Orientador: Helio C. N. Tolentino / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T19:43:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Piamonteze_Cinthia_D.pdf: 4154285 bytes, checksum: 82d97aed8eb9e53d3bae6e0cb0a40eb5 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho de tese estudamos a estrutura atômica e eletrônica de sistemas de perovskitas de Ni com terras-raras (TRNiO3) utilizando a espectroscopia de absorção de níveis profundos. A fonte de luz síncrotron foi explorada na região de raios X moles para o estudo das bordas LIII e LII do Ni, e na região de raios X duros para o estudo da borda K do Ni e LIII dos terras raras. A propriedade mais notável nesses sistemas é a ocorrência de uma transição metal-isolante ao variarmos a temperatura da amostra. Essa tem-peratura de transição depende do íon terra-rara, e aumenta ao reduzirmos o tamanho do mesmo. Esses sistemas possuem uma estrutura perovskita distorcida, onde os octaedros NiO6 giram para preencher o espaço em torno do íon terra-rara. Quanto menor o íon, maior a distorção. Observamos assim uma estreita correlação entre a distorção da rede e a transição metal-isolante.Para sistemas com TR variando desde Pr ao Gd foi encontrada uma estrutura cristalográfica de simetria ortorômbica, onde o Ni ocupa um sítio simétrico.Baseado nisto, um primeiro modelo proposto sugeria que a transição seria devido ao estreitamento da banda formada pelos orbitais hibridizados Ni-3d e O-2p, quando o ângulo Ni-O-Ni diminui. No entanto, modificações na temperatura de transição metal-isolante pela substituição isotópica do O mostraram que o acoplamento elétron-fônon deveria ser importante. De fato, para sistemas com íons TR menores (de Ho a Lu) foi encontrada uma distorção monoclínica na fase isolante desses sistemas. Em tal estrutura o Ni ocupa sítios distintos com distâncias Ni-O diferentes. Um ordenamento de cargas nesses sítios distintos explica a fase isolante, bem como o ordenamento antiferromagnético observado para alguns dos compostos. Nossos resultados mostram que essas duas distâncias Ni-O coexistem para todos os sistemas, independentemente da estrutura cristalográfica de longo alcance, e em ambas fases eletrônicas. O sítio maior, de fraca hibridização, é o responsável pela localização eletrônica e coexiste com uma matriz condutora de forte hibridização. A transição metal isolante é explicada pelas modificações na proporção entre esses dois sítios. Dentro deste contexto, um forte acoplamento dos elétrons de condução com a rede é esperado, bem como a supressão da fase isolante sob pressão / Abstract: In this work, we studied the atomic and electronic structure of Ni perovskite systems (TRNiO3, TR=rare earth) using core level absorption spectroscopy. The synchrotron light source was exploited in the soft X-ray range to study Ni LIII and LII edges and in the hard X-ray range to study Ni K edge and rare earths LIII edges. The most remarkable property in these systems is a metal to insulator transition with temperature. This transition temperature depends on the rare-earth ion, increasing its value as the rare earth size is re-duced. These systems have a distorted perovskite structure, where the Ni O6octahedra rotate to fill the empty space left around the rare-earth ion. The smaller the ion, the larger the distortion. This indicates a straight correlation between the net distortion and the metal-insulator transition. For systems with TR varying from Pr to Gd it was found a crystallographic structure with orthorhombic symmetry, where Ni occupies a very symmetric site. Based on these results, it was proposed a model suggesting that the bandwidth would decrease due to a smaller hybridization between Ni3d and O2p bands caused by a decrease at the Ni-O-Ni angle. However, modifications in the transition temperature by the O isotope substitution, showed that the electron-phonon coupling plays an important role. Indeed, for systems with smaller TR ions (from Ho to Lu) it was found a monoclinic distortion in the insulating phase. In such structure Ni occupies two different sites with different Ni-O distances. A charge ordering associated to these different sites explains the insulating phase, as well as the antiferromagnetic ordering observed for some systems. Our results show that these two Ni-O distances coexist in all systems, inde-pendent of its long range crystallographic structure, and in both electronic phases. The site with longer Ni-O distance, which is weakly hybridized, is the responsible for the electronic localization and it is immersed in a con-ducting matrix with stronger