Process and properties of electroless Ni-Cu-P-ZrO2 nanocomposite coatings

Electroless Ni-Cu-P-ZRO(2) composite coating was successfully obtained on low carbon steel matrix by electroless plating technique. Coatings with different compositions were obtained by varying copper as ternary metal and nano sized zirconium oxide particles so as to obtain elevated corrosion resistant Ni-P coating. Microstructure, crystal structure and composition of deposits were analyzed by SEM, EDX and XRD techniques. The corrosion behavior of the deposits was studied by anodic polarization, Tafel plots and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in 3.5% sodium chloride solution. The ZRO(2) incorporated Ni-P coating showed higher corrosion resistance than plain Ni-P. The introduction of copper metal into Ni-P-ZRO(2) enhanced the protection ability against corrosion. The influence of copper metal and nanoparticles on microhardness of coatings was evaluated. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A CMOS Gas Sensor Array Platform With Fourier Transform Based Impedance Spectroscopy

A CMOS gas sensor array platform with digital read-out containing 27 sensor pixels and a reference pixel is presented. A signal conditioning circuit at each pixel includes digitally programmable gain stages for sensor signal amplification followed by a second order continuous time delta sigma modulator for digitization. Each sensor pixel can be functionalized with a distinct sensing material that facilitates transduction based on impedance change. Impedance spectrum (up to 10 KHz) of the sensor is obtained off-chip by computing the fast Fourier transform of sensor and reference pixel outputs. The reference pixel also compensates for the phase shift introduced by the signal processing circuits. The chip also contains a temperature sensor with digital readout for ambient temperature measurement. A sensor pixel is functionalized with polycarbazole conducting polymer for sensing volatile organic gases and measurement results are presented. The chip is fabricated in a 0.35 CMOS technology and requires a single step post processing for functionalization. It consumes 57 mW from a 3.3 V supply.

Fabrication and characterization of micro-arc oxidized fluoride containing titania films on Cp Ti

The present study is focussed at establishing an appropriate electrolyte system for developing electrochemically stable and fluorine (F) containing titania (F-TiO2) films on Cp Ti by micro-arc oxidation (MAO) technique. To fabricate the F-TiO2 films on Cp Ti, different electrolyte solutions of chosen concentrations of tri-sodium orthophosphate (TSOP, Na3PO4 center dot I2H2O), potassium hydroxide (KOH) and various F-containing compounds such as ammonium fluoride (NH4F), potassium fluoride (KF), sodium fluoride (NaF) and potassium fluorotitanate (K2TiF6) are employed. The structural and morphological characteristics, thickness and elemental composition of the developed films have been assessed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) techniques. The in-vitro electrochemical corrosion behavior of the films was studied under Kokubo simulated body fluid (SBF) environment by potentiodynamic polarization, long term potential measurement and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods. The XRD and SEM-EDS results show that the rutile content in the films vary in the range of 15-37 wt% and the F and P contents in the films is found to be in the range of 2-3 at% and 2.9-4.7 at% respectively, suggesting that the anatase to rutile phase transformation and the incorporation of F and P into the films are significantly controlled by the respective electrolyte solution. The SEM elemental mapping results show that the electrolyte borne F and P elements are incorporated and distributed uniformly in all the films. Among all the films under study, the film developed with 5 g TSOP+2 g KOH+3 g K2TiF6 electrolyte system exhibits considerably improved in-vitro corrosion resistance and therefore best suited for biomedical applications. (C) 2012 Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l. All rights reserved.

In-situ impedance spectroscopy of layer-by-layer self-assembly of polyelectrolytes

In-situ impedance spectroscopy of layer-by-layer self-assembly of weak polyelectrolytes is presented. Interdigitated capacitors with active area of 1×1 mm2 and electrode spacing of 5 μm are fabricated and used for this purpose. Measurement results indicate that the impedance decreases with increase in number of polyelectrolyte layers. About 2.5% of relative change in magnitude of impedance at 104.7 KHz is seen for four bi-layers of Poly(Allylamine Hydrochloride) (PAH)/Poly(Acrylic acid) (PAA). An electrical equivalent for polyelectrolyte binding is obtained.

