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No presente trabalho foram produzidas duas ligas policristalinas de Fe-Ga e Fe-Ga-B para estudar a influência do boro nas propriedades piezomagnéticas da liga Fe-Ga. As propriedades piezomagnéticas foram obtidas a partir de medidas de magnetostricção (λ) em função de campo magnético (H) pelo coeficiente d33 = dλ/dH e medidas de indução magnética (B) em função da tensão compressiva aplicada (σ) pelo coeficiente d*33 = dB/dσ. A composição escolhida foi com 18,6% de Ga para ambas as ligas, que é a composição que possui o maior valor de magnetostricção na liga binária. A análise da microestrutura indicou a presença das fases Fe(Ga)-α (A2) e Fe3Ga (D03) para ambas as ligas e da fase Fe2B para a liga ternária. A presença da fase Fe2B causou o refinamento dos grãos e consequentemente um pequeno aumento do campo coercitivo da liga Fe-Ga-B se comparada à liga Fe-Ga e, além disto, aumentou o campo de saturação. Consequentemente os coeficientes piezomagnéticos da liga com boro foram duas vezes menores que da liga Fe-Ga. A igualdade d33* = d33 não é satisfeita para a liga Fe-Ga nem para a Fe-Ga-B, significando que os experimentos não foram realizados em condições estritamente reversíveis. Atribui-se esta irreversibilidade à alta velocidade de carregamento usada nos experimentos de B vs σ. No entanto, a dependência dos coeficientes piezomagnéticos do campo magnético e da tensão compressiva aplicada da liga Fe-Ga-B é bem menor que da liga Fe-Ga e os valores obtidos de ~ 4 nm/A são suficientemente adequados para muitas aplicações. / In this work were maked two polycrystalline alloys of Fe-Ga e Fe-Ga-B for to study the influence of borun in the piezomagnetc properties of the Fe-Ga alloys. The piezomagnetc properties were obteined from magnetostrictive measuments (λ) in function of magnetic field (H) by the coefficient d33 = dλ/dH and magnetic induction measuments (B) in function of compressive stress applied (σ) by the coefficient d*33 = dB/dσ. The chosen composition were 18.6% of Ga to both alloys, which is the composition for the largest magnetostriction to the binary alloy. The microstructural analysis indicated the presence of the phases Fe(Ga)-α and Fe3Ga (D03) for the both alloys and Fe2B phases to the ternary alloy. The presence of the Fe2B caused the refinament of the grains and consequently a small increase in the coercive field of the Fe-Ga alloy and, in addition, increased the saturation field. Consequently, the piezomagnetic coefficients of the boron alloys were twice as low as that of the Fe-Ga alloy. The equality d33* = d33 was not satisfied for the Fe-Ga and to Fe-Ga-B meaning that the experiments were not performed under strictly reversible conditions. This irreversibility was attributed to the high loading speed used in the experiments of B vs σ. However, the dependence of the piezomagnetic coefficients of the magnetic field and the applied compressive stress of the Fe-Ga-B alloy is much lower than that of the Fe-Ga alloy and the values obtained from ~ 4nm/A are sufficiently suitable for many applications.

