Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2017-11-08T16:29:11Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-08T16:29:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Nesse trabalho foram produzidas nanopartículas (NPs) de Gd2O3 e Er2O3 para aplicação como radiossensibilizadores em feixes de radioterapia. Elas foram sintetizadas no Laboratório de Interações Hiperfinas do IPEN pelo método da decomposição térmica e caracterizadas utilizando difração de raios-X, para verificar a estrutura cristalina, microscopia eletrônica de transmissão, para obter informações sobre forma, tamanho e distribuição de tamanho, análise por ativação neutrônica, por meio da qual foi possível determinar a pureza das amostras e calcular a concentração de gadolínio e érbio. Medições de magnetização e de espectroscopia de correlação angular γ-γ perturbada (PAC) foram realizadas a fim de estudar o comportamento magnético e a interação quadrupolar das partículas, respectivamente. Os resultados da caracterização mostram a formação de uma estrutura cristalina do tipo bixbyite, com aproximadamente 5 nm de diâmetro e estreita distribuição de tamanho, para as amostras pós-síntese. A determinação da massa de terra-rara em cada amostra foi importante para realizar a normalização nas medições de susceptibilidade magnética, tornando possível a visualização de um grande aumento na magnetização abaixo de 30 K, nas amostras pós-síntese, o que não é observado em partículas maiores, além de um aumento no momento magnético efetivo das NPs em relação aos respectivos bulks e uma mudança na temperatura de ordenamento antiferromagnético para o Er2O3. Os resultados da espectroscopia PAC evidenciam possíveis efeitos de superfície. A falta de uma frequência bem definida nas amostras de 5 nm indicam que a quantidade de 111In(111Cd) na superfície da partícula é maior do que no interior da mesma, fazendo com que a interação hiperfina do núcleo de prova com o host não seja evidente. Já a união da técnica de difração de raios-X com a espectroscopia PAC foi fundamental para o entendimento do dano causado às partículas pela irradiação com 60Co. Quanto às medições de radiossensibilização a dosimetria Fricke gel foi fundamental para a verificação de um fator de aumento de dose (DEF) de até 1,67 e 1,09 para NPs de Gd2O3 irradiadas com 60Co e 6MV, respectivamente. Nas mesmas condições, para as amostras de Er2O3, foram encontrados valores de DEF de até 1,37 e 1,06. Isso comprova os efeitos radiossensibilizadores dessas NPs. Os resultados alcançados nesse trabalho não apenas fornecem dados importantes para o estudo de NPs de terra-rara na área de física da matéria condensada como também uma base sólida para a aplicação desses elementos como radiossensibilizadores em feixes de radioterapia, possibilitando a utilização da imagem por ressonância magnética para localizar e obter a concentração dessas NPs dentro do paciente, aumentando assim a eficiência do tratamento do câncer. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-22T14:03:18Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-22T14:03:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Nas últimas décadas, o consumo de dispositivos eletrônicos e a alta demanda por armazenamento de dados tem mostrado grandes oportunidades para a criação de novas tecnologias que garantam as necessidades mundiais na área de computação e desenvolvimento. Alguns materiais multiferroicos tem sido amplamente estudados e o BiFeO3, considerado o único material multiferroico em temperatura ambiente, ganhou destaque como candidato para produção de dispositivos lógicos e de memória. O uso de técnicas de crescimento como a deposição por laser pulsado permitiu a produção de filmes finos de BiFeO3 com elevado controle de qualidade. Heteroestruturas de filmes multiferroicos de BiFeO3 e LaBiFeO3 foram crescidas com diferentes espessuras sobre substratos de SrTiO3(100), DyScO3(110) e SrTiO3/Si(100) para avaliação e teste de suas propriedades elétricas e magnéticas. Filmes ferromagnéticos de Co0,9Fe0,1 foram depositados por sputtering sobre os filmes multiferroicos para avaliação da interação interfacial entre ordenamentos magnéticos. Técnicas como fotolitografia foram utilizadas para padronização de microdispositivos gravados sobre as amostras. Tanto os filmes finos de BiFeO3 como os de LaBiFeO3 foram crescidos epitaxialmente sobre os substratos já cobertos com uma camada buffer de SrRuO3 usado como contato elétrico inferior. A estrutura cristalina romboédrica das ferritas de bismuto foi confirmada pelos dados de difração de raios X, bem como a manutenção de tensão estrutural causada pela rede cristalina do substrato para amostras de 20 nm. Os valores de coeficiente do tensor piezelétrico d33 foram da ordem de 0,15 V (∼ 60 kV.cm-2) para amostras com 20 nm de espessura enquanto que os valores de voltagem coerciva para as análises de histerese elétrica foram da ordem de 0,5 V para as mesmas amostras. A relação de coercividade elétrica com a espessura corresponde ao perfil encontrado na literatura pela relação E≈d-2/3. As amostras de CoFe/BFO e CoFe/LBFO depositadas em diferentes substratos apresentam acoplamento interfacial entre ordenamento ferromagnético e antiferromagnético com momento ferromagnético de rede. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / CAPES:99999.009511/2014-08 / CNPq:146622/2013-2

