Crescimento epitaxial e caracterização de filmes finos: óxidos condutores e ferroelétricos preparados por deposição de solução química

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

Avaliação de contaminação com óleo diesel por meio dos métodos de Eletrorresistividade e Polarização Induzida em Santa Ernestina-SP

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Uso de resíduos de queima de casca de café e argila da região sul da Bahia na obtenção de isolador elétrico cerâmico

The electrical ceramic insulators industry, uses noble raw materials such as siliceous and aluminous clays of white burning, in order to provide plasticity of the mass and contribute to electrical and mechanical properties required of the product, and feldspar with the flux function In literature references the composition of the masses indicates that the clay participates in percentage between 20 and 32, and feldspar 8 to 35, these materials have significant cost. In this research was performed the total replacement of commercial clay, for white burning clay from Santa Luzia region in southern Bahia and partial replacement of feldspar by ash residue of husk conilon coffee burning, from extreme south of Bahia. The objective of replacement these raw materials is to aver its technical feasibility and call attention for the embryo pole of ceramic industry for the existing in the south and extreme south of Bahia, which has significant reserves of noble raw materials such as clay white burning, kaolin, quartz and feldspar, and generates significant volume of gray husk conilon coffee as alternate flux. Clay Santa Luzia is prima noble material whose current commercial application is the production of white roofing. The residue of coffee husk ash is discarded near of production sites and is harmful to the environment. Phase diagrams and statistic design of experiments, were used for optimization and cost savings in research. The results confirmed the expectations of obtaining electrical ceramic insulators, with white burning clay of Santa Luzia and partial replacement up to 35.4% of feldspar, by treaty residue of conilon ash coffee husk burning. The statistic design that showed best results was for formulation with percentages of: clay 26.4 to 30.4%; kaolin 14.85 to 17.1%; feldspar 12.92 to 16.96%; R2 residue 7.08 to 9.2% and Quartz 32.5 to 38.75%, relative to the total mass of the mixture. The best results indicated; 0.2 to 1.4% apparent porosity , water absorption 0.1 to 0.7%, flexural strength 35 to 45MPa , dielectric strength 35-41 kV/cm , the transverse resistivity 8x109 2.5x1010 Ω.cm and for the dielectric constant ε/ε0 7 to 10.4, specification parameters for manufacturing ceramic electrical insulators of low and medium voltage.

Compósitos NiO-CGO obtidos pelo método de síntese em uma etapa

Composite NiO-C0.9Gd0.1O1.95 (NiO-GDC), one of the materials most used for the manufacture of anodes of Cells Solid Oxide Fuel (SOFC) currently, were obtained by a chemical route which consists in mixing the precursor solution of NiO and CGO phases obtained previously by the Pechini method. The nanopowders as-obtained were characterized by thermal analysis techniques (thermogravimetry and Differential Scanning Calorimetry) and calcined materials were evaluated by X-ray diffraction (XRD). Samples sintered between 1400 and 1500 ° C for 4 h were characterized by Archimedes method. The effects of the composition on the microstructure and electrical properties (conductivity and activation energy) of the composites sintered at 1500 ° C were investigated by electron microscopy and impedance spectroscopy (between 300 and 650 ° C in air). The refinement of the XRD data indicated that the powders are ultrafine and the crystallite size of the CGO phase decreases with increasing content of NiO. Similarly, the crystallite of the NiO phase tends to decrease with increasing concentration of CGO, especially above 50 wt % CGO. Analysis by Archimedes shows a variation in relative density due to the NiO content. Densities above 95% were obtained in samples containing from 50 wt % NiO and sintered between 1450 and 1500 °C. The results of microscopy and impedance spectroscopy indicate that from 30-40 wt.% NiO there is an increase in the number of contacts NiO - NiO, activating the electronic conduction mechanism which governs the process of conducting at low temperatures (300 - 500 °C). On the other hand, with increasing the measuring temperature the mobility of oxygen vacancies becomes larger than that of the electronic holes of NiO, as a result, the high temperature conductivity (500-650 ° C) in composites containing up to 30-40 wt.% of NiO is lower than that of CGO. Variations in activation energy confirm change of conduction mechanism with the increase of the NiO content. The composite containing 50 wt. % of each phase shows conductivity of 19 mS/cm at 650 °C (slightly higher than 13 mS/cm found for CGO) and activation energy of 0.49 eV.

