Efectos de la microestructura sobre la transmisión de neutrones en materiales de interés nuclear.

Cuando un haz policromático de neutrones pasa a través de un material, los neutrones de distintas longitudes de onda son atenuados en formas muy diferentes. Como resultado, el espectro de energía del haz de neutrones cambia cuando una muestra es colocada frente el haz. Un análisis detallado del cociente de intensidad entre los haces de transmitido e incidente puede proporcionar una gran cantidad de información acerca de la estructura cristalina y microestructura de la muestra, definidas a través de la sección eficaz total del material. Para neutrones térmicos y sub-térmicos, el ordenamiento y movimiento de los átomos a escala microscópica define en forma precisa la dependencia de esta magnitud con la energía del neutrón incidente. Así, la variación con la energía de la sección eficaz total de los sólidos debido a la estructura de los átomos para distancias entre 0,1 y 100 Å se encuentra bien establecida, y es explotada en el estudio de estructuras cristalinas y de los movimientos vibracionales y rotacionales. Como contrapartida, el efecto de la estructura mesoscópica de los materiales, esto es para dimensiones entre 0,1 y 100 µm, sobre la sección eficaz total ha sido mucho menos estudiado, a pesar de provocar cambios profundos en esta magnitud. En esta Tesis estudiamos y formalizamos la dependencia de la sección eficaz total con características microestructurales tales como la porosidad, y la distribución de tamaños y orientaciones de los granos que componen los materiales, y desarrollamos modelos teóricos a partir de las características microestructurales de muestras de interés nuclear con diferente microestructura. Estos modelos permiten describir la contribuci ón de la componente elástica coherente de la seción eficaz total sobre los espectros de transmisión de neutrones e introducen parámetros como la cantidad de cristales que conforman el material, su estructura cristalina, parámetros de red, mosaicidad, estructura de poros u orientación preferencial de granos, para describir la sección total de materiales monocristalinos o policristalinos. En todos los casos, los modelos desarrollados fueron implementados en una biblioteca basada en el lenguaje computacional MATLAB y fueron comparados con secciones eficaces totales obtenidas en experimentos de transmisión de neutrones realizados en el Departamento de Física de Neutrones del Centro Atómico Bariloche y en ISIS Facility, Reino Unido. Los novedosos modelos microestructurales propuestos describen fielmente los experimentos desarrollados sobre muestras con distinta microestructura, lo que permite el empleo de los mismos en un código de refinamiento sobre los datos experimentales. Aquí, desarrollamos herramientas computacionales que ajustan por cuadrados mínimos no lineales los modelos paramétricos representativos de cada microestructura, sobre la sección eficaz total o la transmisión experimental, para determinar parámetros microestructurales de la muestra a partir de experimentos de transmisión de neutrones con resolución en longitud de onda. Los resultados son de particular relevancia para la interpretación y el análisis cuantitativo de las imágenes realizadas por la técnica de radiografía neutrónica con resolución en energía, que ha recibido un gran impulso en años recientes.

Efectos de la microestructura sobre la transmisión de neutrones en materiales de interés nuclear.

Cuando un haz policromático de neutrones pasa a través de un material, los neutrones de distintas longitudes de onda son atenuados en formas muy diferentes. Como resultado, el espectro de energía del haz de neutrones cambia cuando una muestra es colocada frente el haz. Un análisis detallado del cociente de intensidad entre los haces de transmitido e incidente puede proporcionar una gran cantidad de información acerca de la estructura cristalina y microestructura de la muestra, definidas a través de la sección eficaz total del material. Para neutrones térmicos y sub-térmicos, el ordenamiento y movimiento de los átomos a escala microscópica define en forma precisa la dependencia de esta magnitud con la energía del neutrón incidente. Así, la variación con la energía de la sección eficaz total de los sólidos debido a la estructura de los átomos para distancias entre 0,1 y 100 Å se encuentra bien establecida, y es explotada en el estudio de estructuras cristalinas y de los movimientos vibracionales y rotacionales. Como contrapartida, el efecto de la estructura mesoscópica de los materiales, esto es para dimensiones entre 0,1 y 100 µm, sobre la sección eficaz total ha sido mucho menos estudiado, a pesar de provocar cambios profundos en esta magnitud. En esta Tesis estudiamos y formalizamos la dependencia de la sección eficaz total con características microestructurales tales como la porosidad, y la distribución de tamaños y orientaciones de los granos que componen los materiales, y desarrollamos modelos teóricos a partir de las características microestructurales de muestras de interés nuclear con diferente microestructura. Estos modelos permiten describir la contribuci ón de la componente elástica coherente de la seción eficaz total sobre los espectros de transmisión de neutrones e introducen parámetros como la cantidad de cristales que conforman el material, su estructura cristalina, parámetros de red, mosaicidad, estructura de poros u orientación preferencial de granos, para describir la sección total de materiales monocristalinos o policristalinos. En todos los casos, los modelos desarrollados fueron implementados en una biblioteca basada en el lenguaje computacional MATLAB y fueron comparados con secciones eficaces totales obtenidas en experimentos de transmisión de neutrones realizados en el Departamento de Física de Neutrones del Centro Atómico Bariloche y en ISIS Facility, Reino Unido. Los novedosos modelos microestructurales propuestos describen fielmente los experimentos desarrollados sobre muestras con distinta microestructura, lo que permite el empleo de los mismos en un código de refinamiento sobre los datos experimentales. Aquí, desarrollamos herramientas computacionales que ajustan por cuadrados mínimos no lineales los modelos paramétricos representativos de cada microestructura, sobre la sección eficaz total o la transmisión experimental, para determinar parámetros microestructurales de la muestra a partir de experimentos de transmisión de neutrones con resolución en longitud de onda. Los resultados son de particular relevancia para la interpretación y el análisis cuantitativo de las imágenes realizadas por la técnica de radiografía neutrónica con resolución en energía, que ha recibido un gran impulso en años recientes.

