Efeito do nitrogênio nas propriedades anelásticas de Nb e ligas Nb-1,0%pZr

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Anelastic spectroscopy in Ti-13V-11Cr-3Al alloy

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Anelastic behavior due to interstitial oxygen in SmBa(2)Cu(3)O7-delta

The composite SmBa2Cu3O7-delta (Sm-123), obtained by the substitution of the ion Y for Sm in the very well known and studied YBa2Cu3O7-delta (Y-123), is potentially attractive for better understanding superconductivity mechanisms and for its applications as electronic devices. Sm-123 samples show higher critical temperatures than Y-123 ones do and a larger solubility of Sm in Ba-Cu-O solvent, which makes their growth process faster. When oxygen is present interstitially, it strongly affects the physical properties of the material. The dynamics of oxygen can be investigated by anelastic spectroscopy measurements, a powerful technique for the precise determination of the oscillation frequency and the internal friction when atomic jumps are possible. Anelastic spectroscopy allows determining the elasticity modulus (related to the oscillation frequency) and the elastic energy loss (related to the internal friction) as a function of the temperature. The sample was also investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM), and electric resistivity. The results obtained show a thermally activated relaxation structure composed by at least 3 relaxation processes. These processes may be attributed to the jumps of oxygen atoms present of the Cu-O plane in the orthorhombic phase.

Joint X̄ and R charts with variable parameters

Recent studies have shown that the X̄chart with variable parameters (Vp X̄ chart) detects process shifts faster than the traditional X̄ chart. This article extends these studies for processes that are monitored by both, X̄ and R charts. Basically, the X̄ and R values establish if the control should or should not be relaxed. When the X̄ and R values fall in the central region the control is relaxed because one will wait more to take the next sample and/or the next sample will be smaller than usual. When the X̄ or R values fall in the warning region the control is tightened because one will wait less to take the next sample and the next sample will be larger than usual. The action limits are also made variable. This paper proposes to draw the action limits (for both charts) wider than usual, when the control is relaxed and narrower than usual when the control is tightened. The Vp feature improves the joint X̄ and R control chart performance in terms of the speed with which the process mean and/or variance shifts are detected. © 1998 IIE.

Oxygen Interstitial Dynamics in Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(8+delta) Oxides Measured by Mechanical Spectroscopy

Many researchers became interested in the discovery of Bi(2)Sr(2)CaCu(2)O(8+delta) oxides with critical temperature of around 80 K. It is known that the critical temperature is related to the CuO2 planes of the material. For this reason, the study of the interstitial oxygen in these oxides is of great relevance. The samples were prepared by means of conventional solid state reactions, through the stoichiometric mixture of precursory powders. After the sinterization, the samples were submitted to measurements of density, electrical resistivity, x-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersion spectroscopy, with the objective of performing their characterization. The measurements of mechanical spectroscopy were performed by a torsion pendulum. The results show three relaxation processes in the temperature range of 200 and 700 K, with activation energy of approximately 0.9 eV, which has been attributed to the dynamics of the interstitial oxygen present in the material.

Long-Term Stability at High Temperatures for Birefringence in PAZO/PAH Layer-by-Layer Films

Optical memories with long-term stability at high temperatures have long been pursued in azopolymers with photoinduced birefringence. In this study, we show that the residual birefringence in layer-by-layer (LbL) films made with poly[1-[4-(3-carboxy-4 hydroxyphenylazo)benzene sulfonamido]-1,2-ethanediyl, sodium salt] (PAZO) alternated with poly(allylamine hydrochloride) (PAH) can be tuned by varying the extent of electrostatic interactions with film fabrication at different pHs for PAH. The dynamics of both writing and relaxation processes could be explained with a two-stage mechanism involving the orientation of the chromophores per se and the chain movement. Upon calculating the activation energies for these processes, we demonstrate semiquantitatively that reduced electrostatic interactions in films prepared at higher pH, for which PAH is less charged, are responsible for the longer stability at high temperatures. This is attributed to orientation of PAZO chromophores via cooperative aggregation, where the presence of counterions hindered relaxation.

