Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho teve por objetivo o estudo dos efeitos da radiação ionizante nas propriedades de compósitos de pó de madeira em matriz de polipropileno, utilizando o titanato de bário como agente de acoplagem e o monômero reativo diacrilato de tripropileno glicol (TPDGA). Foi utilizado como fonte de radiação o acelerador de elétrons. Foram investigadas as propriedades físicas dos compostos virgens, bem como do compósito polipropileno/pó de madeira, com e sem a adição de titanato de bário e do monômero TPDGA. Os compósitos desenvolvidos foram preparados a partir do tratamento da carga, incorporando os aditivos ao reforço pó de madeira, seguindo-se a fusão do polipropileno e a mistura dos materiais do compósito na calandra. Posteriormente foram moldados corposde- prova por injeção para serem irradiados e utilizados nos ensaios mecânicos e térmicos. Foram determinadas as propriedades mecânicas dos compostos desenvolvidos (tração, dureza, impacto e índice de fluidez), bem como as propriedades térmicas (HDT e Vicat). As composições investigadas foram polipropileno/pó de madeira, polipropileno/pó de madeira com titanato de bário, polipropileno/pó de madeira com titanato de bário e TPDGA, utilizando concentrações de 10%, 15% e 20% de pó de madeira no polipropileno. As amostras foram separadas em grupos para serem irradiadas com doses de 10kGy e 20kGy nas amostras do ensaio de tração além dessas doses foram utilizadas doses de 15kGy e 25kGy para ser observado o comportamento da amostra frente ao aumento da radiação. Estas doses foram escolhidas para mostrar que com baixas doses o material compósito apresenta reticulação, o que representa uma opção viável comercialmente. Houve uma redução do índice de fluidez para os compostos contendo pó de madeira, sendo esta redução mais efetiva na presença de TiBa. O tratamento superficial utilizando o monômero TPDGA influenciou nas amostras dos compósitos, pois este agiu como plastificante tornando as amostras mais fáceis de processar aumentando a mobilidade entre as macromoléculas, diminuindo assim a viscosidade e aumentando o índice de fluidez tanto nas amostras irradiadas como as não irradiadas. Os resultados obtidos para ensaio de resistência à tração indicam um acréscimo da propriedade, o aumento ocorreu tanto nas amostras WF/PP quanto nas amostras com TiBa e TPDGA, devido à formação de ligações cruzadas (reticulação) em decorrência da radiação. A incorporação de pó de madeira no polipropileno resultou na diminuição da resistência ao impacto. O decréscimo desta propriedade pode ter acontecido devido à presença de reforço pó de madeira que pode atuar como concentrador de tensão e como conseqüência a redução de resistência ao impacto. Houve um acréscimo na dureza dos compósitos contendo pó de madeira. O acréscimo na dureza foi significativo nos compósitos WF/PP que não foram irradiados. O acréscimo se deu principalmente nas composições de 20%WF/PP, isso porque quanto maior a quantidade de carga maior o módulo de dureza. Nas amostras irradiadas a dureza aumentou devido à oxidação da madeira frente à radiação. Observou-se que em alguns casos o aumento na dose de radiação não influenciou significativamente na variação da temperatura de deflexão térmica dos compósitos indicando que houve reticulação entre as moléculas promovido pelo TPDGA, e uma melhoria na adesão entre interfaces promovido pelo titanato. No ensaio de temperatura de amolecimento Vicat os resultados apresentados foram muito próximos ao PP puro, como os resultados não mostraram diferenças significativas, pode-se considerar a temperatura dos compósitos a mesma do PP puro. A radiação ionizante interagiu no material compósito reticulando o PP e oxidando a madeira, observando-se assim um acréscimo em algumas propriedades e o decréscimo em outras. / Dissertação (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-08-07T14:27:04Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-08-07T14:27:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O condutor protônico zirconato de bário dopado com ítrio (BaZr1-xYxO3-δ, BZYx) é um material promissor para a aplicação como eletrólito sólido em células a combustível operacional em temperaturas intermediárias (400 a 700 oC). No entanto, sua natureza refratária (ponto de fusão ~ 2600 oC) faz com que para sua densificação, necessária para sua aplicação como eletrólito, sejam necessários altas temperaturas e longos tempos de tratamento térmico (1600 a 1800 °C por 24 a 48 h). Tais condições extremas causam um desvio da estequiometria de bário que afeta a química de defeitos do material e, consequentemente a diminuição da condutividade protônica do BZYx. Portanto, o processamento desse eletrólito sólido em menores temperaturas, preservando sua estequiometria, formando uma microestrutura