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-22T17:15:11Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-22T17:15:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O excessivo processo de urbanização da Região Metropolitana de São Paulo resultou na perda das características naturais dos seus cursos d\'água ocasionando profundas alterações nos regimes de vazão e de qualidade. O objetivo desse estudo foi avaliar a concentração de metais tóxicos, os semi-metais As, Sb e Se e os elementos terras raras, presentes em amostras de sedimento superficiais coletadas nos Reservatórios Billings, Guarapiranga e Rio Grande. Os elementos Ag, Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Sb, Se e Zn foram determinados pela técnica de Espectrometria de Emissão Ótica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP OES). Alguns elementos maiores, traço e elementos terras raras (Ce, Eu, La, Lu, Nd, Sm, Tb e Yb) foram determinados pela técnica de Análise por Ativação Neutrônica Instrumental (INAA). A concentração de Hg total foi determinada pela técnica Espectrometria de Absorção Atômica com Geração de Vapor Frio (CVAAS). A validação das metodologias foi realizada por meio da análise de materiais de referência certificados. Para avaliar as possíveis fontes de contaminação antrópicas foram utilizadas as ferramentas de fator de enriquecimento (FE) e o índice de geoacumulação (IGeo). Os resultados obtidos pelas técnicas foram comparados com os valores orientadores TEL e PEL estabelecidos pelo CCME (Canadian Council of Ministers of the Environment) e adotados pela CETESB. Todos os pontos analisados apresentaram valores > TEL para todos os metais e dois pontos da represa Billings (BILL02100 e 02030), valores > PEL para As, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb e Zn, provavelmente em decorrência do recebimento das águas do Rio Pinheiros e das bacias de drenagem do ribeirão Cocaia e Bororé. Os valores de FE e IGeo calculados apontaram possíveis contaminações antrópicas para Sb e Se para os elementos determinados por ICP OES e de As, Cr, Sb e Zn, por INAA. O reservatório Billings apresentou, em geral, as maiores concentrações para os elementos analisados, indicando uma má qualidade de seus sedimentos. Este estudo confirma a necessidade de um monitoramento frequente da qualidade do sedimento nos reservatórios estudados como procedimento indispensável para avaliação periódica da qualidade das bacias, considerando sua importância no fornecimento de água para a Região Metropolitana de São Paulo. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Mario Antonio Bica de Moraes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T18:58:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rouxinol_FranciscoPauloMarques_D.pdf: 6433084 bytes, checksum: 84d703ca8da3620b077c3b1335c59965 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Técnicas de condensação de vapor são úteis na preparação de ligas magnéticas cujos componentes têm pouca, o mesmo nenhuma, solubilidade em condições de equilíbrio Neste trabalho, uma dessas técnicas ¿ sputtering ¿ foi empregada para fabricar ligas metaestáveis de GdXCr1-X, cujas propriedades magnéticas foram investigadas em função da concentração de Gd, x. Difratometria de raios-X de baixo ângulo (GAXRD) e espectroscopia de retroespalhamento Rutherford foram utilizados para determinar a estrutura do filme e sua composição elementar, respectivamente. As análises de GAXRD mostraram que a estrutura da fase de Gd, é hcp quando x ³ 0,88; e amorfa quando 0,16 £ 0,76. Uma estrutura bcc , para a fase de Cr, foi observada nos difratogramas quando x < 0,16, e amorfa quando x ³ 0,16 Para investigar as propriedades magnéticas utilizamos um magnetometro SQUID e m PPMS. O primeiro foi utilizado para as medidas de momento magnético em função do campo estático e temperatura. O PPMS foi tilizado nas investigações de susceptibilidade-AC em função da freqüência de oscilação do campo, temperatura e campo estático. A complexa natureza magnética dos filmes de Gd-Cr foi observada através das isotermas MxH, que não apresentaram saturação em baixas temperaturas, nem comportamento linear em altas temperaturas. Pela análise dos dados magnéticos, observamos que as amostras admitem um comportamento ferromagnético para x ³ 0,5 e paramagnético para as outras concentrações de Gd. A temperatura de Curie (TC) apresenta um aumento monotônico de 170 para 290 K quando x aumenta de 0,5 para 1,0. A temperatura de