Made available in DSpace on 2015-04-14T13:58:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 441953.pdf: 3874457 bytes, checksum: 47b9d1258c5c65de4ec4b58c6e426780 (MD5) Previous issue date: 2012-08-27 / This paper describes the growth and characterization of III-V compound semiconductors, Ga1-xInxSb lightly doped with aluminum (Al) and cadmium (Cd). The Ga1-xInxSb compound is an interesting material for the development of optical modulators, lasers operating in the mid-infrared range, multi-junction solar cell and thermophotovoltaic cell use. The methodology presents the description of the crystal growth process through Vertical Bridgman Method. The distribution of indium and dopants, analyzed by Energy Dispersive Spectroscopy, was correlated to resistivity, carrier number and mobility throughout the crystals. The change of n-type conductivity to p-type in blades of the same crystals classifies the inhomogeneous distribution of indium dopant and suggests the presence of native defects. The inhomogeneous distribution of indium in the crystals and the segregation of indium antimonide at the end of the crystal is probably linked to destabilization of the solidliquid interface during the process of crystal growth / Este trabalho descreve o crescimento e a caracteriza??o de cristais de compostos semicondutores III-V, Ga1-xInxSb levemente dopados com Alum?nio (Al) e c?dmio (Cd). O composto Ga1-xInxSb ? um material interessante para o desenvolvimento de moduladores ?pticos, lasers operando na faixa de infravermelho m?dio, multijun??es de c?lulas solares e uso em c?lulas termofotovoltaicas. A metodologia apresenta a descri??o do processo de crescimento dos cristais atrav?s do m?todo Bridgman Vertical. A distribui??o do ?ndio e dos dopantes, analisada por Espectroscopia por Dispers?o de Energia foi correlacionada com a resistividade, n?mero de portadores e mobilidade ao longo dos cristais. A mudan?a da condutividade tipo n para tipo p em l?minas do mesmo cristal classifica a distribui??o heterog?nea do ?ndio e dos dopantes e sugere a presen?a de defeitos nativos. A distribui??o n?o uniforme do ?ndio nos cristais e a segrega??o do antimoneto de ?ndio para o final do cristal provavelmente esteja vinculada a desestabilidade da interface s?lido/l?quido durante o processo de crescimento dos cristais

Orientador: Patrícia Luíza Kegel. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Humanas e da Comunicação, Programa de Pós-Graduação em Desenvolvimento Regional.

Este trabalho relata um estudo sobre a síntese e a caracterização de mulita nanoestruturada a partir do processo sol-gel associado a um sistema de cristal líquido, avaliando-se a influência de um processo sobre o outro. Os sistemas de síntese foram preparados usando-se como reagentes precursores da mulita, o tetraetilortosilicato (TEOS) e o nitrato de alumínio nonahidratado (ANN) e, como formadores do cristal líquido, o surfatante Renex com diferentes tamanhos de cadeia hidrofílica (R100, R60 e R40) e uma solução aquosa de ácido nítrico, nas seguintes razões molares: 1,0 TEOS : 3,0 ANN : x Renex : 1,0 HNO3(aq), onde x é igual a 1,3 para R100, 1,6 para R60 e 2,2 para R40. As técnicas utilizadas para caracterização tanto do cristal líquido quanto da mulita foram: DRX, GIXRD, SAXS, MOLP, TGA/DTG, DTA e AFM. Os resultados de SAXS e DRX indicaram que os sistemas binários compostos por R100/HNO3(aq) formaram mesofases hexagonais, enquanto os sistemas contendo R40 e R60 formaram mesofases lamelares. A adição de TEOS e ANN interferiu negativamente na microestrutura destes cristais líquidos, devido a dois fatores: i) uma possível deficiência na retirada do etanol formado durante a hidrólise do TEOS e ii) a temperatura de secagem, mantida por estufa a 30 C. Estes dois fatores conjuntamente podem ter desestabilizado o sistema cristal líquido. Com relação à influência do cristal líquido no processo sol-gel, verificou-se por DRX a formação de mulita apenas para o sistema que continha R100, o que pode indicar que a estrutura lamelar dificultou a difusão dos íons Al3+ através do sistema, enquanto a estrutura hexagonal permitiu a formação de um gel mais homogêneo, com a formação de ligações Si-O-Al.

