A sensibilidade eletromecânica dos transdutores de eletretos poliméricos resulta em muitas aplicações na engenharia, que motivaram a produção industrial de um filme não homogêneo e eletricamente carregado, denominado filme eletromecânico ou EMFi (ElectroMechanical Film). Um dispositivo alternativo a este EMFi, produzido em nosso laboratório, foi o resultado de uma bolha de ar homogênea termoformada, unida por dois filmes de teflon FEP. Este dispositivo possui uma estrutura similar ao EMFi, mas permite cavidades homogêneas a serem predefinidas e distribuídas no momento em que o dispositivo é produzido, diferindo das células no EMFi com tamanhos diversos e dispersas no interior do filme industrial. A possibilidade de controlar a geometria das bolhas de ar tornou possível o desenvolvimento de um modelo, empregado como uma ferramenta de projeto. A resposta eletromecânica deste transdutor foi modelada e então apresentada neste trabalho. Este modelo analítico avalia o desempenho destes transdutores com somente uma bolha termoformada, para efeitos de simplificação, baseado em capacitores em série, em função da deformação mecânica e da carga elétrica retida no polímero. São representados dinamicamente com parâmetros elétricos e mecânicos, definidos à medida que operam como sensores ou atuadores, com respeito ao limites impostos pela aplicação especificada. O gráfico da resposta em freqüência mostra a freqüência de ressonância e a largura da faixa para meia-amplitude que determina o coeficiente de amortecimento que não pode ser obtido diretamente do modelo analítico. Este gráfico também permite comparar a freqüência natural obtida graficamente com aquela calculada pelo modelo, tornando mais confiável o modelo desenvolvido para o transdutor. Finalmente, melhorias na instrumentação e em condições mais adequadas para os testes são sugeridas, bem como métodos alternativos para trabalhos futuros. / The electromechanical sensibility of polymeric electrets transducers yields many engineering applications which have motivated industrial production of a non-homogeneous and electrically charged film, the so-called electromechanical film (EMFi). An alternative device for this EMFi that has been produced in our laboratory was a homogeneous thermo-formed air bubbles bonded with two teflon FEP films. This device has a structure similar to the EMFi, but allows the homogeneous voids to be pre-defined and distributed at the moment the device is produced, differing the EMFi voids with diverse sizes and dispersed into the industrial film. The possibility to control the air bubbles geometry makes possible the development of a model to be used as a design tool. The electromechanical response of this transducer has been modeled and is presented in this work. Such analytical model evaluates the transducers performance using just a single thermo-formed bubble for simplification purposes, based on series capacitors, which are function of the mechanical deformation and electrical charge trapped in the polymer. They are represented dynamically, with electrical and mechanical parameters being defined as they work as sensors or actuators, regarding the limits imposed by the specified application. A frequency response plot shows the resonance frequency and the bandwidth for the half amplitude, which determines the damper coefficient that cannot be obtained directly from the analytical model. This plot also allows comparison of the natural frequency obtained graphically with the calculated one using the model, making more reliable the transducer model developed. Finally, instrumentation improvements and more suitable test conditions are suggested, as well as alternative methods for future works.

