Eletrodeposição de ligas Zn-Co por corrente contínua e pulsada simples, a partir de banhos ambientalmente não agressivos

Revestimentos produzidos a partir de ligas de Zn-Co são comumente utilizados em indústrias (aeronáutica, de isoladores elétricos e automobilística, por exemplo) devido à sua ótima resistência à corrosão, principalmente quando comparados aos tradicionais revestimentos de Zn puro. Na co-deposição de zinco com metais, como o ferro, cobalto e níquel, ocorre o que se chama de deposição anômala, onde o metal menos nobre (zinco) é preferencialmente depositado, independente do modo de corrente aplicada (contínua ou pulsada). Recentemente, diversos trabalhos relacionam a produção de eletrodepósitos de liga Zn-Co a partir de banhos ambientalmente não agressivos, a fim de substituir os banhos alcalinos extremamente tóxicos, a base de cianeto. Na presente dissertação foram produzidos revestimentos de ligas de Zn-Co sobre substrato de aço carbono, empregando corrente contínua ou corrente pulsada simples, a partir de banhos contendo diferentes concentrações de Co2+ (0,05 mol/L e 0,10mol/L), 0,05 mol/l de Zn2+ e citrato de sódio (0,10 mol/L) como agente complexante, sob condições agitadas. Quatro diferentes valores de densidade de corrente (10 A/m2, 20 A/m2, 40 A/m2 e 80 A/m2) e de frequência de pulso (100 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz) foram aplicados para a produção da liga a partir dos dois banhos, tendo como objetivo avaliar a influência dos parâmetros de deposição(concentração de Co (II), densidade de corrente aplicada e, no caso de deposição por corrente pulsada simples, também da frequência de pulso), nas variáveis eficiência de corrente catódica, composição da liga, densidade de corrente de corrosão, microestrutura e morfologia dos depósitos de liga Zn-Co. As cores das camadas obtidas variaram do cinza claro ao escuro, quase sempre sem brilho, independente do modo de corrente empregado. Foi verificado que o processo normal de eletrodeposição foi prevalente na produção de revestimentos por corrente contínua, enquanto que apenas deposição anômala foi observada quando do uso de corrente pulsada. A maior eficiência de corrente catódica (60%) foi obtida, para corrente contínua, nas condições de menor concentração de Co2+ (0,05 mol/L) e maior densidade de corrente (80 A/m2). Nestas mesmas condições foi determinada uma eficiência de corrente catódica de 98% para corrente pulsada simples na freqüência de 2000 Hz. Maiores teores do metal mais nobre (cobalto) foram alcançados em maiores densidades de corrente para todas as condições empregadas. Os revestimentos assim obtidos apresentavam os menores valores de tamanho de grão, para cada uma das soluções estudadas. Os demais parâmetros estudados também influenciaram na granulometria e na morfologia das ligas obtidas. Revestimentos com melhor resistência à corrosão, contendo teores de cobalto entre aproximadamente 8 e 10% m/m, foram produzidos a partir do banho com maior concentração de Co2+, sob corrente pulsada simples

Análise e identificação de produtos do catabolismo de heme nas formas epimastigotas de Trypanosoma cruzi