No presente trabalho foram produzidas duas ligas policristalinas de Fe-Ga e Fe-Ga-B para estudar a influência do boro nas propriedades piezomagnéticas da liga Fe-Ga. As propriedades piezomagnéticas foram obtidas a partir de medidas de magnetostricção (λ) em função de campo magnético (H) pelo coeficiente d33 = dλ/dH e medidas de indução magnética (B) em função da tensão compressiva aplicada (σ) pelo coeficiente d*33 = dB/dσ. A composição escolhida foi com 18,6% de Ga para ambas as ligas, que é a composição que possui o maior valor de magnetostricção na liga binária. A análise da microestrutura indicou a presença das fases Fe(Ga)-α (A2) e Fe3Ga (D03) para ambas as ligas e da fase Fe2B para a liga ternária. A presença da fase Fe2B causou o refinamento dos grãos e consequentemente um pequeno aumento do campo coercitivo da liga Fe-Ga-B se comparada à liga Fe-Ga e, além disto, aumentou o campo de saturação. Consequentemente os coeficientes piezomagnéticos da liga com boro foram duas vezes menores que da liga Fe-Ga. A igualdade d33* = d33 não é satisfeita para a liga Fe-Ga nem para a Fe-Ga-B, significando que os experimentos não foram realizados em condições estritamente reversíveis. Atribui-se esta irreversibilidade à alta velocidade de carregamento usada nos experimentos de B vs σ. No entanto, a dependência dos coeficientes piezomagnéticos do campo magnético e da tensão compressiva aplicada da liga Fe-Ga-B é bem menor que da liga Fe-Ga e os valores obtidos de ~ 4 nm/A são suficientemente adequados para muitas aplicações. / In this work were maked two polycrystalline alloys of Fe-Ga e Fe-Ga-B for to study the influence of borun in the piezomagnetc properties of the Fe-Ga alloys. The piezomagnetc properties were obteined from magnetostrictive measuments (λ) in function of magnetic field (H) by the coefficient d33 = dλ/dH and magnetic induction measuments (B) in function of compressive stress applied (σ) by the coefficient d*33 = dB/dσ. The chosen composition were 18.6% of Ga to both alloys, which is the composition for the largest magnetostriction to the binary alloy. The microstructural analysis indicated the presence of the phases Fe(Ga)-α and Fe3Ga (D03) for the both alloys and Fe2B phases to the ternary alloy. The presence of the Fe2B caused the refinament of the grains and consequently a small increase in the coercive field of the Fe-Ga alloy and, in addition, increased the saturation field. Consequently, the piezomagnetic coefficients of the boron alloys were twice as low as that of the Fe-Ga alloy. The equality d33* = d33 was not satisfied for the Fe-Ga and to Fe-Ga-B meaning that the experiments were not performed under strictly reversible conditions. This irreversibility was attributed to the high loading speed used in the experiments of B vs σ. However, the dependence of the piezomagnetic coefficients of the magnetic field and the applied compressive stress of the Fe-Ga-B alloy is much lower than that of the Fe-Ga alloy and the values obtained from ~ 4nm/A are sufficiently suitable for many applications.

Os materiais magnetostrictivos apresentam deformação elástica quando são submetidos a um campo magnético ou mudança das propriedades magnéticas quando são submetidos a uma tensão mecânica, e por isso são de grande interesse para aplicações em atuadores, sensores e aproveitadores de energia. Entretanto, os melhores materiais magnetostrictivos disponíveis são caros e frágeis. Nos últimos anos foi descoberta uma nova classe de materiais magnetostrictivos que superam este problema, a classe das ligas Fe-Ga e Fe-Al, que possuem a rara combinação de moderada magnetostricção, boas propriedades mecânicas e baixo custo associado. Atualmente, as pesquisas têm buscado meios de melhorar a magnetostricção destas ligas, tanto por adições ternárias de outros átomos, como pela utilização de diferentes métodos de fabricação, tratamentos térmicos ou processamentos mecânicos. No presente trabalho foi avaliado o efeito das adições de B e do processo de solidificação rápida na magnetostricção e microestrutura das ligas Fe-Al e Fe-Ga. Para isso, ligas policristalinas de composição nominal (Fe80Al20)1-0,01yBy, (Fe80Ga20)1-0,01yBy e (Fe72Ga28)1-0,01yBy, com y = 0; 0,5; 1; 1,5 e 2% at., foram produzidas por fusão a arco e pela técnica de solidificação rápida \"splat cooling\". A caracterização microestrutural das amostras foi realizada no MEV/EDS e DRX. A magnetostricção foi medida com campo magnético de 0 a ±2 T em 4,2, 77 e 300 K, por dilatometria de capacitância. As adições de B ocasionaram a precipitação de Fe2B nos contornos de grão da fase A2 e/ou D03 das ligas Fe-Al e Fe-Ga, resultando na redução do tamanho de grão e formação de cristais dendríticos. As ligas Fe80Al20 apresentaram um valor máximo de magnetostricção de 74 ppm com a adição de 2% at. de B. Já as ligas