Estudamos a dinâmica de formação de bolhas em fluidos viscosos. Desenvolvemos novas técnicas experimentais para aprofundar o estudo do sistema de um bico borbulhador no fundo de um cilindro preenchido por uma solução de água e glicerina. Neste sistema, controlamos o fluxo de ar por meio de um fluxímetro de massa e uma válvula solenoide. Medimos simultaneamente: o tempo entre duas bolhas sucessivas usando um laser focalizado em um foto- diodo, cuja luz é espalhada com a passagem das bolhas; as ondas de pressão que o borbulhamento causa no sistema de injeção usando microfones colocados entre a válvula solenoide e o bico; e a geometria das bolhas em formação, através da análise de imagens coletadas por uma câmera de alta velocidade. Motivados pelos resultados deste sistema, construímos um modelo para a dinâmica de formação de bolhas, baseado em primeiros princípios, que descreve a rota de adição de períodos observada no experimento. Investigamos também um novo sistema experimental, que tem dois bicos borbulhadores dentro do mesmo tubo. Usamos as mesmas técnicas experimentais desenvolvidas para o experimento de um bico. Identificamos que os borbulhamentos sincronizam apesar de seus sistemas de injeção de ar serem independentes, concluímos, portanto, que o acoplamento deve-se à circulação que o líquido introduz. Estudamos a sincronização por meio da construção de diagramas de bifurcação e espaços de parâmetros mostrando as regiões de sincronização. Adaptamos também o modelo de um bico para descrever este sistema. Descobrimos que a interação entre as duas dinâmicas de formação de bolhas é maior conforme aumentamos a altura da coluna líquida. / We studied the bubble formation dynamics in viscous fluids. We developed new experimental techniques to provide a better understanding of the system with one bubbling nozzle on the bottom of a cylinder filled with a water and glycerol solution. In this system, we control the air flow with a mass flowme- ter and a solenoid valve. We have measured simultaneously: the time between successive bubbles, using a laser focused in a photo-diode that has his light scattered when one bubble passes between them; the pressure waves that the bubbling causes in the air injecting system using microphones placed between the solenoid valve and the nozzle; and the geometry of the growing bubbles, through the analysis of the images collected by a high speed camera. The re- sults from this system motivated us to make a model for the bubbles formation dynamics that describes the period-adding route observed in the experiment and is based on first principles. We also investigated a new experimental system, that has two bubbling nozzles inside the same cylinder. We used the same experimetal techniques developed to the one nozzle experiment. We identified that the bubbling on the nozzles synchronizes due the coupling introduced by the liquid circulation, as the air injecting systems are independent. We studied the synchronization by constructing bifurcation diagrams and parameter spaces that show the syn- chronized regions. We also adapted the one nozzle bubbling model to decribe this system. We discovered that the interaction between the two bubble forma- tion dynamics is stronger when we increase the liquid height.

Made available in DSpace on 2016-04-26T20:48:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel Nicolau Ferrara.pdf: 1124449 bytes, checksum: 7323f16541b3af1bf71cf2dc57b02b5d (MD5) Previous issue date: 2011-05-13 / In the analysis of the origins of the severe financial crisis, which began in 2007 in the US, remains an open debate about the reasons that led the Fed to underestimate the severity of the crisis. This study analyzes the perceptions of Central Bank on the peculiar context that has developed from 2001. The economic recovery was based on consumption and housing market, including the income extraction derived from valued housing, and followed by the risk of deflation, which subsequently led to growing fears about what was happening in the markets. The instrument used for this is the thorough analysis of the minutes of the FOMC and the pronouncements of the two presidents of the Fed, from 2001 to 2007, Greenspan and Bernanke, in addition to theoretical concepts and economic problems of that period. The methodology is justified because the communication with the market has become a relevant instrument in the Fed's action since the 1990s. The analysis of documents showed that in the aftermath of the crises of 2001-2002, the Fed used to acknowledge consumption and housing market to be important forces in the economic recovery. From 2003-2004, the FOMC members showed concern about the speculative behavior in housing and the effects of the reversal of the expansionary monetary policy would have on property prices and on consumption. The Fed's action to combat these threats was restrained by the belief in the strength of the deregulated financial system, by pragmatic confidence in the conduct of monetary policy