Dielectric behavior of epoxy/BaTiO3 composites using nanostructured ceramic fibers obtained by electrospinning

Composite materials made of epoxy resin and barium titanate (BT) electrospun nanostructured fibers were prepared. BT fibers were synthesized from a sol based on barium acetate, titanium isopropoxide, and poly(vinyl pyrrolidone). The fibers were heat-treated at different temperatures and characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), and Raman spectroscopy. Mats of BT fibers heat-treated at 800 C were embedded in epoxy resin into suitable molds. The composites were characterized by SEM, and dielectric measurements were performed by means of dielectric spectroscopy. The dielectric permittivity and dielectric modulus of epoxy resin/BT-fiber composites were measured for two types of samples: with the electrodes parallel and perpendicular to the BT fiber layers. Interestingly, composite samples with electrodes perpendicular to the fiber layers and a BT content as low as 2 vol % led to dielectric permittivities three times higher than that of pure epoxy resin. © 2013 American Chemical Society.

Evidence of defect-mediated magnetic coupling on hydrogenated Co-doped ZnO

Hydrogenated bulk Zn1-xCoxO samples were synthesized via standard solid-state reaction route with Co molar concentrations up to 15 at.%. Magnetic characterization demonstrates a room temperature ferromagnetic behavior associated to a paramagnetic Curie-Weiss component. Detailed microstructural analysis was carried out to exclude the presence of extrinsic sources of ferromagnetism. The magnetization increases linearly as a function of Co concentration. Hall measurements reveal an insulating character for the whole set of samples. In this context, the defect mediated magnetic coupling between the Co atoms under the scope of the bound magnetic polarons model is used to interpret the observed room temperature ferromagnetism. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effective synchronization of a class of chua's chaotic systems using an exponential feedback coupling

A robust exponential function based controller is designed to synchronize effectively a given class of Chua's chaotic systems. The stability of the drive-response systems framework is proved through the Lyapunov stability theory. Computer simulations are given to illustrate and verify the method. © 2013 Patrick Louodop et al.

Thickness dependence of structure and piezoelectric properties at nanoscale of polycrystalline lead zirconate titanate thin films

Lead zirconate titanate Pb(Zr0.50Ti0.50)O3 (PZT) thin films were deposited by a polymeric chemical method on Pt(111)/Ti/SiO2/Si substrates to understand the mechanisms of phase transformations and the effect of film thickness on the structure, dielectric, and piezoelectric properties in these films. PZT films pyrolyzed at temperatures higher than 350 °C present a coexistence of pyrochlore and perovskite phases, while only perovskite phase grows in films pyrolyzed at temperatures lower than 300 °C. For pyrochlore-free PZT thin films, a small (100)-orientation tendency near the film-substrate interface was observed. Finally, we demonstrate the existence of a self-polarization effect in the studied PZT thin films. The increase of self-polarization with the film thickness increasing from 200 nm to 710 nm suggests that Schottky barriers and/or mechanical coupling near the film-substrate interface are not primarily responsible for the observed self-polarization effect in our films. © 2013 AIP Publishing LLC.

Structural and dielectric properties of polyvinyl alcohol/barium zirconium titanate polymer-ceramic composite

The polyvinyl alcohol (PVA)/barium zirconium titanate Ba[Zr0.1Ti0.9]O3 (BZT) polymer-ceramic composites with different volume percentage are obtained from solution mixing and hot-pressing method. Their structural and electrical properties are characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, cluster modeling, scanning electron microscope and dielectric study. XRD patterns of PVA/BZT polymer-ceramics composite (with 50% volume fractions) indicate no obvious differences than the XRD patterns of pure BZT which shows that the crystal structure is still stable in the composite. The scanning electron micrograph indicates that the BZT ceramic is dispersed homogeneously in the polymer matrix without agglomeration. The dielectric permittivity (ε r) and the dielectric loss (tan δ) of the composites increase with the increase of the volume fraction of BZT ceramic. Theoretical models are employed to rationalize the dielectric behavior of the polymer composites. The dielectric properties of the composites display good stability within a wide range of temperature and frequency. The excellent dielectric properties of these polymer-ceramic composites indicate that the BZT/PVA composites can be a candidate for embedded capacitors. © 2013 Elsevier B.V.