Neste trabalho realizamos o crescimento de monocristais de &#945-HgI2 e PbI2, utilizados na confecção de detectores de radiação ionizante (raio-x e raio gama) a temperatura ambiente, bem como o crescimento de PbI2:HgI2 com composição nominal de HgI2 variando de 600 ppm ate 50000 ppm. Utilizamos o método de sublimação repetida para a purificação do iodeto de mercúrio e o crescimento do mesmo foi realizado pelo método PVT - \"Physical Vapor Transport\". Cristais de PbI2 and PbI2:HgI2 foram crescidos pelo método Bridgman. Apesar das diferentes estruturas cristalinas do HgI2 e PbI2, encontramos um limite de solubilidade em tomo de 600 ppm do iodeto de mercúrio no iodeto de chumbo. Através das medidas de fotoluminescência obtivemos informações sobre a pureza e qualidade cristalina das amostras obtidas. A largura da banda proibida dos cristais foi determinada através da absorção óptica, sendo de 2.10 eV para o HgI2 e por volta de 2.3 eV para o PbI2 e os cristais de PbI2: HgI2. Medimos também a condutividade elétrica em função da temperatura em todas as amostras. O valor da condutividade elétrica a temperatura ambiente e de 10-13 &#937-1 cm-1 para o HgI2, 10-12&#937-1 cm-1 para o PbI2 e varia entre 10-11 e 10-14 &#937-1 cm-1 para os cristais de PbI2: HgI2. Os cristais de HgI2 e PbI2 obtidos possuem boa qualidade cristalina, pureza, altos valores de largura de banda proibida e baixos valores de condutividade elétrica; qualidades necessárias para o bom desempenho em detectores de radiação ionizante / In this work we describe the growth of &#945-HgI2 and PbI2 single crystals, that are used to produce high energy radiation detectors (x-ray and y-ray) at room temperature, as well as the growth of PbI2:HgI2 crystals with nominal composition of HgI2 varying from 600 ppm to 50000 ppm. We used the repeated sublimation method to purify the mercuric iodide, and the growth of this material was done using the \"Physical Vapor Transport\" - PVT method. PbI2 and PbI2:Hgh crystals were growth by Bridgman method. In spite of the difference between the PbI2 and Hgb structures, we found a solubility limit of about 600 ppm of the mercuric iodide in the lead iodide. Using photoluminescence measurements we got information about purity and crystalline quality of the obtained samples. The gap energy of these crystals was determined through optical absorption, these values are 2.1 eV for HgI2 and about 2.3 for PbI2 and PbI2: HgI2 crystals. We also made measurements of the temperature dependence of the electrical conductivity in the samples. The electrical conductivity values at room temperature are about 10-13 &#937-1 cm-1 for HgI2, 10-12&#937-1 cm-1 for PbI2 and in the range of 10-11 and 10-14 &#937-1 cm-1 for PbI2: HgI2 crystals. The HgI2 and PbI2 crystals obtained have good crystalline quality, purity, high values of gap energy and low values of electrical conductivity those are necessary properties to good performance detectors