Estudo da deposição de filmes finos de BaTi(1-X)Zr(X)O3 por meio de planejamento Box-Behnken

Ferroelectric ceramics with perovskite structure (ABO3) are widely used in solid state memories (FeRAM’s and DRAM's) as well as multilayered capacitors, especially as a thin films. When doped with zirconium ions, BaTiO3-based materials form a solid solution known as barium zirconate titanate (BaTi1-xZrxO3). Also called BZT, this material can undergo significant changes in their electrical properties for a small variation of zirconium content in the crystal lattice. The present work is the study of the effects of deposition parameters of BaTi0,75Zr0,25O3 thin films by spin-coating method on their morphology and physical properties, through an experimental design of the Box-Behnken type. The resin used in the process has been synthesized by the polymeric precursor method (Pechini) and subsequently split into three portions each of which has its viscosity adjusted to 10, 20 and 30 mPa∙s by means of a rotary viscometer. The resins were then deposited on Pt/Ti/SiO2/Si substrates by spin-coating method on 15 different combinations of viscosity, spin speed (3000, 5500 and 8000 rpm) and the number of deposited layers (5, 8 and 11 layers) and then calcined at 800 ° C for 1 h. The phase composition of the films was analyzed by X-ray diffraction (XRD) and indexed with the JCPDS 36-0019. Surface morphology and grain size were observed by atomic force microscopy (AFM) indicating uniform films and average grain size around 40 nm. Images of the cross section of the films were obtained by scanning electron microscopy field emission (SEM-FEG), indicating very uniform thicknesses ranging from 140-700 nm between samples. Capacitance measurements were performed at room temperature using an impedance analyzer. The films presented dielectric constant values of 55-305 at 100kHz and low dielectric loss. The design indicated no significant interaction effects between the deposition parameters on the thickness of the films. The response surface methodology enabled better observes the simultaneous effect of variables.

Preparação e caracterização de fibras e nanotubos de BiFeO3 e FeNbO4

Esta dissertação teve como objetivo a produção e caracterização física de fibras e nanotubos de BiFeO3 e FeNbO4. Para o desenvolvimento destes materiais utilizou-se a técnica de fusão com laser (LFZ), o método sol-gel (Pechini) e o método de poros absorventes. As amostras obtidas foram sujeitas a uma caracterização estrutural por difração de raios-X e espetroscopia de Raman, morfológica por microscopia electrónica de varrimento e elétrica por medidas de constante dielétrica. Os resultados obtidos com a técnica de difração de raios-X mostraram que o gel com tratamento a 750 ºC é polifásico. Para conseguir produzir nanotubos escolheu-se o LaCoO3 como material alternativo. Usando a técnica de fusão de zona com laser (LFZ) obtiveram-se fibras de BiFeO3, FeNbO4 e compósitos de BiFeO3+FeNbO4. Com esta técnica foram crescidas fibras a várias velocidades (5, 10, 25, 50, 100 e 200 mm/h), tendo os resultados obtidos com a difração de raios-X evidenciado que todas as amostras obtidas são polifásicas, sendo a amostra de 10 mm/h para o BiFeO3 e a de 5 mm/h para o FeNbO4 as que apresentam melhores propriedades. As amostras de 5 mm/h de todos os compósitos são aquelas que possuem menor quantidade de segundas fases e portanto foram alvo de estudo mais aprofundado. A caracterização dielétrica permitiu verificar que todas as amostras apresentam fenómenos de relaxação dielétrica. Verifica-se também que para o BiFeO3 a constante dielétrica é superior na amostra crescida à velocidade de 10 mm/h, para o FeNbO4 é superior na amostra crescida a 5 mm/h e nos compósitos a amostra com 75% de BiFeO3 e 25% de FeNbO4 apresenta um comportamento diferente das restantes, eventualmente devido à sua microestrutura singular.