guided by the risk management approach and the belief that Central Bank should not act against the formation of bubbles / Na análise das origens da grave crise financeira iniciada, em 2007, nos EUA, permanece em aberto o debate a respeito dos motivos que levaram o Fed a subestimar a gravidade da crise em formação. Este estudo analisa as percepções do BC sobre o quadro peculiar que se desenvolveu, a partir de 2001. A recuperação econômica foi pautada no consumo e no mercado imobiliário, inclusive na extração de renda derivada da valorização dos imóveis, seguida do risco de deflação que, posteriormente, deu lugar a receios crescentes em relação ao que ocorria nos mercados. O instrumento utilizado para isso é a análise minuciosa das atas do FOMC e os pronunciamentos dos dois presidentes do Fed, de 2001 a 2007, Greenspan e Bernanke, além das concepções teóricas e problemas conjunturais do período. A metodologia de análise justifica-se porque a comunicação com o mercado tornou-se instrumento relevante na ação do Fed, desde os anos 1990. A análise dos documentos mostrou que, no rescaldo das crises, de 2001-2002, o Fed reconhecia no consumo e no mercado imobiliário forças importantes na recuperação econômica. A partir de 2003-2004, membros do FOMC demonstravam preocupação quanto ao comportamento especulativo no mercado imobiliário e os efeitos que a reversão da política monetária expansionista teria sobre os preços dos imóveis e sobre o consumo. A ação do Fed para combater esses riscos foi contida pela crença na resistência do sistema financeiro desregulamentado, pela confiança na condução pragmática da política monetária orientada pelo risk management approach e pela convicção de que BC não deve agir frente à formação de bolhas

Estudamos a dinâmica de formação de bolhas em fluidos viscosos. Desenvolvemos novas técnicas experimentais para aprofundar o estudo do sistema de um bico borbulhador no fundo de um cilindro preenchido por uma solução de água e glicerina. Neste sistema, controlamos o fluxo de ar por meio de um fluxímetro de massa e uma válvula solenoide. Medimos simultaneamente: o tempo entre duas bolhas sucessivas usando um laser focalizado em um foto- diodo, cuja luz é espalhada com a passagem das bolhas; as ondas de pressão que o borbulhamento causa no sistema de injeção usando microfones colocados entre a válvula solenoide e o bico; e a geometria das bolhas em formação, através da análise de imagens coletadas por uma câmera de alta velocidade. Motivados pelos resultados deste sistema, construímos um modelo para a dinâmica de formação de bolhas, baseado em primeiros princípios, que descreve a rota de adição de períodos observada no experimento. Investigamos também um novo sistema experimental, que tem dois bicos borbulhadores dentro do mesmo tubo. Usamos as mesmas técnicas experimentais desenvolvidas para o experimento de um bico. Identificamos que os borbulhamentos sincronizam apesar de seus sistemas de injeção de ar serem independentes, concluímos, portanto, que o acoplamento deve-se à circulação que o líquido introduz. Estudamos a sincronização por meio da construção de diagramas de bifurcação e espaços de parâmetros mostrando as regiões de sincronização. Adaptamos também o modelo de um bico para descrever este sistema. Descobrimos que a interação entre as duas dinâmicas de formação de bolhas é maior conforme aumentamos a altura da coluna líquida. / We studied the bubble formation dynamics in viscous fluids. We developed new experimental techniques to provide a better understanding of the system with one bubbling nozzle on the bottom of a cylinder filled with a water and glycerol solution. In this system, we control the air flow with a mass flowme- ter and a solenoid valve. We have measured simultaneously: the time between successive bubbles, using a laser focused in a photo-diode that has his light scattered when one bubble passes between them; the pressure waves that the bubbling causes in the air injecting system using microphones placed between the solenoid valve and the nozzle; and the geometry of the growing bubbles, through the analysis of the images collected by a high speed camera. The re- sults from this system motivated us to make a model for the bubbles formation dynamics that describes the period-adding route observed in the experiment and is based on first principles. We also investigated a new experimental system, that has two bubbling nozzles inside the same cylinder. We used the same experimetal techniques developed to the one nozzle experiment. We identified that the bubbling on the nozzles synchronizes due the coupling introduced by the liquid circulation, as the air injecting systems are independent. We studied the synchronization by constructing bifurcation diagrams and parameter spaces that show the syn- chronized regions. We also adapted the one nozzle bubbling model to decribe this system. We discovered that the interaction between the two bubble forma- tion dynamics is stronger when we increase the liquid height.