Effect of TiN particulate reinforcement on corrosive behaviour of aluminium 6061 composites in chloride medium

In the present investigation, the corrosive behaviour of Al 6061-TiN particulate composites prepared by liquid metallurgy has been studied in chloride medium using electroanalytical techniques such as Tafel, cyclic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Surface morphology of the sample electrodes was examined using scanning electron micrography and energy dispersive X-ray methods. X-ray diffraction technique was used to confirm inclusion of TiN particulates in the matrix alloy and identify the alloying elements and intermetallic compounds in the Al 6061 composites. Polarization studies indicate an increase in the corrosion resistance in composites compared to the matrix alloy. EIS study reveals that the polarization resistance (R (p)) increases with increase in TiN content in composites, thus confirming improved corrosion resistance in composites. The observed decrease in corrosion rate in the case of composites is due to decoupling between TiN particles and Al 6061 alloy. It is understood that after the initiation of corrosion, interfacial corrosion products may have decoupled the conducting ceramic TiN from Al 6061 matrix alloy thus eliminating the galvanic effect between them.

Temperature and potential dependence electrochemical impedance studies of LiMn2O4

Detailed analysis of alternating current impedance data of LiMn2O4 electrodes measured at several temperatures and potentials was carried out. The Nyquist plots generally consisted of semicircles corresponding to two time constants. However, at low temperatures (-10 to 10 A degrees C) and potential region between 3.90 and 4.20 V, three time constants were present. The third semicircle present at the middle to high frequency range was attributed to electronic resistance of LiMn2O4. Impedance parameters were evaluated using appropriate electrical equivalent circuits. From the temperature dependence of resistive parameters, activation energy values for the corresponding processes were calculated.

Improved photovoltaic performance of CdSe/CdS/PbS quantum dot sensitized ZnO nanorod array solar cell

Single crystalline zinc oxide (ZnO) nanorod array has been used for the fabrication of CdSe/CdS/PbS/ZnO quantum dot sensitized solar cell (QDSSC). The ZnO nanorod array photoanodes are sensitized with consecutive layer of PbS, CdS and CdSe quantum dots by employing simple successive ion layer adsorption and reaction (SILAR) and chemical bath deposition (CBD) techniques. The performances of the QDSSCs are examined in detail using polysulfide electrolyte with copper sulfide (CuS) counter electrode. The combination of two successive layers of PbS with CdSe/CdS/ZnO shows an improved short circuit current density (12.223 mA cm(-2)) with a maximum power to conversion efficiency of 2.352% under 1 sun illumination. This enhancement is mainly attributed due to the better light harvesting ability of the PbS quantum dots and make large accumulation of photo-injected electrons in the conduction band of ZnO, and CdSe/CdS layers lower the recombination of photo-injected electrons with the electrolyte, these are well evidenced with the photovoltaic studies and electrochemical impedance spectroscopy. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Impedance spectroscopy of novel hybrid composite films of polyvinylbutyral (PVB)/functionalized mesoporous silica

Polyvinyl butyral/functionalized mesoporous silica hybrid composite films have been fabricated by solution casting technique with various weight percentages of functionalized silica. A polyol (tripentaerythritol-electron rich component), which acts as an electron donor to the polymer backbone, was added to enhance the conductivity. The prepared composites were characterized by Fourier transformed infrared spectroscopy and the morphology was evaluated by scanning electron microscopy. Dielectric properties of these freestanding composites were studied using the two-probe method. The dielectric constant and impedance value decreased with the increase in applied frequency as well as with the increase in functionalized silica content in the polyvinyl butyral matrix. An increase in conductivity of the PVB/functionalized silica composites was also observed. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Estudo do crescimento bacteriano e da aplicação de procedimentos de limpeza e desinfecção no aço inoxidável 304L