Propriedades mecânicas e elétricas do músculo sóleo do gato e dos flexores plantares e dorsais de seres humanos após entorse e imobilização de tornozelo

A literatura tem mostrado, por intermédio de estudos com animais e seres humanos, que o uso reduzido da musculatura (como por exemplo, a imobilização de um segmento) produz uma série de alterações estruturais e funcionais no músculo esquelético. As principais alterações observadas no músculo após a redução do uso estão relacionadas com alterações nas propriedades bioquímicas, na composição de fibras musculares, atrofia muscular, redução na capacidade de produção de força, e redução na capacidade de ativação. Apesar de a maior parte dos estudos sobre o assunto ter sido realizada em modelos animais (os quais possibilitam o estudo invasivo dos mecanismos de adaptação), a incidência de lesões articulares em seres humanos tem motivado os pesquisadores a buscar métodos alternativos e nãoinvasivos para o diagnóstico e acompanhamento das lesões articulares. Tendo em vista que a mecanomiografia (MMG) é uma técnica não-invasiva que permite o estudo do comportamento mecânico e fisiológico do músculo, acredita-se que esta técnica, associada com a avaliação da capacidade de produção de força e com a eletromiografia (EMG), possa ser um método útil no diagnóstico das alterações produzidas por essas lesões e no acompanhamento de programas de reabilitação. O objetivo desse estudo foi avaliar as adaptações musculares após um período de imobilização de duas semanas. Três estudos foram desenvolvidos, sendo os dois primeiros com seres humanos e o terceiro em um modelo animal. O primeiro estudo avaliou as respostas eletromiográficas, mecanomiográficas e de torque dos músculos flexores plantares e dos flexores dorsais do tornozelo durante esforço voluntário. Foram avaliados 23 indivíduos que tiveram seus tornozelos imobilizados em função de um entorse de grau II, e 32 indivíduos saudáveis, que fizeram parte do grupo controle. O segundo estudo, por sua vez, investigou as alterações no comportamento mecânico dos mesmos grupos musculares do estudo 1, ao longo de um protocolo de contrações produzidas via estimulação elétrica, utilizando-se várias freqüências de estimulação (de 5 a 60 Hz). Nos dois estudos, os valores de torque dos flexores plantares e dos flexores dorsais no grupo imobilizado foram significativamente inferiores aos do grupo controle. Essa redução foi mais evidente nos flexores plantares do que nos flexores dorsais. Os valores root mean square (RMS) do sinal EMG, durante a CVM (estudo 1), foram significativamente menores nos músculos gastrocnêmio medial (GM), sóleo (SOL) e tibial anterior (TA) do grupo que foi imobilizado quando comparado ao grupo controle. A mediana da freqüência (MDF) do sinal EMG, durante a CVM, no estudo 1, não apresentou diferença significativa entre os dois grupos da amostra, em nenhum dos três músculos estudados (GM, SOL e TA). Os valores RMS e a MDF do sinal MMG dos músculos GM, SOL e TA não apresentaram diferenças significativas entre os dois grupos da amostra, em nenhum dos dois estudos, indicando que a técnica da MMG não foi capaz de revelar as alterações musculares produzidas por um período de imobilização. O terceiro estudo avaliou as alterações das propriedades mecânicas devido a alterações no comprimento muscular e na freqüência de estimulação nos músculos SOL de 3 gatos. As relações força-comprimento foram estabelecidas ao nível articular, muscular, das fibras musculares e dos sarcômeros. Os resultados demonstraram que as variações de comprimento da fibra diferem das variações de comprimento do músculo como um todo, principalmente nos comprimentos mais encurtados. Existe um maior encurtamento da fibra com o aumento da freqüência de estimulação nos menores comprimentos musculares, enquanto nos maiores comprimentos musculares o aumento da freqüência de estimulação tem um efeito similar sobre as fibras e o músculo como um todo. Os principais achados do presente estudo são de que as respostas da EMG e de torque são alteradas por um período de 2 semanas de imobilização, enquanto as respostas da MMG não, e que o comprimento muscular é uma importante variável que deve ser controlada a nível tanto das fibras musculares, quanto dos componentes elásticos no estudo das propriedades mecânicas do músculo esquelético.

