Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2306.pdf: 4856564 bytes, checksum: c52f900ad514c12119607c7c7f6a1bc0 (MD5) Previous issue date: 2009-03-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work we have studied the Vortex Matter dynamics in Nb superconducting films with different arrays of columnar defects. For that we studied the order-disorder line H (T) OD , where the melting of the vortex lattice occurs. The H (T) OD frontier was determined through the imaginary component " of the susceptibility in T measurements, whose peak temperature T Hp is associated with a maximum in energy dissipation, due to the viscous movement of vortices, which signals the beginning of a nonlinear regime. For this study we modified the pinning force efficiency in Nb samples using three different approaches: varying the technique employed to fabricate the defects, using large-value excitation fields and modifying the angle between the columnar defects in the sample and the applied magnetic field. As the pinning efficiency decreases, two regimes in the melting line become detectable, distinguished form each other by the appearance of a kink in a characteristic temperature k T . For temperatures lower than k T , pinning is significantly more efficient, and the H (T) OD line can be adjusted with a power-law; at higher temperatures, depinning is favored by thermal excitation, and the transition line is adjusted by a Bose-glass model for columnar defect systems. In this work we also studied both regimes with these theoretical models, previously available in the literature. For this we built the H T diagram with the irreversibility line irr H , upper critical field C2 H , and the order-disorder line H (T) OD , studying the dependence of the solid-liquid transition with the excitation field, frequency and angle of the applied magnetic field. We compared the pinning forces acting on different samples and applied a universal scaling approach to our experimental data points, proving the adequacy of the model to our results. / Neste trabalho estudamos a dinâmica da Matéria de Vórtices em filmes de Nb supercondutor, com diferentes arranjos de defeitos colunares. Para isso estudamos a linha de transição de ordem-desordem H (T) OD , através da qual ocorre a fusão da rede de vórtices. A fronteira H (T) OD foi obtida através da componente imaginária " da suscetibilidade, em medidas T , cuja temperatura de pico T Hp está associada a um máximo na dissipação de energia, devido ao movimento viscoso dos vórtices, que sinaliza o início de um regime não-linear. Para este estudo modificamos a eficiência da força de pinning, em amostras de Nb, de três formas diferentes: variando a técnica empregada na fabricação dos defeitos, usando valores elevados de campo de excitação AC e alterando o ângulo entre os defeitos colunares na amostra e o campo magnético aplicado. Conforme a eficiência do ancoramento dos defeitos diminui, dois regimes na curva de fusão tornam-se detectáveis, distinguíveis pelo aparecimento de um kink em uma temperatura k T característica. Em temperaturas abaixo de k T o pinning é significativamente mais eficiente, e a linha H (T) OD pode ser ajustada por uma lei de potência; e a temperaturas mais altas o depinning é favorecido pela agitação térmica, e a fusão ajusta-se ao modelo para a transição Bose-glass para sistemas com defeitos colunares. Neste trabalho também estudamos os dois regimes à luz desses modelos teóricos, previamente disponíveis na literatura. Para isto nós construímos o diagrama H T e situamos nele a linha de irreversibilidade irr H , o campo crítico superior C2 H , e a linha de ordem-desordem H (T) OD , estudando a dependência da transição sólido-líquido com o campo de excitação, com a freqüência e com o ângulo do campo magnético aplicado. Comparamos as forças de pinning atuantes nas diferentes amostras e aplicamos a abordagem de scaling universal aos nossos dados experimentais, comprovando a adequação do modelo aos nossos resultados.