Os materiais restauradores estão evoluindo rapidamente e novas técnicas de inserção do compósito na cavidade restauradora estão sendo propostos. Dependendo da técnica, poderá ocorrer maior ou menor formação de bolhas na restauração final. A incorporação de bolhas entre as camadas do material restaurador pode gerar uma maior degradação da restauração em virtude da menor obtenção de propriedades físico-mecânicas do material. Assim, a necessidade de estudos sobre a prevalência de bolhas em restaurações confeccionadas com diferentes técnicas de inserção se faz necessária para a melhor compreensão do uso e do manuseio dos materiais. O objetivo desse trabalho foi analisar a ocorrência de bolhas e o volume de espaços presentes no interior de restaurações com resina composta, inserida na cavidade dental através das técnicas restauradoras: incremental e bulk fill. Quarenta e oito dentes molares humanos (n=24, duas restaurações por dente) foram selecionados e, nestes, foram confeccionados dois preparos por dente, um em cada região proximal, com profundidade de 4mm, largura de 4mm e distância axio-proximal de 2mm. Posteriormente, foram restaurados de acordo com os grupos: FiltekTM One Bulk Fill Restorative (FOB; 3M Oral Care); FiltekTM Z350 XT (FXT; 3M Oral care); FiltekTM Bulk Fill Flowable Restorative (FBF+FXT; 3M Oral care) e FiltekTM Z350 XT Flow (FF+FXT; 3M Oral care) . As resinas fluidas foram cobertas com a resina FiltekTM Z350 XT (3M Oral Care). Após 24 horas, os dentes restaurados foram submetidos à ciclagem térmica (5.000 ciclos) e posteriormente foi realizada a Tomografia de Coerência Ótica (OCT). Através da análise das imagens obtidas pelo OCT foram medidos os valores de quantidade de bolhas e porcentagem de espaços presentes nas restaurações. Os dados da presença de bolhas foram analisados estatisticamente com o teste Qui-Quadrado, os dados de número de bolhas e porcentagem de espaços obtidos foram analisados com o teste de Kruskall Wallis e a comparação entre os grupos foi feita pelo método de Dunn , com nível de significância de 5%. FF+FXT, apresentou bolhas em todas as restaurações e foi significativamente maior quando comparado a FXT (p=0,015). FF+FXT apresentou quantidade significativamente maior de bolhas (p<0,05) quando comparada com os outros três grupos. FBF+FXT apresentou a maior porcentagem de porosidade, devido ao maior tamanho de bolhas, porém esta porcentagem foi significantemente maior apenas quando comparada com FXT (p<0,05). Todos os grupos apresentaram bolhas. As técnicas restauradoras que apresentaram o pior desempenho, considerando o número de bolhas e a porcentagem de porosidade, foram aquelas realizadas com resina composta fluída. Não houve diferença estatisticamente significante quanto ao número de bolhas e à porcentagem de espaços entre as restaurações confeccionadas somente com resinas de alta viscosidade para as diferentes técnicas utilizadas neste estudo. / Dental restorative materials are quickly evolving, and new techniques are being proposed to change the way of filling dental cavities. Depending on the technique, a different number of voids could be generated inside the restauration. The appearance of these voids between layers of resin composite can significate a greater degradation of the material determined by low mechanical and physical properties. Therefore, to investigate voids prevalence at different restorative techniques is needed, in order to get a better understanding of the resin composites and their best handling. The objective of this project was to analyze the voids frequency inside and between the layers of the resin composite, filling class II cavities using incremental technique and bulk fill technique. Forty eight human teeth (n=24, two restorations per tooth) were selected and two cavities per tooth were made, one per each proximal area, 4mm of depth, 4mm height and 2mm of axio-proximal distance. After, they were divided in four groups and restored using FiltekTM One Bulk Fill Restorative (FOB; 3M Oral Care); FiltekTM Z350 XT (FXT; 3M Oral care); FiltekTM Bulk Fill Flowable Restorative (FBF+FXT; 3M Oral care) e FiltekTM Z350 XT Flow (FF+F; 3M Oral care), handled according to manufacturer instructions. Flowable resin composite was covered with FiltekTM Z350 (3M Oral Care). 24 hours later, thermocycling was conducted (5,000 cycles) and later Optical Coherence Tomography was performed. By analyzing the OCT images, number of voids and percentage of void volume were calculated. Presence of voids were analyzed by Chi-squared test, number of voids and percentage of void volume were analyzed by Kruskall Wallis test, and comparisons were performed by Dunn Method, at significance level of 5%.. FF+FXT had voids in all the restorations of the group, and it was significantly greater when compared with FXT (p=0.015). FF+FXT had statistically significant more number of voids (p<0.05) when compared with the others 3 groups. FBF+FXT had the highest percentage of voids volume, because the size of its voids, but this percentage was significantly different only when compared with FXT (p<0,05). All groups had voids. Restorative techniques that presented worst performance, considering number of voids and percentage of voids volume, were the ones made with flowable resin composite. Non statistical differences referred to a number of voids, neither percentage of voids volume among restorations made using only high viscosity resin.