hybridization. The metal-insulator transition is explained by the modifications in the proportion between these two Ni sites. In this context, a strong electron-phonon coupling is expected, as well as the suppression of the insulating phase under pressure / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Annette Gorenstein / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T23:58:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SouzaJunior_EdvaldoAlvesde_D.pdf: 2701192 bytes, checksum: 949e8dd1afc482f52e573f2b9fbca63a (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O pentóxido de vanádio é um dos compostos de intercalação mais conhecidos na área de baterias de lítio. Dada sua estrutura lamelar, íons de lítio podem ser inseridos e extraídos de forma reversível, o que torna o pentóxido de vanádio promissor para uso como catodo. No entanto, o armadilhamento de parte dos íons de lítio a cada ciclo de carga e descarga provoca a perda gradativa da capacidade. A incorporação de íons metálicos na estrutura do V2 >O5 é uma das alternativas para melhorar seu desempenho nos ciclos de carga e descarga. Por outro lado, foi demonstrado que o óxido de cobre nanoparticulado é capaz de fornecer alta capacidade de carga em processos reversíveis de inserção e extração de íons lítio. Esta tese se propõe estudar a inserção/extração de íons de lítio em filmes finos de óxidos de cobre-vanádio objetivando sua aplicação em catodos de microbaterias. Um conjunto de amostras foi obtido iniciando-se com o pentóxido de vanádio, e através de acréscimos de cobre e decréscimos de vanádio, atingindo o óxido de cobre II. Óxidos bronzes, complexos, mistos e puros foram obtidos. As amostras foram depositadas através da técnica de sputtering. Na caracterização das amostras foram utilizadas técnicas de difração de raios-X, retroespalhamento Rutherford, emissão de fotoelétrons de raios-X, absorção de raios-X (XANES) e microscopia de força atômica. A inserção de íons de lítio foi realizada através da cronopotenciometria. Cada classe de óxidos apresentou características eletroquímicas próprias. Óxidos de cobre apresentaram uma capacidade de inserção de carga quatros vezes maior que a capacidade do pentóxido de vanádio (109 µAh/cm 2-µm). Bronzes de vanádio apresentaram maior estabilidade entre todos óxidos, e melhor capacidade, quando comparado com o V2 O5. A introdução de átomos de vanádio na matriz CuO permitiu a formação de óxidos mistos com maior estabilidade eletroquímica quando comparados à filmes CuO / Abstract: In the field of lithium batteries, vanadium pentoxide is one of the most studied intercalation compound. Due to its lamellar structure, lithium ions can be reversibly inserted and extracted, and the material is a promising candidate for use as a cathode. However, trapping of part of the lithium ions in each charge/discharge cycle causes a gradative loss of capacity. The incorporation of metallic ions in the V22O5host structure is one of the alternatives to improve its cycling behavior. On the other hand, it was recently demonstrated that nanosized copper oxide is capable of providing high charge capacity in reversible lithium insertion/extraction processes. The aim of the present work is to study the insertion/extraction of lithium ions in thin films of copper-vanadium oxides for application as cathode in microbatteries. A range of samples was produced, starting from pure vanadium pentoxide. By increasing the amounts of copper and decreasing the amount of vanadium in the film, the copper oxide II composition was attained. Different classes of oxides, such as bronzes, complex oxides, mixed oxides and the pure oxides were obtained. The samples were deposited by sputtering. The characterization was performed using X-Ray diffraction, Rutherford Backscattering spectrometry, X-Ray Photoemission Spectroscopy, X-Ray Absorption Spectroscopy (mainly XANES) and Atomic Force Microscopy. The electrochemical behavior was analyzed mainly by chronopotentiometry. Each class of oxides presented distinct electrochemical properties. Copper oxide films presented an insertion capacity four times greater than the capacity of the vanadium pentoxide films (109 µAh/cm 2-µm). Vanadium bronzes presented the best stability among all of the investigated materials, and a higher capacity in comparison to vanadium pentoxide. The insertion of vanadium atoms in the CuO structure allowed the obtention of mixed oxides films with higher electrochemical stability if compared to pure CuO films / Doutorado / Superfícies e Interfaces ; Peliculas e Filamentos / Doutor em Ciências