O Trypanosoma cruzi, agente etiológico da doença de Chagas, possui um ciclo de vida complexo, deve lidar com diversas condições do ambiente e depende dos hospedeiros para suprir suas necessidades nutricionais. Uma delas é a necessidade de captar a molécula de heme (Fe-protoporfirina IX) que será utilizada como fator de crescimento. Os mecanismos envolvendo o metabolismo de heme são cruciais para a sobrevivência do T. cruzi pois o parasito não possui várias enzimas de biossíntese dessa porfirina e o heme livre pode apresentar citotoxicidade para célula. Na tentativa de perseguir o destino final do heme no parasito, nós estudamos essa via inexplorada no T. cruzi. Nessa tese, nós demonstramos que epimastigotas cultivados com heme, produziram os compostos, α-meso hidroxiheme, verdoheme e biliverdina (identificados por HPLC acoplado á espectrofotômetria). Além disso, nós observamos através de análise dos extratos de epimastigotas no espectrômetro de massas (LQT Orbitrap), espécies iônicas de m/z 583,4 e m/z 619,3. A fragmentação subsequente desses íons originaram espécies filhas típicas das moléculas de biliverdina e verdoheme, respectivamente. Nós observamos também, espécies iônicas de m/z 1397,4 e m/z 1135,4. A fragmentação dessas espécies produziram íons, sendo um deles com a mesma massa molecular de heme (m/z 616,3). Essa espécie iônica por sua vez, gerou fragmentos iônicos idênticos a uma molécula de heme, confirmando que esses intermediários são produtos da modificação da porfirina. Baseado nesses resultados, nós propomos um modelo onde o catabolismo de heme em T. cruzi, envolveria a conjugação da bis(glutationil)spermina, um derivado da tripanotiona presente em tripanossomatídeos, à porfirina (m/z 1137,4), seguido da remoção de dois resíduos de ácidos glutâmicos (m/z 1135,4). Embora o significado bioquímico e fisiológico da adição desse resíduo tiol na molécula de heme ainda é pouco compreendido, alguns trabalhos demonstram a abilidade desses compostos em ligar na porfirina, sem contar também, que esse heme conjugado poderia resultar em uma forma efetiva de prevenção de danos à membrana e a célula ocasionados pelo acúmulo de heme livre. Em conjunto, esses resultados fornecem novas abordagens do metabolismo de heme em T. cruzi, revelando possíveis alvos de intervenção quimioterápica futuros. Nossa proposta está direcionada para uma via ativa de catabolismo de heme que inclui a adição de grupos tiol (derivado da tripanotiona) à heme e a clivagem do anel porfirínico originando a molécula de biliverdina.

Avaliação de biocidas no controle da corrosão microbiologicamente induzida do aço carbono 1020 por bactérias redutoras de sulfato

Bactérias redutoras de sulfato (BRS) são os principais micro-organismos envolvidos na corrosão microbiologicamente induzida (CMI). Estas bactérias reduzem o sulfato, tendo como resultado a produção de H2S, o que pode influenciar os processos anódico e catódico na corrosão de materiais metálicos em ambientes marinhos, óleos e solos úmidos. Uma das formas de prevenir e controlar esse tipo de corrosão é a adição de biocidas ao meio corrosivo. Esta dissertação tem como objetivo avaliar o uso de biocidas no controle da CMI do aço AISI 1020 por BRS. Para isto, o comportamento da CMI no aço foi avaliado em água do mar sintética, em condições de anaerobiose, na ausência e na presença de uma cultura mista contendo BRS. Um biocida natural (óleo de alho) e outro comercial (glutaraldeído) foram utilizados para controlar a corrosão causada por estas bactérias. Duas formas de adição de biocida foram avaliadas: antes da formação do biofilme e após sua formação na superfície do metal. O crescimento microbiano na superfície do aço foi avaliado através da quantificação das BRS sésseis, pelo método do número mais provável (NMP). O comportamento eletroquímico do aço, na ausência e na presença de BRS e também para os ensaios com biocidas, foi estudado através das técnicas de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e polarização potenciodinâmica, sempre usando água do mar sintética como meio eletrolítico. A formação de biofilme e de produtos de corrosão na superfície do aço foi observada através da microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que o aço exposto ao meio contendo BRS apresentou um processo corrosivo mais acelerado, quando comparado aos sistemas na ausência de micro-organismo. Esse processo foi evidenciado por um decréscimo na magnitude do arco capacitivo, nos ensaios de EIE, e um aumento da densidade de corrente de corrosão (Icorr), nos ensaios de polarização. Na análise de MEV, foi possível observar a formação de corrosão localizada após a remoção do biofilme da superfície. Os ensaios com biocidas, adicionados antes da formação de biofilmes, mostraram uma redução no número de bactérias sésseis, quando comparados com os ensaios sem biocida realizados pelo mesmo período de tempo (7 dias). Foi verificado também um decréscimo do processo corrosivo do aço, evidenciado através de aumento nos arcos capacitivos, nos ensaios de EIE e pelos menores valores de Icorr nos ensaios de polarização, quando comparados com o biofilme formado sem biocidas, nas mesmas condições. Apesar de não ter inibido completamente o crescimento das BRS sésseis, o óleo de alho apresentou maior redução no processo corrosivo quando comparado ao glutaraldeído, indicando sua possível aplicação como biocida natural nestas condições. Os ensaios realizados com biocidas adicionados após a formação do biofilme mostraram que o glutaraldeído apresentou alta eficácia em reduzir o número de células sésseis. Já o óleo de alho exibiu uma ação menos efetiva, sugerindo que este composto não conseguiu penetrar completamente a matriz do biofilme. Entretanto, ambos causaram aceleração do processo corrosivo do aço no meio estudado após 7 dias de exposição