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4076.pdf: 4975427 bytes, checksum: 5747c2be227789b4bc99af2fdf3b158e (MD5) Previous issue date: 2010-12-17 / Financiadora de Estudos e Projetos / Multilayer systems consisting of magnetic layers of heterostructures can have a variety of magnetic phases - those dependent on factors such as the exchange parameters, the geometry of the material, the temperature T to which it is submitted and the field B applied on it. Let us consider a model of Thin Film in which the various layers that compose it are formed by K Ising plans that have the same coupling constant and which has plans between K / 2 and K / 2 +1 an antiferromagnetic coupling whose interpretation would be physical defects and / or impurities in the material. The system is modeled by the following spin Hamiltonian, where the first two summations represent the interaction of first neighbors in the upper and lower layers and the third represents the interfacial antiferromagnetic coupling and the latter represents the system's interaction with the field B. The calculation of magnetic response of the model allows us to obtain temperatures and their critical fields on phase transitions of the 1st and 2nd orders allowing us to build the phase diagrams of the system. We also obtained the zero field critical exponents related to the magnetic response of the material to verify the Rushbrooke relations. We also made an analysis about the cycles of hysteresis of the material. The Monte Carlo algorithms used are the Entropic Sampling whose main idea is to exploit the principle of maximum entropy, and the usual Importance Sampling algorithm, introduced by Metropolis et al. / Sistemas de multicamadas constituídos por camadas magnéticas de heteroestruturas podem possuir uma variedade de fases magnéticas - essas dependentes de fatores como os parâmetros de troca, a geometria do material, a temperatura T à qual ele é submetido e o campo B nele aplicado. Vamos considerar um modelo de Filme Fino no qual as varias camadas que o compõem são formadas por K planos de Ising que possuem a mesma constante de acoplamento e que possua entre os planos K/2 e K/2+1 um acoplamento antiferromagnético cuja interpretação Física seriam defeitos e/ou impurezas no material. O sistema é modelado pelo seguinte Hamiltoniano de spin, onde os dois primeiros somatórios representam a interação de primeiros vizinhos nas camadas superiores e inferiores e o terceiro representa o acoplamento interfacial antiferromagnético e o último representa a interação do sistema com o campo B. O cálculo das respostas magnéticas do modelo permite-nos obter as temperaturas e os respectivos campos críticos relativos as transições de fase de 1ª e 2ª ordens viabilizando a construção dos diagramas de fases do sistema. Obtivemos também a campo nulo os expoentes críticos relativos às respostas magnéticas do material a fim de verificar a Relação de Rushbrooke. Fizemos também uma analise acerca dos ciclos de histerese do material. Os métodos de Monte Carlo utilizados nos cálculos são os Algoritmos de Amostragem Entrópica cuja idéia principal é explorar o principio da máxima entropia -Entropic Sampling - e o algoritmo de Amostragem Relevante usual, introduzido por Metropolis et al.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-06-06T18:56:53Z No. of bitstreams: 1 LucasAmaralMachado_DISSERT.pdf: 675823 bytes, checksum: cd1bcc94212045a3a4738ef67078d1cf (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-06-07T23:51:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LucasAmaralMachado_DISSERT.pdf: 675823 bytes, checksum: cd1bcc94212045a3a4738ef67078d1cf (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-07T23:51:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LucasAmaralMachado_DISSERT.pdf: 675823 bytes, checksum: cd1bcc94212045a3a4738ef67078d1cf (MD5) Previous issue date: 2015-03-11 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / O objetivo deste estudo foi realizar a extra??o ?leo de r?-touro ?leo de r?