Avanços tecnológicos geram a necessidade de materiais com propriedades cada vez melhores, de acordo com a sua aplicação final. Compósitos de alumina com adição de partículas de carbeto são uma opção promissora de aplicação estrutural. Neste trabalho foi estudada a influência da diferença de distribuição e tamanho de partículas de duas aluminas comerciais, a adição de 1,5 e 6% em volume de carbeto de nióbio e a adição de 500 ppm de óxido de magnésio, nas propriedades microestruturais e mecânicas de compósitos à base de alumina. Foram preparados corpos de prova por prensagem uniaxial e isostática, sinterizados em forno de resistência de grafite a temperaturas de 1600, 1650, 1700 e 1750°C, por trinta minutos, em atmosfera com pressão positiva de argônio. As amostras obtidas foram avaliadas quanto à densidade, microestrutura e propriedades mecânicas. Também foram realizados ensaios de difusão para verificar a reatividade química entre pares formados por amostras de alumina e ferro fundido cinzento. As características físicas e químicas das aluminas comerciais utilizadas acarretaram diferenças nos materiais finais; os compósitos produzidos com alumina A16 apresentaram densidade maior do que os produzidos com alumina A1000, nas mesmas condições; assim como os valores de dureza também foram maiores. A adição de 6vol% de carbeto de nióbio à matriz de alumina retarda o início da sinterização, enquanto que a adição de 1,5vol% não provoca mudanças sensíveis na cinética de densificação em relação aos materiais sem adição. Os valores de densidade e dureza dos compósitos contendo 1,5vol% de NbC foram superiores nas menores temperaturas de sinterização utilizadas. Os melhores resultados de densificação (>96% Dt) e dureza (>15GPa) foram obtidos para compósitos produzidos com alumina A16 e adição de 1,5% de NbC. / The worldwide technological advances generate the needs of improved materials with better properties, according to its final purpose. Alumina composites with the addition of carbide particles have become an interesting option for structural applications. This work studies the influence of two commercial aluminas with different particle size and the adding of 1.5 and 6% in volume of niobium carbide and MgO 500 ppm in microstructural and mechanical properties of the composite. Samples were prepared by uniaxial and isostatic pressing and sintering was carried out in a graphite resistance furnace at 1600, 1650, 1700 and 1750°C for thirty minutes in Ar atmosphere. The obtained samples were evaluated sintering behavior, density, microstructure and mechanical properties, diffusion tests were realized to verify chemical reactivity between pairs formed by alumina and gray cast iron samples. The differences between aluminas caused some changes on the composites final properties. The composites produced with A16 alumina presented density about 2% higher than those produced with A1000 alumina. Similarly, the hardness also showed higher values. The carbide niobium added to the matrix of alumina delayed the sintering start, with an increase of about 30% in shrinkage initial states, when 6% of NbC was added. Composite with addition of 1,5% of NbC have higher density and hardness, even at lower sintering temperatures. The adding of niobium carbide to the alumina matrix and higher sintering temperatures provided higher density, hardness and fracture toughness to the composite. The best densification and hardness results of were obtained for composites produced with alumina A16 and when 1.5% of NbC was added.