Corrosão de aços inoxidáveis empregando mapas de impedância

Os aços inoxidáveis correspondem a aços com diferenças de composição e microestrutura. Desta forma, o comportamento em corrosão é consequentemente diferente. Para avaliar este aspecto, aços com PREN variando de aproximadamente 11 a 35% foram analisados por curvas de polarização. A motivação principal desse trabalho foi avaliar o comportamento de cada aço inoxidável com uso de diferentes técnicas (impedância eletroquímica e circuitos elétricos equivalentes) e também na nova técnica de mapas de impedância, da influência do PREN na corrosão em meio de 3,5% NaCl a 25C. A partir dessas curvas, os potenciais de pites e de densidade de corrente de corrosão foram obtidos. Além disto, foram empregados mapas de diagrama de impedância eletroquímica para visualizar o efeito do potencial aplicado, desde o potencial catódico até além do potencial de pite desses aços. Pôde-se observar que o módulo de impedância se reduz abruptamente quando surge o pite. Ademais, há uma alteração do ângulo característico para frequências da ordem de 1 kHz. Para dois aços inoxidáveis, UNS S30400 e UNS S31600, foram utilizados os diagramas de impedância obtidos dos mapas e estimados a evolução dos parâmetros relacionados a um circuito elétrico equivalente para potenciais aplicados.

Estudo de Eletrodeposição de Ligas Cu-Sn em Meio de Citrato de Sódio

Revestimentos produzidos a partir de ligas de Cu-Sn apresentam grande interesse em função de suas propriedades, originando uma grande capacidade de aplicação industrial, especialmente em indústrias de componentes e materiais eletrônicos. Tais ligas também têm sido comercialmente utilizadas como revestimentos em metais diferentes, como o aço, para protegê-los contra a corrosão e melhorar sua aparência. Na presente dissertação, técnicas de voltametria cíclica, cronoamperometria e voltametria de varredura anódica linear foram utilizadas para o estudo dos processos de deposição de Cu e/ou Sn a partir de dois conjuntos de soluções contendo CuCl2.2H2O e SnCl2.2H2O nas razões de Cu:Sn = 1:10 e 10:1, além de Na3C6H5O7 1,00 mol/L, em pH = 6,0. As curvas de voltametria cíclica realizadas sobre o eletrodo de grafita foram utilizadas para o cálculo das constantes de equilíbrio dos complexos de ambos os metais com citrato de sódio, bem como na determinação dos potenciais catódicos aplicados nos ensaios de cronoamperometria. Após a deposição da liga nos potenciais estipulados para cada uma das duas soluções, os revestimentos de liga Cu-Sn foram ressolubilizados em solução de NaNO3 0,5 mol/L, empregando varredura anódica linear para a avaliação de suas composições químicas. Os resultados iniciais mostraram que a variação da concentração de Cu (II) e do potencial aplicado influenciaram no teor de cobre na liga. Contudo, percebeu-se que o teor de estanho não sofreu grandes variações, independente das concentrações das soluções e do potencial aplicado. Na solução com maior concentração de cobre foram alcançados teores dos metais na liga em maior proximidade com o da liga de bronze comercial. Com base nesses resultados, foram produzidos revestimentos de ligas sobre substrato de aço carbono, a partir de soluções contendo CuCl2.2H2O e SnCl2.2H2O na razão de 10:1, empregando a técnica de cronoamperometria potenciostática. Quatro diferentes valores de potencial (-0,39V, -0,67V, -1,00V, -1,20V e -1,94V vs. Ag/AgClsat.) foram aplicados, obtendo-se camadas cujas colorações variaram do rosa claro ao marrom escuro, sempre sem brilho. A eficiência de corrente catódica (Ef) decresceu conforme o potencial aplicado se tornou mais negativo. Nesta mesma direção, verificou-se um aumento do teor de estanho na liga depositada e menores tamanhos de grão. Porém, quando o potencial tornou-se mais negativo (-1,20V e -1,94V), observou-se a presença de cristalitos de diferentes tamanhos e de dendritos. Revestimentos com melhores resistências à corrosão em solução de NaCl 0,5 mol/L foram produzidos nos potenciais de -1,00V e -1,20V, cujas composições foram 99,40 % m/m Cu / 0,60 % m/m Sn e 97,70 % m/m Cu / 2,30 % m/m Sn, respectivamente. As análises por DRX permitiram verificar que estes revestimentos eram constituídos, principalmente, da fase α-CuSn