densa e com baixa resistividade inter-granular são os principais objetivos e desafios da comunidade científica. Visando aumentar a sinterabilidade das partículas, o BZY foi preparado pelo método dos peróxidos oxidantes (OPM). O procedimento experimental original do OPM foi modificado e otimizado para viabilizar a formação do BZYx, com x = 10 a 50 mol% de Y3+. Dentre as modificações, a síntese foi feita com e sem o controle da atmosfera, em câmara de luvas sob atmosfera de nitrogênio e ao ar, respectivamente. As propriedades estruturais, morfológicas, térmicas, termodinâmicas e elétricas das composições de BZYx foram investigadas. As amostras produzidas foram calcinadas em diversas temperaturas e investigadas quanto à sua sinterabilidade e densificação. Os pós de BZYx, com x = 10 a 50 mol% de Y3+, produzidos com controle da atmosfera foram investigados quanto às suas propriedades termodinâmicas. Os valores de entalpia de formação a partir dos óxidos (ΔHf,ox) foram calculados com os dados obtidos por calorimetria de dissolução a alta temperatura. As amostras de BZY10 e BZY20 produzidas com controle da atmosfera atingiram condutividade elétrica total de 1,6 x 10-3 e 1,3 x 10-3 S/cm a 530 oC, respectivamente. A alta resistividade inter-granular contribui para a alta resistividade total das amostras. A análise por espectroscopia Raman e os valores de ΔHf,ox obtidos sugerem que para valores de Y3+ > 20 mol% ocorrem interações defeito-defeito na estrutura cristalina, causando à diminuição de sítios efetivos para a hidratação e a diminuição da mobilidade dos prótons na estrutura e, consequentemente, a diminuição da condutividade protônica total. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:11/50197-0

A eficiência de atomização do bário, em superfície grafítica, é fortemente afetada pela formação de espécies refratárias, como carbetos e óxidos. Várias tentativas vêm sendo propostas no sentido de melhorar o limite de detecção do bário em espectrometria de absorção atômica com forno de grafite. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo estudar a viabilidade de se utilizar uma plataforma de tungstênio adaptada ao tubo de grafite do espectrômetro de absorção atômica, visando melhorar a eficiência de atomização do bário bem como a sua determinação em petróleo, óleos lubrificantes, água do mar e água mineral. O sistema proposto constituiu-se de uma plataforma de tungstênio com superfície modificada eletroliticamente com ródio, adaptada a um tubo de grafite com parede interna modificada com irídio. A mistura de 10% (v/v-1) H2 + 90% (v/v-1) Ar como gás de purga aumentou a eficiência de atomização, o tempo de vida do tubo de grafite e da plataforma. O uso de 10 µg de (NH4)2HPO4 como modificador químico foi indispensável para a determinação de bário em água mineral e de mar. O limite de detecção foi de 3,5+/-0,3 µg L-1 e a massa característica de 2,1 pg. Com a plataforma de tungstênio modificada com ródio foi possível gerar um sinal transiente de absorbância com temperatura de atomização de 2400 oC, com tempo de residência de, aproximadamente, 0,5 s, contra uma temperatura de atomização de 2600 oC para o forno de grafite, com tempo de residência de 15 s. A vida útil da plataforma de tungstênio, modificada com ródio, e do tubo de grafite foram, respectivamente, 200 e 750 ciclos de aquecimento. / The atomization efficiency of barium in graphite furnace is strongly affected by the refractory species formation, such as, carbides and oxides. Several attempts have been done to overcome these drawbacks and to improve the sensitivity of barium in electrothermal atomic absorption spectrometry. Thus the aim of the present work was to propose a tungsten platform inserted into the graphite tube of the atomic absorption spectrometer for the determination of barium in petrol, lubrificating oil, drinking water and seawater. The proposed system consisted of a tungsten platform electrolitically modified with rhodium and a graphite tube with the internal wall modified with iridium. The mixture of 10 % (v/v-1) H2 + 90% (v/v-1) Ar was used as purge gas, increasing the atomization efficiency, the graphite tube and the tungsten platform lifetime. The use of 10 µg de (NH4)2HPO4 as chemical modifier was imperative for the determination of barium in drinking water and seawater. After the optimization, the detection limit was 3.5+/-0.3 µg L-1 and the characteristic mass was 2.1 pg. By using the tungsten platform modified with rhodium it was possible to obtain a transient absorbance signal at 2400 oC atomization temperature, with residence time of 0.5 s, against 2600 oC atomization temperature in graphite tube platform, with residence time of 15 s. The lifetimes of the tungsten platform modified with rhodium and the graphite tube were 200 and 750 heating cycles, respectively.