Equivalent representation of mutual coupling in transmission lines by discrete element

This paper describes a computational model based on lumped elements for the mutual coupling between phases in transmission lines without the explicit use of modal transformation matrices. The self and mutual parameters and the coupling between phases are modeled using modal transformation techniques. The modal representation is developed from the intrinsic consideration of the modal transformation matrix and the resulting system of time-domain differential equations is described as state equations. Thus, a detailed profile ofthe currents and the voltages through the line can be easily calculated using numerical or analytical integration methods. However, the original contribution of the article is the proposal of a time-domain model without the successive phase/mode transformations and a practical implementation based on conventional electrical circuits, without the use of electromagnetic theory to model the coupling between phases. © 2003-2012 IEEE.

Dielectric and structural characterization of Pb1-xAxZr0.40Ti0.60O3 (A = Sr, Ca) ferroelectric ceramics

This paper reports the influence of Sr- and Ca-substitution on the structural and ferroelectric properties of Pb1-xSrxZr0.40Ti0.60O3 (PSZT) and Pb1-xCaxZr0.40Ti0.60O3 (PCZT) ceramic systems. The dielectric measurements show that these substitutions cause a diffuse behavior in the dielectric permittivity curves for all samples. According to the X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectra collected at Ti K- and LIII-edge, when Pb was replaced by Sr or Ca, a decrease in the local distortion around Ti atoms in the TiO6 octahedron could be observed. The O K-edge XANES spectra also revealed that the hybridization between O 2p and Pb 6sp states decreased as the amount of Sr or Ca atoms increased. Based on these results, it was possible to ascertain that the ferroelectric behavior in PSZT and PCZT samples bears a close correlation to the hybridization weakening between O 2p and Pb 6 sp states. © 2013 by American Scientific Publishers.

Estudo da preparação de nanocompósitos magneto-luminescentes unidimensionais baseados em telúrio

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelos não-lineares de teoria de campos e mundos-brana

Pós-graduação em Física - FEG

Estudo da cerâmica PZT sob o ponto de vista microestrutural e propriedades eletro-ópticas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo de efeitos de Faraday e Kerr ópticos em estruturas multicamadas com efeito de transmissão óptica extraordinária

Neste trabalho foi investigada e otimizada uma nova heteroestrutura planar de três camadas com efeitos magneto-ópticos de Faraday e de Kerr aprimorados e transmissão óptica extraordinária na região de comprimento de onda de 925 a 1200 nm. Esta estrutura consiste de uma placa metálica não magnética de ouro perfurada periodicamente e colocada sobre duas finas camadas dielétricas, sendo uma composta por um material não magnético e outra composta por um material magnético (Bi-substituted Yttrium Iron Garnet) uniformemente magnetizado perpendicularmente ao seu plano. Analisando e otimizando esta estrutura, obteve-se rotação de Faraday e rotação de Kerr três vezes e nove vezes maior, respectivamente, que os de dispositivos análogos publicados na literatura. Além disso, esta estrutura foi otimizada para obter um aumento de 40% da transmissão óptica extraordinária, preservando o ângulo de rotação de Faraday. A heteroestrutura investigada pode ser utilizada em dispositivos ópticos não recíprocos.

Influência de estruturas geológicas bidimensionais no campo geoeletromagnético na presença do eletrojato equatorial