Fe80Ga20 e Fe72Ga28 apresentaram um máximo com a adição de 1% at. de B, sendo de 81 ppm e 143 ppm, respectivamente. Conclui-se que estas adições de B tiveram um efeito benéfico na magnetostricção das ligas Fe-Al e Fe-Ga como-solidificadas, uma vez que chegaram a ocasionar um aumento de até 100% desta propriedade em relação à liga sem B. Por outro lado, a solidificação rápida não teve efeito sobre a magnetostricção das ligas Fe-Al-B. / Magnetostrictive materials exhibit elastic deformation when subjected to a magnetic field or changing in magnetic properties when subjected to mechanical stress, so they are of great interest for applications in actuators, sensors and energy harvesters. However, the best available magnetostrictive materials are expensive and fragile. In the last years has been discovered a new class of magnetostrictive material which overcome this problem, the class of the Fe-Ga and Fe-Al alloys, which have the unusual combination of moderate magnetostriction, good mechanical properties and low associated cost. Currently, research has searched ways to improve the magnetostriction of these alloys, both for ternary additions of other atoms or by using different methods of preparation, heat treatment or mechanical processing. In the present study, we evaluated the effect of B additions and rapid solidification process on the microstructure and magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga alloys. For this purpose, polycrystalline alloys of nominal composition (Fe80Al20)1-0.01yBy, (Fe80Ga20)1-0.01yBy and (Fe72Ga28)1-0.01yBy, with y = 0, 0.5, 1, 1.5 e 2 at.% were produced by arc melting and splat cooling rapid solidification technique. Microstructural characterization of the samples was performed by SEM/EDS and XRD. The magnetostriction was measured under magnetic field of 0 to ±2 T, at 4.2, 77 and 300 K, by capacitance dilatometry. The B additions caused precipitation of Fe2B at the grain boundaries of A2 and/or D03 phase of Fe-Al and Fe-Ga alloys, resulting in a reduction of the grain size and formation of dendritic crystals. The Fe80Al20 alloys showed a maximum magnetostriction of 74 ppm with the addition of 2 at.% B. And, the Fe80Ga20 and Fe72Ga28 alloys showed a peak with the addition of 1 at.% B, of 81 ppm and 143 ppm, respectively. We concluded that these B additions had a beneficial effect on the magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga as-cast alloys, since they caused an increase up to 100% of this property in relation to the alloy without B. On the other hand, the rapid solidification had no the same effect on the magnetostriction of Fe-Al-B alloys.

Os materiais magnetostrictivos apresentam deformação elástica quando são submetidos a um campo magnético ou mudança das propriedades magnéticas quando são submetidos a uma tensão mecânica, e por isso são de grande interesse para aplicações em atuadores, sensores e aproveitadores de energia. Entretanto, os melhores materiais magnetostrictivos disponíveis são caros e frágeis. Nos últimos anos foi descoberta uma nova classe de materiais magnetostrictivos que superam este problema, a classe das ligas Fe-Ga e Fe-Al, que possuem a rara combinação de moderada magnetostricção, boas propriedades mecânicas e baixo custo associado. Atualmente, as pesquisas têm buscado meios de melhorar a magnetostricção destas ligas, tanto por adições ternárias de outros átomos, como pela utilização de diferentes métodos de fabricação, tratamentos térmicos ou processamentos mecânicos. No presente trabalho foi avaliado o efeito das adições de B e do processo de solidificação rápida na magnetostricção e microestrutura das ligas Fe-Al e Fe-Ga. Para isso, ligas policristalinas de composição nominal (Fe80Al20)1-0,01yBy, (Fe80Ga20)1-0,01yBy e (Fe72Ga28)1-0,01yBy, com y = 0; 0,5; 1; 1,5 e 2% at., foram produzidas por fusão a arco e pela técnica de solidificação rápida \"splat cooling\". A caracterização microestrutural das amostras foi realizada no MEV/EDS e DRX. A magnetostricção foi medida com campo magnético de 0 a ±2 T em 4,2, 77 e 300 K, por dilatometria de capacitância. As adições de B ocasionaram a precipitação de Fe2B nos contornos de grão da fase A2 e/ou D03 das ligas Fe-Al e Fe-Ga, resultando na redução do tamanho de grão e formação de cristais dendríticos. As ligas Fe80Al20 apresentaram um valor máximo de magnetostricção de 74 ppm com a adição de 2% at. de B. Já as ligas Fe80Ga20 e Fe72Ga28 apresentaram um máximo com a adição de 1% at. de B, sendo de 81 ppm e 143 ppm, respectivamente. Conclui-se que estas adições de B tiveram um efeito benéfico na magnetostricção das ligas Fe-Al e Fe-Ga como-solidificadas, uma vez que chegaram a ocasionar um aumento de até 100% desta propriedade em relação à liga sem B. Por outro lado, a solidificação rápida não teve efeito sobre a magnetostricção