Optical and electronic properties of amorphous diamond

The optical and electronic properties of highly tetrahedral amorphous diamond-like carbon (amorphous diamond, a-D) films were investigated. The structure of the films grown on silicon and glass substrates, under similar deposition conditions using a compact filtered cathodic vacuum arc system, are compared using electron energy loss spectroscopy (EELS). Results from hydrogenation of the films are also reported. The hydrogenated films show two prominent IR absorption peaks centered at 2920 and 2840 cm-1, which are assigned to the stretch mode of the C-H bond in the sp3 configuration on the C-H3 and C-H sites respectively. The high loss EELS spectra show no reduction in the high sp3 content in the hydrogenated films. UV and visible transmission spectra of a-D thin films are also presented. The optical band gap of 2.0-2.2 eV for the a-D films is found to be consistent with the electronic bandgap. The relationship between the intrinsic compressive stress in the films and the refractive index is also presented. The space charge limited current flow is analyzed and coupled with the optical absorption data to give an estimate of 1018 cm-3 eV-1 for the valence band edge density of states.

Tetrahedral amorphous carbon-silicon heterojunction band energy offsets

Non-hydrogenated tetrahedral amorphous carbon (ta-C) has shown superior field emission characteristics. The understanding of the emission mechanism has been hindered by the lack of any directly measured data on the band offsets between ta-C and Si. In this paper results from direct in situ X-ray photoemission spectroscopy (XPS) measurements of the band-offset between ta-C and Si are reported. The measurements were carried out using a filtered cathodic vacuum arc (FCVA) deposition system attached directly to an ultra-high vacuum (UHV) XPS chamber via a load lock chamber. Repeated XPS measurements were carried out after monolayer depositions on in situ cleaned Si substrates. The total film thickness for each set of measurements was approximately 5 nm. Analysis of the data from undoped ta-C on n and p Si show the unexpected result that the conduction band barrier between Si and ta-C remains around 1.0 eV, but that the valence band barrier changes from 0.7 to 0.0 eV. The band line up derived from these barriers suggests that the Fermi level in the ta-C lies 0.3 eV above the valence band on both p and n+Si. The heterojunction barriers when ta-C is doped with nitrogen are also presented. The implications of the heterojunction energy barrier heights for field emission from ta-C are discussed.

Functional properties of enzymatically modified protein from fish waste

Fish flour from dried waste consisting of head, tail, fins and entrails was enzimatically hydrolysed using various proteases and the hydrolysate was spray dried. The functional properties such as water-fat absorption ratio, foaming and solubility index of the hydrolysates and fish flour revealed that some of the products might find significant uses in the food and/or cosmetics industry. Electrophoretic separation of the proteins from the fish flour and of the hydrolysates indicated that almost all the flour proteins are susceptible to proteolytic cleavage with the exception of one or two. The extent of degree of hydrolysis from 43-70.3% with a simultaneous decrease in unpleasant smell suggest an economical tool for minimizing odour pollution due to fish industry waste deterioration.

Manipulation of chromosomes in fish: review of various techniques and their implications in aquaculture

Human ingenuity has made it possible to advent the chromosome manipulation techniques to produce individuals with differing genomic status in a number of fish using various causal agents such as physical shocks (temperature or hydrostatic pressure), chemical (endomitotics) and anesthetic treatments either to suppress the second meiotic division shortly after fertilization of eggs or to prevent the first mitotic division shortly prior to mitotic cleavage formation. This results in the induction of polyploidy (triploidy and tetraploidy), gynogenesis (both meiotic and mitotic leading to clonal lines) and androgenesis in fish population. The rationale for the induction of such ploidy in fish has been its potential for generating sterile individuals, rapidly inbred lines and masculinized fish, which could be of benefit to fish farming and aquaculture. In this paper, these are critically reviewed and the implication of recently developed chromosome manipulation techniques to various fin fishes is discussed.