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-08Bitstream added on 2014-06-13T20:30:20Z : No. of bitstreams: 1 fraga_js_me_arafcl.pdf: 570399 bytes, checksum: c4d98662c4b2a66e86a84c364b2ae848 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho tem como objetivo analisar a experiência do Japão após os colapsos das bolhas especulativas dos ativos na década de 1990. Aceitando que o pior já passou, ou seja, que a crise financeira japonesa foi finalmente resolvida, uma coisa é certa; não antes de uma “década perdida” caracterizada por um longo período, de baixo crescimento, aumento das taxas de desemprego, deflação nos preços dos ativos, falências bancárias e persistência dos no-performing loans. Nesse contexto, as principais respostas obtidas por este trabalho foram: a crença que a recuperação econômica viria com o passar do tempo e a falta de entendimento sobre o tamanho do problema que a morosidade de atuação levaria ao sistema, explica em certo ponto a tolerância inicial do governo japonês frente à crise econômica. A política fiscal expansionista foi eficaz, mas, não utilizada de forma consistente, a natureza “stop-start” dos estímulos realizados, e em particular as prematuras reversões fiscais diminuíram a sua eficácia, outros fatores prováveis para a baixa eficácia durante os anos 90 foram: os estímulos fiscais podem ter sido prejudicados pela queda dos multiplicadores fiscais; os efetivos investimentos públicos foram menores que os anunciados e ao invés de se dar ênfase a obras públicas, priorizou-se cortes em impostos. De outra forma, um caminho fundamental de maximizar os estímulos fiscais é através da restauração do crédito do setor bancário, caso a recapitalização e as restaurações do setor fossem realizas em uma fase inicial, os efeitos dos estímulos poderiam ser de curta duração, se o sistema financeiro estivesse em boa saúde. No Japão, as injeções nos bancos “em grande escala” ocorreram apenas em 1999. Por outro lado, a política monetária, com base em uma versão alternativa da armadilha da liquidez levou o BOJ a tomar algumas medidas... / This dissertation intend to analyze the experience of Japan after the collapse of speculative bubbles in assets in the 1990s. Accepting that the worst is over, that is to say, that the Japanese financial crisis was finally resolved, one thing is certain; not before a “lost decade” characterized by a long period of low growth, increasing rates of unemployment, deflation in asset prices, bank failures and persistence of no-performing loans. In this context, the main responses received for this work were: the belief that economic recovery would come with the passage of time and lack of understanding about the size of the problem that the slowness of action would lead to the system; this explains in some degree the initial tolerance of the Japanese government by the economic crisis. The expansionary fiscal was effective, but not consistently used, the nature of “stop-start” of the stimuli made, and in particular the early tax reversals decreased its effectiveness, other likely factors for the low efficiency during the year 1990 were: the fiscal stimuli may have been harmed by falling tax multipliers; the effective public investments were lower than those advertised instead of giving emphasis to public works, the priority was tax cuts. On the other hand, a fundamental way to maximize the tax incentives is through the restoration of credit from the banking sector, if the recapitalization and the restorations of the sector were held in an early stage, the effects of stimuli could be short term, if the financial system was in good health. In Japan, the injections in banks “large scale” occurred only in 1999. Moreover, monetary policy, based on an alternative version of the liquidity trap led the BOJ to take some innovative measures since 2001. Centered on a strategy to ensure liquidity and extend the warranties on direct purchases of assets, quantitative easing was implanted... (Complete abstract click electronic access below)

[pt] A agitação mecânica ou a injeção do ar geram bolhas na célula de flotação, que são estabilizadas pelo uso de espumantes. Partículas hidrofóbicas se aderem às bolhas e em movimento ascencional chegam a superfície da célula formando a espuma mineralizada que sai da célula por transbordamento e/ou remoção mecânica. Espumas na flotação são de grande importância, principalmente com respeito ao tamanho de bolhas e sua estabilidade, bem como a mobilidade; fatores estes cruciais na viabilidade cinética do processo, na recuperação global e no teor do concentrado. Os espumantes, suas ações e propriedades têm sido estudados, entretanto durante os últimos anos a tecnologia de reagentes de flotação tem sofrido inovações e evoluções consideráveis. Como outros reagentes, os espumantes também foram influenciados pela biotecnologia, levando à introdução de uma nova classe de espumantes denominada bioespumantes. As paredes celulares das bactérias produzem uma gama de proteínas e polissacarídeos, donde por procedimentos