Linear viscoelasticity of immiscible blends: The application of creep

A new method to characterize the long-time linear relaxation mechanisms of immiscible blends based on creep experiment was developed. Small-amplitude oscillatory shear and incomplete creep/recovery experiments were combined to characterize immiscible blends of polypropylene with dispersed droplets of polystyrene. An experimental protocol was defined such that the full creep compliance function could be obtained while minimizing morphological changes. Dynamic experiments were performed to characterize the shorter time relaxation processes, and creep and recovery measurements were used to detect the longer time portions of the relaxation spectra. Extended retardation and relaxation spectra were constructed by combining these data. It was found that using this technique, very long-time relaxation peaks which were inaccessible with dynamic experiments alone could be detected. (C) 2012 The Society of Rheology. [http://dx.doi.org/10.1122/1.4720081]

Influence of Molecular Dynamics on the Dielectric Properties of Poly(9,9-di-n-octylfluorene-alt-benzothiadiazole) -Based Devices

This paper uses Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) techniques to study the molecular relaxations and phase transitions in poly(9,9-di-n-octylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT), which has been extensively studied as the active thin film in organic devices. Besides the identification of the glass transition, beta relaxation and crystal-to-crystal phase transition, we correlate such phenomena with dielectric and transport mechanisms in diodes with F8BT as the active layer. The beta relaxation has been assigned to a transition at about 210 K measured by H-1 and C-13 solid state NMR, and can be attributed to local motions in the side chains. The glass transition has been detected by DSC and H-1 NMR. Dielectric spectroscopy (DS) carried out at low frequencies on diodes made from F8BT show two peaks which are coincident with the above transitions. This allowed us to correlate the electrical changes in the film with the onset of specific molecular motions. In addition, DS indicates a third peak related with a crystal-to-crystal phase transition. Finally, these transitions were correlated with changes in the carrier mobility recorded in thin films and published recently.

Near-infrared quantum cutting through a three-step energy transfer process in Nd3+-Yb3+ co-doped fluoroindogallate glasses

The Nd3+-Yb3+ couple was investigated in fluoroindogallate glasses using optical spectroscopy to elucidate the energy transfer mechanisms involved in the downconversion (DC) process. Upon excitation of a Nd3+ ion by an ultraviolet photon, DC through a three-step energy transfer process occurs, in which the energy of the ultraviolet photon absorbed by the Nd3+ ion is converted into three infrared photons emitted by Yb3+ ions, i.e. quantum cutting (QC). In addition, with excitation in the visible, our results confirm that the DC process occurs through a one-step energy transfer process, in which the energy of a visible photon absorbed by the Nd3+ ion is converted into only one infrared photon emitted by an Yb3+ ion. Time-resolved measurements enabled the estimation of the efficiencies of the cross-relaxation processes between Nd3+ and Yb3+ ions.

Molecular origin of charge traps in polyfluorene-based semiconductors

The comprehensive control of morphology and structure is of extreme importance in semiconducting polymers when used as active layers in optoelectronic devices. In the work reported here, a systematic investigation of the structural and dynamical properties of poly(9,9-di-n-octyl-fluorene-alt-benzothiadiazole), known as F8BT, and their correlation with electrical properties is presented when the material is used as an active layer in optoelectronic devices. By means of X-ray diffraction, one observes that in thick layer films (thickness of about 4 μm) grown by drop-cast deposition, a solvent induced crystalline phase exists which evolves to a stable phase as the temperature is raised. This was not observed in thin films (thickness of about 250 nm) prepared by spin-coating within the investigated temperature range. By modeling the current-voltages characteristics of both thick and thin film devices, important information on the influence of crystallization on the trapping states could be drawn. Furthermore, the temperature dependence of the charge carrier mobility was found to be closely related to that of the molecular relaxation processes. The understanding of the nature of such molecular relaxations, measured by solid-state nuclear magnetic resonance methods, allows one to understand the importance of molecular relaxations and microstructure changes on the trap states of the system.