Avanços tecnológicos geram a necessidade de materiais com propriedades cada vez melhores, de acordo com a sua aplicação final. Compósitos de alumina com adição de partículas de carbeto são uma opção promissora de aplicação estrutural. Neste trabalho foi estudada a influência da diferença de distribuição e tamanho de partículas de duas aluminas comerciais, a adição de 1,5 e 6% em volume de carbeto de nióbio e a adição de 500 ppm de óxido de magnésio, nas propriedades microestruturais e mecânicas de compósitos à base de alumina. Foram preparados corpos de prova por prensagem uniaxial e isostática, sinterizados em forno de resistência de grafite a temperaturas de 1600, 1650, 1700 e 1750°C, por trinta minutos, em atmosfera com pressão positiva de argônio. As amostras obtidas foram avaliadas quanto à densidade, microestrutura e propriedades mecânicas. Também foram realizados ensaios de difusão para verificar a reatividade química entre pares formados por amostras de alumina e ferro fundido cinzento. As características físicas e químicas das aluminas comerciais utilizadas acarretaram diferenças nos materiais finais; os compósitos produzidos com alumina A16 apresentaram densidade maior do que os produzidos com alumina A1000, nas mesmas condições; assim como os valores de dureza também foram maiores. A adição de 6vol% de carbeto de nióbio à matriz de alumina retarda o início da sinterização, enquanto que a adição de 1,5vol% não provoca mudanças sensíveis na cinética de densificação em relação aos materiais sem adição. Os valores de densidade e dureza dos compósitos contendo 1,5vol% de NbC foram superiores nas menores temperaturas de sinterização utilizadas. Os melhores resultados de densificação (>96% Dt) e dureza (>15GPa) foram obtidos para compósitos produzidos com alumina A16 e adição de 1,5% de NbC. / The worldwide technological advances generate the needs of improved materials with better properties, according to its final purpose. Alumina composites with the addition of carbide particles have become an interesting option for structural applications. This work studies the influence of two commercial aluminas with different particle size and the adding of 1.5 and 6% in volume of niobium carbide and MgO 500 ppm in microstructural and mechanical properties of the composite. Samples were prepared by uniaxial and isostatic pressing and sintering was carried out in a graphite resistance furnace at 1600, 1650, 1700 and 1750°C for thirty minutes in Ar atmosphere. The obtained samples were evaluated sintering behavior, density, microstructure and mechanical properties, diffusion tests were realized to verify chemical reactivity between pairs formed by alumina and gray cast iron samples. The differences between aluminas caused some changes on the composites final properties. The composites produced with A16 alumina presented density about 2% higher than those produced with A1000 alumina. Similarly, the hardness also showed higher values. The carbide niobium added to the matrix of alumina delayed the sintering start, with an increase of about 30% in shrinkage initial states, when 6% of NbC was added. Composite with addition of 1,5% of NbC have higher density and hardness, even at lower sintering temperatures. The adding of niobium carbide to the alumina matrix and higher sintering temperatures provided higher density, hardness and fracture toughness to the composite. The best densification and hardness results of were obtained for composites produced with alumina A16 and when 1.5% of NbC was added.

Na presente Tese, foi investigado o efeito de tratamentos térmicos reativos nas propriedades físico-químicas e, em alguns casos, nas propriedades elétricas de filmes de SiO2 crescidos termicamente sobre carbeto de silício. Foram abordados os principais processos que visam melhorar as propriedades elétricas da interface SiO2/SiC: reoxidação em O2 e H2O (vapor d’água) e tratamentos térmicos em H2 e NO. Na etapa em que foi investigado o efeito da temperatura de reoxidação em estruturas SiO2/SiC, foram utilizadas técnicas de microscopia de força atômica e análise por reação nuclear, que nos permitiram concluir que uma reoxidação em O2 realizada a baixa temperatura reduz a rugosidade da interface, enquanto que uma reoxidação em alta temperatura aumenta a sua rugosidade, provavelmente aumentando os defeitos eletricamente ativos dessa estrutura. Na segunda etapa, investigamos a incorporação, distribuição em profundidade e dessorção de hidrogênio no sistema SiO2/SiC utilizando análises por reações nucleares. Observamos uma ligação química do hidrogênio muito mais forte com a estrutura SiO2/SiC e com SiC do que no caso do SiO2/Si e do Si. O efeito de tratamentos térmicos em atmosfera de NO e O2 feitos em diferentes seqüências também foi investigado. Através de análises por Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por Raios-X, análises com feixes de íons e curvas Capacitância-Voltagem, foi observada uma forte troca isotópica entre o oxigênio da fase gasosa e o oxigênio do filme dielétrico, além do benéfico efeito do nitrogênio nas propriedades elétricas da interface SiO2/SiC. As investigações da incorporação de vapor d’água nos filmes de SiO2 crescidos sobre SiC e sobre Si, feitas utilizando