Técnicas de limpeza química ou mecânica são comumente empregadas para evitar a formação de biofilmes e problemas associados com a colonização de superfícies por micro-organismos. Neste trabalho, amostras de aço inox 304L foram submetidas a ensaios acelerados de crescimento de biofilme, o qual foi posteriormente removido por tratamentos de limpeza e desinfecção (choque térmico com água a 70C por 1h, limpeza com ácido fosfórico 20 % v/v por 30min e desinfecção com peróxido de hidrogênio 0,17 % v/v por 1h). Com o objetivo de verificar a influência destes tratamentos na remoção do biofilme, este foi caracterizado (por quantificação microbiana e análises de espectroscopia de impedância eletroquímica - EIE), antes e após a aplicação dos tratamentos. Dois casos foram estudados. No primeiro caso, simularam-se condições presentes em tubulações de ambientes hospitalares e sistemas de distribuição de água quente. O micro-organismo utilizado foi a bactéria Serratia marcences. O processo de formação de biofilme e posterior limpeza e desinfecção foi realizado de modo contínuo durante 15 semanas. Os resultados de quantificação microbiana e de EIE mostraram que desde a primeira semana de exposição e ao longo dos ensaios, formou-se um biofilme aderente à superfície do aço e que o emprego dos tratamentos de limpeza e desinfecção não foi eficaz na remoção do biofilme. Em um segundo caso, simularam-se condições presentes em tubulações da indústria de água mineral, empregando-se a bactéria Pseudomonas aeruginosa. Neste caso, as técnicas de limpeza e desinfecção foram aplicadas individualmente e em conjunto. A aplicação de choque térmico, assim como da limpeza ácida, sobre um biofilme com 72 h de formação foi capaz de eliminar as bactérias viáveis, presentes na superfície do aço. Entretanto, a desinfecção com peróxido de hidrogênio não foi capaz de eliminá-las. Nas duas condições, porém, as análises de EIE do sistema aço/biofilme mostraram que o mesmo não foi completamente removido da superfície do metal. Correlacionando os dois casos, pode-se inferir que a superfície do aço inox 304L é rapidamente colonizada pelas duas espécies microbianas e que as técnicas de limpeza e desinfecção são capazes de reduzir e até eliminar as células viáveis, embora não removam completamente o biofilme da superfície. Por outro lado, é importante ressaltar que fatores como a arquitetura, espessura e porosidade do biofilme, e propriedades intrínsecas da superfície, são fatores que afetam os valores de impedância medidos, sendo necessário considerá-los na análise, tanto da formação do biofilme, quanto dos efeitos dos procedimentos de limpeza e desinfecção

Comportamento tribocorrosivo do aço inoxidável e de ligas de titânio em meio salino

No presente trabalho, foram realizados ensaios de tribocorrosão no aço inoxidável AISI 304L, no titânio comercialmente puro (CPTi) e na liga de titânio Ti6Al4V em solução aquosa de 0,90% m/v NaCl. Amostras de ligas de titânio com tratamento térmico superficial de refusão a laser também foram utilizadas. Um tribômetro do tipo pino-no-disco com contracorpo de alumina foi usado. Técnicas eletroquímicas in situ de monitoramento em circuito aberto, espectroscopia de impedância eletroquímica, curvas de polarização e amperimetria de resistência nula foram empregadas. Os resultados obtidos indicam que o desgaste tribocorrosivo das ligas de titânio é mais intenso do que o observado no aço inoxidável, apresentando perfis de superfície mais irregulares. A análise da impedância eletroquímica mostrou que todos os materiais utilizados apresentam uma rápida recuperação da camada passiva, exibindo módulos e fases um pouco menores do que os medidos antes do desgaste. Sob atrito, os diagramas de impedância apresentam uma forte redução do módulo. Sob desgaste, o expoente α do elemento de fase constante (CPE) atinge seu valor mais baixo, enquanto o parâmetro γ é máximo. As curvas de polarização exibem potenciais menores e densidades de corrente de corrosão maiores durante o desgaste. O tratamento de refusão a laser, embora mude a microestrutura e a dureza superficial das amostras, não indica uma mudança aparente nos parâmetros eletroquímicos sob tribocorrosão, bem como do coeficiente de atrito. Nos ensaios de amperimetria de resistência nula, foi possível estimar a corrente mensurada no ARN por meio do emprego de um circuito elétrico equivalente. A densidade espectral de potência dos sinais de potencial e de corrente exibe a frequência de rotação (1,25 Hz) e seus harmônicos. Para baixas frequências (abaixo de 10 mHz), o decaimento obedece à relação 1 ⁄ e 1⁄ para os sinais de potencial e corrente, respectivamente.