Influência do treinamento excêntrico nas propriedades mecânicas e elétricas dos músculos extensores do joelho

O exercício excêntrico tem sido preconizado como benéfico na prevenção de lesões musculares. Estudos com animais demonstraram que o treinamento excêntrico altera as propriedades mecânicas do músculo esquelético. No entanto, pouco se conhece sobre os efeitos do treinamento excêntrico nas propriedades mecânicas e elétricas em músculos de seres humanos. O objetivo desse estudo foi avaliar os efeitos de um treinamento excêntrico nas propriedades mecânicas e elétricas dos músculos extensores de joelho, a partir das relações torque-velocidade (T-V) e torque-ângulo (T-A) e da técnica da eletromiografia (EMG). Nossa hipótese inicial era de que o treinamento excêntrico determinaria um deslocamento da relação T-V na direção de maiores velocidades angulares de movimento, assim como um deslocamento da relação T-A em direção a maiores ângulos articulares (ou maiores comprimentos musculares), sem que houvesse alteração na ativação elétrica dos músculos extensores de joelho. A amostra foi constituída por 21 indivíduos do sexo masculino (faixa etária 20-40 anos) divididos em um grupo experimental (n=10), e um grupo controle (n=11). Os indivíduos do grupo experimental foram submetidos a um programa de treinamento excêntrico dos músculos extensores do joelho com duração de 12 semanas, realizado na velocidade de -60º/s. Duas avaliações foram realizadas: antes e após o período de treinamento excêntrico. O torque dinâmico da musculatura extensora do joelho foi avaliado durante contrações voluntárias concêntricas e excêntricas máximas nas velocidades de -300º/s, -240º/s, -180º/s, -120º/s, -60º/s, 60º/s, 120º/s, 180º/s, 240º/s, 300º/s, 360º/s e 420º/s.O torque isométrico foi avaliado durante contrações voluntárias máximas nos ângulos de 7º, 15º, 30º, 45º, 60º, 75º, 90º e 103º. Nos dias de teste, durante a realização de todas as contrações voluntárias máximas, sinais eletromiográficos foram coletados dos músculos reto femoral, vasto lateral e vasto medial. As médias dos valores de torque e dos valores RMS normalizados foram relacionadas com cada velocidade angular e com cada ângulo avaliados. Os resultados mostraram alterações na relação T-V, com um aumento significativo na velocidade de treino e na velocidade de -120º/s. Não foi verificado aumento do torque nas maiores velocidades concêntricas e excêntricas conforme era esperado. Na relação T-A houve um aumento dos valores de torque no ângulo de 90º, com alteração do ângulo ótimo de produção de torque no sentido de maiores ângulos articulares (ou maiores comprimentos do músculo). No entanto, não foi verificado deslocamento para a direita da relação T-A. A atividade elétrica sofreu alteração para os 3 músculos nas contrações dinâmicas e para os músculos reto femoral e vasto lateral nas contrações isométricas. Conclui-se que um período de treinamento excêntrico de 12 semanas altera as propriedades mecânicas dos músculos extensores do joelho de forma específica, com aumento do torque na velocidade angular de treinamento. O aumento da capacidade de produção de torque em maiores ângulos articulares ou maiores comprimentos musculares concorda com a idéia de aumento no número de sarcômeros em série na fibra muscular após treinamento excêntrico conforme demonstrado em estudos com animais. As alterações encontradas se manifestam em ambas as relações T-V e T-A e estão relacionadas tanto com adaptação neural quanto com adaptações nas estruturas intrínsecas musculares.

Efeito da adição de grafite expandido por microondas nas propriedades térmicas, elétricas e mecânicas de nanocompósitos de matriz epóxi