específicos se pode extrair biorreagentes que apresentam caracteristicas surfatantes similares aos reagentes sintéticos. Apesar de vários estudos sobre espumantes, ainda existe uma grande lacuna relativa aos bioespumantes. Neste trabalho foi estudado a morfologia de espumas de flotação usando os bioespumantes produzidos pelas bactérias Rhodococcus opacus e seus produtos metabólicos. Os trabalhos visaram estudos de análise de tamanho de bolhas, altura de espuma, estabilidade e persistência de espuma, tensão superficial, velocidade ascencional da bolha, utilizando diferentes técnicas e equipamentos como Bubble Sizer (Anglo Platinum), Tensiômetro K10T (Kruss), Método de Bikerman. As variáveis avaliadas foram pH, concentração de espumante, vazão de ar e tempo. / [en] The mechanical agitation or air injection generate bubbles in the flotation cell; they are stabilized by the use of frothers. Hydrophobic particles adhere to the bubbles and by ascending movement reaches the surface of the cell forming the mineralized froth that leaves the cell by overflow and/or mechanical removal. The flotation froths are of great importance, especially with respect to the size of the bubbles and their stability, as well as mobility; these factors are crucial in the kinetics viability of the process, in the global recovery and in the grade of the concentrate. The frothers, their actions and properties have been studied, however during the last years the technology of flotation reagents has had important innovations and developments. Like other reagents, the frothers were also influences by biotechnology, leading to the introduction of a new class of frothers called biofrothers. The bacteria in their cellular walls produce a range of proteins and polysaccharides, whence by specific procedures it can be removed bioreagents which feature surfactants characteristics similar to synthetic reagents used in flotation. Despite of several investigations on frothers, there is still a large gap in regard to biofrothers. On this work was studied the morphology of flotation froths using biosurfactants produced by the bacteria Rhodococcus opacus and their metabolic byproducts and the investigations focused on studies of analysis of bubbles size, height of foam, stability and persistence of foam, surface tension, superficial velocity of gas; using different techniques and equipment such as Bubble Sizer (Anglo Platinum), Tensiometer K10T (Kruss), Bikermans Method. The evaluated variables were solution pH, frother concentration, air flowrate and time.

[pt] Este trabalho apresenta uma investigação experimental do escoamento induzido pela interação entre uma pluma de bolhas e um escoamento cruzado oscilatório. Condições de escoamento similares podem ser encontrados em processos de aeração artificial utilizados na mitigação da poluição nos rios e na representação de vazamento de gás natural no fundo dos oceanos. No presente trabalho, ondas superficiais controladas foram inseridas em um canal de água para gerar oscilações na corrente do escoamento cruzado. As ondas foram geradas a partir de uma placa móvel na superfície da água e determinadas condições de escoamento instável foram selecionadas para a investigação. O ar foi injetado pelo fundo do canal para formar a pluma de bolhas. A técnica Particle Image Velocimetry (PIV) foi empregada para medir a velocidade do escoamento. Antes da estimativa da velocidade, as imagens foram pré-processadas aplicando-se rotinas desenvolvidas no Matlab a fim de distinguir as partículas traçadoras das bolhas de ar e criar máscaras dinâmicas para as imagens do sistema PIV. Assim, o campo vetorial de velocidade foi estimado utilizando algoritmos padrão do PIV. Além disso, as propriedades das bolhas, como tamanho e velocidade, também foram estimadas a partir das imagens adquiridas. Finalmente, foi analisada a interação entre a pluma de bolhas com o escoamento cruzado instável. / [en] This work presents an experimental investigation of the flow field induced by the interaction between a bubble plume and an oscillating cross flow. Similar flow conditions can be found in artificial aeration processes used for mitigation of pollution contamination in rivers and submarine outfalls in coastal areas. The mixing zone is highly dependent of the flow field near the plume hence the efficiency of aeration processes. In the present work, controlled surface waves were introduced to generate oscillations in streamwise and wall normal components of the cross flow. The waves were excited with a moving paddle and unsteady flow conditions were selected for the investigation. Air was injected in the bottom wall of the water channel to form the bubble plume. Particle Image Velocimetry (PIV) techniques were employed to measure the velocity flow field. Prior to velocity estimation, images were pre-processed using Matlab routines in order to distinguish tracer particles from air bubbles and to create a dynamic mask for the PIV images. Thus, the velocity vector field was estimated using standard PIV algorithms. In addition, properties of the bubbles, such as size and velocity, were also estimated from the acquired images. Finally, the interaction between the bubble plume with the unsteady cross flow was analyzed.