análises com feixes de íons, mostraram diferenças marcantes na interação da água com as duas estruturas. Houve maior incorporação de oxigênio no filme pré-existente de SiO2 sobre SiC do que em SiO2/Si, evidenciando uma maior concentração de defeitos nesses filmes sobre SiC. Hidrogênio também foi incorporado em maiores quantidades nas estruturas SiO2/SiC em regiões defeituosas do filme dielétrico e da interface SiO2/SiC. Esforços para relacionar as propriedades físico-químicas observadas com as propriedades elétricas das estruturas foram feitos ao longo de todo o trabalho. / In the present thesis the effects of reactive thermal treatments on the physicochemical and, in some cases, on the electrical properties of thermally grown SiO2 films on silicon carbide were investigated. We employed the most widely used thermal treatments to passivate electrically active defects present in the SiO2/SiC interface region, namely: reoxidations in O2 and H2O (water vapor) and thermal annealings in H2 and NO. In the investigation on the effects of reoxidation temperature in the SiO2/SiC structure, atomic force microscopy and nuclear reaction analysis were used, which allowed us to conclude that a lowtemperature reoxidation in O2 leads to a decrease of the SiC surface roughness, while a high-temperature reoxidation leads to an increase of the SiC surface roughness, probably also increasing the electrically active defects near this interface. Thermally induced hydrogen incorporation, depth distribution and loss were investigated using nuclear reaction analyses. Hydrogen is found to be much more strongly bound to SiO2/SiC and to SiC structures than to their Si counterparts. The effects of thermal treatments in NO and O2 atmospheres in different sequences were also investigated. X-ray photoelectron spectroscopy, ion beam analyses and capacitance-voltage characterization allowed us to observe a strong isotopic exchange between oxygen from the gas phase and oxygen from the film, besides the beneficial effect of nitrogen on the electrical properties of the SiO2/SiC interface.The incorporation of water vapor in SiO2 films thermally grown on SiC and on Si revealed remarkably differences in the water interaction with both structures. A higher incorporation of oxygen in SiO2 pre-existent films on SiC compared with SiO2 films on Si indicates a higher concentration of defects in SiO2 films on SiC. Hydrogen was also incorporated in higher amounts in SiO2/SiC structures, both in the interface and in defective regions of the SiO2 film. Efforts to relate the observed physico-chemical properties with the electrical properties of these structures were performed along the whole work.

OLIVEIRA, Erlania Lima de. Propriedades Eletrônicas de Dispositivos MOS Baseados em SiC. 2005. 95 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2005. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:23:34Z No. of bitstreams: 1 2005_dis_eloliveira.pdf: 1943111 bytes, checksum: 4c7f59af1ab6ffe6fa88b03b1c341459 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T17:24:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2005_dis_eloliveira.pdf: 1943111 bytes, checksum: 4c7f59af1ab6ffe6fa88b03b1c341459 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T17:24:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2005_dis_eloliveira.pdf: 1943111 bytes, checksum: 4c7f59af1ab6ffe6fa88b03b1c341459 (MD5) Previous issue date: 2005 / O carbeto de silício (SiC) é considerado um material promissor para aplicações que demandam altas potências, altas freqüências, e para funcionamento em temperaturas elevadas e ambientes quimicamente hostis, condições nas quais as atuais tecnologias baseadas em Si e GaAs não oferecem performances satisfatórias. Esta versatilidade deve-se a características notáveis como grande gap de energia, alta mobilidade eletrônica, alta condutividade térmica, altos campos de ruptura dielétrica, estabilidade e resistência mecânica. Além disso, o SiC pode ser crescido em mais de 200 politipos envolvendo três estruturas cristalinas: cúbica (zincoblenda), hexagonal (wurtizita) e romboédrica. A vantagem mais significativa do SiC sobre outros semicondutores de gap largo é a capacidade de se crescer SiO2 termicamente, similar a do Si. Infelizmente, dispositivos baseados em SiC não podem competir com tecnologias baseadas em Si nas áreas de baixo custo, densidade funcional e temperaturas moderadas. Embora a tecnologia do SiC esteja evoluindo rapidamente, há ainda vários problemas a serem resolvidos como crescimento cristalino em larga escala, minimização de defeitos e otimização da performance dos dispositivos. A finalidade deste trabalho é desenvolver ferramentas teóricas e computacionais para a investigação das propriedades elétricas e eletrônicas de capacitores MOS baseados em SiC. O modelo físico utilizado baseia-se na solução das equações acopladas de Poisson e Schrödinger. Embora o modelo descrito seja geral o suficiente para ser aplicado em dispositivos mais complexos e geometrias tridimensionais, optou-se por um modelamento unidimensional, uma vez que os fenômenos físicos que regem o funcionamento básico de dispositivos MOSFET's podem ser perfeitamente capturados pelo modelamento unidimensional de capacitores MOS.