Neste trabalho é investigado o comportamento de partículas coloidais em cristais líquidos liotrópicos nas diferentes fases nemáticas. Nessas fases, existe uma ordem orientacional de longo alcance das micelas no volume. O regime de ancoramento das micelas na superfície das partículas, que pode ser forte ou fraco, depende diretamente da energia de ancoramento W, do raio R das partículas coloidais, e da constante elástica K do crista/líquido [8]. Em casos de ancoramento fraco, a simetria da ordem orientacional das micelas próxima às superfícies das partículas, bem como no volume, é a mesma nas fases nemáticas calamítica (\'N IND. c\') e discótica (\'N IND. d\'). Utilizando-se partículas de sílica nanométricas, observa-se por técnicas de microscopia óptica, que, para amostras mais concentradas (fração volumétrica \'fi\'\'DA ORDEM DE\'\'10 POT. -3\'), ocorre uma separação de fases, enquanto que, em sistemas mais diluídos (\'fi\'\'DA ORDEM DE\'\'10 POT. -5\'), existe uma organização das partículas no meio líquido cristalino em temperaturas próximas à \'N IND. d\'. Quando partículas de látex de diâmetro 90nm são dispersadas no cristal líquido liotrópico na fase \'N IND. c\'. c, agregados anisométricos tridimensionais são observados. Apesar de esse tipo de agregado não ter sido anteriormente observado, esse comportamento era previsto teoricamente dentro de certas condições que são satisfeitas pelo sistema nemático liotrópico liotrópico + látex. No entanto, esses agregados desaparecem na fase \'N IND. d\'. Os diferentes comportamentos em \'N IND. c\' e \'N IND. d\' estão ligados à organização do meio liquido-cristalino, assim como às interações entre as partículas e entre as partículas e o meio. F oram feitas também medidas diretas de força por meio de um SFA (surface Force Apparatus) em um cristal líquido liotrópico puro confinado entre duas superfícies. Tais medidas mostram que o perfil da força em função da distância entre as superfícies é diferente em \'N IND. d\' e \'N IND. c\'. / In this work, the behavior of colloidal particles dispersed into a nematic lyotropic liquid crystal matrix is investigated. In such systems, there is a long range orientational order of the micelles in the volume. The micelles anchoring on the particles surfaces can be strong or weak, depending of the anchoring strength W, the particles radius R and the liquid crystal elastic constant K. For weak anchoring, the symmetry of the orientational order in the surroundings of the particles surfaces, and also in the volume, remains the same for both calamitic (\'N IND. c\') and discotic (\'N IND. d\') nematic phases. It was observed that high concentrated solution of nanometric silica particles in a lyotropic medium leads to phase segregation. In more diluted systems, the silica particles tend to organize themselves in the nematic medium for temperatures close to \'N IND. d\'. For 90nm latex particles in the lyotropic matrix, 3D anisotropic aggregates was observed in \'N IND. c\' phases. Although it was never observed before, this behavior was theoretically previewed. On the other hand, there are no aggregates in \'N IND. d\' phase. The different behaviors observed on \'N IND. c\' and \'N IND. d\' phases are related to the liquid crystalline medium organization, as well as to the interparticles and medium with particles interactions. It is also shown in this work, by direct measurements in a pure lyotropic liquid crystal confined between two surfaces, that the force profiles in function of the distance between surfaces are different for \'N IND. c\' and \'N IND. d\' phases.

Realizamos medidas dielétricas a baixas freqüências (10-2-40Hz) em cristais de KCN empregando uma ponte de ultra-baixas freqüências, bem como a altas freqüências (50-104 Hz) empregando uma ponte de capacitância comercial (General Radio). As curvas de perda dielétrica mostraram um bom ajuste entre altas e baixas freqüências. Obtivemos picos de perda dielétrica num intervalo de cinco décadas e entre 53 e 78K. Os picos destas curvas foram ajustados segundo uma equação de Arrhenius, e obtivemos uma energia de ativação de 0,148 eV e um tempo de relaxação característico de 6,53 x 10-15s para os dipolos CN-. Para temperaturas entre 53 e 59K observamos o aparecimento gradual de um segundo pico de perdas de 25Hz. Sua origem ainda não é conhecida, mas isto sugere que o cristal de KCN pode apresentar propriedades de um dielétrico composto, com dois mecanismos de relaxação distintos. / Dielectric measurements were performed at low frequencies (10-2- 40Hz) with an ultra-low frequency bridge in KCN crystals , as well as at high frequencies (50-10-4 Hz) employing a commercial capacitance bridge (General Radio). The dielectric loss curves show a good adjustment between the high and low frequencies. We obtain dielectric loss peaks in a window of five decades and in the range of 53 and 78 K. The peaks of these curves were fitted with an Arrhenius expression giving for the CN- dipoles an activation energy of 0,148eV and an attempt relaxation time of 6,53x10-15. At temperatures between 53 and 59K we observed the gradual appearing of a second loss peak for frequency of 25Hz. Its origin is not yet known butt his suggestt that the KCN, crystal may present compound dielectric properties , with - two distinct relaxation mechanisms.