-touro e desenvolver uma emuls?o adequada para uso t?pico do mesmo. Duas amostras de ?leo fora obtidas por diferentes m?todos, sendo uma por extra??o a quente e outra utilizando solvente org?nico. As amostras foram fisioquimicamente caracterizadas por t?cnicas de titula??o e seus compostos identificados atrav?s de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC/EM). O equil?brio hidrif?lico-lipof?lico requerido (EHLr) do ?leo de r?-touro foi determinado e em seguida um diagrama de fases constru?do. A estabilidade da emuls?o de uso t?pico contendo diferentes adjuvantes farmac?uticos foi determinada. A an?lise de citotoxicidade do ?leo de r?-touro in natura e na emuls?o de uso t?pico foi realizada atrav?s do ensaio de MTT, utilizando linhagem de fibroblastos normais (3T3) e de melanoma (B16F10). O rendimento da extra??o a quente foi de 60,6%. Os principais compostos insaturados encontrados foram o ?cido eicosapentaen?ico (17,6%) e ?cido araquid?nico (8,4%). O estudo de EHLr demonstrou a presen?a de sistemas est?veis com EHL entre 12 e 13,5 e o diagrama de fases revelou a predomin?ncia de sistemas caracterizados como emuls?o (62%). A emuls?o t?pica apresentou tamanho de got?cula igual a 390 nm, polidispers?o de 0,05, potencial zeta -25 mV e manteve-se est?vel durante os 90 dias avaliados. O ?leo de r?-touro e a emuls?o t?pica n?o apresentaram citotoxicidade frente ? linhagem de c?lulas 3T3. No entanto, estes sistemas inviabilizaram significativamente (p > 0,05) o crescimento das c?lulas B16F10. Em conclus?o, o ?leo de r?-touro apresenta caracter?sticas qu?micas desej?veis para o desenvolvimento de sistemas terap?uticos de uso farmac?utico e/ou cosm?tico. / The skin is one of the largest organs of the human body and accounts for about 16% of body weight. The body protection against the external environment microorganisms is one of its most important functions, however is necessary that the skin remain intact for this function be exercised, so that when there is an injury on the skin, the process of restructuring needs to be starts, however this restructuration may also be compromised due to some diseases, justifying even more the need for the development of topical products that promote or accelerate the skin healing. Thus the aim of this study was to extract bullfrog oil and to develop a suitable topical emulsion. Two different oil samples were extracted by hot or organic solvent process. Titration techniques and gas chromatography- mass spectrometry were used to characterize the bullfrog oil. The required hydrophile-lipophile balance (HLBr) of bullfrog oil was determined and a pseudo-ternary phase diagram was constructed. The stability of the topical emulsion was evaluated. Then, cellular viability was determined by MTT assay using normal fibroblasts (3T3) and melanoma (B16F10) cells lines. The hot extraction yield was 60.6%. The major polyunsaturated compounds found were Eicosapentaenoic acid (17.6%) and Arachidonic acid (8.4%). HLBr study demonstrated the presence of stable systems with HLB ranging from 12.1 to 13.5 and the pseudo-ternary phase diagram showed mainly emulsion systems (62%). Topical emulsion showed 390 nm, polydispersity 0.05, zeta potential -25 mV and remained stable for ninety days. The bullfrog oil and topical emulsion did not showed citotoxicity in normal fibroblasts cells. However, these systems showed significantly inhibition of melanoma cells growth. In conclusion, the bullfrog oil presented desirable chemical characteristics required to be used for the development of a pharmaceutical and cosmetic products.

A partir de medidas isotérmicas e isobáricas de susceptibilidade magnética diferencial, determinamos o diagrama de fases magnéticas do metamagneto Ni(NO3)2.2H2O, para pressões hidrostáticas de até cerca de 11 kbar. Determinamos o campo de transição à temperatura nula Hc(0,P) e à temperatura de Néel, ambos apresentando um crescimento aproximadamente linear com P. A partir de efeitos de desmagnetização, pudemos determinar o ponto de união das linhas de primeira e segunda ordem de cada diagrama, e para P=0 pudemos caracterizá-lo com um ponto tricrítico, com temperatura tricrítica Tt=3.70K. Observamos ainda a existência de uma transição