A Terra atua como um grande magneto esférico, cujo campo assemelha-se àquele gerado por um dipolo magnético. Este campo apresenta mudanças de intensidade que variam com a localização e a hora local. A parte principal do campo geomagnético se origina no interior da Terra através de processos eletromagnéticos. Extensivos estudos mostraram ainda que existem contribuições de origem externa ao planeta, principalmente de origem solar. Dentre estas fontes há anomalias do campo magnético que surgem a partir de um aumento diurno da corrente elétrica em uma estreita faixa da ionosfera, de direção leste-oeste, centrada no equador magnético e denominada Eletrojato Equatorial (EEJ). Ocasionalmente estas correntes podem apresentar reversões de fluxo, sendo denominadas Contra-Eletrojato (CEJ). Vários autores têm estudado os efeitos do EEJ e CEJ sobre as observações geoeletromagnéticas. Eles estão interessados no efeito combinado do EEJ e estruturas geológicas condutivas 1-D e 2-D. Nestes trabalhos a estrutura 2-D sempre se apresentava paralela ao eletrojato, o que é uma hipótese bastante restritiva ao se modelar ambientes geológicos mais realistas, em que corpos bidimensionais podem ter qualquer strike em relação ao EEJ. Neste trabalho apresentamos a solução deste problema sem esta restrição. Assim, mostramos os campos geoeletromagnéticos devidos a estruturas bidimensionais que possuam strike oblíquo em relação ao EEJ, através de perfis dos campos elétrico e magnéticos calculados na superfície e formando direção arbitrária à heterogeneidade condutiva 2-D. Com esta resposta avaliamos ainda qual a influência que estruturas bidimensionais exercem sobre a resposta magnetotelúrica, sob influência do Eletrojato Equatorial. Durante o desenvolvimento deste trabalho, utilizamos o método de elementos finitos, tendo por fonte eletromagnética o EEJ e o CEJ, que por sua vez foram representados por uma combinação de distribuições gaussianas de densidade de corrente. Estas fontes foram decompostas nas direções paralela e perpendicular à estrutura 2-D, resultando nos modos de propagação TE₁ e TE₂ e TM acoplados, respectivamente. Resolvemos o modo acoplado aplicando uma Transformada de Fourier nas equações de Maxwell e uma Transformada Inversa de Fourier na solução encontrada. De acordo com os experimentos numéricos realizados em um modelo interpretativo da Anomalia Condutiva da Bacia do Parnaíba, formado por uma enorme estrutura de 3000 ohm-m dentro de um corpo externo condutivo (1 ohm-m), concluímos que a presença do CEJ causa uma inversão na anomalia, se compararmos com o resultado do EEJ. Concluímos também que para as frequências mais altas as componentes do campo elétrico apresentam menor influência da parte interna do corpo 2-D do que da parte externa. Já para frequências mais baixas este comportamento se observa com as componentes do campo magnético. Com relação à frequência, vimos os efeitos do “skin-depth”, principalmente nas respostas magnéticas. Além disso, quando a estrutura 2-D está paralela ao eletrojato, o campo elétrico é insensível à estrutura interna do modelo para todos os valores de frequência utilizados. Com respeito ao ângulo θ_h entre a heterogeneidade e a fonte, vimos que o modo TM se manifesta naturalmente quando θ_h é diferente de 0°. Neste caso, o modo TE é composto por uma parte devido à componente da fonte paralela à heterogeneidade e a outra devido à componente da fonte perpendicular, que é acoplada ao modo TM. Assim, os campos calculados têm relação direta com o valor de θ_h. Analisando a influência do ângulo entre a direção do perfil dos campos e o strike da heterogeneidade verificamos que, à medida que θ_h se aproxima de 90°, os campos primários tornam-se variáveis para valores de θ_p diferentes de 90°. Estas variações causam uma assimetria na anomalia e dão uma idéia da inclinação da direção do perfil em relação aos corpos. Finalmente, concluímos que uma das influências que a distância entre o centro do EEJ e o centro da estrutura 2-D, causa sobre as componentes dos campos está relacionado às correntes reversas do EEJ e CEJ, pois a 500 km do centro da fonte estas correntes têm máxima intensidade. No entanto, com o aumento da distância, as anomalias diminuem de intensidade. Nas sondagens MT, nós também usamos o EEJ e o CEJ como fonte primária e comparamos nossos resultados com a resposta da onda plana. Deste modo observamos que as componentes do campo geoeletromagnético, usadas para calcular a impedância, têm influência do fator de acoplamento entre os modos TE₂ e TM. Além disso, esta influência se torna maior em meios resistivos e nas frequências mais baixas. No entanto, o fator de acoplamento não afeta os dados magnetotelúricos em frequências maiores de 10^-2 Hz. Para frequências da ordem de 10^-4 Hz os dados MT apresentam duas fontes de perturbação: a primeira e mais evidente é devido à presença fonte 2-D (EEJ e CEJ), que viola a hipótese da onda plana no método MT; e a segunda é causada pelo acoplamento entre os modos TE₂ e TM, pois quando a estrutura bidimensional está obliqua à fonte 2-D temos correntes elétricas adicionais ao longo da heterogeneidade. Concluimos assim, que o strike de uma grande estrutura condutiva bidimensional relativamente à direção do EEJ ou CEJ tem de fato influência sobre o campo geomagnético. Por outro lado, para estudos magnetotelúricos rasos (frequências maiores de 10^-3 Hz) o efeito do ângulo entre a estrutura geológica 2-D e a direção do EEJ não é tão importante. Contudo, em estudos de litosfera frequências menores de 10^-3 Hz) o acoplamento entre os modos TE₂ e TM não pode ser ignorado.