Nesta tese são apresentados os resultados de um estudo sistemático à respeito da formação e evolução térmica de nanocavidades de He em Si cristalino. O efeito da formação de nanocavidades de He no aprisionamento de impurezas em Si foi estudado inicialmente em distintas condições de fluência, temperatura e direção de implantação. Após as implantações, as amostras foram tratadas termicamente a 800°C e analisadas por espectroscopia de retroespalhamento Rutherford em condição de canalização (RBS/C), análise de detecção por recuo elástico (ERDA), espectroscopia por emissão de íons secundários (SIMS) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Os resultados experimentais mostraram que implantações de He a temperatura ambiente (Ti=Tamb) levam à formação de defeitos numa região intermediária entre a superfície e a camada onde as bolhas se formam (Rp/2), sendo 5x1015He+cm-2 a fluência mínima para a observação do fenômeno. Sua origem foi atribuída à formação de pequenas cavidades nesta região. O mesmo não é observado em implantações a Ti=350°C devido ao efeito do recozimento dinâmico dos defeitos. Estes resultados mostraram a necessidade de um estudo mais profundo a respeito dos efeitos da temperatura de implantação (Ti) na formação de bolhas em Si. Este estudo foi feito a partir de implantações de He no intervalo de temperatura entre -196°C e 350°C, sendo a fluência e a energia de implantação de 2x1016He+cm-2 e 40keV respectivamente. O efeito da proximidade à superfície foi estudado com implantações a 15keV. As amostras foram analisadas pelas mesmas técnicas referidas anteriormente. Para o caso de implantações feitas a 40keV com Ti<Tamb bolhas planas são formadas após recozimento a 400°C por 600s. Recozimentos a 800°C durante o mesmo tempo levam ao colapso das estruturas planas e à formação de um sistema de cavidades esféricas cujas características são dependentes dos estágios iniciais de implantação. No intervalo onde Ti>Tamb pequenas bolhas são formadas durante a implantação juntamente com defeitos estendidos do tipo {311}. A formação destes defeitos é atribuida ao mecanismo de formação das bolhas baseado na emissão de átomos auto-intersticiais de Si. Distintos regimes são observados após recozimento entre 400°C e 800°C por 600s. Para Ti≤250°C observa-se a dissolução do sistema de cavidades e defeitos devido à interação mutua entre os sistemas. Para Ti>250°C cavidades esféricas e anéis de discordância são observados após recozimentos a 800°C. Finalmente, se observou que a energia de implantação (15keV) não afeta a morfologia do sistema de bolhas e defeitos formados. Porém a perda de He é cinco vezes menor que no caso de amostras implantadas a 40 keV na mesma fluência. Um mecanismo baseado na difusão aumentada por danos de irradiação é sugerido neste trabalho.