O condutor protônico zirconato de bário dopado com ítrio (BaZr1-xYxO3-δ, BZYx) é um material promissor para a aplicação como eletrólito sólido em células a combustível operacional em temperaturas intermediárias (400 a 700 oC). No entanto, sua natureza refratária (ponto de fusão ~ 2600 oC) faz com que para sua densificação, necessária para sua aplicação como eletrólito, sejam necessários altas temperaturas e longos tempos de tratamento térmico (1600 a 1800 °C por 24 a 48 h). Tais condições extremas causam um desvio da estequiometria de bário que afeta a química de defeitos do material e, consequentemente a diminuição da condutividade protônica do BZYx. Portanto, o processamento desse eletrólito sólido em menores temperaturas, preservando sua estequiometria, formando uma microestrutura densa e com baixa resistividade inter-granular são os principais objetivos e desafios da comunidade científica. Visando aumentar a sinterabilidade das partículas, o BZY foi preparado pelo método dos peróxidos oxidantes (OPM). O procedimento experimental original do OPM foi modificado e otimizado para viabilizar a formação do BZYx, com x = 10 a 50 mol% de Y3+. Dentre as modificações, a síntese foi feita com e sem o controle da atmosfera, em câmara de luvas sob atmosfera de nitrogênio e ao ar, respectivamente. As propriedades estruturais, morfológicas, térmicas, termodinâmicas e elétricas das composições de BZYx foram investigadas. As amostras produzidas foram calcinadas em diversas temperaturas e investigadas quanto à sua sinterabilidade e densificação. Os pós de BZYx, com x = 10 a 50 mol% de Y3+, produzidos com controle da atmosfera foram investigados quanto às suas propriedades termodinâmicas. Os valores de entalpia de formação a partir dos óxidos (ΔHf,ox) foram calculados com os dados obtidos por calorimetria de dissolução a alta temperatura. As amostras de BZY10 e BZY20 produzidas com controle da atmosfera atingiram condutividade elétrica total de 1,6 x 10-3 e 1,3 x 10-3 S/cm a 530 oC, respectivamente. A alta resistividade inter-granular contribui para a alta resistividade total das amostras. A análise por espectroscopia Raman e os valores de ΔHf,ox obtidos sugerem que para valores de Y3+ > 20 mol% ocorrem interações defeito-defeito na estrutura cristalina, causando à diminuição de sítios efetivos para a hidratação e a diminuição da mobilidade dos prótons na estrutura e, consequentemente, a diminuição da condutividade protônica total. / The proton conductor oxide yttrium doped barium zirconate (BaZr1-xYxO3-δ, BZYx) is a promising solid electrolyte for solid oxide fuel cells (SOFC) operating at intermediate temperatures (400 to 700 oC). However, the BZY refractory nature (MP ~ 2600 oC) inhibits the achievement of the densification needed for application in SOFCs (relative density ≥ 95% T.D.), requiring long dwell times and high temperatures (T ≥ 1600 oC, t ≥ 24 h). Those extreme conditions cause barium stoichiometry deviation, which affects the defect chemistry and the depletion of proton conductivity. Therefore, BZY processing in less aggressive conditions, preserving cation stoichiometry, leading to dense microstructures with low intergranular resistivity are the great challenges of the scientific community nowadays. Aiming to increase particles sinterability, BZYx (x = 10 to 50 mol% of Y3+), solid solutions where synthesized by the Oxidant Peroxide Method (OPM). The original OPM experimental procedure was modified to allow the BZY formation with different dopant content. One of the modifications was to carry out the synthesis under laboratory and nitrogen atmospheres. The study of structural, thermal, morphological, thermochemical and electrical properties of all samples was performed. The samples where calcined at different temperatures and the particles sinterability and densification were also investigated. The thermochemical properties of BZYx solid solutions were investigated by high temperature oxide melt solution calorimetry, for evaluation of the formation enthalpies (ΔHf,ox). The total electrical conductivity of the BZY10 and BZY20 sintered samples synthesized under nitrogen was 1.6 x 10-3 and 1.3 x 10-3 S/cm at 530 oC, respectively. The blocking of charge carriers at interfaces contributes to the low total electrical conductivity. Raman spectroscopy analysis and the evaluated ΔHf,ox values obtained suggest that from 20 mol% Y3+, defect interaction might happen, leading to vacancy clustering. This effect might cause the depletion of mobile oxygen vacancies, affecting the mobility of protons, with a decrease in proton conductivity.

