[pt] Este trabalho de Tese apresenta a pesquisa e desenvolvimento de conexões de ondas guiadas sobre substratos semicondutores (SiGe, GaAs). A integração de circuitos digitais através de guias S-SIWG (Semiconductor Substrate Integrated Waveguide) utilizando formato de modulação QAM é avaliada e destacada. Conexões internas aos chips e entre chips são associadas com o novo padrão Gigabit Ethernet 802.3ba operando na taxa de 100 Gbit/s estendendo-se a aplicações de 0,5 – 1,5 Terahertz. É também apresentada a pesquisa e o desenvolvimento de guias e dispositivos de microondas utilizando substratos de baixo custo e altas perdas (FR-4), substratos cerâmicos de alta constante dielétrica (Er igual a 80) e aplicações em subsistemas híbridos integrados. / [en] This work presents the research, design and development of guided waves connections in semiconductor substrates (SiGe, GaAs). The integration of digital systems using Semiconductor Wave Guides (S-SIWG) with QAM modulation formats are highlighted. Ultra-fast inter-chip and inner-chip connections are associated with the new Gigabit Ethernet IEEE 802.3ba standard at 100Gbit/s extended to (0.5-1.5) Terahertz domain. Additionally fiber glass substrates with high losses (Teflon/FR-4) and high dielectric ceramic substrates (Er equal 80) are also developed to be integrated with microwave devices, analog printed circuits boards and high Speed digital circuits and systems.

[pt] O bioma da Mata Atlântica, após cinco séculos de degradação, hoje está disposto em pequenos fragmentos florestais. Projetos que busquem recuperar a floresta para reaver o habitat de milhares de espécies endêmicas e garantir a provisão de serviços ecossistêmicos são urgentes. Um dos obstáculos na restauração é a produção de mudas, visto que se observa baixo desempenho para algumas espécies e alto custo. Nesse contexto, o presente estudo avaliou o efeito do biocarvão na composição dos substratos para mudas de espécies da Mata Atlântica usadas na restauração florestal. O biocarvão é um produto obtido a partir da pirólise de resíduos, que pode ser aplicado aos solos para melhorar sua qualidade nutricional. Nesse estudo o biocarvão foi produzido a partir de Gliricidia. As espécies utilizadas no experimento foram: Schinus terebinthifolius, Cariniana legalis, Senna multijuga e Trema micrantha. Os tratamentos foram (30 repetições cada): controle, 20 por cento de biocarvão, 40 por cento de biocarvão e calcário. A germinação, altura e o diâmetro do coleto das mudas foram mensurados mensalmente. Grupos focais com os viveiristas e entrevistas com os técnicos foram realizadas, assim como, análise de custo-benefício dos substratos. Após a fase nos viveiros as mudas foram transplantadas para uma área degrada e foi adicionado hidrogel em metade dessas plantas. A taxa de sobrevivência foi calculada. O substrato com biocarvão apresentou o melhor custo-benefício para a Schinus terebinthifolius, Senna multijuga e Trema micrantha. O uso do biocarvão como uma alternativa para os substratos foi de interesse para a grande maioria dos viveiristas. No plantio, as mudas de Schinus terebinthifolius apresentaram alta taxa de sobrevivência; ao contrário da Cariniana legalis que apresentou baixa sobrevivência para os tratamentos com biocarvão; e as de Senna multijuga e Trema micrantha de sobrevivência elevada a moderada. / [en] The Atlantic Forest biome, after five centuries of degradation is now disposed in small forest fragments. Projects that aim to recovery the forest in order to re-establish the habitat of thousands of endemic species and guarantee the provision of ecosystem services are pressing. Poor seedling production with low performance of some species and high costs is an obstacle to restoration. In this context, this study assessed the effect of biochar on Atlantic Forest seedlings used in restoration. Biochar is obtained from residue pyrolysis, which can be applied on soil to improve its nutritional quality. In this study biochar was produced from Gliricidia. The species used in experiment were: Schinus terebinthifolius, Cariniana legalis, Senna multijuga and Trema micrantha. The treatments used (30 repetions each) were: control, 20 percent of biochar, 40 percent of biochar and limestone. The species germination, height and stem diameter were measured monthly. Focal groups with viveiristas and interviews with stakeholders and cost-benefit analyses of the substract were carried out. After the fase in the nurseries the seedlings were tansplanted to a degraded area and hydrogel was added in half of these plants. The survival rate was calculated. For Schinus terebinthifolius, Senna multijuga and Trema micrantha the use of biochar in its substrates showed the best cost-benefit. Using biochar as alternative in substrates compounds attracted the interest of the vast marjority of viveiristas. In planting, Schinus terebinthifolius seedlings showed a high survival rate; as opposed to Cariniana legalis that presented low survival for the treatments with biochar; and Senna multijuga and Trema micrantha of high to moderate survival.