Curie-Weiss (q C) mostra um aumento monotônico com x. A partir das isotermas MxH a 2 K, o momento de saturação foi calculado, sendo independente de x e aproximadamente constante com um valor médio de 7,3 µB. Medidas de susceptibilidade em campos estáticos e dinâmicos revelaram a existência de comportamentos de vidros magnéticos em todas as amostras abaixo da temperat ra de freezing (Tf). Observamos, nas ligas com altas concentrações de Gd, a presença de comportamentos ferromagnéticos e cluster-glass em baixas temperaturas. Concluímos que a interação de troca entre os átomos de Gd dentro dos clusters de Gd não é do tipo RKKY, e sim do tipo supertroca. O efeito magnetocalórico (MCE) foi investigado através da variação de entropia magnética ( D SM) em função da temperatura, para a remoção de um campo de 50 kOe Curva de D SMxT para as amostras com x < 0,2 apresentaram um formato típico de superferromagneto, consistente com a existência de clusters Gd nos filmes. Nas outras amostras em que o EMC foi analisado, a presença de clusters é observada pelo comportamento dessas curvas a baixa temperatura; a altas temperaturas o comportamento de D SM com T indica fortemente a presença de mais fases magnéticas no filme. O diagrama de fase baseado em TC e Tf, e sua dependência com x é apresentado / Abstract: Vapor condensation techniques are very useful for preparation of alloys whose components have no mutual solubility under equilibrium conditions In this work, one of these techniques ¿ sputtering ¿ has been used to fabricate metastable GdXCr1-X alloys whose magnetic properties were investigated as a function of the Gd concentration, x. Grazing incidence angle X-ray diffraction (GAXRD) and Rutherford backscattering spectroscopy were employed to characterize the film structure and elemental composition, respectively. The GAXRD measurements revealed, for the Gd fraction, a hcp structure for x ³ 0,88; for 0,16 £ x £ 0,76 the Gd fraction was amorphous. The existence of a bcc structure for x < 0,16 was observed in the diffractograms for the Cr phase, which was amorphous for x ³ 0,16. To investigate the magnetic properties, a SQUID magnetometer and a PPMS were used. The former was employed for magnetic moment measurements as a function of applied static field and temperature. The PPMS was used for ac-susceptibility determinations as a function of the frequency of the ac driving field, temperature, and applied static field. The complex magnetic nature of the Gd-Cr films was revealed from the MxH isotherms which did not show saturation even at the lowest temperatures, and did not exhibit a linear behavior at higher temperatures. Processing of the magnetic data has shown that the films exhibit a ferromagnetic behavior for x ³ 0,5 and paramagnetic one for all other Gd concentrations. The Curie temperature (TC) increased monotonically from 170 to 290 K as x increased from 0,5 to 1,0. A monotonical increase in the Curie-Weiss temperature ( q C ) with x was also observed for all films. From the extrapolated MxH isotherm at 2 K (saturation magnetization), the saturation moments were calculated and found to be nearly constant at about 7.3 µB. Both static and dynamic susceptibility measurements revealed the existence of a magnetic glassy behavior in all alloys, occurring below a freezing temperature Tf . For the higher concentration alloys, the ferromagnetic and the cluster glass state were observed at low temperatures. It was thus concluded that the exchange interactions within Gd atoms in the clusters were not of the RKKY but of the superexchange type. The magnetocaloric effect (MCE) was investigated from the magnetic entropy change ( DSM) as a function of temperature, for the removal of a 50 kOe field. Samples with x < 0,2 exhibited DSMxT curves whose shapes are typical of a superferromagnet, consistently with the existence of Gd clusters in the films. For all the other alloys whose MCE was investigated, the presence of clusters is manifested from the behavior of these curves at low temperatures; at higher temperatures, the evolution of DSM with T strongly indicated the presence of more than one magnetic phase in the alloys A magnetic phase diagram based on the Tf and Tc transition temperatures and their dependence on x is presented in this thesis / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Submitted by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-08-06T15:17:49Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO-Francisco Maciel de Brito Neto PPGCEM.pdf: 4657821 bytes, checksum: bfb975014ce10e6a646fdd1c54e9758b (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-08-06T15:18:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO-Francisco Maciel de Brito Neto PPGCEM.pdf: 4657821 bytes, checksum: bfb975014ce10e6a646fdd1c54e9758b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-06T15:18:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO-Francisco Maciel