A síntese de nano partículas e a sua caracterização tem sido a grande mola propulsora do desenvolvimento de materiais nano-estruturados. Pouca atenção tem sido dedicada aos fenômenos físico-químicos relacionados às enormes superfícies intrínsecas destes materiais. Dentre eles, o titanato de bário ocupa uma posição de destaque devido ao seu grande potencial na geração de produtos de alta tecnologia. Neste estudo o BaTiO3 foi sintetizado pelo método Pechini que proporciona a geração de nanopartículas de grande uniformidade química. Contudo, o uso de cátions que formam carbonatos de alta estabilidade pode inviabilizar o uso do método. Os pós de titanato de bário preparados apresentaram elevada área de superfície específica, mas formação de fases parasitas de carbonato de bário e em algumas estequiometrias de ortotitanato de bário e carbonatos adsorvidos à superfície do titanato de bário. O estudo sistemático da química de superfície e da estrutura cristalina do material permitiu a proposta de um método de lixiviação em meio ácido onde as fases parasitas foram eliminadas e um material nanométrico de grande potencial de aplicação foi obtido com as seguintes características: fase com simetria tetragonal predominante ~95% (apesar da coexistência de fase cúbica ~5%); tamanho de cristalito ou partícula primária de 44 nm; área de superfície específica igual a 13,4 m2/g e D(BET) de 74 nm; está isento de contaminação de carbonatos ou outra fase; relação estequiométrica de Ba/Ti = 0,96 -> Ba0,98Ti1,02O3. / The synthesis and characterization of Nanoparticles has been a great topic for nanostructured materials developments. The Relationship between Physicochemical phenomena and large surface area has had a little attention. The barium titanate has a great potential of high-tech products generation. In this work, the BaTiO3 was prepared by polymeric precursor method because this method generates a great chemical uniformity in nanoparticles. However, cations that form carbonates of high-stability may compromise this method use. The barium titanate powder was prepared and showed high specific surface area, but this powder has barium carbonate and ortotitanato contamination. The systematic surface chemistry and crystal structure study suggest an acid leaching method to contaminant phases eliminated. A nanomaterial of great potential for application was obtained with the following characteristics: tetragonal phase predominant ~95% (cubic phase coexist ~5%); crystallite size of 44 nm; surface area of 13,4 m2/g and Particle size (estimated BET) of 74 nm; carbonate free; Ba/Ti = 0,96 -> Ba0,98Ti1,02O3.

Na última década foram encontradas concentrações anômalas de bário em poços de abastecimento do Sistema Aquífero Bauru (SAB), com casos de ocorrências de teores acima do limite de potabilidade (0,7 mg/L). Estas concentrações foram encontradas pelo monitoramento da CETESB e por estudos anteriores. Tavares (2013) e Crespi (2013) indicam que a contaminação nesta área tem origem natural, advinda da lixiviação da cimentação carbonática da Formação Marília. Utilizando dados bibliográficos e expandindo o estudo para toda a região do Espigão de Marília, este trabalho visou aprofundar o conhecimento sobre esta anomalia e tentar compreender o seu comportamento com auxílio de dados isotópicos (O e H) de chuva e água subterrânea. Para o entendimento da anomalia foi construído um banco de dados com os Autos de Outorga de poços do DAAEE, CETESB e CPRM. Após o cadastro destes dados, foram confeccionadas as seções geológicas, o modelo conceitual de fluxo da área, e um modelo hidrogeológico. Após esta etapa foram selecionados 21 poços para as duas primeiras campanhas de amostragem ao longo do ano hidrológico e 8 poços para uma terceira campanha de amostragens ao longo do ano hidrológico. Simultaneamente foi instalado no DAAEE de Marília um coletor de chuva para coletar amostras desde junho de 2014 até dezembro de 2015 para a confecção da reta meteórica local. Os resultados analíticos dos poços foram tratados agrupando-os de acordo com sua geologia, observando-se padrões de distribuição dos parâmetros químicos analisados, bem como dos isótopos. Foi possível notar que há contaminação por cloreto e nitrato em alguns poços. A contaminação de bário ocorre em diferentes pontos, não estando restrita a apenas uma formação. Sem nenhuma relação com os demais componentes antrópicos, esta anomalia se confirma natural. Os altos teores de bário também aparecem em locais com uma maior variedade geológica. A análise dos isótopos de hidrogênio e oxigênio das amostras mostrou que as águas amostradas são mais empobrecidas que as de chuva, até mesmo as mais rasas. Em teste de bombeamento foi possível acompanhar a evolução da assinatura com a profundidade. O que pode ser concluído é que a anomalia de bário ocorre em todo o Espigão, em geral em poços com filtros nas Formações Marília e Adamantina, que possuam um teor mais elevado de magnésio, não necessariamente tendo uma influência antrópica. / In the last decade, anomalous concentrations of barium were found in supply wells of Bauru Aquifer