metamagnética induzida por pressão para valores do intervalo de 0 a 8 kbar. Usando a Aproximação de Campo Médio num modelo elástico aproximado para metamagnetos com S=1, pudemos obter expressões para TN(P) e Hc(0,P), ambas apresentando uma dependência linear em P, em bom acordo com os dados experimentais. Usando este modelo obtivemos também uma expressão analítica para Tt(P). Uma vez que TN(P), Hc(0,P) e Tt(P) dependem dos parâmetros de \"exchange\", pudemos determinar a dependência de tais parâmetros com a pressão. Também através deste modelo simples, pudemos compreender que a transição metamagnética induzida por pressão está provavelmente associada a uma forte dependência do campo cristalino com a pressão / From isothermical and isobaric differential magnetic susceptibility measurements we have determined the magnetic phase diagram of the metamagnetic system Ni(NO3)2.2H2O, for several hydrostatic pressures up to 11 kbar. The zero temperature transition field Hc(0,P) and the Néel temperature TN(P) were determined, both increasing almost linearly with P. From demagnetizing effects we were able to determine the joint point of the first and second order lines of each diagram, which for P=0 is a tricritical point, with tricritical temperature Tt=3.70K. We also observed a pressure induced metamagnetic transition in the range from 0 to 8 kbar. Using Mean Field Theory in an approximated elastic S=1 metamagnetic model, we could obtain expressions for TN(P) and Hc(0,P), both showing linear dependence on P, in agreement with experimental data. We could also obtain, using this model, an analytical expression for Tt(P). Once TN(P), Hc(0,P) and Tt(P) are dependent on the exchange parameters, we cou1d obtain the pressure dependence of these parameters. From this simple model we could understand that the pressure induced metamagnetic transition is probably associated with a strong variation of the crystalline field with pressure

O principal programa de pesquisa do Grupo de Diagrama de Fases e Termodinâmica Computacional do DEMAR/EEL-USP é o estudo de estabilidade de fases em ligas dos sistemas Me-Si-B (Me = Metal Refratário), os quais apresentam um interesse crescente na área de ligas com potencial para aplicações em altas temperaturas. Destes estudos, este Grupo está construindo uma base de informações termodinâmicas com a finalidade de extrapolá-las para sistemas de ordem superior. Diversos sistemas já foram ou estão sendo estudados. Dando continuidade a este programa, os objetivos principais deste trabalho são a avaliação experimental do sistema ternário Ta-Si-B em sua região rica em Ta e a modelagem termodinâmica dessa mesma região. A projeção liquidus e a seção isotérmica a 1900 ºC, ambas na região rica em Ta, de Ramos (2005), são as únicas informações experimentais para o sistema ternário Ta-Si-B encontradas na literatura. Ramos (2005) identifica em várias de suas amostras a presença de uma nova fase ternária, denominada φ, de estrutura ainda não determinada. A pesquisa de Ramos (2005) foi realizada sempre com amostras produzidas por fusão em forno a arco, a partir de pedaços de Ta, Si e B puros. Nessa condição de preparação das amostras, houve dificuldade em se alcançar o equilíbrio termodinâmico, mesmo após tratamentos térmicos prolongados (1900 oC por 48 horas). Já, neste trabalho, as amostras foram, em sua maioria, produzidas por tratamento térmico de pastilhas prensadas a partir de pós de Ta, Ta5Si3 e TaB. Com essa mudança na forma de confeccionar os experimentos conseguiu-se maior facilidade na obtenção da condição de equilíbrio termodinâmico das amostras durante os tratamentos térmicos, embora ainda com resultados não totalmente satisfatórios. De uma forma geral, os resultados de Ramos (2005) são confirmados no presente trabalho. Uma proposta de relação de fases a 2000 ºC é apresentada para a região envolvendo as fases TaSS, Ta2B, T2, Ta3B4 e TaB. A estabilidade da fase D88, proposta por Nowotny, Lux e Kudielka (1956), também é confirmada e os resultados sugerem que sua estequiometria seja Ta5Si3B. Nenhuma modelagem termodinâmica