de Brito Neto PPGCEM.pdf: 4657821 bytes, checksum: bfb975014ce10e6a646fdd1c54e9758b (MD5) Previous issue date: 2018-05-17 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Samples of samarium oxide (Sm2O3) and niobium oxide (Nb2O5) were submitted to Mechanical alloying technique and their structural evolution was accompanied by x-ray diffraction (XRD) measurements. In a few hours of milling SmNbO4 crystals were identified with two polymorphisms, one monoclinic and the other tetragonal. The diffractograms were simulated by Rietveld method and all crystallographic parameters were obtained, as well as the respective amounts of phases. The average crystallite sizes were estimated by the single-line method, indicating that both polymorphs have nanosized dimensions, that is, they are nanostructured. Combining calorimetric measurements, thermal treatments and x-ray diffraction the structural stability of the samples was studied. It was observed that the monoclinic structure undergoes phase transition to tetragonal structure in an exothermic process around 850 °C. The energy needed to promote the process was obtained by the Kissinger method and the XRD measurements indicate that the transition is irreversible. / Amostras de óxido de samário (Sm2O3) e óxido de nióbio (Nb2O5) foram submetidas à técnica moagem mecânica de alta energia e sua evolução estrutural foi acompanhada por medidas de difração de raios X (DRX). Em poucas horas de moagem foram identificados cristais de SmNbO4 com dois polimorfismos, um monoclínico e outro tetragonal. Os difratogramas foram simulados por método de Rietveld e todos os parâmetros cristalográficos foram obtidos, assim como as respectivas quantidades de fases. Os tamanhos médios de cristalitos foram estimados pelo método da linha única (single-line) indicando que ambos polimorfos possuem dimensões nanométricas, ou seja, são nanoestruturados. Combinando medidas calorimétricas, tratamentos térmicos e difração de raios x a estabilidade estrutural das amostras foi estudada. Foi observado que a estrutura monoclínica sofre transição de fase para estrutura tetragonal em um processo exotérmico em torno de 850°C. A energia necessária para promover o processo foi obtida pelo método de Kissinger e as medidas de DRX indicam que a transição é irreversível.

A luminescência persistente é um fenômeno em que o material emite radiação de segundos a várias horas após cessada a irradiação (luz, radiação UV, feixe de elétrons, etc.). No entanto, os mecanismos que geram o fenômeno da luminescência persistente ainda não são totalmente estabelecidos. Neste trabalho os materiais Lu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu, Ca2+ ou Tb,Ca2+) foram preparados pelo método de estado-sólido assistido por micro-ondas (MASS) e comparados com aqueles sintetizados pelo método cerâmico. As vantagens do método MASS incluem curto tempo de processamento, aquecimento dielétrico seletivo, baixo consumo de energia e uso de equipamentos de baixo custo (forno micro-ondas doméstico), muitas vezes produzindo produtos de alta pureza e alto rendimento. Os materiais foram caracterizados pelas técnicas de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (IR), espectroscopia Raman, difração de raios X método do pó (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), X-ray absorption near edge structure (XANES), Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray Excited Optical Luminescence (XEOL), espectroscopia de fotoluminescência na região do UV-Visível, espectroscopia de fotoluminescência na região do UV-UV vácuo e termoluminescência (TL). Os fósforos Lu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu, Ca2+ ou Tb,Ca2+) foram preparados em um curto período de tempo (22-26 min) pelo método MASS utilizando forno micro-ondas doméstico, carvão ativado como susceptor, fluxos (H3BO3 ou Na2CO3) e sem a aplicação de gases. Todos materiais preparados com fluxo de H3BO3 exibem impurezas de LuBO3 que foram quantificadas por refinamento Rietveld. Os fluxos e os dopantes não alteraram consideravelmente a estrutura cristalina da matriz C-Lu2O3. As micrografias MEV sugerem que o fluxo de Na2CO3 e os precursores nitratos geram partículas de Lu2O3 com tamanho menor devido a evolução de gases provenientes da decomposição destes compostos. Por outro lado, quando é usado óxidos como precursores os materiais apresentam maiores tamanhos de partícula e na presença de H3BO3 leva a maior agregação. Os dados de XANES indicam que houve completa redução do íon TbIV &#8594 Tb3+ e parcial do PrIV &#8594 Pr3+, devido ao uso de carvão ativado que gera CO(g) durante o tratamento térmico. Os espectros da luminescência persistente indicam emissões nas regiões do vermelho/NIR, vermelho alaranjado e verde atribuídas as transições 4fN &#8594 4fN características dos íons Pr3+, Eu3+ e Tb3+, respectivamente. As diferenças entre os espectros registrados sob excitação UV e após cessada a