System (BAS), with occurrences of levels above the drinking limit (0.7 mg/L). These concentrations were found by CETESB monitoring and some previous studies. Tavares (2013) and Crespi (2013) indicate that contamination in this area has natural origin, from the leaching of carbonate cementation of Marília Formation. Using bibliographic data and expanding the study to the entire region of the Espigão de Marília this study aimed to increase knowledge about this anomaly and try to understand their behavior with aid of isotopic data (O and H) of rain and groundwater. For the understanding of the anomaly, a database was built with information from DAAEE, CETESB and CPRM wells. After the register of this database, some geological sections were made, the groundwater flow conceptual model for the area, and a geological model. After this step, 22 wells were selected for the three sampling campaigns. At the same time was installed in DAAEE of Marília a rain collector that operated from middle of 2014 by the end of 2015, to construct a Local Meteoric Water Line. The wells have been grouped according to the geology, and some patterns were discovered. It was possible to notice that there is a problem about chloride and nitrate contamination. Barium contamination appeared at various points, not being restricted to just one Formation. Without any relation with man-made components, according to the bibliography, this anomaly confirms natural. High levels of barium also appear in places with greater geological variety. The analysis of the isotopes of hydrogen and oxygen of the samples showed that the waters sampled are isotopic depleted compared to the rain. In pumping test was possible to monitor the evolution of the signature with the depth. It is possible to conclude that the barium anomaly is spread all over the Espigão de Marília, in general in wells with filters in Marília and Adamantina Formations, which have a higher content of magnesium, not necessarily having a human influence.

Conforme pesquisas realizadas na literatura, o estudo do Titanato de Bário (BTO) na dosimetria é inédito, este material foi escolhido porque exibe propriedades luminescentes, demonstradas em experimentos de medidas de espectros de emissão. Para a confecção do BTO fez-se o uso da técnica química Sol-Gel, foi produzido amostras de BTO Puro, BTO dopado e co-dopado com diversas terras-raras. Todas as amostras produzidas sofreram calcinações com temperaturas definidas em 800, 1000 e 1200°C. As dopagens foram realizadas com os seguintes elementos terras-raras: Nd, Tb, Eu, Yb, Er, Pr, e as amostras co-dopadas foram com Tb/Eu e Yb/Er; no total foram confeccionadas trinta e uma amostras. No estudo de redução de massa foi constatada uma redução de metade das massas das amostras durante o processo de calcinação. Nas análises de Termoluminescência (TL) pelo menos uns dos tipos de calcinações apresentaram picos TL, com exceção das amostras co-dopadas com Tb/Eu. As amostras dopadas com Eu e Tb se destacaram nas análises das respostas termoluminescentes. A amostra com Tb e calcinada a 1200°C forneceu pico TL entre 90 a 200°C, e a dopada com Eu (1mol%) e calcinado a 1000°C apresentou picos TL em 110°C e 370°C. A mínima dose detectável para o pico de 110°C foi de 119 mGy e para o pico de 370°C foi de 143 mGy. As análises de MEV mostraram que as micrografias das amostras de BTO dopado tanto com Tb, quanto com Eu apresentaram superfícies porosas, diferentemente das Puras, que apresentaram superfície mais lisa. As análises de DRX indicaram uma fase tetragonal para as amostras Pura e dopadas com Eu (1 mol%), ambas calcinadas a 1000°C. / According to the literature, the study of Barium Titanate (BTO) for dosimetry is unpublished yet, this material was chosen because it exhibits luminescent properties, demonstrated in emission spectra experiments. To make the BTO samples the chemical sol-gel technique was used. Samples of BTO Pure, doped and co-doped with different rare earths were made. All produced samples were calcinated with temperatures at 800, 1000 and 1200°C. The doping was performed with the following rare earths: Nd, Tb, Eu, Yb, Er, Pr, and some samples were co-doped with Tb / Eu and Yb / Er; in total were made thirty-one samples. In the study of weight reduction, a reduction, by half of the mass of raw material, was observed during the calcination process. In the TL analysis, at least one of the types (temperature) of calcinations provides TL peaks formation, except for the samples co-doped with Tb / Eu. The BTO: Eu and Tb provided the best TL response. The BTO: Tb and calcined at 1200°C showed TL peak at 90 to 200°C and the one doped with Eu (1mol%) and calcined at 1000°C supplied peaks at 110°C and 370°C. The minimum detectable dose to the TL peak at 110°C was 119 mGy and for TL peak at 370°C was 143 mGy. SEM analyzes showed that the micrographs of BTO samples doped with both Tb and Eu supplied porous surfaces, unlike the pure sample, that showed smoother surface. XRD analyzes indicated a tetragonal phase to pure sample and the one doped with Eu (1 mol%), both calcined at 1000°C.