Relaxationsuntersuchungen in unterkühlten und glasig erstarrten Polyalkoholen mittels dielektrischer und NMR Spektroskopie

Es wurde eine homologe Reihe von Polyalkoholen mit der allgemeinen Summenformel CNHN+2(OH)N (N=3-6) hinsichtlich ihrer Glaseigenschaften ober- und unterhalb der Glasübergangstemperatur TG untersucht. Dabei kamen die dielektrische und magnetische Resonanzspektroskopie (NMR) zum Einsatz. Es ergab sich oberhalb TG eine systematische Zunahme aller untersuchten dynamischen Parameter wie Fragilität, Breite der angenommenen Korrelationszeitenverteilungen und der Sprungwinkel der primären Glasrelaxation mit zunehmendem N. Dies kann insgesamt als eine Abnahme des Netzwerkcharakters, der durch Wasserstoffbrückenbindungen bedingt ist, bei zunehmender Kettenlänge interpretiert werden. Unterhalb TG entwickelt sich mit zunehmendem N die Sekundärrelaxation von einem 'Wing Szenario' zu einem ausgeprägten Johari - Goldstein (JG) - Prozess. Ein Sprungmodell, welches eine eingeschränkte Reorientierung auf einem Konusrand beschreibt, erzeugt mit Hilfe der parametrisierten dielektrischen Verlustspektren Sprungwinkel, die mit denen aus aktuellen ²H - NMR spektroskopischen Untersuchungen vergleichbar sind. Durch den Vergleich unterschiedlich deuterierter Derivate von Glyzerin (N=3) und Sorbitol (N=6) wurde gefolgert, dass auch unterhalb TG der Netzwerkcharakter mit zunehmender Kettenlänge abnimmt.Aufgrund der hier durchgeführten Untersuchungen konnte eine Zeitskala für einen Johari - Goldstein - Prozess im Modellglasbildner Glyzerin extrapoliert werden. Eine Deutung des Wings als Hochfrequenzausläufer des JG - Prozesses ist dadurch möglich.Der JG - Prozess kann somit als universeller Glasprozess interpretiert werden, der in verschiedenen Glasbildnern in unterschiedlicher Ausprägung auftritt.

Ionenleitfähigkeit in polymeren Matrizes – Synthese, Charakterisierung und Untersuchung dynamischer Prozesse von neuen Lithium- und Protonenleitern