irradiação podem ser explicadas pela emissão da luminescência persistente predominante dos íons TR3+ no sítio S6 do que no C2. Além disso, a co-dopagem aliovalente com os íons HfIV e Ca2+ aumentam a intensidade e duração da luminescência persistente. Isto ocorre através da geração de armadilhas provenientes dos dois co-dopantes nos sítios de Lu3+ e por defeitos produzidos na compensação de carga. Os materiais fotônicos preparados pelo método MASS com fluxo de H3BO3 apresentam maior intensidade e duração da luminescência persistente comparados aos preparados pelo método cerâmico ou sem a presença de H3BO3. Os mecanismos da luminescência persistente foram desenvolvidos através de princípios similares baseados nos dados experimentais da energia do band gap, posição dos níveis de energia dos íons TR3+/2+ na matriz e energia das armadilhas. Isto confirma a solidez da interpretação dos dados experimentais dos materiais Lu2O3:TR3+,M exibindo luminescência persistentes e encoraja a expansão de modelos similares para outros materiais apresentando esse fenômeno. Os fósforos Lu2O3:Pr3+,HfIV,Lu2O3:Eu3+(,Ca2+) e Lu2O3:Tb3+,Ca2+) apresentaram sintonização de cores de emissão tanto para o fenômeno da fotoluminescência como da luminescência persistente, podendo atuar como bons candidatos nas aplicações de bioimageamento ou sensibilizadores de células solares. / Persistent luminescence is a phenomenon where the material emits radiation from seconds to several hours after cessation of irradiation (light, UV radiation, electron beam, etc.). The persistent luminescence mechanisms are not entirely established, however. In this work, the materials Lu2O3:TR3+,M (TR,M: PrHfIV; Eu, Ca2+ or Tb,Ca2+) were prepared by MASS method as well as compared to these materials synthetized by ceramic method. The advantages of MASS method include short processing time, selective dielectric heating, low energy consumption and use of inexpensive equipment (domestic microwave oven), often affording high-purity and high-yield products. The materials were characterized by Infrared absorption spectroscopy (IR), Raman spectroscopy, X-ray powder diffraction (XPD), Scanning electron microscopy (SEM), X-ray absorption near edge structure (XANES), Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), X-ray excited optical luminescence (XEOL), photoluminescence spectroscopy in the UV-Visible range, photoluminescence spectroscopy in the UV-UV vacuum region and thermoluminescence (TL). The phosphorsLu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu, Ca2+ or Tb,Ca2+) were rapidly (22-26 min) and successfully prepared by MASS method using a domestic microwave oven, carbon as susceptor, fluxes (H3BO3 or Na2CO3) and without special gases application. All materials prepared with H3BO3 flux exhibit LuBO3 impurities that were quantified by Rietveld refinement. The flux and dopants does not considerably affect the crystalline structure of the C-Lu2O3 host matrix. Scanning electron micrographs suggest that Na2CO3 flux and nitrates precursors produce Lu2O3 particles of small size due to the gases evolution from the decomposition of these compounds. On the other hand, the materials prepared from oxides precursors have particles of large size and H3BO3 flux induces particle xi aggregation. The carbon used as the susceptor generates CO gas, leading to complete reduction of TbIV to Tb3+ and partial conversion of PrIV to Pr3+ present in the Tb4O7 and Pr6O11 precursors, as indicated by XANES. Persistent luminescence spectra of the materials show emission in the red/NIR, reddish orange and green ranges assigned to the 4fN &#8594 4fN transitions characteristics of Pr3+, Eu3+ and Tb3+ ions, respectively. Differences between the spectra recorded under UV excitation and after ceased the irradiation can be explained by the predominant persistent luminescence emission of TR3+ ion in the S6 site rather than TR3+ in the C2 site. In addition, inclusion of HfIV and Ca2+ codopants in the Lu2O3 host increases the emission intensity and duration of persistent luminescence due to generation of traps caused by charge compensation in the lattice as well as these metal ions in the Lu3+ sites. The photonic materials prepared by MASS method with H3BO3 flux show higher persistent luminescence performance than those prepared by the ceramic method or MASS without flux. The persistent luminescence mechanisms were developed through similar principles based on experimental data of band gap energy, energy level positions of TR3+/2+ ions in the host and traps energy. This similarity confirms the consistency of the interpretation of experimental data for the Lu2O3:TR3+,M materials and encourages the expansion of similar models for other persistent luminescence materials. Color tuning of persistent luminescence in Lu2O3:TR3+,M (TR,M: Pr,HfIV; Eu,Ca2+ or Tb,Ca2+) provides potential applications in bioimaging as well as in solar cell sensitizers.