Nesta trabalho estudamos o efeito de refração não linear em cristais fluoretos dopados com Cr+3 e polímeros. Tais cristais fluoretos têm recebido bastante atenção dos pesquisadores por apresentarem um espectro de emissão de banda larga e ação laser sintonizável na região de aproximadamente 780-1010 nm. Aplicando a técnica de lente Térmica (LT), realizamos um estudo quantitativo do comportamento da eficiência quântica de emissão, na presença dos processos de supressão térmica da fluorescência e conversão ascendente. Apresentamos um novo método de aplicação da técnica de LT, que possibilita a determinação da eficiência quântica em função do parâmetro de saturação S (S= IM/Is, em que IM é a intensidade média incidente no material e Is a intensidade de saturação). A partir desses resultados é possível determinar o parâmetro de conversão ascendente Auger (γ), desde que se conheça a população total do Cr+3 ( N0) e o tempo de vida de emissão τ(τ-1=τR-1+τNR-1) do material investigado. Este método é apresentado para LiSAF dopados com 1% e 7% de Cr+3 , e LiSGaF 4.7% de dopagem de Cr+3, excitados em regime cw sob 15°C. No caso dos polímeros, estudamos a caracterização das propriedades não lineares (eletrônica e térmica) das amostras de polianilina (PANI) dopadas e não-dopadas com H2SO4 na forma plastificada e dissolvida em dimetil sulfóxido (DMSO). Utilizamos para isso as técnicas de LT (cw) e Z-scan (cw e pulso de 70 ps). As medidas foram realizadas em função da concentração de PANI e temperatura. Utilizando um laser de Nd:YAG com um trem de pulsos, realizamos um estudo dinâmico da não linearidade em função da concentração da PANI. Dessa forma pudemos discriminar o efeito eletrônico do efeito térmico, determinando o índice de refração não linear (n2f) um índice térmico (n2cth) que está relacionado ao parâmetro térmico dn/dT (variação do coeficiente óptico com a temperatura). / In this work we studied the effect of nonlinear refraction in Cr+3 doped fluoride host crystals and polymers. The fluoride crystals have been attractive due a broad emission bandwidth and a tunable solid-state lasing in the range of approximately 780-1010 nm. Applying the Thermal Lens (TL) technique, we accomplished a quantitative study of the behavior of the quantum efficiency, in the presence of the processes of the fluorescence thermal quenching and upconversion processes. We introduced a new method of application of the TL technique, which makes possible the determination of the quantum efficiency as a function of the saturation parameter S (S= IM/Is, where IM is the medium intensity in the material and Is, the saturation intensity). Based on those results it is possible to determine the Auger upconversion parameter (γ), it one knows the total population of Cr+3 (N0) and the emission lifetime τ(τ-1=τR-1+τNR-1) of the investigated material. This method is presented for 1% and 7% Cr+3 doped LiSAF, and 4.7% of Cr+3 doped LiSGaF, upon excitation in the cw regime at 15°C. In the case of the polymers, we studied the nonlinear properties (electronics and thermal nonlinearities) of the polyaniline samples (PANI) doped and nondoped with H2SO4 in the film form and dissolved in dimethylsulfoxide. We used the LT (cw) and Z-scan (cw and pulse of 70 ps) techniques. The measurements were accomplished as a function of the concentration of PANI and temperature. Using a laser of Nd:YAG with pulse trains, we accomplished the dynamic behavior of the optical nonlinearity as a function of the PANI concentration. By this method we were able to discriminate between electronic and thermal lensing nonlinearities, and allows the determination of the nonlinear refractive index (n2f) and thermal index (n2cth) that is related to the thermal parameter dn/dT (temperature coefficient of refractive index).

Na fase isotrópica de um cristal líquido liotrópico induziu-se uma birrefringência a partir de gradientes de velocidades. Os gradientes são produzidos pelo movimento de queda de uma placa plana no interior da amostra. O diagrama de fases (da mistura KL/DeOH/H2O) em função da temperatura apresenta duas fases lamelares (L) limitando a fase isotrópica(I). A perturbação mecânica introduzida na fase isotrópica da mistura induz uma birrefringência que relaxa com um tempo característico, , da ordem de 10 POT -2s. A birrefringência induzida por gradientes de velocidades na fase isotrópica é tratada como um processo de difusão de ordem no interior da mistura. Nesta proposição determina-se, experimentalmente, um comprimento característico, l (que informa sobre as propriedades de correlação entre as micelas), a partir de medidas de transmitância em função do tempo. Esse parâmetro é da ordem de 10 POT -5 cm. O comportamento de e l em função da temperatura indica a existência de uma fase nemática virtual (FNV) no domínio isotrópico. / The flow birefringence induced in a lyotropic mixture in the isotropic phase was produced by means of velocities gradients. The gradients are produced by the movement of a plate inside the sample. As a function of temperature, the isotropic phase(I) is surrounded by two lamellar(L) phases in the phase diagram (mixture KL/DeOH/H2O). The shear flow produced by a perturbation in the isotropic phase induces a birefringence which relaxes with a typical relaxation time, ~10-2 s. The birefringence induced by velocities gradients is treated by means of an order diffusion process into the mixture. In this approach a characteristic length, l, (which informs about the correlation properties between the micelles) is experimentally obtained with the measurement of the transmittance as a function of the time. This parameter is about 10-5cm. The behavior of and 1: versus temperature indicate the existence of a virtual nematic phase(VNP) in the isotropic phase.

