduce the experimental data concerning the real and imaginary part of the electrical impedance of the cell for frequency larger than 1 Hz. According to this description, one of the parallels takes into account the electrical properties of interface between the electrode and water, and the other of the bulk. For frequency lower than 1 Hz, a good agreement with the experimental data is obtained by simulating the electrical properties of the interface by means of the constant phase element.

Effects of torsional disorder on poly-para-phenylene

We study the effect of thermal disorder on the electronic structure of one-dimensional poly-para-phenylene (PPP). In a real chain the torsion angles between rings are bound to be distributed over a range of values, which depend on temperature, and thus the chain is intrinsically disordered. In this study we simulated this kind of thermally induced off-diagonal disorder through the simple Huckel method. We base our Hamiltonian on ab initio results for the effect of temperature on torsion angles, and the effect of torsion angles on the energy gap. We analyze the electronic structure of 200-monomer-long chains focusing on the density of states, and the associated localization character (measured by the inverse participation ratio). Our results contrast with the usually assumed Gaussian-shaped density of localized states for disordered systems. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Application of abrupt cut-off models in the analysis of the capacitance spectra of conjugated polymer devices

In this paper, a detailed study of the capacitance spectra obtained from Au/doped-polyaniline/Al structures in the frequency domain (0.05 Hz-10 MHz), and at different temperatures (150-340 K) is carried out. The capacitance spectra behavior in semiconductors can be appropriately described by using abrupt cut-off models, since they assume that the electronic gap states that can follow the ac modulation have response times varying rapidly with a certain abscissa, which is dependent on both temperature and frequency. Two models based on the abrupt cut-off concept, formerly developed to describe inorganic semiconductor devices, have been used to analyze the capacitance spectra of devices based on doped polyaniline (PANI), which is a well-known polymeric semiconductor with innumerous potential technological applications. The application of these models allowed the determination of significant parameters, such as Debye length (approximate to 20 nm), position of bulk Fermi level (approximate to 320 meV) and associated density of states (approximate to 2x10(18) eV(-1) cm(-3)), width of the space charge region (approximate to 70 nm), built-in potential (approximate to 780 meV), and the gap states` distribution.

Protein Adsorption onto Polyelectrolyte Layers: Effects of Protein Hydrophobicity and Charge Anisotropy

Ellipsometry was used to investigate the influence of ionic strength (I) and pH on the adsorption of bovine serum albumin (BSA) or beta-lactoglobulin (BLG) onto preabsorbed layers of two polycations: poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC) or poly(4-vinylpyridine bromide) quaternized with linear aliphatic chains of two (QPVP-C2) or five (QPVP-C5) carbons. Comparisons among results for the three polycations reveal hydrophobic interactions, while comparisons between BSA and BLG-proteins of very similar isoelectric points (pI)-indicate the importance of protein charge anisotropy. At pH close to pI, the ionic strength dependence of the adsorbed amount of protein (Gamma) displayed maxima in the range 10 < I < 25 mM corresponding to Debye lengths close to the protein radii. Visualization of protein charge by Delphi suggested that these ionic strength conditions corresponded to suppression of long-range repulsion between polycations and protein positive domains, without diminution of short-range attraction between polycation segments and locally negative protein domains, in a manner similar to the behavior of PE-protein complexes in solution.(1-4) This description was consistent with the disappearance of the maxima at pH either above or below pI. In the former case, Gamma values decrease exponentially with I(1/2), due to screening of attractions, while in the latter case adsorption of both proteins decreased at low I due to strong repulsion. Close to or below pI both proteins adsorbed more strongly onto QPVP-C5 than onto QPVP-C2 or PDADMAC due to hydrophobic interactions with the longer alkyl group. Above pI, the adsorption was more pronounced with PDADMAC because these chains may assume more loosely bound layers due to lower linear charge density.

Estudo do calor específico de compostos Heusler paramagnéticos, da série do níquel Ni 2 Tal, onde T=Ti, Zr, Hf, V, Nb e Ta

Neste trabalho apresentamos os resultados experimentais da medida do calor específico dos compostos Heusler da série Ni2TA1, onde T =Ti, Zr,Hf,V,Nb, Ta. Estas medidas foram feitas utilizando-se um calorímetro adiabático que atua na faixa de 1,84 K a 10,3 K e visaram o estudo da estrutura elêtrônica dos compostos em termos da densidade de estados eletrônicos à nível de Fermi, bem como da dinâmica da rede cristalina, com o uso dos modelos de Debye e de Einstein para o calor específico. Apresentamos, também, uma descrição do calorímetro, seu funcionamento e as alterações ocorridas em função deste trabalho.