Mon travail décrit la dynamique de l'aimantation pico et femtoseconde mesurée grâce à la structure temporelle des rayons X. J'ai étudié la désaimantation ultrarapide des métaux de transitions (MT) et des terres rares (TR) dans différents alliages MT-TR sous forme de films minces (~ 20 nm). Mes études reposent principalement sur les techniques expérimentales sensibles à l'aimantation et résolues en temps : tr-XMCD et tr-MCDAD. Ces deux techniques expérimentales offrent par ailleurs une sélectivité chimique qui permet de mesurer séparément la désaimantation ultrarapide des MT et des TR. Elles reposent sur des montages expérimentaux pompe-sonde que j'ai utilisé dans les synchrotrons SOLEIL et BESSY II. / My PhD work describes the pico and femtosecond magnetization dynamics using the time structure of X-rays. I studied the ultrafast demagnetization of thin films (~ 20 nm) for various transitions metals (TM) - rare earths (RE) alloys. My studies have been performed by using two experimental techniques which are sensitive to the magnetization and which are time resolved: tr-XMCD and tr-MCDAD. These two experimental techniques also show chemical selectivity allowing to distinguish the TM and RE dynamics. They are both based on pump-probe experiments which were used at the SOLEIL and BESSY II synchrotrons.

La flottation des particules fines est un challenge technique que l’industrie minière doit relever pour pouvoir exploiter de manière optimale certains types de gisement dont les minerais présentent des textures particulièrement fines. Cette problématique revêt une importance particulière avec la diminution des ressources minérales considérées comme conventionnelles du point de vue de la maille de libération des minéraux d’intérêt. Il existe deux manières d’optimiser les procédés de flottation pour un minerai, la recherche des paramètres de fonctionnement optimaux des équipements de flottation existants et l'élaboration de nouveaux réactifs de flottation. Les travaux des dernières décennies ont mis en évidence qu’en raison de leurs hauts régimes hydrodynamiques favorisant le contact entre les bulles et les particules, les techniques de flottation intensive étaient beaucoup plus adaptées pour le traitement des fines que les dispositifs de flottation mécanique. Cependant, en raison du temps de résidence très court au sein de ces dispositifs de flottation, il est nécessaire que la surface des minéraux d’intérêts soit rendue particulièrement hydrophobe. En ce sens, l’amélioration des performances de flottation, pour les minerais à granularité réduite, par des techniques de flottation intensive requiert l’élaboration de réactifs de flottation plus efficaces et plus sélectifs. L’objet d’étude qui a été choisi est un résidu fin produit à l’issue des différentes étapes nécessaires à l’extraction de l’or et du tellure à partir du minerai de la mine de Kankberg en Suède. Ce résidu à granularité fine possède une faible teneur en terres rares présentes sous la forme de monazite, un minéral de type phosphate. Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit consistaient à développer un réactif permettant d’améliorer l’adsorption d’un collecteur sur la surface de la monazite pour faciliter sa récupération lors de la flottation intensive. Il ressort de ces études que les ions lanthane peuvent améliorer significativement l’adsorption des collecteurs de type carboxylate sur la surface de la monazite et donc améliorer la flottabilité de cette dernière. Les connaissances actuelles concernant les propriétés de surface de la monazite et les mécanismes d’adsorption des collecteurs anioniques sur la surface de ce minéral sont relativement limitées. Il paraissait donc judicieux de contribuer au cours de cette thèse à l’amélioration de ces connaissances. Une étude a été menée pour évaluer l’hydroxylation de surface de la monazite qui est largement considérée dans la littérature comme influençant l’adsorption du collecteur. La manipulation de monazite peut conduire à une exposition aux radiations en raison de la radioactivité émise par la chaîne de désintégration des actinides souvent présents en quantité significative dans le réseau cristallin de la monazite. Au cours de ce projet doctoral, la synthèse de matériaux indurés analogues à la monazite a également été étudiée dans le but de faciliter le déroulement des expérimentations qui nécessitent l’utilisation de monazite. Un protocole de synthèse de poudre de monazite suffisamment indurée pour être agitée a été développé. Des mesures de mobilité électrophorétiques ont par ailleurs montré que les propriétés de surface de ces monazites de synthèse sont identiques à celles d’une monazite naturelle à composition complexe démontrant par ailleurs que la présence de nombreuses substitutions atomiques dans le réseau cristallin de la monazite n’avait pas d’influence sur sa mobilité électrophorétique. / The flotation of fine particles is a technical challenge that the mining industry must address to efficiently exploit certain types of deposit whose ores are finely textured. This issue is of particular importance with the depletion of mineral resources considered as “conventional” with regards to the liberation mesh of minerals of interest. There are two basic approaches to optimise the flotation process for a particular ore, the research for the best working parameters of existing flotation devices and the development of new flotation reagents. The research works in the past decades highlight that, owing to their high hydrodynamic regimes, intensive flotation technologies are more adapted to the treatment of fine particles than conventional mechanical flotation devices. However, due to the short residence time in intensive flotation cells, it is essential that the surface of the minerals of interest has been particularly hydrophobised. In this sense, the improvement of the flotation performance for fine grained ores implies both the use of new flotation technologies and the development of more efficient and more selective flotation reagents. The selected object of studies is a fine grained residue produced after the extraction of gold and tellurium out of the ore from the Kankberg mine which is located in Sweden. This fine material contains low amounts of rare earth elements, in the form of monazite, a phosphate mineral. The thesis works presented in this manuscript consists of developing a reagent that improves the adsorption of the collector on the surface of monazite to facilitate its recovery throughout intensive flotation. The conducted studies emphasise that lanthanum ions significantly promote the adsorption of carboxylate type collectors on the monazite surface thereby increasing the floatability of this mineral. Current knowledge regarding the surface properties of monazite and the mechanism of anionic collectors adsorption on the monazite surface are relatively limited. Therefore, it seems wise to contribute to improving this knowledge during this thesis. A study was carried out to assess the hydroxylation of the monazite surface which is largely considered in the literature as a phenomenon influencing the collector adsorption. The handling of monazite may cause radiation exposure because of the radioactive decay chains of the actinide elements naturally present in the monazite crystal lattice. During this thesis, the synthesis of indurated monazite analogue materials was also investigated to facilitate the conduct of experiments. A protocol of synthesis of monazite powder sufficiently indurated to be mechanically stirred has been developed. Electrophoretic mobility measurements highlight that the surface properties of the synthetic monazite materials were similar to those of natural monazite with complex chemistry showing, in addition, that the presence of several atom substitutions in the monazite crystal lattice has no influence on its electrophoretic mobility.