para este sistema ternário é encontrada na literatura. A otimização do sistema binário Ta-B é realizada por Kaufman (1991) e Chad (2003). A otimização do sistema binário Ta-Si é realizada por Vahlas, Chevalier e Blanquet (1989) e Kaufman (1991). A otimização do sistema binário Si-B é realizada por Fries e Lukas (1991), Zaitsev e Kodentsov (2001) e Fiorani e Coelho (2006). A única otimização adotada completamente é a de Fiorani e Coelho para o sistema binário Si-B. Para o sistema binário Ta-B é adotada a otimização de Chad (2003) com a inclusão de uma nova fase, denominada φ, de alta temperatura, a mesma do sistema ternário, que teria sua origem nesse sistema binário. Já, para o sistema binário Ta-Si é necessária uma nova otimização, por haver algumas inconsistências termodinâmicas nas otimizações anteriores, que poderiam levar a uma descrição inadequada das relações de fases no sistema ternário Ta-Si-B e em sistemas de ordem superior. Neste trabalho é apresentada uma proposta para a modelagem termodinâmica do sistema ternário, que reproduz satisfatoriamente os resultados experimentais disponíveis. / Currently, the main research program of the Phase Diagram and Computational Thermodynamics Group of DEMAR/EEL-USP is the study of phase stability in ternary Me-Si-B systems (Me = Refractory Metal), which presents an increasing interest in the area of alloys with potential for applications at high temperatures. It includes the development of a thermodynamic database to evaluate systems of higher order. Several systems have already been studied. Giving continuity to this program, the main objectives of this work are the experimental evaluation of the ternary Ta-Si-B system in the Ta-rich region and the thermodynamic modeling of this system. The liquidus projection and an isothermal section at 1900 ºC from Ramos (2005), both in the Ta-rich region, are the only experimental information found in literature. Ramos (2005) identifies in several of her samples the presence of a new ternary phase, named as φ, of structure not yet determined. The research of Ramos (2005) is carried out with samples produced from pure Ta, Si and B via arc melting. In this method of sample preparation, it is difficult to obtain thermodynamic equilibrium conditions during heat treatments at 1900 ºC for 48 h. In the present work, the majority of samples were produced via sintering of pressed pellets from Ta, Ta5Si3 and TaB powders. With this method of sample preparation, the attainment of equilibrium conditions was easier during the heat treatments, even though not completely satisfactory. In general, the results of Ramos (2005) were confirmed. A proposal for the phase relations at 2000 ºC is presented for the region involving the phases TaSS, Ta2B, T2, Ta3B4 and TaB. The stability of the D88 phase, proposed by Nowotny, Lux and Kudielka (1956), is also confirmed and the results suggest that its stoichiometry is near Ta5Si3B.No thermodynamic modeling for this ternary system is found in literature. The optimization of the binary Ta-B system is carried out by Kaufman (1991) and Chad (2003). The optimization of the binary Ta-Si system is carried out by Vahlas, Chevalier and Blanquet (1989) and Kaufman (1991). The optimization of the Si-B binary system is carried out by Fries and Lukas (1991), Zaitsev and Kodentsov (2001) and Fiorani and Coelho (2006). In this work the thermodynamic data from Fiorani and Coelho (2006) is used for the Si-B system. For the binary Ta-B system it was adopted the optimization from Chad (2003) with the inclusion of the high temperature φ phase, the same one of the ternary system, which has its origin in this binary system. In addition, for the binary system Ta-Si a new optimization is necessary, since some thermodynamic inconsistencies in the previous optimizations would lead to an inadequate description of the phase relations in the Ta-Si-B and systems of higher order. Thus, in this work presents for the first time a thermodynamic modeling for the Ta-Si-B system, which reproduces the available experimental results satisfactorily.