Epoxy based nanocomposites with 1 wt % and 3 wt % of nanographite were processed by high shear mixing. The nanographite was obtained by chemical (acid intercalation), thermal (microwave expansion) and mechanical (ultrasonic exfoliation) treatments. The mechanical, electrical and thermal behavior of the nanocomposites was determined and evaluated as a function of the percentage of reinforcement. According to the experimental results, the electrical conductivity of epoxy was not altered by the addition of nanographite in the contents evaluated. However, based on the mechanical tests, nanocomposites with addition of 1 wt.% and 3 wt.% of nanographite showed increase in tensile strength of 16,62 % and 3,20 %, respectively, compared to the neat polymer. The smaller increase in mechanical strength of the nanocomposite with 3 wt.% of nanographite was related to the formation of agglomerates. The addition of 1 wt.% and 3 wt.% of nanographite also resulted in a decrease of 6,25 % and 17,60 %, respectively, in the relative density of the material. Thus, the specific strength of the nanocomposites was approximately 33,33 % greater when compared to the neat polymer. The addition of 1 wt.% and 3 wt.% of nanographite in the material increased the mean values of thermal conductivity in 28,33 % and 132,62 %, respectively, combined with a reduction of 26,11 % and 49,80 % in volumetric thermal capacity, respectively. In summary, it has been determined that an addition of nanographite of the order of 1 wt.% and 3 wt.% produced notable elevations in specific strength and thermal conductivity of epoxy

Investigação das propriedades ópticas e elétricas em alexandrita natural e sintética

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação das propriedades mecânicas e elétricas da liga 6201 não refinada, modificada com os teores de cobre (0,05 e 0,3)% para transporte de energia elétrica

No presente trabalho, foram feitos experimentos com a liga de Al – 0,6%Mg - 0,8%Si não refinada, com variações no teor de cobre (0,05% e 0,3%), que objetivaram avaliar dois aspectos do comportamento da liga. O primeiro aspecto diz respeito a afinidade entre esta e o molde, no qual busca se observar o efeito das variáveis térmicas de solidificação sobre a estrutura do fundido e sua correlação com propriedades mecânicas e elétricas, o segundo aspecto está relacionado com o comportamento intrínseco da variação da composição química quando submetida a baixas velocidades e taxas de resfriamento. Para a avaliação das variáveis térmicas de solidificação (velocidades das isotermas liquidus, taxas de resfriamento) utilizouse um dispositivo de solidificação unidirecional horizontal. Os lingotes produzidos a partir da solidificação da liga passaram pelos processos mecânicos de usinagem, laminação e trefilação, examinados em diferentes posições e diâmetros, através do ensaio de tração e condutividade elétrica. Foram analisadas as fraturas em função das microcavidades e diferentes concentrações de teores de cobre constatando-se que em relação ao material deformado a frio, o LRT tem uma tendência de crescimento para a liga de maior concentração de cobre. Os valores avaliados também possibilitaram concluir que a condutividade elétrica cresce quanto maior for o diâmetro das microcavidades e menor o teor de cobre. Com o objetivo de se avaliar somente o comportamento intrínseco da variação da composição química da liga, foi utilizado um segundo dispositivo de solidificação, molde em “U”, pintado internamente com solução de caulim que atribui ao molde baixas velocidades de resfriamento. Os resultados mostram que para os dois teores de cobre há uma tendência de crescimento do LRT com o aumento da redução sofrida pelas amostras, sendo o LRT maior para a liga com maior teor de cobre. Atribuímos este comportamento ao maior teor de soluto que por sua vez apresentou melhor resposta a deformação plástica, encruando mais o material. Entretanto, a caracterização elétrica ocorre de modo inverso, a exemplo do constatado na solidificação unidirecional, onde o menor teor de cobre foi mais eficiente.

Correlação da coalescência de microcavidades com as propriedades mecânicas e elétricas de fios para Tx e Dx de energia elétrica da liga base Al-0,5%Cu-[0,24-0,28]%Fe modificada com teores de silício

Neste trabalho, é feita uma tentativa para estabelecer a influência dos teores [0,5; 0,7 e 0,9]%Si, como agentes modificadores da liga Al-0,05%Cu-[0,24-0,28]%Fe, avaliada através de aspectos que levaram em conta parâmetros operacionais de vazamentos unidirecionais horizontais tais como velocidades (Vs) e taxas de solidificação (Tx). Após operações de corte e usinagem foram obtidos perfis cilíndricos, com diâmetros de 9,5mm e comprimento de 120mm, a partir dos quais, após operações de trabalho à frio, chegou-se a fios com diâmetros de 2,7; 3,0; 3,8 e 4,0mm. Estes perfis foram submetidos à caracterização elétrica, com base na condutividade elétrica, à caracterização mecânica, com base em ensaios tensão/deformação enfatizando o alongamento, e a caracterização estrutural em seções longitudinais, com ênfase na distribuição das partículas de segunda fase e no aspecto da fratura, na qual a metodologia de avaliação das dimensões das microcavidades se utiliza da razão do cumprimento (L) pela largura (W).