Na presente Tese, foi investigado o efeito de tratamentos térmicos reativos nas propriedades físico-químicas e, em alguns casos, nas propriedades elétricas de filmes de SiO2 crescidos termicamente sobre carbeto de silício. Foram abordados os principais processos que visam melhorar as propriedades elétricas da interface SiO2/SiC: reoxidação em O2 e H2O (vapor d’água) e tratamentos térmicos em H2 e NO. Na etapa em que foi investigado o efeito da temperatura de reoxidação em estruturas SiO2/SiC, foram utilizadas técnicas de microscopia de força atômica e análise por reação nuclear, que nos permitiram concluir que uma reoxidação em O2 realizada a baixa temperatura reduz a rugosidade da interface, enquanto que uma reoxidação em alta temperatura aumenta a sua rugosidade, provavelmente aumentando os defeitos eletricamente ativos dessa estrutura. Na segunda etapa, investigamos a incorporação, distribuição em profundidade e dessorção de hidrogênio no sistema SiO2/SiC utilizando análises por reações nucleares. Observamos uma ligação química do hidrogênio muito mais forte com a estrutura SiO2/SiC e com SiC do que no caso do SiO2/Si e do Si. O efeito de tratamentos térmicos em atmosfera de NO e O2 feitos em diferentes seqüências também foi investigado. Através de análises por Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por Raios-X, análises com feixes de íons e curvas Capacitância-Voltagem, foi observada uma forte troca isotópica entre o oxigênio da fase gasosa e o oxigênio do filme dielétrico, além do benéfico efeito do nitrogênio nas propriedades elétricas da interface SiO2/SiC. As investigações da incorporação de vapor d’água nos filmes de SiO2 crescidos sobre SiC e sobre Si, feitas utilizando análises com feixes de íons, mostraram diferenças marcantes na interação da água com as duas estruturas. Houve maior incorporação de oxigênio no filme pré-existente de SiO2 sobre SiC do que em SiO2/Si, evidenciando uma maior concentração de defeitos nesses filmes sobre SiC. Hidrogênio também foi incorporado em maiores quantidades nas estruturas SiO2/SiC em regiões defeituosas do filme dielétrico e da interface SiO2/SiC. Esforços para relacionar as propriedades físico-químicas observadas com as propriedades elétricas das estruturas foram feitos ao longo de todo o trabalho. / In the present thesis the effects of reactive thermal treatments on the physicochemical and, in some cases, on the electrical properties of thermally grown SiO2 films on silicon carbide were investigated. We employed the most widely used thermal treatments to passivate electrically active defects present in the SiO2/SiC interface region, namely: reoxidations in O2 and H2O (water vapor) and thermal annealings in H2 and NO. In the investigation on the effects of reoxidation temperature in the SiO2/SiC structure, atomic force microscopy and nuclear reaction analysis were used, which allowed us to conclude that a lowtemperature reoxidation in O2 leads to a decrease of the SiC surface roughness, while a high-temperature reoxidation leads to an increase of the SiC surface roughness, probably also increasing the electrically active defects near this interface. Thermally induced hydrogen incorporation, depth distribution and loss were investigated using nuclear reaction analyses. Hydrogen is found to be much more strongly bound to SiO2/SiC and to SiC structures than to their Si counterparts. The effects of thermal treatments in NO and O2 atmospheres in different sequences were also investigated. X-ray photoelectron spectroscopy, ion beam analyses and capacitance-voltage characterization allowed us to observe a strong isotopic exchange between oxygen from the gas phase and oxygen from the film, besides the beneficial effect of nitrogen on the electrical properties of the SiO2/SiC interface.The incorporation of water vapor in SiO2 films thermally grown on SiC and on Si revealed remarkably differences in the water interaction with both structures. A higher incorporation of oxygen in SiO2 pre-existent films on SiC compared with SiO2 films on Si indicates a higher concentration of defects in SiO2 films on SiC. Hydrogen was also incorporated in higher amounts in SiO2/SiC structures, both in the interface and in defective regions of the SiO2 film. Efforts to relate the observed physico-chemical properties with the electrical properties of these structures were performed along the whole work.