Os motores a jato são componentes importantes e complexos de engenharia cuja eficiência e desempenho estão diretamente ligados à temperatura de operação na câmara de combustão, ou seja, quanto maior a temperatura dos gases nesta região, maior a eficiência global do processo, resultando em economia de combustível e maior potência. A superliga aeronáutica a base de níquel é o material atualmente utilizado nestes componentes mais críticos das turbinas, mas o seu desenvolvimento está chegando cada vez mais próximo do limite e, por isso, existe uma demanda de materiais que possam substituí-las. Os materiais constituídos de microestruturas multifásicas, como as ligas MR-Si-B (MR= Metal Refratário) apresentam potencial para a substituição das superligas nestas aplicações. Estudos recentes no sistema Ta-Si-B identificaram a existência de uma fase ainda não catalogada, denominada φ. No entanto, a sua estrutura cristalina permanece indefinida devido à dificuldade em se obter uma amostra com grande fração volumétrica de φ. A substituição do silício por germânio nesse sistema pode aumentar o campo de estabilidade de φ possibilitando assim, a obtenção de uma amostra através da qual a estrutura cristalina dessa fase possa ser determinada. Entretanto, para o estudo do ternário Ta-Ge-B, é importante o conhecimento dos binários que o compõem (Ta-Ge, Ta-B, Ge-B) e não foi encontrada na literatura uma proposta para o diagrama binário Ta-Ge nem informações suficientes para construí-lo. Este trabalho, portanto, tem como objetivo propor um diagrama de fases para o sistema Ta-Ge, e investigar a possível existência da fase φ no sistema ternário Ta-Ge-B. Para isto foram confeccionadas amostras, a partir de matérias primas (tântalo, germânio e boro) de alta pureza, em toda a extensão composicional do sistema Ta-Ge e na região rica em tântalo do sistema Ta-Ge-B. As amostras, em seu estado bruto de fusão bem como após tratamentos térmicos, foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microanálise eletrônica por energia dispersiva (EDS) e difratometria de raios X (DRX). Com os resultados obtidos neste trabalho foi proposto um diagrama para o sistema Ta-Ge. A temperatura do eutético na região rica em Ta (2444°C) foi medida através de pirometria ótica. Devido a dificuldades encontradas em fundir a arco amostras com altos teores de Ge, novos experimentos serão necessários para melhor determinar esta região do diagrama de fases. Os resultados obtidos nas amostras ternárias sugerem que a fase ternária φ é estável no sistema Ta-Ge-B. / Jet engines are important and complex engineering devices, whose efficiency and performance are directly related to the operating temperature of the combustion chamber, the higher the gas temperature in this region, the greater the overall efficiency of the process, resulting in economy of fuel and more efficiency. Ni-based superalloys are currently used in the most critical jet engine components. Their development is coming close to a temperature limit and, therefore, there is a demand for new materials to replace them. Materials with multiphase microstructures, such as MR-Si-B alloys (MR = Refractory Metal), have a good potential for substituting superalloys in these applications. Recent studies in the Ta-Si-B system shows the stability of a phase φ whose crystal structure remains unknown due to the difficulty in obtaining a sample with large volume fraction of φ. The substitution of silicon by germanium in this system may increase the stability of φ, enabling the production of a sample by which the crystal structure of this phase can be determined. The study of the Ta-Ge-B ternary system requires the knowledge of the phase relations on its limiting binaries. However, there is no Ta-Ge phase diagram available in the literature, nor enough experimental information to propose one. Therefore, the present work aims at the experimental investigation of the phase relations on the Ta-Ge system, and of the stability of phase φ on the Ta-rich region of the Ta-Ge-B ternary system. Samples were prepared by arc melting high purity materials (tantalum, germanium and boron) under Ti-gettered argon. Their microstructures, in the as cast state as well as after heat treatments were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive electron probe microanalysis (EDS) and X-ray diffraction (XRD). A Ta-Ge binary phase diagram is proposed based on the results of the present work. The temperature of the Ta-rich eutetic (2444°C) was measured by optical pirometry. Due to the difficulty of arc melting samples with high Germanium contents, further investigation is still necessary for this region of the phase diagram. The results for the ternary samples suggest the stability of the φ phase in the Ta-Ge-B system.