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Synthese, physikochemischen und polymerspezifischen Charakterisierung und insbesondere der impedanzspektroskopischen Untersuchung von sowohl neuartigen, solvensfreien lithiumionen- als auch protonenleitfähigen Polymermaterialien für potentielle Anwendungen in sekundären Lithiumionenbatterien bzw. in Hochtemperatur-Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (engl.: proton exchange membrane fuel cell, auch: polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC). Beiden Typen von ionenleitfähigen Membranen liegt das gängige Prinzip der chemischen Anbindung einer für den Ionentransport verantwortlichen Seitengruppe an eine geeignete Polymerhauptkette zugrunde („Entkopplung“; auch Immobilisierung), welcher hinsichtlich Glasübergangstemperatur (Tg), elektrochemischer und thermischer Stabilität (Td) eine dynamisch entkoppelte, aber nicht minder bedeutsame Rolle zukommt. Die Transportaktivierung erfolgt in beiden Fällen thermisch. Im Falle der Protonenleiter liegt die zusätzliche Intention darin, eine Alternative aufzuzeigen, in der die Polymerhauptkette gekoppelt direkt am Protonentransportmechanismus beteiligt ist, d.h., dass der translatorisch diffusive Ionentransport entlang der Hauptkette stattfindet und nicht zwischen benachbarten Seitenketten. Ein Hauptaugenmerk der Untersuchungen liegt sowohl bei den lithiumionen- als auch den protonenleitfähigen Polymermembranen auf temperaturabhängigen dynamischen Prozessen der jeweiligen Ionenspezies in der polymeren Matrix, was die Ionenleitfähigkeit selbst, Relaxationsphänomene, die translatorische Ionendiffusion und im Falle der Protonenleiter etwaige mesomere Grenzstrukturübergänge umfasst. Lithiumionenleiter: Poly(meth)acrylate mit (2-Oxo-1,3-dioxolan)resten (Cyclocarbonat-) in der Seitenkette unterschiedlicher Spacerlänge wurden synthetisiert und charakterisiert. Die Leitfähigkeit s(,T) erreicht bei Poly(2-oxo-[1,3]dioxolan-4-yl)methylacrylat (PDOA): Lithium-bis-trifluormethansulfonimid (LiTFSI) (10:3) ca. 10^-3,5 S cm^-1 bei 150 °C. Weichmachen (Dotieren) mit äquimolaren Mengen an Propylencarbonat (PC) bewirkt in allen Fällen einen enormen Anstieg der Leitfähigkeit. Die höchsten Leitfähigkeiten von Mischungen dieser Polymere mit LiTFSI (und LiBOB) werden nicht beim System mit der niedrigsten Tg gefunden. Auch dient Tg nicht als Referenztemperatur (Tref) nach Williams-Landel-Ferry (WLF), so dass eine WLF-Anpassung der Leitfähigkeitsdaten nur über einen modifizierten WLF-Algorithmus gelingt. Die ermittelten Tref liegen deutlich unterhalb von Tg bei Temperaturen, die charakteristisch für die Seitenkettenrelaxation sind („Einfrieren“). Dies legt nahe, dass der Relaxation der Seitenketten eine entscheidende Rolle im Li^+-Leitfähigkeitsmechanismus zukommt. Die Li^+-Überführungszahlen tLi^+ in diesen Systemen schwanken zwischen 0,13 (40 °C) und 0,55 (160 °C). Protonenleiter: Polymere mit Barbitursäure- bzw. Hypoxanthinresten in der Seitenkette und Polyalkylenbiguanide unterschiedlicher Spacerlänge wurden synthetisiert und charakterisiert. Die Leitfähigkeit s(,T) erreicht bei Poly(2,4,6(1H,3H,5H)-trioxopyrimidin-5-yl)methacrylat (PTPMA) maximal ca. 10^-4,4 S cm^-1 bei 140 °C. Höhere Leitfähigkeiten sind nur durch Mischen mit aprotischen Lösungsmitteln erreichbar. Die höchste Leitfähigkeit wird im Falle der Polyalkylenbiguanide bei Polyethylenbiguanid (PEB) erzielt. Sie erreicht 10^-2,4 S cm^-1 bei 190 °C. Die Aktivierungsenergien EA der Polyalkylenbiguanide liegen (jeweils unterhalb von Tg) zwischen ca. 3 – 6 kJ mol^-1. In allen beobachteten Fällen dient Tg als Tref, so dass eine konventionelle WLF-Behandlung möglich ist und davon auszugehen ist, dass die Leitfähigkeit mit dem freien Volumen Vf korreliert.