Efetuamos o estudo da constante elástica efetiva de splay-bend K IND.13 por técnicas ópticas para um cristal líquido liotrópico. Neste experimento encontramos a razão entre K IND.13 e a constante elástica usual de Frank como sendo positiva e da ordem de 1. A análise teórica mostra que próximo à transição nemática-isotrópica o modelo termodinâmico para a temperatura de transição na superfície funciona razoavelmente bem. Na região de baixas temperaturas próxima à transição lamelarnemática são observados desvios importantes do comportamento teórico. No sentido interpretar os dados experimentais, propomos uma extensão fenomenológica simples do modelo termodinâmico que leva em conta as diferentes contribuições para a energia de superficie e a ordem lamelar residual próxima à superficie na fase nemática. Mostramos além disso que a constante clássica efetiva de splay-bend depende da concentração de ferrofluido na amostra. Analisamos também a influência do tratamento de superfície sobre a parte anisotrópica da tensão superficial de um cristal líquido liotrópico dopado com ferrofluido. Nosso resultado mostra que a superfície plana do vidro, independentemente da presença ou ausência de qualquer tratamento, estabiliza sobre si própria uma camada ou bicamada lamelar formada pelas moléculas anfifílicas do cristal líquido. Esta camada blinda o efeito dos filmes de Langmuir-Blodgett, ou o substrato puro sem nenhum tratamento, sobre o alinhamento de mesofases nemáticas liotrópicas. / The effective splay-bend elastic constant K13 is studied by means of an optical technique for a lyotropic nematic liquid crystal. The ratio between K13 and the usual Frank elastic constant found in this experiment is positive and of the order of 1. The theoretical analysis shows that near the nematic-isotropic transition, the termodynamical model for the temperature surface transition works reasonably well. In the low temperature region near the lamellar-nematic transition, important deviations from the theoretical behavior are observed. In order to interpret our experimental data, we propose a simple phenomenological extension of the termodynamical model that takes into account the different contributions to the surface energy and of the residual lamellar order in the nematic phase. We show, furthermore, that the effective splay-bend elastic constant depends on the ferrofluid doping concentration. The influence of the surface treatment on the ansiotropic part of the surface tension of a discotic micellar lyotropic nematic crystal doped with ferrofluid analysed. Our results show that the flat glass surface, independently of the presence or of the absence of any treatment, stabilizes onto itself a lamellar layer - bilayer - formed by the amphiphilic molecules of the liquid crystal. This layer screens the effect of the Langmuir-Blodgett film - or of the pure substrate without any treatment - on the alignment of the lyotropic nematic mesofase.

A criacao de uma textura periodica por acao de um campo magnetico na fase nematica calamitica de um cristal liquido liotropico, usando a teoria elastica do continuo e estudada. O periodo (p) desta distorcao permite a obtencao da grandeza K IND.3/X IND.ALFA, onde K IND.3 e a constante elastica bend e X IND.ALFA e a anisotropia de susceptibilidade diamagnetica. A existencia de um campo magnetico critico de fredericskz, permite a determinacao de K IND.2/X IND.ALFA, onde K IND.2 e a constante elastica twist. Dopando a amostra com ferrofluido e comparando os resultados de medidas nestas amostras com medidas em amostras sem dopagem, determina-se o valor de X IND.ALFA. A biaxialidade induzida por um agente quiral e medida na transicao de fase colesterica uniaxial-colesterica biaxial no sistema liotropico: laurato de potassio, 1-decanol, agua e um dopante quiral. As medidas mostram que esta transicao e continua mas nao de segunda ordem, como ocorre na transicao nematica uniaxial-nematica biaxial. Esta mudanca e interpretada como um efeito do campo elastico quiral presente nas fases colestericas. / The creation of periodic distortion by the action of a magnetic fields in a nematic calamitic lyotrop liquid crystal using the continuum elastic theory is discussed. The wavelength (P) of that distortion allows the measurement of k3/a, where k3 is the bend elastic constant and a the anisotropy of diamagnetic susceptibility. The existence of a Fredericskz critical magnetic field allows the measurement of k2/a, where k2 is the twist ferrofluid and comparing the measurements in this new sample with those in samples without doping the value of a is obtained. The chirality-induced biaxility is measured at the uniaxial to biaxial cholesteric phase transition of the lyotropic system: potassium laurate, 1-decanol, water and some chiral agent. The measurements show that the uniaxial to biaxial cholesteric phase transition is continuous but not second order as the uniaxial to biaxial nematic phase transition. This change is interpreted to be an effect of the chiral elastic field present in the cholesteric phases.