Avaliação de aminoácidos como inibidores de corrosão para cobre em meio de água do mar artificial

Inibidores de corrosão são substâncias que quando adicionadas a um meio agressivo, diminuem ou previnem a reação de oxidação de um metal com este meio e/ou as reações de redução de espécies presentes no meio. Para a inibição da corrosão de cobre e suas ligas em meios ácidos ou neutros, o inibidor mais empregado é o benzotriazol (BTAH), o qual forma complexos com os íons Cu (I) e Cu (II) na superfície do metal, diminuindo o processo corrosivo. A preocupação com a preservação ambiental e a toxicidade de inibidores de corrosão vem sendo discutida na literatura. Vários estudos têm-se intensificado usando aminoácidos, como proposta para substituição ao BTAH, considerado tóxico. Entre os aminoácidos estudados, dois apresentavam enxofre em suas moléculas (cisteína e metionina) e um outro sem heteroátomo na cadeira lateral (glicina). As concentrações variaram entre 10-2 a 10-4 mol/L e pH da solução entre 7,2 e 8,4. Foram realizadas medidas gravimétricas (ensaios de imersão total) e técnicas eletroquímicas, tais como polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. A caracterização morfológica da superfície do substrato após os ensaios de imersão total (743 horas) foi feita por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS ou EDX) e difração de raios X (DRX). Embora os resultados com aminoácidos tenham sido sempre muito inferiores àqueles obtidos na presença de BTAH, comportamentos semelhantes em função da concentração dos aminoácidos puderam ser observados pelos diagramas de Nyquist. Contudo, com exceção dos resultados verificados para o meio contendo cisteína 10-2 mol/L, todas as eficiências de inibição para os meios contendo aminoácidos, obtidas pelos ensaios de imersão total, foram negativas, mostrando que o tempo de exposição também pode ser relevante para o desempenho destes inibidores. Entre todos os aminoácidos testados, os meios contendo glicina apresentaram os piores desempenhos anticorrosivos, inclusive acelerando o processo de dissolução anódica do cobre. Esse resultado pode estar relacionado à faixa de pH das soluções testadas e à solubilidade dos complexos de cobre formados com os aminoácidos, mostrando que uma faixa ótima de pH também deve ser assegurada para aprimorar a ação destes aminoácidos como inibidores de corrosão

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.

Conduction-band offset in a pseudomorphic GaAs/In0.2Ga0.8As quantum well determined by capacitance-voltage profiling and deep-level transient spectroscopy techniques

The conduction-band offset Delta E-C has been determined for a molecular beam epitaxy grown GaAs/In0.2Ga0.8As single quantum-well structure, by measuring the capacitance-voltage (C - V) profiling, taking into account a correction for the interface charge density, and the capacitance transient resulting from thermal emission of carriers from the quantum well, respectively. We found that Delta E-C = 0.227 eV, corresponding to about 89% Delta E-g, from the C - V profiling; and Delta E-C = 0.229eV, corresponding to about 89.9% Delta E-g, from the deep-level transient spectroscopy (DLTS) technique. The results suggest that the conduction-band discontinuity Delta E-C obtained from the C-V profiling is in good agreement with that obtained from the DLTS technique. (C) 1998 American Institute of Physics.