Die 17 Elemente der Seltenen Erden sind Bestandteil vieler Hochtechnologieprodukte, wie Elektromotoren, Spezialgläsern oder Katalysatoren, dennoch liegt die Recyclingrate aus End-of-Life-Produkten derzeit unter 1 %. Mit der Feststoffchlorierung wurde im Rahmen dieser Arbeit eine chemikalien- und kostensparende Methode für den Aufschluss Seltener Erden aus Leuchtstoff- und Magnetabfällen untersucht. Dabei wurden die gemahlenen Edukte mit NH4Cl vermischt und anschließend im Drehrohrofen erhitzt. Durch thermische Zersetzung des NH4Cl wird HCl- und NH3-Gas freigesetzt. Ersteres überführt die Seltenen Erden in die wasserlöslichen Metallchloride, während der NH3 im Prozess als Lösung in 5N-Reinheit anfiel. Die Seltenerdausbeuten lagen je nach Ausgangsstoff zwischen 83,9 und 99,9 %. Die Optimierung der Feststoffchlorierung erfolgte anhand statistischer Versuchspläne, wodurch neue, überraschende Erkenntnisse im Hinblick auf Reaktionsverläufe, Selektivitäten und Prozessführung gewonnen werden konnten.:Danksagung iii Publikationsliste iv Inhaltsverzeichnis vii Abkürzungsverzeichnis ix 1. Einleitung 1 2. Seltene Erden 4 2.1 Wirtschaftliche Bedeutung 4 2.2 Primärrohstoffe 9 2.3 Sekundärrohstoffe 16 2.3.1 Recycling von Altmagneten 24 2.3.2 Recycling von Leuchtstoffabfällen 27 3. Feststoffchlorierung 33 3.1 Leuchtstoffe 33 3.1.1 Ausgangsstoff und Eingangsanalytik 33 3.1.2 Zersetzung des NH4Cl 36 3.1.3 Reaktordesign 41 3.1.4 Orientierungsversuche 46 3.1.5 Optimierung 51 3.1.6 Recyclingprozess 66 3.1.7 Fazit 70 3.2 Fe14Nd2B-Magneten 71 3.2.1 Ausgangsstoff und Eingangsanalytik 71 3.2.2 Orientierungsversuche 75 3.2.3 Optimierung nach 33-Box-Behnken 79 3.2.4 Aufklärung des fehlenden NH4Cl-Einflusses 81 3.2.5 Optimierung nach 43-Box-Behnken 88 3.2.6 Einfluss der Partikelgrößen 99 3.2.7 Zusammensetzung der Gasphase 104 3.2.8 Reinheit der NH3-Lösung 106 3.2.9 Fällung der Seltenen Erden 109 3.2.10 Recyclingprozess 112 3.2.11 Fazit 120 3.3 SmCo5-Magneten 121 3.3.1 Ausgangsstoff und Eingangsanalytik 121 3.3.2 Orientierungsversuche 126 3.3.3 Optimierung nach 43-Box-Behnken 128 3.3.4 Nachweis der Teilselektivität 133 3.3.5 Fazit 140 4. Zusammenfassung und Ausblick 142 5. Experimenteller Teil 145 5.1 Materialien und Chemikalien 145 5.2 Geräte 146 5.3 Analytische Methoden 146 5.4 Versuchsvorschriften 151 Literatur 156 Anhang 163

[pt] Esta dissertação de mestrado apresenta como proposta a investigação, a síntese e a caracterização de novos complexos baseados em terras-raras para aplicação em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs). Para isto, três complexos beta-dicetonatos de Európio foram estudados. O foco da investigação consistiu nos dois novos complexos [Eu(hfac)3dpso] e [Eu(hfac)3dbso], sintetizado pelo nosso grupo, cuja principal diferença consistiu em avaliar o comportamento do complexo [Eu(hfac)3X], em função de dois ligante ancilares: dpso e dbso. O que poderá implicar na variação da absorção do complexo e também no processo de transferência de energia dos ligantes para o íon de Európio. Além disso, um terceiro complexo comercial [Eu(dbm)3phen] foi empregado com o objetivo de ser utilizado como referência para a fabricação e a otimização da arquitetura dos OLEDs. Estes complexos beta-dicetonatos com ligantes ancilantes coordenados por N ou O foram caracterizados através de diferentes técnicas (ótica, eletroquímica e morfológica), sob a forma de filmes finos e em pó. A partir do estudo e da otimização do OLED baseado no complexo [Eu(dbm)3phen] se