Estudo da morfologia e cristalinidade em polipropileno isotático submetido a deformação uniaxial em temperatura ambiente

A utilidade de alguns polímeros depende principalmente de suas propriedades elétricas, ópticas, bioquímicas e térmicas, porém na maioria dos exemplos a propriedade fundamental para as aplicações reside em suas propriedades mecânicas. Os mecanismos de deformação em polímeros semi-cristalinos são em geral complexos e dependem do arranjo e do tamanho dos cristais. A deformação plástica de polímeros semi-cristalinos é produzida pela força aplicada ao sistema, com modificações de suas propriedades termodinâmicas e morfológicas, obtendo-se materiais com novas propriedades e aplicações. Os sistemas estudados neste trabalho, consistem de amostras de polipropileno isotático, (i-PP) comercial, fornecidas pela OPP Petroquímica (III Pólo Petroquímico – Triunfo / RS). As amostras, na forma de grânulos, foram moldadas pelo processo de injeção onde duas massas molares diferentes foram investigadas. As placas moldadas por injeção, com espessura de aproximadamente 3,0 mm, foram cortadas nas dimensões padrões de 17,2 mm X 4,7 mm e após, deformadas plasticamente por compressão plana uniaxial à temperatura ambiente. A análise da morfologia e cristalinidade deste material foram realizadas utilizando as técnicas de difração raios-X em alto ângulo (WAXD), espalhamento de raios-X em baixo ângulo (SAXS), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Através da técnica de WAXD foi possível a identificação das diferentes fases cristalinas α e β do i-PP, antes e depois das amostras serem deformadas por compressão uniaxial. A determinação da cristalinidade foi realizada via difração de raios-X, utilizando as geometrias θ - 2θ e de Debye Scherrer, sendo a quantificação realizada a partir da área dos picos cristalinos obtidos a partir da indexação das reflexões de Bragg, utilizando o programa FULLPROF. Como resultado obtido, foi verificado uma significativa diminuição da cristalinidade com o aumento da deformação por compressão aplicada sobre as amostras. Com as medidas de SAXS, foram observados os perfis de espalhamento anisotrópicos e isotrópicos para as amostras sem deformação para maior e menor massa molar, respectivamente. O período longo (L) do material, definido pela soma da espessura lamelar do cristal (dc) e a espessura da camada amorfa (da), também foi obtido para estas amostras. A deformação causou uma diminuição do L, o que levou a diminuição da dc, seguido pelo aumento da da. Porém, com o aumento da deformação observa-se uma diminuição das intensidades espalhadas em torno do eixo azimutal. Este efeito pode ser atribuído ao aumento da fase amorfa seguido pela diminuição da fase cristalinidade. As modificações morfológicas ocorridas nas estruturas esferulíticas e lamelares foram avaliadas utilizando a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e a Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). O efeito da deformação plana por compressão ficou registrado nas imagens de XXIX MEV e MET, onde verificou-se o alongamento das estruturas esferulíticas na direção de fluxo, seguido da destruição parcial da mesma em deformação por compressão maiores. As imagens obtidas em MEV e MET, foram tratadas a fim de se verificar o grau de orientação e a distribuição da orientação em nível microestrutural por meio do método direto das secantes em um plano e da rosa dos interceptos. Neste caso, quando a rosa apresenta duas pétalas, tem-se um eixo de orientação; com quatro pétalas, dois eixos de orientação, e assim sucessivamente.Em um sistema isométrico sem nenhuma orientação, a rosa dos interceptos apresentará como resultado uma circunferência. Os resultados obtidos para as imagens de MEV e MET em nível esferulítico mostraram que a rosa dos interceptos parte de uma estrutura simétrica com baixo grau de orientação para uma estrutura orientada definida por um sistema de duas pétalas, seguido pelo aumento do grau de orientação para pressões de deformações maiores. Para as imagens de MET em nível lamelar observou-se o aumento do grau de orientação devido o aumento da deformação até 10 MPa. Neste caso, a rosa dos interceptos parte de uma estrutura definida por quatro pétalas (sistema dois eixos de orientação) para uma estrutura de duas pétalas, apresentando um sistema com um eixos de orientação. Porém, para pressões de deformações entre 20-3200 MPa observou-se a diminuição do grau de orientação, pois uma maior desordem é observado nas estruturas devido a amorfização do material, sendo a rosa dos interceptos demostrada por uma estrutura simétrica. Medidas com termopar foram realizadas para verificação do comportamento térmico no momento da deformação. Neste caso, foi verificado um aumento significativo da temperatura com o aumento da deformação. Porém, para as amostras deformadas com 3200 MPa foi observado dois picos de temperatura. Onde o primeiro pico foi atribuído ao comportamento adiabático seguido pela relaxação do material, enquanto o segundo pico foi verificado com grande aumento de temperatura no momento da explosão do material.