Na presente Tese, foi investigado o efeito de tratamentos térmicos reativos nas propriedades físico-químicas e, em alguns casos, nas propriedades elétricas de filmes de SiO2 crescidos termicamente sobre carbeto de silício. Foram abordados os principais processos que visam melhorar as propriedades elétricas da interface SiO2/SiC: reoxidação em O2 e H2O (vapor d’água) e tratamentos térmicos em H2 e NO. Na etapa em que foi investigado o efeito da temperatura de reoxidação em estruturas SiO2/SiC, foram utilizadas técnicas de microscopia de força atômica e análise por reação nuclear, que nos permitiram concluir que uma reoxidação em O2 realizada a baixa temperatura reduz a rugosidade da interface, enquanto que uma reoxidação em alta temperatura aumenta a sua rugosidade, provavelmente aumentando os defeitos eletricamente ativos dessa estrutura. Na segunda etapa, investigamos a incorporação, distribuição em profundidade e dessorção de hidrogênio no sistema SiO2/SiC utilizando análises por reações nucleares. Observamos uma ligação química do hidrogênio muito mais forte com a estrutura SiO2/SiC e com SiC do que no caso do SiO2/Si e do Si. O efeito de tratamentos térmicos em atmosfera de NO e O2 feitos em diferentes seqüências também foi investigado. Através de análises por Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por Raios-X, análises com feixes de íons e curvas Capacitância-Voltagem, foi observada uma forte troca isotópica entre o oxigênio da fase gasosa e o oxigênio do filme dielétrico, além do benéfico efeito do nitrogênio nas propriedades elétricas da interface SiO2/SiC. As investigações da incorporação de vapor d’água nos filmes de SiO2 crescidos sobre SiC e sobre Si, feitas utilizando análises com feixes de íons, mostraram diferenças marcantes na interação da água com as duas estruturas. Houve maior incorporação de oxigênio no filme pré-existente de SiO2 sobre SiC do que em SiO2/Si, evidenciando uma maior concentração de defeitos nesses filmes sobre SiC. Hidrogênio também foi incorporado em maiores quantidades nas estruturas SiO2/SiC em regiões defeituosas do filme dielétrico e da interface SiO2/SiC. Esforços para relacionar as propriedades físico-químicas observadas com as propriedades elétricas das estruturas foram feitos ao longo de todo o trabalho. / In the present thesis the effects of reactive thermal treatments on the physicochemical and, in some cases, on the electrical properties of thermally grown SiO2 films on silicon carbide were investigated. We employed the most widely used thermal treatments to passivate electrically active defects present in the SiO2/SiC interface region, namely: reoxidations in O2 and H2O (water vapor) and thermal annealings in H2 and NO. In the investigation on the effects of reoxidation temperature in the SiO2/SiC structure, atomic force microscopy and nuclear reaction analysis were used, which allowed us to conclude that a lowtemperature reoxidation in O2 leads to a decrease of the SiC surface roughness, while a high-temperature reoxidation leads to an increase of the SiC surface roughness, probably also increasing the electrically active defects near this interface. Thermally induced hydrogen incorporation, depth distribution and loss were investigated using nuclear reaction analyses. Hydrogen is found to be much more strongly bound to SiO2/SiC and to SiC structures than to their Si counterparts. The effects of thermal treatments in NO and O2 atmospheres in different sequences were also investigated. X-ray photoelectron spectroscopy, ion beam analyses and capacitance-voltage characterization allowed us to observe a strong isotopic exchange between oxygen from the gas phase and oxygen from the film, besides the beneficial effect of nitrogen on the electrical properties of the SiO2/SiC interface.The incorporation of water vapor in SiO2 films thermally grown on SiC and on Si revealed remarkably differences in the water interaction with both structures. A higher incorporation of oxygen in SiO2 pre-existent films on SiC compared with SiO2 films on Si indicates a higher concentration of defects in SiO2 films on SiC. Hydrogen was also incorporated in higher amounts in SiO2/SiC structures, both in the interface and in defective regions of the SiO2 film. Efforts to relate the observed physico-chemical properties with the electrical properties of these structures were performed along the whole work.