Magnetic domain states in nano-sized Co nuclei electrodeposited onto monocrystalline silicon

In the present work, nano-sized magnetic nuclei of Co have been electrodeposited onto p-Si (111). The deposition follows a mechanism of progressive nucleation and growth controlled by diffusion. MFM studies showed that the transition between magnetic domain states is strongly dependent on the size and shape of the nuclei. A critical height h0 is defined below which the nuclei presented always a single-domain configuration. The limiting lower boundary for the single-domain state calculated from the theory is quantitatively coincident with the experimental results. © 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Analysis of the Mechanical Properties of Multicrystalline and Monocrystalline Silicon Wafers Manufactured by Casting Methods

Quasi-monocrystalline silicon wafers have appeared as a critical innovation in the PV industry, joining the most favourable characteristics of the conventional substrates: the higher solar cell efficiencies of monocrystalline Czochralski-Si (Cz-Si) wafers and the lower cost and the full square-shape of the multicrystalline ones. However, the quasi-mono ingot growth can lead to a different defect structure than the typical Cz-Si process. Thus, the properties of the brand-new quasi-mono wafers, from a mechanical point of view, have been for the first time studied, comparing their strength with that of both Cz-Si mono and typical multicrystalline materials. The study has been carried out employing the four line bending test and simulating them by means of FE models. For the analysis, failure stresses were fitted to a three-parameter Weibull distribution. High mechanical strength was found in all the cases. The low quality quasi-mono wafers, interestingly, did not exhibit critical strength values for the PV industry, despite their noticeable density of extended defects.

Amorphous structures induced in monocrystalline silicon by mechanical loading

Different amorphous structures have been induced in monocrystalline silicon by high pressure in indentation and polishing. Through the use of high-resolution transmission electron microscopy and nanodiffraction, it was found that the structures of amorphous silicon formed at slow and fast loading/unloading rates are dissimilar and inherit the nearest-neighbor distance of the crystal in which they are formed. The results are in good agreement with recent theoretical predictions. (C) 2004 American Institute of Physics.

The R8-BC8 phases and crystal growth in monocrystalline silicon under microindentation with a spherical indenter

The morphology and distribution of high-pressure metastable phases BC8 and R8, formed in monocrystalline silicon under microindentation, were identified and assessed using transmission electron microscopy nanodiffraction analysis. It was discovered that the crystal growth inside the transformation zone was stress-dependent with large crystals in its central region. The crystal size could also be increased using higher maximum indentation loads. The BC8 and R8 phases distributed unevenly across the transformation zone, with BC8 crystals mainly in the center of the zone and smaller R8 fragments in the peripheral regions. Such phase distribution was in agreement with the theoretical residual stress analysis.

Synthesis and characterization of cyclotriphosphazenes containing silicon as single solid-state precursors for the formation of silicon/phosphorus nanostructured materials

The synthesis and characterization of new organosilicon derivatives of N3P3Cl6, N3P3[NH(CH2)3Si(OEt)3]6 (1), N3P3[NH(CH2)3Si(OEt)3]3[NCH3(CH2)3CN]3 (2), and N3P3[NH(CH2)3Si(OEt)3]3[HOC6H4(CH2)CN]3 (3) are reported. Pyrolysis of 1, 2, and 3 in air and at several temperatures results in nanostructured materials whose composition and morphology depend on the temperature of pyrolysis and the substituents of the phosphazenes ring. The products stem from the reaction of SiO2 with P2O5, leading to either crystalline Si5(PO4)6O, SiP2O7 or an amorphous phase as the glass Si5(PO4)6O/3SiO2·2P2O5, depending on the temperature and nature of the trimer precursors. From 1 at 800 °C, core−shell microspheres of SiO2 coated with Si5(PO4)6O are obtained, while in other cases, mesoporous or dense structures are observed. Atomic force microscopy examination after deposition of the materials on monocrystalline silicon wafers evidences morphology strongly dependent on the precursors. Isolated islands of size ∼9 nm are observed from 1, whereas dense nanostructures with a mean height of 13 nm are formed from 3. Brunauer−Emmett−Teller measurements show mesoporous materials with low surface areas. The proposed growth mechanism involves the formation of cross-linking structures and of vacancies by carbonization of the organic matter, where the silicon compounds nucleate. Thus, for the first time, unique silicon nanostructured materials are obtained from cyclic phosphazenes containing silicon.

Experimental studies on comparison of microwave curing and thermal curing of epoxy resins used for alternative mould materials

In this present work attempts have been made to study the glass transition temperature of alternative mould materials by using both microwave heating and conventional oven heating. In this present work three epoxy resins, namely R2512, R2515 and R2516, which are commonly used for making injection moulds have been used in combination with two hardeners H2403 and H2409. The magnetron microwave generator used in this research is operating at a frequency of 2.45 GHz with a hollow rectangular waveguide. In order to distinguish the effects between the microwave and conventional heating, a number of experiments were performed to test their mechanical properties such as tensile and flexural strengths. Additionally, differential scanning calorimeter technique was implemented to measure the glass transition temperature on both microwave and conventional heating. This study provided necessary evidences to establish that microwave heated mould materials resulted with higher glass transition temperature than the conventional heating. Finally, attempts were also made to study the microstructure of microwave-cured materials by using a scanning electron microscope in order to analyze the morphology of cured specimens.