Análise de riscos toxicológicos e ambientais na exposição ocupacional aos resíduos de armas de fogo (GSR/ firing ranges): uma proposta de normalização

Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear)

Comprendre et maîtriser le passage de type I à type II de puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur substrat de GaSb

Les antimoniures sont des semi-conducteurs III-V prometteurs pour le développement de dispositifs optoélectroniques puisqu'ils ont une grande mobilité d'électrons, une large gamme spectrale d'émission ou de détection et offrent la possibilité de former des hétérostructures confinées dont la recombinaison est de type I, II ou III. Bien qu'il existe plusieurs publications sur la fabrication de dispositifs utilisant un alliage d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) qui émet ou détecte à une certaine longueur d'onde, les détails, à savoir comment sont déterminés les compositions et surtout les alignements de bande, sont rarement explicites. Très peu d'études fondamentales sur l'incorporation d'indium et d'arsenic sous forme de tétramères lors de l'épitaxie par jets moléculaires existent, et les méthodes afin de déterminer l'alignement des bandes des binaires qui composent ces alliages donnent des résultats variables. Un modèle a été construit et a permis de prédire l'alignement des bandes énergétiques des alliages d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) avec celles du GaSb pour l'ensemble des compositions possibles. Ce modèle tient compte des effets thermiques, des contraintes élastiques et peut aussi inclure le confinement pour des puits quantiques. De cette manière, il est possible de prédire la transition de type de recombinaison en fonction de la composition. Il est aussi montré que l'indium ségrègue en surface lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires d'In(x)Ga(1-x)Sb sur GaSb, ce qui avait déjà été observé pour ce type de matériau. Il est possible d'éliminer le gradient de composition à cette interface en mouillant la surface d'indium avant la croissance de l'alliage. L'épaisseur d'indium en surface dépend de la température et peut être évaluée par un modèle simple simulant la ségrégation. Dans le cas d'un puits quantique, il y aura une seconde interface GaSb sur In(x)Ga(1-x)Sb où l'indium de surface ira s'incorporer. La croissance de quelques monocouches de GaSb à basse température immédiatement après la croissance de l'alliage permet d'incorporer rapidement ces atomes d'indium et de garder la seconde interface abrupte. Lorsque la composition d'indium ne change plus dans la couche, cette composition correspond au rapport de flux d'atomes d'indium sur celui des éléments III. L'arsenic, dont la source fournit principalement des tétramères, ne s'incorpore pas de la même manière. Les tétramères occupent deux sites en surface et doivent interagir par paire afin de créer des dimères d'arsenic. Ces derniers pourront alors être incorporés dans l'alliage. Un modèle de cinétique de surface a été élaboré afin de rendre compte de la diminution d'incorporation d'arsenic en augmentant le rapport V/III pour une composition nominale d'arsenic fixe dans l'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y). Ce résultat s'explique par le fait que les réactions de deuxième ordre dans la décomposition des tétramères d'arsenic ralentissent considérablement la réaction d'incorporation et permettent à l'antimoine d'occuper majoritairement la surface. Cette observation montre qu'il est préférable d'utiliser une source de dimères d'arsenic, plutôt que de tétramères, afin de mieux contrôler la composition d'arsenic dans la couche. Des puits quantiques d'In(x)Ga(1-x)As(y)Sb(1-y) sur GaSb ont été fabriqués et caractérisés optiquement afin d'observer le passage de recombinaison de type I à type II. Cependant, celui-ci n'a pas pu être observé puisque les spectres étaient dominés par un niveau énergétique dans le GaSb dont la source n'a pu être identifiée. Un problème dans la source de gallium pourrait être à l'origine de ce défaut et la résolution de ce problème est essentielle à la continuité de ces travaux.

Thin films of Cu, In and Sb chalcogenides as photovoltaic absorbers

Many different photovoltaic technologies are being developed for large-scale solar energy conversion such as crystalline silicon solar cells, thin film solar cells based on a-Si:H, CIGS and CdTe. As the demand for photovoltaics rapidly increases, there is a pressing need for the identification of new visible light absorbing materials for thin-film solar cells. Nowadays there are a wide range of earth-abundant absorber materials that have been studied around the world by different research groups. The current thin film photovoltaic market is dominated by technologies based on the use of CdTe and CIGS, these solar cells have been made with laboratory efficiencies up to 19.6% and 20.8% respectively. However, the scarcity and high cost of In, Ga and Te can limit in the long-term the production in large scale of photovoltaic devices. On the other hand, quaternary CZTSSe which contain abundant and inexpensive elements like Cu, Zn, Sn, S and Se has been a potential candidate for PV technology having solar cell efficiency up to 12.6%, however, there are still some challenges that must be accomplished for this material. Therefore, it is evident the need to find the alternative inexpensive and earth abundant materials for thin film solar cells. One of these alternatives is copper antimony sulfide(CuSbS2) which contains abundant and non-toxic elements which has a direct optical band gap of 1.5 eV, the optimum value for an absorber material in solar cells, suggesting this material as one among the new photovoltaic materials. This thesis work focuses on the preparation and characterization of In6Se7, CuSbS2 and CuSb(S1-xSex)2 thin films for their application as absorber material in photovoltaic structures using two stage process by the combination of chemical bath deposition and thermal evaporation.

Study of the Electrochemical, Physical and Morphological Characteristics of Anode Catalysts for Perfluorosulfonic Acid (PFSA) Membrane Water Electrolysers

A number of supported and un-supported Oxygen Evolution Reaction (OER) iridium based electrocatalysts for Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolysis (PEMWE) were synthesized using a polyol method. The electrocatalysts and the supports were characterized using a wide range of physical and electrochemical characterization methods. The effect of morphological characteristics of the OER electrocatalyst and the support on the OER activity was studied. The results of this thesis contribute to the existing research to reduce the cost of PEMWE by enhancing the utilization of precious metal for OER electrocatalysis. Iridium electrocatalysts supported on antimony tin oxide (Ir/ATO) were synthesized using the polyol method with two different heating techniques: conventional and microwave-irradiation. It was shown that the physical morphology and electrochemical properties of Ir/ATO synthesized with the two heating methods were comparable. However, the microwave irradiation method was extremely faster than the conventional heating method. Additionally, the effect of heat treatment (calcination temperature) on the morphology and OER activity of Ir/ATO synthesized electrocatalyst with the conventional polyol method. It was found that the iridium electrocatalyst synthesized with the polyol method, consisted of 1-5 nm particles, possessed an amorphous structure, and contained iridium with an average oxidation state of less than +4. Calcining the catalyst at temperatures more than 400 ºC and less than 700ºC: 1) increased the size of the iridium particles to 30 nm, 2) changed the structure of iridium particles from amorphous to crystalline, 3) increased the iridium oxidation state to +4 (IrO2), 4) reduced the electrochemically active surface area by approximately 50%, and 5) reduced the OER activity by approximately 25%; however, it had no significant effect on the physical and chemical morphology of the ATO support. Moreover, potential support metal carbides and oxides including: Tantalum Carbide (TaC), Niobium Oxide (Nb2O5), Niobium Carbide (NbC), Titanium Carbide (TiC), Tungsten Carbide (WC) and Antimony-doped Tin Oxide (ATO, Sb2O5-SnO2), were characterized, and used as support for the iridium OER electrocatalysts. TaC was found to be a promising support, and increasing its surface area by 4% improved the OER performance of the final supported catalyst by approximately 50%.