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6543.pdf: 4737897 bytes, checksum: bbbcbfbe652f9e62291ea3c6b3e8f57a (MD5) Previous issue date: 2010-02-04 / In order to fulfill modern market requirements based on increased search for SiC Si3N4 products with high performance and good cost/benefit ratio, there is a natural need for additives able to sinter as well as decrease the inherent oxidation tendency of this products. Refractories based on SiC Si3N4 present several important thermal and mechanical properties at high temperatures which lead them to be used as sagars and overall furnace furniture. However carbides and nitrides including SiC Si3N4 are instable at high temperatures in air. The formation of a surface silica layer and other intergranulary distributed silicates, may function as oxidation protection. However, at the same time at high temperatures the thermal and mechanical properties can be badly affected. Based on these assumptions in this work it is presented a study involving the effect of boron carbide as a sintering and antioxidant protector on SiC Si3N4 used mainly kiln furniture. The results indicate that the use of boron carbide was very effective on fulfilling both requirements that is as sintering additive and anti oxidant. / Os mercados atuais são norteados pela crescente demanda por produtos de elevado desempenho com boa relação custo/benefício. Neste aspecto, o estudo de aditivos que melhorem ainda mais as propriedades inerentes dos produtos refratários de carbeto de silício ligados a nitreto de silício (SiC Si3N4) utilizados em mobílias de fornos para queima de cerâmicas, torna-se uma necessidade. Nesta dissertação é apresentado um estudo envolvendo a adição de carbeto de boro, em formulações industriais de SiCSi3N4 destinadas à confecção de peças de mobílias de fornos para queima de produtos cerâmicos, cuja temperatura de operação varie na faixa de 1000°C a 1400°C. Foi adicionado B4C em quantidades variadas, objetivando estudar a variação do comportamento em função da quantidade de aditivo. O método utilizado para verificar a variação do comportamento, foi o teste de oxidação segundo norma ASTM, onde os corpos de prova foram avaliados em relação ao aumento de massa e de volume, parâmetros esses, que indicam o grau de oxidação dos corpos de prova. Levando-se em conta que o processo industrial tradicional conta com processos de queima e requeima, também foi analisada a possibilidade da extinção da segunda etapa, visando a redução de custos. Os resultados indicaram que a adição de carbeto de boro cumpriu dois requisitos relevantes, quais sejam, agente anti-oxidante e também como aditivo de sinterização, e que a etapa de requeima é indispensável para a obtenção das propriedades desejadas nas peças em carbeto de silício ligado a nitreto de silício.

A celulose é o biopolímero mais abundante na natureza e apresenta grande potencial para ser processada e produzir de maneira sustentável biocombustíveis e produtos químicos. A conversão catalítica é um dos meios mais promissores para transformação da celulose. A separação entre produtos e catalisadores é uma etapa importante para indústria, o que coloca a catálise heterogênea em posição privilegiada como via de conversão, devido à facilidade de separação entre produto e catalisador. A hidrogenólise é uma via de transformação que promove a quebra de ligações C-C e a retirada de átomos de oxigênio, levando a uma gama de combustíveis e produtos químicos. Os carbetos de metais de transição suportados em carvão ativo são efetivos na quebra de ligações C-C, enquanto o paládio atua tanto na quebra de ligações C-C como em etapas de hidrogenação. Assim, este trabalho estudou as propriedades estruturais e catalíticas de catalisadores de carbeto de tungstênio suportados em carvão ativado e promovidos com paládio. Foram preparados e caracterizados catalisadores de WXC sem promotor e com 1 e 2% de Pd. As medidas de fisissorção de N2 revelou que os catalisadores são formados por uma mistura de micro e mesoporos. A análise de difração de raios X revelou predominância da fase W2C nos catalisadores promovidos por Pd, enquanto que nos catalisadores ausentes de Pd ocorreu um misto de fases carbeto. As medidas de XPS revelaram que quanto maior quantidade de Pd na amostra, se tem mais tungstênio exposto na superfície. A seguir, os catalisadores foram aplicados em reações de conversão de celulose sob pressão de hidrogênio. A conversão de celulose foi determinada por gravimetria (balanço de massa) e termogravimetria e os produtos foram identificados e quantificados por cromatografia gasosa GC e por HPLC. Foram obtidos rendimentos em torno de 40% para etileno glicol, com 77% de conversão de celulose, em reações de 120 min a 220°C com o catalisador 2% WXC/C. Além disso, foram testados diferentes substratos e catalisadores