[pt] Diversos fatores têm atraído esforços para o desenvolvimento de novas estruturas para circuitos planares de microondas. Várias propostas são encontradas na literatura técnica, explorando diferentes formas de miniaturização dos circuitos, melhoria de eficiência de acoplamento, aumento de banda ou redução de perdas. Entre elas, encontra-se a utilização de materiais ferroelétricos, cujas propriedades dielétricas podem ser alteradas com a aplicação de uma tensão elétrica, permitindo a fabricação de uma nova classe de dispositivos ativos compactos; contudo, esses materiais têm desvantagens como altas perdas e dificuldades de fabricação. Em paralelo, a disseminação das telecomunicações ópticas gera uma demanda de novos componentes ópticos para os sistemas: mais eficientes, com maior capacidade e menor custo. A utilização de fibras ópticas de sílica em telecomunicações torna desejável que esses novos componentes sejam realizados em materiais compatíveis com a sílica, como por exemplo alguns tipos de vidro. A polarização eletro térmica surgiu como uma forma de produzir dispositivos eletro-ópticos ativos a partir de vidros utilizados como substratos de guias de onda ópticos passivos. Neste trabalho, os processos de tratamento eletro-térmicos utilizados nos substratos ópticos são aplicados a substratos dielétricos para uso em microondas. São verificados os efeitos resultantes nas alterações das propriedades dielétricas na faixa de microondas e a aplicação potencial em componentes e circuitos. Os tratamentos se constituem fundamentalmente na aplicação de alta tensão ao substrato na presença de temperatura elevada, visando à migração controlada de íons no material. Os substratos estudados são a alumina, substrato tradicional de microondas com elevada constante dielétrica, e os vidros, boro-silicato e sodo-cálcico, que estão atualmente sendo utilizados como substratos para guias ópticos e para construção de dispositivos ópticos ativos. É caracterizada a perda dielétrica dos vidros tratados para utilização como substrato para circuitos planares de microondas. O desenvolvimento de dispositivos ópticos ativos em substratos vítreos também implica na fabricação de circuitos elétricos de microondas sobre o mesmo substrato, para alimentar esses dispositivos com dados em altas taxas. Os vidros possuem altas perdas dielétricas nessa faixa devido à presença de íons alcalinos. A criação, pelo tratamento eletro-térmico, de uma camada de depleção de íons, próxima à superfície abaixo do circuito, permite a redução dessas perdas efetivas em circuitos planares. Outro efeito investigado é a possibilidade de se produzir um comportamento similar ao efeito ferroelétrico em um substrato de microondas. A camada de depleção criada pelo tratamento eletro-térmico provoca alterações na estrutura e permite a gravação de um campo elétrico estático devido ao deslocamento de íons. É estudada a influência desse campo dentro do material na variação de suas propriedades dielétricas, e a resposta à aplicação de uma tensão de controle externa. Estuda-se então a possibilidade de substituição por substratos tratados dos materiais ferroelétricos no desenvolvimento de componentes como chaves, acopladores e atenuadores variáveis e filtros de microondas. / [en] Several factors have been attracting research efforts to the development of new planar structures for microwave planar circuits. Various proposals can be found in the technical literature, exploring different ways of miniaturization of circuits, improvement of coupling efficiency, increase of bandwidth or reduction of losses. Among these is the use of ferroelectric materials, whose dielectric properties can be altered with the application of an electrical voltage, enabling the fabrication of a new class of compact active devices; however, such materials present some disadvantages, like very high losses and difficulties in manufacturing. Parallel to that, the dissemination of optical telecommunications generates a demand for new optical components for the systems, with greater efficiency and capacity but lower cost. Due to the use of silica optical fibers in telecommunications, it is desirable that these new components are fabricated in materials compatible to silica, as for example some types of glass. The electro-thermal polarization emerged as a way of producing active electro-optical