A comparison of different failure assessment methodologies applied to the NESC-1 test

Predictions for a 75x205mm surface semi-elliptic defect in the NESC-1 spinning cylinder test have been made using BS PD 6493:1991, the R6 procedure, non-linear cracked body finite element analysis techniques and the local approach to fracture. All the techniques agree in predicting ductile tearing near the inner surface of the cylinder followed by cleavage initiation. However they differ in the amount of ductile tearing, and the exact location and time of any cleavage event. The amount of ductile tearing decreases with increasing sophistication in the analysis, due to the drop in peak crack driving force and more explicit consideration of constraint effects. The local approach predicts a high probability of cleavage in both HAZ and base material after 190s, while the other predictions suggest that cleavage is unlikely in the HAZ due to constraint loss, but likely in the underlying base material. The timing of this event varies from ∼150s for R6 predictions to ∼250-300s using non-linear cracked body analysis.

Field emission from tetrahedrally bonded amorphous carbon

The field emission behaviour of a series of Tetrahedrally Bonded Amorphous Carbon (ta-C) films has been measured. The films were produced using a Filtered Cathodic Vacuum Arc System. The threshold field for emission and current densities achievable have been investigated as a function of sp3/sp2 bonding ratio and nitrogen content. Typical as-grown undoped ta-C films have a threshold field of order 10-15 V/μm and optimally nitrogen-doped films exhibit fields as low as 5 V/μm. The emission as a function of back contact and front surface condition has also been considered and shows that the back contact has only a minor effect on emission efficiency. However, after etching in either an oxygen or hydrogen plasma, the films show a marked reduction in threshold field, down to as low as 2-3 V/μm, and a marked improvement in emission site density.

Amorphous carbon for use in thin film transistors

Tetrahedrally bonded amorphous carbon (ta-C) is a new type of semiconducting thin film material. It can be produced at room temperature using the Filtered Cathodic Vacuum Arc technique. The as-grown undoped ta-C is p-type in nature but it can be n-doped by the addition of nitrogen during deposition. This paper will describe thin film transistor design and fabrication using ta-C as the active channel layer.

Tetrahedrally bonded amorphous carbon for field-emission displays

Field emission from a series of tetrahedrally bonded amorphous-carbon (ta-C) films, deposited in a filtered cathodic vacuum arc, has been measured. The threshold field for emission and current densities achievable have been investigated as a function of sp3/sp2 bonding ratio and nitrogen content. Typical as-grown undoped ta-C films have threshold fields of the order 10-15 V/μm and optimally nitrogen doped films exhibited fields as low as 5 V/μm. In order to gain further understanding of the mechanism of field emission, the films were also subjected to H2, Ar, and O2 plasma treatments and were also deposited onto substrates of different work function. The threshold field, emission current, emission site densities were all significantly improved by the plasma treatment, but little dependence of these properties on work function of the substrate was observed. This suggests that the main barrier to emission in these films is at the front surface.

Bonding regimes of nitrogen in amorphous carbon

Nitrogen can have numerous effects on diamond-like carbon: it can dope, it can form the hypothetical superhard compound C3N4, or it can create fullerene-like bonding structures. We studied amorphous carbon nitrogen films deposited by a filtered cathodic vacuum arc as a function of nitrogen content, ion energy and deposition temperature. The incorporation of nitrogen from 10-2 to 10 at% was measured by secondary ion mass spectrometry and elastic recoil detection analysis and was found to vary slightly sublinearly with N2 partial pressure during deposition. In the doping regime from 0 to about 0.4% N, the conductivity changes while the sp3 content and optical gap remain constant. From 0.4 to approximately 10% N, existing sp2 sites condense into clusters and reduce the band gap. Nitrogen contents over 10% change the bonding from mainly sp3 to mainly sp2. Ion energies between 20 and 250 eV do not greatly modify this behaviour. Deposition at higher temperatures causes a sudden loss of sp3 bonding above about 150 °C. Raman spectroscopy and optical gap data show that existing sp2 sites begin to cluster below this temperature, and the clustering continues above this temperature. This transition is found to vary only weakly with nitrogen addition, for N contents below 10%.

Carbon based bottom gate thin film transistor

This paper describes the fabrication and characterization of a carbon based, bottom gate, thin film transistor (TFT). The active layer is formed from highly sp2 bonded nitrogenated amorphous carbon (a-C:N) which is deposited at room temperature using a filtered cathodic vacuum arc technique. The TFT shows p-channel operation. The device exhibits a threshold voltage of 15 V and a field effect mobility of 10-4 cm2 V-1 s-1 . The valence band tail of a-C:N is observed to be much shallower than that of a-Si:H, but does not appear to severely impede the shift of the Fermi level. This may indicate that a significant proportion of the a-C tail states can still contribute to conduction.