para se entender o mecanismo de conversão e o papel de cada componente do catalisador na rota reacional. A obtenção de etileno glicol a partir da celulose se passa através da hidrólise do polissacarídeo em monômeros de glicose, reação retro-aldol produzindo glicolaldeído e hidrogenação para obtenção do etileno glicol. / Cellulose is the most abundant biopolymer in nature and has great potential to be processed and to sustainably produce biofuels and chemicals. The catalytic conversion is one of the most promising ways for processing cellulose. The separation between the products and the catalysts is an important step for the industry, which puts the heterogeneous catalysis in prime position as route of conversion due to the easiness of separation of product and catalyst. Hydrogenolysis is a processing way that promotes breaking C-C bonds and the removal of oxygen atoms, leading to a variety of fuels and chemicals. The carbides of transition metals supported on activated carbon are effectives in breaking C-C bonds, while palladium acts both in breaking C-C bonds and in the hydrogenation steps. So, this work studied the structural and catalytic properties of catalysts of tungsten carbides supported on activated carbon and promoted with palladium. Catalysts WXC without promoter and 1 and 2% Pd were prepared and characterized. The N2 physisorption measurements showed that a mixture of micro and mesopores forms the catalysts. The analysis of X-ray diffraction revealed the predominance of W2C phase in the catalysts promoted with Pd, while in the catalysts absent from Pd a mixture of carbide phases occurred. XPS measurements showed that the greater amount of Pd in the sample, it is more tungsten exposed on the surface. Then, the catalysts were applied in cellulose conversion reactions under hydrogen pressure. The conversion of cellulose was determined by gravimetry (mass balance) and thermogravimetry, and the products were identified and quantified by GC and HPLC. Yields around 40% for ethylene glycol were obtained, corresponding to 77% conversion of cellulose, in reactions performed at 220 °C and 120 min reaction time, with catalyst 2% PdWXC/C. Additionally, different substrates and catalysts were tested for understanding the conversion mechanism and the role of each component of the catalyst in the reaction route. Obtaining ethylene glycol from cellulose goes through hydrolysis of the polysaccharide into glucose monomers, retro-aldol reaction producing glycolaldehyde and hydrogenating to obtain ethylene glycol.

A celulose é o biopolímero mais abundante na natureza e apresenta grande potencial para ser processada e produzir de maneira sustentável biocombustíveis e produtos químicos. A conversão catalítica é um dos meios mais promissores para transformação da celulose. A separação entre produtos e catalisadores é uma etapa importante para indústria, o que coloca a catálise heterogênea em posição privilegiada como via de conversão, devido à facilidade de separação entre produto e catalisador. A hidrogenólise é uma via de transformação que promove a quebra de ligações C-C e a retirada de átomos de oxigênio, levando a uma gama de combustíveis e produtos químicos. Os carbetos de metais de transição suportados em carvão ativo são efetivos na quebra de ligações C-C, enquanto o paládio atua tanto na quebra de ligações C-C como em etapas de hidrogenação. Assim, este trabalho estudou as propriedades estruturais e catalíticas de catalisadores de carbeto de tungstênio suportados em carvão ativado e promovidos com paládio. Foram preparados e caracterizados catalisadores de WXC sem promotor e com 1 e 2% de Pd. As medidas de fisissorção de N2 revelou que os catalisadores são formados por uma mistura de micro e mesoporos. A análise de difração de raios X revelou predominância da fase W2C nos catalisadores promovidos por Pd, enquanto que nos catalisadores ausentes de Pd ocorreu um misto de fases carbeto. As medidas de XPS revelaram que quanto maior quantidade de Pd na amostra, se tem mais tungstênio exposto na superfície. A seguir, os catalisadores foram aplicados em reações de conversão de celulose sob pressão de hidrogênio. A conversão de celulose foi determinada por gravimetria (balanço de massa) e termogravimetria e os produtos foram identificados e quantificados por cromatografia gasosa GC e por HPLC. Foram obtidos rendimentos em torno de 40% para etileno glicol, com 77% de conversão de celulose, em reações de 120 min a 220°C com o catalisador 2% WXC/C. Além disso, foram testados diferentes substratos e catalisadores para se entender o mecanismo de conversão e o papel