devices from glass substrates used for passive optical waveguides. In this work, the processes of electro-thermal treatment used in optical substrates are applied to dielectric substrates for microwave use. The resulting effects on the changes in dielectric properties in the microwave frequency range and potential application in components and circuits are assessed. Such treatments are constituted fundamentally by the application of high voltage to the substrate in the presence of high temperature, aiming at the controlled migration of ions in the material. The substrates considered are alumina, conventional microwave substrate with high dielectric constant, and glasses, borosilicate and soda-lime, which are currently being used as substrates for optical waveguides and for the construction of active optical devices. The dielectric loss of treated glasses as substrates for planar microwave circuits is characterized. The development of active optical devices in vitreous substrates also implies the manufacture of microwave electrical circuits on the same substrate, in order to feed these devices with data at high rates. Glasses have high dielectric losses in this frequency range due to the presence of alkali ions. The creation by the electro-thermal treatment of an ion- depleted layer, near the surface below the planar circuit, enables the reduction of the effective losses in planar circuits. Another investigated effect is the possibility of creating a behavior similar to the ferroelectric effect in the microwave substrate. The depletion layer created by the electro-thermal treatment causes alterations in the structure and allows the recording of a static electric field by the displacement of ions. The influence of this field within the material on the variation of its dielectric properties, and the response to the application of an external control voltage are assessed. Then, the substitution for treated substrates of ferroelectric materials in the development of components such as switches, variable couplers and attenuators and microwave filters is considered.

[pt] O processo de manufatura de fitas adesivas geralmente envolve uma etapa de retirada dos solventes presentes na solução revestida e formação de uma camada de material semi- sólido sobre um substrato impermeável. Devido a alta espessura de adesivo requerida no produto final e a alta concentração de solventes característica da solução revestida, a secagem se torna, muitas vezes, o gargalo do processo produtivo. Ganhos de produtividade em linhas que podem produzir centenas de milhares de metros quadrados de fita adesiva por mês são importantes para viabilizar incrementos na oferta ou redução dos custos operacionais. Esta dissertação apresenta a análise do processo de secagem de soluções poliméricas revestidas sobre substratos impermeáveis através do desenvolvimento de um modelo matemático para representar os fenômenos de transferência de calor e massa. Também propõe uma metodologia para atingir ganhos de produtividade utilizando um programa computacional especialmente desenvolvido para simulação do processo de secagem. A utilidade da metodologia e da simulação é demostrada por um estudo de caso realizado na manufatura de fitas adesivas da 3M do Brasil. / [en] In the manufacturing process of adhesive tapes usually there is a step where the solvents of solution are evaporated in order to allow the formation of a semisolid layer of material over a suitable substrate. As the final product requires high coating weight and solvent concentration on adhesive solution is high as well, the drying becomes, most of the time, the constraint of the overall process. Productivity increase on machines that can produce hundred of thousands of square meters of adhesive tapes per month can represent additional sale volumes or possibility to reduce operating costs. This dissertation presents the analysis of drying process of polymeric solutions coated over impermeable substrates through the development of a mathematical model to represent the heat and mass transfer. It also proposes a methodology to achieve productivity increases using a computer code specially developed to simulate the drying process. The power of this methodology and of the computer- aided simulation is showed by a case study in the manufacturing department of adhesive tapes at 3M Brazil.