Dinâmica molecular investigada com pulsos de femto-segundos

Técnicas experimentais de óptica não-linear resolvidas no tempo são capazes, em diversas situações, de fornecer mais informações sobre a dinâmica e estrutura molecular do que técnicas sem nenhuma resolução temporal. Nesta tese investigou-se três sistemas com técnicas espectroscópicas resolvidas no tempo, utilizando pulsos ultra-curtos de um sistema LASER amplificado, baseado em cristal de Ti:Safira, e de amplificadores ópticos paramétricos. Para este estudo foram implementadas e analisadas quatro diferentes técnicas espectroscópicas resolvidas no tempo: Espalhamento Raman anti-Stokes Coerente (CARS), Espalhamento hiper-Rayleigh Resolvido no Tempo (TRHRS), Bombeio-Prova e Bombeio- Depleção-Prova. O três sistemas investigados apresentam um grau crescente de complexidade nas suas dinâmicas e interações com o meio. O primeiro dos sistemas estudados foi a dinâmica da molécula de H2 no regime de impacto, na presença de moléculas e átomos perturbadores (N2 e He). Foi possível determinar, pela primeira vez, coeficientes de alargamento para o ramo Q devido à colisões entre H2+H2 utilizando a técnica de CARS resolvido temporalmente, bem como novos coeficientes para o deslocamento das linhas. O emprego da mesma técnica em sistemas binários lançou mais luz sobre a possibilidade de existir alguma não-homogeneidade em tais tipos de colisões. O segundo experimento investigou a dinâmica de relaxação orientacional da acetonitrila em solução utilizando a nova técnica de TRHRS; esta foi desenvolvida e testada com sucesso pela primeira vez neste trabalho. Um modelamento teórico mostra que dentro do modelo de Debye para a difusão rotacional, tempos associados ao terceiro momento do tempo de difusão (τ3) e ao primeiro momento (τ1) devem ser observados. Os resultados experimentais para a acetonitrila apresentam um decaimento consistente com este modelo (τ3~850 fs), concordando também com valores derivados de resultados experimentais e teóricos obtidos por outros métodos. Além disso, também foi observado experimentalmente uma segunda componente mais rápida (~50 fs), que não pôde ser explicada dentro do modelo de difusão rotacional livre. Esta componente foi atribuída a efeitos reorientacionais coletivos em conjunto com efeitos de superposição temporal de pulsos. A interpretação do sinal desta nova técnica foi testada com sucesso realizando o experimento em tetracloreto de carbono.O terceiro sistema investigado foi a dinâmica de relaxação de energia intramolecular de carotenóides. A principal questão, da vii existência ou não de estados eletrônicos adicionais, foi abordada utilizando uma modificação da técnica de Bombeio e Prova, denominada de Bombeio-Depleção-Prova. A técnica de Bombeio-Depleção-Prova foi pela primeira vez utilizada em carotenóides, possibilitando observar dinâmicas nunca vistas por qualquer outra técnica experimental. Dentro da resolução temporal dos experimentos realizados, a presença de novos estados eletrônicos em carotenóides livres em solução é descartada. Além disso, uma nova ferramenta de análise de dados foi desenvolvida. A análise de alvos espectrais baseada em um algoritmo evolutivo trouxe mais argumentos para o modelo clássico de três níveis. A dinâmica de carotenóides livres em solução foi comparada com sua dinâmica quando inseridos no complexo fotossintético de coleta de luz (LH2) da bactéria púrpura, utilizando para isso a técnica de Bombeio e Prova. Os resultados obtidos mostram um sistema de níveis de energia mais complexo do que quando o carotenóide está livre em solução. Esta modificação devido ao ambiente é possivelmente gerada pela quebra de simetria do carotenóide quando inserido no complexo LH2, possibilitando o cruzamento entre sistemas (singlete-triplete).