chegou a arquitetura que apresentou um compromisso entre a performance do OLED e o grau de complexidade associado a fabricação. A camada emissora se baseou na técnica de codeposição, onde uma matriz Spiro-2CBP foi escolhida de tal forma que: 1) a energia possa ser transferida para o dopante, no caso, [Eu(dbm)3phen] e 2) que a mobilidade efetiva no transporte de portadores de carga aumente em relação a baixa mobilidade comum em complexos de beta-dicetonas. A arquitetura otimizada foi ITO/ MoO3(10nm)/TAPC(30nm)/ Spiro-2CBP:[Eu(dbm)3phen] (30nm, 10 porcento)/ TPBi(40nm)/LiF(0.1nm)/ Al(100nm). A partir desta arquitetura, foram fabricados os outros dispositivos OLEDs com os complexos [Eu(hfac)3dpso] e [Eu(hfac)3dbso]. Em estudo comparativo, de acordo com as medidas de eficiência fotométrica de corrente (EFC), verificou-se que o OLED baseado no complexo de [Eu(hfac)3dpso] apresentou uma eficiência superior ao OLED com [Eu(hfac)3dbso] apresentando um ganho de 7.5 porcento, para uma densidade de corrente em torno de 75mA/cm2. Em resumo, considerando os resultados dos OLEDs e também da disposição dos níveis de energia tripleto dos ligantes hfac, dbso e dpso, verifica-se que ambas indicam que o complexo [Eu(hfac)3dpso] apresente um melhor desempenho que o complexo [Eu(hfac)3dbso]. / [en] This master thesis presents as research, manufacture and characterization of new rare-earth-based complexes for application in light-emitting organic diodes (OLEDs). For this, three europium beta-dicetonated complexes were studied. The focus of the investigation was the two new complexes, [Eu(hfac)3dpso] and [Eu(hfac)3dbso], synthesized in our group, whose main difference was to evaluate the behavior of the complex [Eu(hfac)3X], as a function of two ancillary ligands: dpso and dbso. This may imply variations in the absorption of the complex and also in the process of energy transfer from ligands to the Europium ion. Also, a third commercial complex [Eu(dbm)3phen] was employed as a reference for the manufacture and optimization of OLED architecture. These beta-diketonated complexes with N or O coordinated binding ligands were characterized by different techniques (optical, electrochemical and morphological) in both thin film and powder form. From the study of OLED optimization based on the complex [Eu(dbm)3phen], the architecture that presented a compromise between the OLED s performance and the degree of complexity associated with its fabrication. The emitter layer was based on the co-deposition technique, where a Spiro-2CBP matrix was chosen because: 1) good energy transfer to the dopant, in this case [Eu(dbm)3phen] and 2) the effective charge mobility in the co-deposited layer is higher than the common mobility in beta-diketone complexes. The optimized architecture was ITO / MoO3 (10nm) / TAPC (30nm) / Spiro-2CBP: [Eu(dbm)3phen] (30nm, 10 percent) / TPBi (40nm) / LiF (0.1nm) / Al (100nm). From this architecture other OLEDs devices were fabricated with the complex [Eu(hfac)3dpso] and [Eu(hfac)3dbso]. The comparative study, according to the current efficiency measurements, found that the [Eu(hfac)3dpso] complex-based OLED had higher efficiency than the [Eu(hfac)3dbso] OLED with a gain of 7.5 percent for a current density of around 75mA /cm2. In summary, considering the OLED results and also the arrangement of the triplet energy levels of the hfac, dbso and dpso ligands, both imply that the [Eu(hfac)3dpso] complex has a better performance than the complex [Eu(hfac)3dbso].