de cada componente do catalisador na rota reacional. A obtenção de etileno glicol a partir da celulose se passa através da hidrólise do polissacarídeo em monômeros de glicose, reação retro-aldol produzindo glicolaldeído e hidrogenação para obtenção do etileno glicol. / Cellulose is the most abundant biopolymer in nature and has great potential to be processed and to sustainably produce biofuels and chemicals. The catalytic conversion is one of the most promising ways for processing cellulose. The separation between the products and the catalysts is an important step for the industry, which puts the heterogeneous catalysis in prime position as route of conversion due to the easiness of separation of product and catalyst. Hydrogenolysis is a processing way that promotes breaking C-C bonds and the removal of oxygen atoms, leading to a variety of fuels and chemicals. The carbides of transition metals supported on activated carbon are effectives in breaking C-C bonds, while palladium acts both in breaking C-C bonds and in the hydrogenation steps. So, this work studied the structural and catalytic properties of catalysts of tungsten carbides supported on activated carbon and promoted with palladium. Catalysts WXC without promoter and 1 and 2% Pd were prepared and characterized. The N2 physisorption measurements showed that a mixture of micro and mesopores forms the catalysts. The analysis of X-ray diffraction revealed the predominance of W2C phase in the catalysts promoted with Pd, while in the catalysts absent from Pd a mixture of carbide phases occurred. XPS measurements showed that the greater amount of Pd in the sample, it is more tungsten exposed on the surface. Then, the catalysts were applied in cellulose conversion reactions under hydrogen pressure. The conversion of cellulose was determined by gravimetry (mass balance) and thermogravimetry, and the products were identified and quantified by GC and HPLC. Yields around 40% for ethylene glycol were obtained, corresponding to 77% conversion of cellulose, in reactions performed at 220 °C and 120 min reaction time, with catalyst 2% PdWXC/C. Additionally, different substrates and catalysts were tested for understanding the conversion mechanism and the role of each component of the catalyst in the reaction route. Obtaining ethylene glycol from cellulose goes through hydrolysis of the polysaccharide into glucose monomers, retro-aldol reaction producing glycolaldehyde and hydrogenating to obtain ethylene glycol.

Nesta dissertação discorremos acerca do crescimento e caracterização de filmes finos de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-Si1-xCx:H), crescidos pelo método de deposição química de vapor assistida por plasma (PECVD) no regime de baixa densidade de potência a partir de misturas de silano e metano. Foram analisadas e correlacionadas as propriedades ópticas, morfológicas e composicionais de filmes depositados em diferentes condições de fluxo de silano e concentração de metano. Os resultados não apenas confirmaram dados anteriores obtidos em filmes de a-Si1-xCx:H similares, mas possibilitaram uma melhor compreensão das características deste material. Para a obtenção de um composto de alto gap, alto conteúdo de carbono, química e morfologicamente homogêneo é necessário utilizar baixos fluxos de silano e alta concentração de metano, condições de deposição conhecidas como regime de \"plasma faminto por silano\". Neste regime são crescidos filmes com Eg > 3 eV, x > 0,5, maior concentração de ligações Si-C, concentração de hidrogênio de 50 at.%, menor proporção de radicais CH3 e menor densidade de poros. / In this work we describe the growth and characterization of hydrogenated amorphous silicon carbide (a-Si1-xCx:H) thin films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) in the low power density regime from mixtures of silane and methane. The optical, morphological and compositional properties of films deposited under different silane flow and methane concentration were analyzed and correlated. The results not only confirmed previous data obtained on similar a-Si1-xCx:H films, but improved the comprehension of their characteristics. In order to obtain a compound with high optical gap, high carbon content, chemically and morphologically homogeneous, it is necessary to work with low silane flow and high methane concentration; deposition conditions known as \"silane starving plasma\" regime. In this regime, films with Eg > 3 eV, x > 0.5, higher concentration of Si-C bonds, hydrogen concentration of 50 at.%, smaller proportion of CH3 radicals and smaller density of pores are produced.