Esta tese apresenta um estudo sistemático sobre a formação e evolução do sistema de bolhas, cavidades e defeitos gerados pela implantação de Ne em Si monocristalino. A implantação de gases inertes em Si tem sido explorada com o objetivo de modificar a microestrutura potencializando aplicações para aprisionamento de impurezas, corte preciso, relaxação de estruturas, entre outras. A maior parte dos trabalhos conhecidos na literatura considera a implantação de He ou uma combinação de He e H em Si. Nessa tese serão explorados os efeitos da implantação de Ne em Si e as modificações estruturais ocasionadas quando parâmetros de implantação e de tratamentos térmicos posteriores são variados. Os estudos foram realizados considerando: i) substrato mantido à temperatura ambiente e com diferentes fluências de implantação, ii) substrato mantido em 250°C e diversas fluências, e iii) mais altas temperaturas de implantação e fluência fixa. Após tratamentos térmicos investigou-se como os defeitos pontuais formam defeitos estendidos e a sua evolução para discordâncias. A comparação entre as técnicas de implantação com feixe de íons monoenergéticos e plasma de íons de Ne, também foi investigada. O estudo apresenta uma descrição detalhada das interações entre o sistema de bolhas e defeitos pontuais e estendidos. Esse estudo foi feito utilizando as técnicas de espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford (RBS/C) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM), bem como com a técnica de espalhamento de raios X em incidência de ângulo rasante (GISAXS) para investigar a morfologia do sistema de bolhas. O conteúdo de gás no sistema foi estudado com as técnicas de espectroscopia de dispersão em comprimento de onda (WDS) e detecção do recuo elástico (ERD). O valor experimental do conteúdo foi comparado com o volume livre existente no sistema de bolhas considerando modelos de equilíbrio termodinâmico e a equação de estado de gás ideal e gás real. Além disso, a evolução do sistema de bolhas foi discutida em termos das características de distribuição em tamanhos. Os principais resultados permitiram concluir que: i) mesmo em altas temperaturas de implantação e recozimento ocorre a presença de bolhas, ii) o conteúdo de gás se conserva, iii) esta conservação implica que as bolhas estão superpressurizadas ou é necessário adotar um maior valor para a densidade de energia de interface, ou ainda, que além das bolhas o gás pode estar dissolvido na matriz. As bolhas e os defeitos interagem entre si, e a presença do gás nas amostras também afeta diretamente o crescimento das mesmas. Das imagens de TEM que mostram as diferentes distribuições em tamanhos das bolhas em função da profundidade verificou-se a perda de memória dos processos de nucleação e crescimento das bolhas após tratamentos térmicos. Tal perda é associada ao tamanho médio atingido pelas bolhas após tratamentos térmicos que mostra ser independente do sistema inicial, após implantações a diferentes temperaturas. Este estudo permitiu, portanto, desenvolver uma visão mais abrangente da evolução da microestrutura de amostras de Si implantadas com Ne e discutiu os processos de formação e dissolução de defeitos no Si. / In the present work the results of a study on the formation and evolution of cavities, bubbles and defects created by implantation of Ne in crystalline Si are presented. The inert gas implantation in Si have been investigated because it has some potential applications such as impurity gettering, smart cut process, relaxation of structures, etc. The majority of these studies is related to He (or a He and H combination) implanted in Si. In this work, the neon implantation in silicon is investigated at different conditions of fluence, implantation temperatures and post-annealing. The extension of these studies to heavier inert gases introduce the possibility of modify the concentration of point defects and therefore may bring new advances in the understanding of bubble formation and damage accumulation process in Si. We have considered: i) neon implantation in Si at room temperature and with different fluences, ii) sample at 250°C and different fluences, and iii) higher sample temperature and fixed fluence. After post-annealing, we studied the coarsening of bubbles in the samples, and how the point defects create extended defects and finally evolute to dislocation defects. The results from ion beam and plasma-based implantation of neon into silicon are compared. The study shows a detailed description about the bubbles and the extended defects system interactions. The micro-structure evolution of the bubbles and the defects system is investigated by using Rutherford Backscattering Spectrometry under channeling conditions (RBS/C), Transmission Electron Microscopy (TEM) and Grazing Incidence Small Angle X-ray Scattering (GISAXS) techniques to describe the bubble system morphology. The neon retained behavior was studied by Wavelenght Dispersive Spectrometry (WDS) and Elastic Recoil Detection (ERD). The experimental values for the neon quantity retained in the sample was compared to the free volume cavity, in the thermodynamic equilibrium framework, and the equation of state for ideal and real gases. Furthermore, the bubble system evolution was described in terms of the bubble size distribution characteristics. Our results show that: i) a dense bubble system is presented at high implantation temperatures, ii) the neon is retained in the samples, iii) the neon amount measured implies that either: the bubbles are over-pressurized, or a higher value for the surface-specific energy than the one found in literature should be used in this case, or the neon content is distributed both in bubbles and in the Si crystal. The defects and bubbles formation and evolution depend on the neon amount and we may conclude that high-temperature Ne implantation lead to the formation of a condensed system of rather stable nano-bubbles. Regarding the post-annealed samples, the bubble coarsening and growth process looses its memory, as can be observed by the mean bubble diameter from TEM images. At different implantation temperature, we verified that the final bubble size distribution is independent from the initial system configuration. The study provides a general overview about the bubbles and defects formation process with Ne implantation in Si.