Espectroscopia resolvida no tempo : caracterização de pulsos curtos, dinâmica molecular em líquidos, modelamento de luz incoerente

Nesta tese realizamos três trabalhos que envolvem diferentes aspectos da espectroscopia resolvida no tempo. No primeiro discutimos brevemente a teoria e as principais técnicas para a caracterização de pulsos curtos. Analisamos detalhamente uma destas técnicas e propusemos modi cações que possibilitaram o barateamento dos custos da montagem e, além disso, introduziram novas características que sanaram alguns problemas que a montagem original apresentava e que também possibilitaram uma melhor caracterização da própria técnica. Descrevemos cuidadosamente as condições que devem ser satisfeitas pela geometria dos feixes e pelos componentes da montagem para obter uma caracterização correta dos pulsos curtos. Também apresentamos o procedimento de calibração do sistema. Pulsos com diferentes tempos e funções de fase foram caracterizados e os resultados foram validados por testes de con abilidade da informação recuperada. O trabalho seguinte foi o estudo da dinâmica molecular em líquidos puros e em misturas através da técnica efeito Kerr óptico resolvido no tempo, que é uma técnica do tipo bombeio e prova não ressonante, usando um sistema laser Ti:Sa ra com pulsos de 170 fs, centrados em 800 nm. As moléculas estudadas foram o dissulfeto de carbono (CS2), benzeno (C6H6), alilbenzeno (C9H10) e o poliestireno (PS). A teoria necessária para descrever os resultados medidos foi desenvolvida no regime temporal. O modelo de Debye para a relaxação difusiva da anisotropia orientacional descreve a componente de tempos longa, acima de um picosegundo. Partindo do Hamiltoniano de interação, desenvolvemos a teoria da função resposta linear, chegando a uma expressão para a relaxação da polarizabilidade anisotrópica, necessária para descrever os tempos curtos (subpicosegundos). Além disso, a passagem para o regime espectral utilizando somente dados experimentais, ou seja, sem a necessidade de levar em conta modelos especí cos, também foi discutida. Os resultados mostram que os tempos difusivos tanto nos líquidos puros quanto nas misturas seguem a equação de Debye-Stokes-Einstein que prevê um aumento deste tempo para viscosidades maiores. Os tempos curtos são analisados em termos da componente não difusiva da resposta espectral associada à dinâmica molecular. As alterações do espectro foram quanti cadas e a explicação para as mudanças observadas foi dada em termos das con gurações estruturais de interação que levam a uma alteração do potencial intermolecular dentro do qual as moléculas executam movimentos libracionais. Por último, investigamos a questão do modelamento de pulsos de luz incoerente. Para isto trabalhamos com um laser de corante banda larga sem elemento de seleção espectral intracavidade. A técnica utilizada foi o espalhamento forçado de luz ao qual foi acoplado um modelador composto por uma grade, uma lente e uma máscara que alterava a função de fase espectral relativa entre os feixes formadores da grade transiente na amostra de interesse. Realizamos uma análise detalhada desta montagem e obtivemos expressões para ajustar os dados medidos. Os resultados mostram que a função de correlação pode ser alterada de forma especí ca através da escolha de determinadas funções de fase espectrais.