Des anomalies nucléosynthétiques ont été observées dans des météorites pour plusieurs éléments. L’ampleur de ces anomalies ainsi que leur répartition entre les objets du système solaire renseigne sur le degré d’hétérogénéité de la nébuleuse solaire. L’étude des phases porteuses de ces anomalies procure des informations sur les processus à l’origine de cette hétérogénéité. Les datations par radiochronomètres de courte période reposent sur la répartition hétérogène des éléments père et fils. L’utilisation de ces outils nécessite donc l’étude parallèle des variations nucléosynthétiques de ces éléments. / Nucleosynthetic anomalies have been observed in meteorites for many elements. The magnitude and repartition of these anomalies provide information about the degree of heterogeneity of the solar nebula. The study of the nucleosynthetic anomalies carriers could also give insight into the processes responsible for this heterogeneity. The presence or absence of small variations in nucleosynthetic processes is a key for the use of the short-lived radiochronometers. Small variations in the repartition of the parent or daughter isotope can lead to misinterpretations of relative ages.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第14574号 / 工博第3042号 / 新制||工||1453(附属図書館) / 26926 / UT51-2009-D286 / 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻 / (主査)教授 粟倉 泰弘, 教授 杉村 博之, 教授 田中 功 / 学位規則第4条第1項該当

This thesis focuses on studying the interaction and evolution of the needle domains in barium titanate single crystal through the simulation and experimental methods. The results are expected to assist in the interpretation of the arrangement and evolution of the needle domains and improve the design of future material. The existence of a needle domain gives rise to an internal stress field and electric field around the needle tip, which influences the polarization switching process and crack propagation in a single crystal. A model is established to study the interaction and evolution of the needle domains in barium titanate single crystals using the theory of dislocations. Considering the electrical and mechanical incompatibility at the needle tip, the fields produced by a needle domain are represented using the fields due to the equivalent edge dislocations and line charges distributed over the needle tip. Accordingly, the dislocation fields derived by Barnett and Lothe for anisotropic piezoelectric media are used to analyse the stress and electric fields around the needle domains. The calculation of the modified Peach-Koehler force and the total energy due to the needle domains is used to study the interaction among the needle domains and the stability of the needle pattern. Through experimental observation, we further know about the microstructure and common pattern of needle domains. X-ray diffraction is used to map the shape of needle tip and detect the strain field around the needle tip. The interaction of pairs of needle domains in an infinite piezoelectric body is studied. It is found that the needle tip interactions tend to be dominated by the electrostatic terms. Additionally, the stability of groups of needle domains is investigated. Stable configurations of needle domains in a herringbone pattern are identified, consistent with experimental evidence. However, comb-like arrays of needles are found to be unstable. This is contrary to experimental observations, where needle domains are observed in aligned arrays. This contradictory result leads to an analysis of the effect of charge produced by the polarization jump at a needle tip on domain interaction. The existence and position of stable equilibrium states are found to be sensitive to a change in the quantity of polarization charge. When the polarization charge is reduced to about 48% of its theoretical value, the modified model works well to interpret the stability of comb-like needle pattern and herringbone needle pattern. A viscous model is proposed to further analyse the evolution of the needle domains under the external perturbation. Based on the superposition theory proposed by Van der Giessen, boundary value problems are discussed. Single needles and pairs of needle domains are selected to analyse the effect of boundary condition on the distribution and arrangement of the needle domains. After that, the evolution of the comb-like needle domains under the applied external loads is studied. During the process of analysis, a lattice friction model, and the viscous model are compared.