Functional polymer coatings — My-Patterning and My-Analysis

In dieser Arbeit werden Strukturen beschrieben, die mit Polymeren auf Oberflächen erzeugt wurden. Die Anwendungen reichen von PMMA und PNIPAM Polymerbürsten, über die Restrukturierung von Polystyrol durch Lösemittel bis zu 3D-Strukturen, die aus PAH/ PSS Polyelektrolytmultischichten bestehen. Im ersten Teil werden Polymethylmethacrylat (PMMA) Bürsten in der ionischen Flüssigkeit 1-Butyl-3-Methylimidazolium Hexafluorophospat ([Bmim][PF6]) durch kontrollierte radikalische Polymerisation (ATRP) hergestellt. Kinetische Untersuchungen zeigten ein lineares und dichtes Bürstenwachstum mit einer Wachstumsrate von 4600 g/mol pro nm. Die durchschnittliche Pfropfdichte betrug 0.36 µmol/m2. Als Anwendung wurden Mikrotropfen bestehend aus der ionischen Flüssigkeit, Dimethylformamid und dem ATRP-Katalysator benutzt, um in einer definierten Geometrie Polymerbürsten auf Silizium aufzubringen. Auf diese Weise lässt sich eine bis zu 13 nm dicke Beschichtung erzeugen. Dieses Konzept ist durch die Verdampfung des Monomers Methylmethacrylat (MMA) limitiert. Aus einem 1 µl großen Tropfen aus ionischer Flüssigkeit und MMA (1:1) verdampft MMA innerhalb von 100 s. Daher wurde das Monomer sequentiell zugegeben. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Strukturierung von Oberflächen mit Hilfe einer neuen Methode: Tintendruck. Ein piezoelektrisch betriebenes „Drop-on-Demand“ Drucksystem wurde verwendet, um Polystyrol mit 0,4 nl Tropfen aus Toluol zu strukturieren. Die auf diese Art und Weise gebildeten Mikrokrater können Anwendung als Mikrolinsen finden. Die Brennweite der Mikrolinsen kann über die Anzahl an Tropfen, die für die Strukturierung verwendet werden, eingestellt werden. Theoretisch und experimentell wurde die Brennweite im Bereich von 4,5 mm bis 0,21 mm ermittelt. Der zweite Strukturierungsprozess nutzt die Polyelektrolyte Polyvinylamin-Hydrochlorid (PAH) und Polystyrolsulfonat (PSS), um 3D-Strukturen wie z.B. Linien, Schachbretter, Ringe, Stapel mit einer Schicht für Schicht Methode herzustellen. Die Schichtdicke für eine Doppelschicht (DS) liegt im Bereich von 0.6 bis 1.1 nm, wenn NaCl als Elektrolyt mit einer Konzentration von 0,5 mol/l eingesetzt wird. Die Breite der Strukturen beträgt im Mittel 230 µm. Der Prozess wurde erweitert, um Nanomechanische Cantilever Sensoren (NCS) zu beschichten. Auf einem Array bestehend aus acht Cantilevern wurden je zwei Cantilever mit fünf Doppelschichten PAH/ PSS und je zwei Cantilever mit zehn Doppelschichten PAH/ PSS schnell und reproduzierbar beschichtet. Die Massenänderung für die individuellen Cantilever war 0,55 ng für fünf Doppelschichten und 1,08 ng für zehn Doppelschichten. Der daraus resultierende Sensor wurde einer Umgebung mit definierter Luftfeuchtigkeit ausgesetzt. Die Cantilever verbiegen sich durch die Ausdehnung der Beschichtung, da Wasser in das Polymer diffundiert. Eine maximale Verbiegung von 442 nm bei 80% Luftfeuchtigkeit wurde für die mit zehn Doppelschichten beschichteten Cantilever gefunden. Dies entspricht einer Wasseraufnahme von 35%. Zusätzlich konnte aus den Verbiegungsdaten geschlossen werden, dass die Elastizität der Polyelektrolytmultischichten zunimmt, wenn das Polymer gequollen ist. Das thermische Verhalten in Wasser wurde im nächsten Teil an nanomechanischen Cantilever Sensoren, die mit Poly(N-isopropylacrylamid)bürsten (PNIPAM) und plasmapolymerisiertem N,N-Diethylacrylamid beschichtet waren, untersucht. Die Verbiegung des Cantilevers zeigte zwei Bereiche: Bei Temperaturen kleiner der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) ist die Verbiegung durch die Dehydration der Polymerschicht dominiert und bei Temperaturen größer der niedrigsten kritischen Temperatur (LCST) reagiert der Cantilever Sensor überwiegend auf Relaxationsprozesse innerhalb der kollabierten Polymerschicht. Es wurde gefunden, dass das Minimum in der differentiellen Verbiegung mit der niedrigsten kritischen Temperatur von 32°C und 44°C der ausgewählten Polymeren übereinstimmt. Im letzten Teil der Arbeit wurden µ-Reflektivitäts- und µ-GISAXS Experimente eingeführt als neue Methoden, um mikrostrukturierte Proben wie NCS oder PEM Linien mit Röntgenstreuung zu untersuchen. Die Dicke von jedem individuell mit PMMA Bürsten beschichtetem NCS ist im Bereich von 32,9 bis 35,2 nm, was mit Hilfe von µ-Reflektivitätsmessungen bestimmt wurde. Dieses Ergebnis kann mit abbildender Ellipsometrie als komplementäre Methode mit einer maximalen Abweichung von 7% bestätigt werden. Als zweites Beispiel wurde eine gedruckte Polyelektrolytmultischicht aus PAH/PSS untersucht. Die Herstellungsprozedur wurde so modifiziert, dass Goldnanopartikel in die Schichtstruktur eingebracht wurden. Durch Auswertung eines µ-GISAXS Experiments konnte der Einbau der Partikel identifiziert werden. Durch eine Anpassung mit einem Unified Fit Modell wurde herausgefunden, dass die Partikel nicht agglomeriert sind und von einer Polymermatrix umgeben sind.