[pt] Nesta tese de doutoramento apresentamos a fabricação e a caracterização de dispositivos fotovoltaicos orgânicos (OPVs) fabricados a partir de eletrodos de grafeno e de substratos híbridos flexíveis à base de polímeros recobertos com um filme fino condutor. Para isso, inicialmente sintetizamos filmes de grafeno através da técnica de deposição química em fase de vapor (CVD), seguido de modificações no processo de transferência do grafeno para o substrato desejado. Nesta etapa, desenvolvemos uma nova metodologia utilizando uma blenda condutora de EPDM-PAni que simplifica o processo de transferência e melhora as propriedades elétricas do grafeno. Em outro momento, otimizamos diferentes substratos híbridos à base de polímeros de PVC, PVA e celulose bacteriana (BC) recobertos com um filme fino condutor de ITO. Tanto os substratos híbridos flexíveis, quanto os filmes de grafeno, foram investigados por transmitância ótica e resistência de folha a fim de avaliar os seus potenciais uso para as aplicações em OPVs. Por fim, fabricamos diversas estruturas de OPVs, tanto com o grafeno como eletrodo condutor, quanto usando os substratos híbridos flexíveis. Estes dispositivos foram caracterizados principalmente através das suas curvas características JxV, no escuro e sob iluminação. Além disso, realizamos ciclos de flexão/extensão de alguns dispositivos a fim de avaliar seu comportamento frente aos esforços mecânicos a estes submetidos. Os resultados obtidos mostraram que os filmes de grafeno fabricados são promissores para a aplicação como eletrodo condutor transparente em OPVs e que os substratos híbridos investigados podem ser utilizados em dispositivos flexíveis, visto que apresentaram comportamento semelhante aos substratos inorgânicos comumente utilizados. / [en] In this doctoral thesis we present the fabrication and characterization of organic photovoltaic devices (OPVs) assembled onto graphene electrodes and flexible hybrid polymers-based substrates coated with a conductive thin film. For this, initially the graphene films were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) technique, followed by modifications in the transfer process of the graphene to the desired substrate. In this step, we developed a new methodology using an EPDM-PAni conductive blend that simplifies the transfer process and improves the electric properties of graphene. We also used another approach which consists in optimizing different hybrid substrates based on PVC, PVA and bacterial cellulose (BC) polymers coated with an ITO conductive thin film. The flexible hybrid substrates as well as the graphene films were investigated by optical transmittance and sheet resistance in order to evaluate their potential use for OPVs applications. Finally, we fabricate various structures of OPVs, using graphene as a conducting electrode, well as using flexible hybrid substrates. Such devices were characterized mainly through their dark and light J×V characteristic curves. In addition, we performed flexion/extension cycles in some devices in order to evaluate their behavior against the mechanical stresses submitted to them. The results showed that the graphene films are a promising material for the application as a transparent conductive electrode in OPVs and the hybrid substrates investigated can be used in flexible devices, since they presented similar behavior to the commonly used inorganic substrates.

[pt] A presente tese descreve e analisa a utilização de substratos e superstratos dielétricos para a otimização do desempenho de antenas impressas configuradas através de microlinhas. São avaliadas as características de casamento de impedância, geração de ondas de superfície, ganho, diretividade, facilidade de montagem, facilidade de medição, diagrama de radiação e possibilidade de miniaturização. São avaliadas também as antenas configuradas através de guias dielétricos para aplicações na banda milimétrica e no domínio do Terahertz. Um procedimento inicial para seleção do substrato, do superstrato e do modelo de antena é sugerido. Várias antenas utilizando microlinhas são simuladas, realizadas e caracterizadas. / [en] This work presents the research, design and optimization of the fundamental effects of dielectric substrate and superstrate over printed antennas performance. Impedance matching, surface waves generation, gain, directivity, assembling, pattern diagram and miniaturization are investigated. A new dielectric waveguide antenna is also investigated for millimetric and Terahertz applications. A initial criteria for choosing a more efficient substrate, superstrate for a specific antenna model is suggested. Several antennas models are simulated, realized and measured.