Efeito de teores de Zr sobre as propriedades mecânicas e elétricas de ligas Al-Ec-Si aplicadas na elaboração de ligas para Tx e Dx de energia elétrica

Este trabalho objetiva desenvolver uma análise da influência do Zr na modificação de características importantes em ligas de Al-EC-Si para aplicação como condutor de energia elétrica, almejando obter-se propriedades termorresistentes. Para a realização deste estudo, as ligas foram obtidas por fundição direta em lingoteira metálica em formato “U”, a partir do Al-EC, fixando-se na base o teor de 0,7% de Si, e em seguida, variando-se diferentes teores de Zr. Com o intuito de precipitar as partículas de segunda fase chamadas de dispersóides, que tem como principal característica a retenção da microestrutura deformada quando exposta a altas temperaturas, foi necessário submeter as ligas a um tratamento térmico de 310 ºC durante 24 horas afim de provocar o surgimento dos finos dispersóides de Al₃Zr. Foram estabelecidas duas etapas para obtenção dos resultados: A ETAPA I composta da solidificação, usinagem e deformações obtidas com as ligas, gerando os fios que foram utilizados em todos os ensaios. A ETAPA II repete os mesmos procedimentos adotados na ETAPA I, porém é feito um tratamento térmico de 310ºC por 24 horas antes da deformação. A caracterização das amostras dos fios de cada liga quanto à termorresistividade, que obedeceu a exigência da COPEL (Companhia Paranaense de Energia), sendo submetidos à temperatura de 230 ºC por uma hora e foram feitos também tratamentos térmicos na temperatura de 310 e 390ºC, com a finalidade de se avaliar a estabilidade térmica das ligas estudadas. Verificou-se de maneira geral que teores crescentes de Zr provocam um refinamento de grão e aumentam o LRT e a estabilidade térmica da liga, tanto na ETAPA I quanto na ETAPA II. Foi observado ainda que na ETAPA I, a condutividade foi bastante afetada pelos teores de Zr, e que a inserção do tratamento térmico da ETAPA II melhorou a capacidade de conduzir energia elétrica na liga, particularmente para o diâmetro que sofreram maior deformação.

Propriedades ópticas e elétricas de materiais híbridos de sílica/orgânico à base de GPTS:TEOS preparados pelo método sol-gel

Fabrication of optoelectronic devices requires the employment of at least one transparent electrode. Usually, commercially transparent electrodes have been made by deposition of indium tin oxide (ITO) films by RF-Sputtering technique. These commercial electrodes have sheet resistance of about 100 Ω/sq and optical transmittance of 77% at the wavelength of 550 nm. The poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene-sulfonate (PEDOT:PSS) is an alternative material to fabricate transparent electrodes due to its high conductivity (about 600 S/cm) and solubility in water. Soluble conductive materials exhibits advantages for processing of electrode layers, however there is a disadvantage during devices fabrication once materials with the same solvent of the electrode material cannot be coated one over the other. Alternatively, organic/Silica hybrid materials prepared by sol-gel process allow producing bulks and films with high chemical durability. In order to obtain transparent electrodes with high chemical durability, we introduced a blended material comprising the high UV-VIS transparency of organic/Silica sol-gel material and a high conductivity polymer PEDOT:PSS. The organic/Silica sol was obtained using two different molar concentrations (1:1 and 4:1), of tetraethylorthosilicate (TEOS) and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTS). Amounts of PEDOT:PSS solutions were added to the sol material, resulting in different weight fractions of sol and polymer. G:T/P:P were deposit onto glass substrates by spray-coating. In order to perform electrical characterization of the blended material, gold electrodes were thermally evaporated onto the films. The electrical characterization was performed using a Keithley 2410 source/meter unity and the optical characterization, using a Cary50 UV-Vis spectrophotometer. The absorption coefficient and electric conductivity of the different compositions blends, as function of the PEDOT:PSS concentration, were...

Investigação das propriedades ópticas, morfológicas e elétricas da heterojunção SnO2: Ce3+/ GaAs

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)