Aplicações da q-Álgebra em física da matéria condensada

We address the generalization of thermodynamic quantity q-deformed by q-algebra that describes a general algebra for bosons and fermions . The motivation for our study stems from an interest to strengthen our initial ideas, and a possible experimental application. On our journey, we met a generalization of the recently proposed formalism of the q-calculus, which is the application of a generalized sequence described by two parameters deformation positive real independent and q1 and q2, known for Fibonacci oscillators . We apply the wellknown problem of Landau diamagnetism immersed in a space D-dimensional, which still generates good discussions by its nature, and dependence with the number of dimensions D, enables us future extend its application to systems extra-dimensional, such as Modern Cosmology, Particle Physics and String Theory. We compare our results with some experimentally obtained performing major equity. We also use the formalism of the oscillators to Einstein and Debye solid, strengthening the interpretation of the q-deformation acting as a factor of disturbance or impurity in a given system, modifying the properties of the same. Our results show that the insertion of two parameters of disorder, allowed a wider range of adjustment , i.e., enabling change only the desired property, e.g., the thermal conductivity of a same element without the waste essence

Determination of the oxygen and nitrogen interstitial diffusion coeficient in niobium by mechanical spectroscopy

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

Diffusion of Nitrogen in Ti-13V-11Cr-3Al Alloys

Metals with a bcc crystalline structure such as Ti-13V-11Cr-3Al alloys have their physical properties significantly changed through the addition of interstitial elements such as oxygen and nitrogen. These metals can dissolve substantial amounts of interstitial elements forming solid solutions. Mechanical spectroscopy measurements constitute a powerful tool for studying interactions of these interstitial elements with other elements that make up the alloy. From these measurements, it is possible to obtain information regarding diffusion, interstitial concentration, interaction between interstitials, and other imperfections of the crystalline lattice, In this paper, Ti-13V-11Cr-3Al alloys with several amount of nitrogen, in a solid solution, were studied using mechanical spectroscopy (internal friction) measurements. The results presented complex internal friction spectra which were resolved in a series of constituent Debye peaks corresponding to different interactions and interstitial diffusion coefficients. Pre-exponential factors and activation energies were calculated for nitrogen in theses alloys.

Anelastic Relaxation Measurements in Nb-46wt%Ti Alloys with Interstitial Solutes in Solid Solution

Anelastic relaxation measurements were performed in a Nb-46wt%Ti alloy, in the temperature range of 300 to 700 K, using a torsion pendulum operating at an oscillating frequency near 2.0 Hz. The samples were measured in different conditions: cold worked, annealed in ultra-high vacuum and doped with several quantities of nitrogen. The relaxation spectra obtained were resolved into their component peaks, corresponding to the different kinds of interaction of the interstitial solutes with the metallic matrix. The relaxation parameters of each process were calculated using Debye's elementary peaks.

Dielectric and impedance properties of Nd3/2Bi3/2Fe5O12 ceramics

The polycrystalline sample of Nd3/2Bi3/2Fe5O12 was prepared by a high- temperature solid-state reaction technique. Preliminary X-ray structural analysis exhibits the formation of a single-phase tetragonal structure at room temperature. Microstructural analysis by scanning electron microscopy shows that the sintered sample has well defined grains. These grains are distributed uniformly throughout the surface of the sample. Detailed studies of dielectric response at various frequencies and temperatures exhibit a dielectric anomaly at 400 A degrees C. The electrical properties (impedance, modulus and conductivity) of the material were studied using a complex impedance spectroscopy technique. These studies reveal a significant contribution of grain and grain boundary effects in the material. The frequency dependent plots of modulus and the impedance loss show that the conductivity relaxation is of non-Debye type. Studies of electrical conductivity with temperature demonstrate that the compound exhibits Arrhenius-type of electrical conductivity. Study of ac conductivity with frequency suggests that the material obeys Jonscher's universal power law.

IMPEDANCE CHARACTERISTICS of La3/2Bi3/2Fe5O12 CERAMICS

Polycrystalline La3/2Bi3/2Fe5O12 (LBIO) compound was prepared by a high-temperature solid-state reaction technique. The complex impedance of LBIO was measured over a wide temperature (i.e., room temperature to 500 C) and frequencies (i.e., 10(2)-10(6) Hz) ranges. This study takes advantage of plotting ac data simultaneously in the form of impedance and modulus spectroscopic plots and obey non-Debye type of relaxation process. The Nyquist's plot showed the presence of grain effects in the material at high temperature. The ac conductivity spectrum was found to obey Jonscher's universal power law. The dc conductivity was found to increase with rise in temperature. The activation energy of the compound was found to be 0.24 and 0.51 eV in the low and high-temperature region, respectively, for conduction process.

Determination of the photoinduced birefringence and of the refractive index by Brewster method of epoxy resin doped with CdS

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)