Modelo fractal para resistividade complexa de rochas: interpretação petrofísica e aplicação à exploração geoelétrica

Rochas contendo metálicos disseminados ou partículas de argila em ambiente natural onde soluções eletrolíticas normalmente preenchem os poros das rochas, exibem um tipo de polarização em baixas freqüências conhecido como polarização induzida. Nesta tese foi desenvolvido um novo modelo para descrever o fenômeno de polarização das rochas, não apenas em baixas freqüências, mas compreendendo todo o espectro eletromagnético, possível de utilização na prospecção geoelétrica. Este novo modelo engloba a maioria dos modelos utilizados até o momento como casos especiais, além de superar as limitações dos mesmos. Seu circuito analógico inclui uma impedância não linear do tipo r (iwtf)^-n que simula o efeito das superfícies rugosas das interfaces entre os grãos bloqueadores (partículas metálicas e/ou de argilas) e o eletrólito. A impedância de Warburg generalizada está em série com a resistência dos grãos bloqueadores da passagem de corrente e em paralelo com a impedância da dupla camada associada a essas interfaces. Esta combinação está em série com a resistência do eletrólito nas passagens dos poros bloqueados. Os canais não bloqueados são representados por uma resistência que corresponde à resistividade normal CC da rocha. A combinação desta resistência com a capacitância "global" da rocha é finalmente conectada em paralelo ao resto do circuito mencionado acima. Os parâmetros deste modelo incluem a resistividade CC (p₀), a cargueabilidade (m), três tempos de relaxação (t, Tf and T2), um fator de resistividade de grãos (δ_r), e o expoente de freqüência (η). O tempo de relaxação fractal (Tf), e o expoente de frequencia (η) estão relacionados à geometria fractal das interfaces rugosas entre os minerais condutivos (grãos metálicos e/ou partículas de argila bloqueando os canais dos poros) e o eletrólito. O tempo de relaxação (T) é um resultado da relaxação em baixa freqüência das duplas camadas elétricas formadas nas interfaces eletrólito-cristais, enquanto (T₀) é o tempo de relaxação macroscópico da amostra como um todo. O fator de resistividade dos grãos (δ_r) relaciona a resistividade dos grãos condutivos com o valor de resistividade CC da rocha. A resistividade CC da rocha (p₀), e δ_r estão relacionados à porosidade, à condutividade do eletrólito e às relações mineralógicas entre a matriz e os grãos condutivos. O modelo foi testado sobre um intervalo largo de freqüências contra dados experimentais de amplitude e fase da resistividade bem como para dados de constante dielétrica complexa. Os dados utilizados neste trabalho foram obtidos a partir da digitalização de dados experimentais publicados, obtidos por diversos autores e englobando amostras de rochas sedimentares, ígneas e metam6rficas. É mostrado neste trabalho que os parâmetros deste modelo permitem identificar diferenças texturais e mineralógicas nas rochas. Bote modelo foi introduzido, primeiramente, como propriedade intrínseca de um semiespaço homogêneo sendo demonstrado, neste trabalho, que a resposta observada em superfície reflete as propriedades intrínsecas do meio polarizável, sendo o acoplamento eletromagnético desprezível em freqüências menores que 104 Hz. Em seguida, o meio polarizável foi embebido em um pacote de N camadas sendo demonstrado que os parâmetros fractais do meio polarizável podem ser obtidos do levantamento em superfície para diferentes espessuras dessa camada. Isto justifica a utilização pura e simples de modelos de polarização desenvolvidos para amostras em laboratório para ajustar dados de campo, o que vem sendo feito sem uma justificativa bem fundamentada. Estes resultados demonstram a importância para a prospecção geolétrica do modelo proposto nesta tese.

Sleep deprivation affects sensorimotor coupling in postural control of young adults

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

Determination of the top-quark pole mass and strong coupling constant from the t(t)over-bar production cross section in pp collisions at root s=7 TeV

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)