Parahydrogen induced polarization on a clinical MRI system : polarization transfer of two spin order

Hyperpolarization techniques enhance the nuclear spin polarization and thus allow for new nuclear magnetic resonance applications like in vivo metabolic imaging. One of these techniques is Parahydrogen Induced Polarization (PHIP). It leads to a hyperpolarized 1H spin state which can be transferred to a heteronucleus like 13C by a radiofrequency (RF) pulse sequence. In this work, timing of such a sequence was analyzed and optimized for the molecule hydroxyethyl propionate. The pulse sequence was adapted for the work on a clinical magnetic resonance imaging (MRI) system which is usually equipped only with a single RF transmit channel. Optimal control theory optimizations were performed to achieve an optimized polarization transfer. A drawback of hyperpolarization is its limited lifetime due to relaxation processes. The lifetime can be increased by storing the hyperpolarization in a spin singlet state. The second part of this work therefore addresses the spin singlet state of the Cs-symmetric molecule dimethyl maleate which needs to be converted to the spin triplet state to be detectable. This conversion was realized on a clinical MRI system, both by field cycling and by two RF pulse sequences which were adapted and optimized for this purpose. Using multiple conversions enables the determination of the lifetime of the singlet state as well as the conversion efficiency of the RF pulse sequence. Both, the hyperpolarized 13C spin state and the converted singlet state were utilized for MR imaging. Careful choice of the echo time was shown to be crucial for both molecules.

Dynamics of fluorescence fluctuations in green fluorescent protein observed by fluorescence correlation spectroscopy

We have investigated the pH dependence of the dynamics of conformational fluctuations of green fluorescent protein mutants EGFP (F64L/S65T) and GFP-S65T in small ensembles of molecules in solution by using fluorescence correlation spectroscopy (FCS). FCS utilizes time-resolved measurements of fluctuations in the molecular fluorescence emission for determination of the intrinsic dynamics and thermodynamics of all processes that affect the fluorescence. Fluorescence excitation of a bulk solution of EGFP decreases to zero at low pH (pKa = 5.8) paralleled by a decrease of the absorption at 488 nm and an increase at 400 nm. Protonation of the hydroxyl group of Tyr-66, which is part of the chromophore, induces these changes. When FCS is used the fluctuations in the protonation state of the chromophore are time resolved. The autocorrelation function of fluorescence emission shows contributions from two chemical relaxation processes as well as diffusional concentration fluctuations. The time constant of the fast, pH-dependent chemical process decreases with pH from 300 μs at pH 7 to 45 μs at pH 5, while the time-average fraction of molecules in a nonfluorescent state increases to 80% in the same range. A second, pH-independent, process with a time constant of 340 μs and an associated fraction of 13% nonfluorescent molecules is observed between pH 8 and 11, possibly representing an internal proton transfer process and associated conformational rearrangements. The FCS data provide direct measures of the dynamics and the equilibrium properties of the protonation processes. Thus FCS is a convenient, intrinsically calibrated method for pH measurements in subfemtoliter volumes with nanomolar concentrations of EGFP.