das ligas Fe-Al-B. / Magnetostrictive materials exhibit elastic deformation when subjected to a magnetic field or changing in magnetic properties when subjected to mechanical stress, so they are of great interest for applications in actuators, sensors and energy harvesters. However, the best available magnetostrictive materials are expensive and fragile. In the last years has been discovered a new class of magnetostrictive material which overcome this problem, the class of the Fe-Ga and Fe-Al alloys, which have the unusual combination of moderate magnetostriction, good mechanical properties and low associated cost. Currently, research has searched ways to improve the magnetostriction of these alloys, both for ternary additions of other atoms or by using different methods of preparation, heat treatment or mechanical processing. In the present study, we evaluated the effect of B additions and rapid solidification process on the microstructure and magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga alloys. For this purpose, polycrystalline alloys of nominal composition (Fe80Al20)1-0.01yBy, (Fe80Ga20)1-0.01yBy and (Fe72Ga28)1-0.01yBy, with y = 0, 0.5, 1, 1.5 e 2 at.% were produced by arc melting and splat cooling rapid solidification technique. Microstructural characterization of the samples was performed by SEM/EDS and XRD. The magnetostriction was measured under magnetic field of 0 to ±2 T, at 4.2, 77 and 300 K, by capacitance dilatometry. The B additions caused precipitation of Fe2B at the grain boundaries of A2 and/or D03 phase of Fe-Al and Fe-Ga alloys, resulting in a reduction of the grain size and formation of dendritic crystals. The Fe80Al20 alloys showed a maximum magnetostriction of 74 ppm with the addition of 2 at.% B. And, the Fe80Ga20 and Fe72Ga28 alloys showed a peak with the addition of 1 at.% B, of 81 ppm and 143 ppm, respectively. We concluded that these B additions had a beneficial effect on the magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga as-cast alloys, since they caused an increase up to 100% of this property in relation to the alloy without B. On the other hand, the rapid solidification had no the same effect on the magnetostriction of Fe-Al-B alloys.

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This thesis is concerned with the growth, electronic properties and modification of hydrogenated amorphous carbon films of a thickess range of 50-300 nm, which have been deposited using rf plasma-enhanced chemical vapour deposition. These films may be subdivided into two types according to the electrode on which they are grown and the resulting film properties. These are polymer-like amorphous carbon or PAC, and diamond-like amorphous carbon or DAC. PAC possesses a wide optical band gap (2.7 eV), high resistivity (1014 - 10 15 Ocm) and low density of paramagnetic defects (~ 10 17 spins cm-3). The dominant current transport mechanism at room temperature has been observed to be hopping conduction at low electric fields and space-charge-limited current at high electric fields. The addition of nitrogen gas to the plasma to incorporate nitrogen within the film has been shown to move the Fermi level by 1 eV, towards midgap. A mechanism of doping due to the introduction of aromatic nitrogen-containing sites has been postulated. The boron, carbon and nitrogen ion implantation of PAC has resulted in the controllable increase in conductivity from 1015 to 106 O cm as a function of ion dose, from 2 x 1012 to 2 X 1016 ions cm-2. At low ion doses (up to 6 x 1014 ions cm-2) this occurs without any change in band gap; however, at higher doses the band gap collapses as a result of graphitisation. The dependence on the implant ion shows that it is possible to move the Fermi level towards the valence band with the implantation of boron, and towards midgap with the implantation of nitrogen. A hysteresis effect is observed at intermediate ion doses, which is attributed to the trapping of holes resulting in an increase in electron current. Implanting part of the thickness of the film at this ion dose has resulted in rectification, which has not previously been reported for this type of structure in amorphous carbon. DAC has been shown to possess a smaller band gap (0.7 eV), higher density of defects (~ 1020 spins cm-3) and lower resistivity (~ 1013 O cm) than PAC. The room-temperature current transport is governed by band-tail conduction at fields below 105 V cm-1, and the Poole-Frenkel effect at higher fields. The addition of nitrogen of up to 8 at. % has been observed to increase the band gap from 0.7 to 1.0 eV and therefore decrease the magnitude of the Poole-Frenkel conductivity. The Fermi level remains pinned at midgap, however. Therefore, it appears that PAC shows advantages over DAC in terms of future device applications.