Nesse trabalho foi proposto investigar a estabilidade de fases do sistema zircônia-escândia (ScSZ) por meio do estudo termodinâmico de nanopartículas, na faixa de 0 a 20% em mol de Sc2O3, e a partir da introdução de um segundo aditivo (Dy2O3 e Nb2O5) ao ZrO2 contendo 10% em mol de Sc2O3 (10ScSZ). A estabilidade de fases do ScSZ foi avaliada com base em dados termodinâmicos determinados pelas técnicas de microcalorimetria de adsorção de água e calorimetria de dissolução à alta temperatura. As soluções sólidas foram sintetizadas pelo método de coprecipitação de hidróxidos. Dados termodinâmicos foram determinados para as formas polimórficas encontradas (monoclínica, tetragonal, cúbica, romboédrica β e γ) por difração de raios X no ScSZ. Esse trabalho resultou no diagrama de fases em nanoescala de tamanho de partícula-composição. Os efeitos produzidos pela introdução de aditivos na matriz de 10ScSZ foram investigados visando obter a possível estabilização da estrutura cúbica (c) e a supressão da transformação de fase c-β, característica do sistema binário. As composições foram sintetizadas por coprecipitação de hidróxidos e por reações em estado sólido para fins comparativos. Os materiais foram sinterizados convencionalmente e por sinterização assistida por campo elétrico. A estabilização completa da fase cúbica ocorreu a partir de teores molares de 1% de Dy2O3 e 0,5% de Nb2O5. O menor teor de Nb2O5 necessário para a estabilização da fase foi atribuído à provável formação da fase líquida durante a sinterização e ao menor tamanho do íon Nb5+. Os resultados de difratometria de raios X em alta temperatura e análise térmica mostraram que houve supressão da transição c-β. As amostras contendo 0,5% mol de Nb2O5 apresentaram valores de condutividade iônica similares aos do 10ScSZ sem aditivos em uma ampla faixa de temperatura com elevada estabilidade em um período de 170 h a 600 °C. / In this work, the phase stability of scandia-zirconia (ScSZ) system was investigated by the thermodynamic study of nanoparticles, within the range of 0 to 20 mol% Sc2O3, and by codoping of ZrO2-10 mol% Sc2O3 (10ScSZ) with Dy2O3 and Nb2O5. The phase stability of ScSZ was evaluated based on thermodynamic data collected by water adsorption microcalorimetry and high temperature oxide melt solution. Nanostructured zirconia-scandia solid solutions were synthesized by coprecipitaion method. Thermodynamic data were determined for ScSZ polymorphs (monoclinic, tetragonal, cubic, rhombohedral β and γ) found by X-ray diffraction. This systemic work resulted in an unprecedented phase diagram at the nanoscale of particle size-composition. The effects of additives on 10ScSZ were investigated aiming to stabilize the cubic (c) structure at room temperature and to suppress the characteristic cubic-rhombohedral β phase transformation. Compositions were prepared by coprecipitation and solid state reaction. Materials were sintered by conventional and spark plasma sintering. Full stabilization of the cubic phase was attained by 1 mol% Dy2O3 and 0.5 mol% Nb2O5 additions. The smallest Nb2O5 content required for cubic phase stabilization was attributed to liquid phase formation during sintering and to small ionic radius of Nb5+. Results of high temperature X-ray diffraction and thermal analysis show suppression of the c-β transformation. Samples containing 0.5 mol% Nb2O5 show total ionic conductivity similar to 10ScSZ without additives within a broad temperature range with high stability during 170 h at 600 °C.

Nesse trabalho foi proposto investigar a estabilidade de fases do sistema zircônia-escândia (ScSZ) por meio do estudo termodinâmico de nanopartículas, na faixa de 0 a 20% em mol de Sc2O3, e a partir da introdução de um segundo aditivo (Dy2O3 e Nb2O5) ao ZrO2 contendo 10% em mol de Sc2O3 (10ScSZ). A estabilidade de fases do ScSZ foi avaliada com base em dados termodinâmicos determinados pelas técnicas de microcalorimetria de adsorção de água e calorimetria de dissolução à alta temperatura. As soluções sólidas foram sintetizadas pelo método de coprecipitação de hidróxidos. Dados termodinâmicos foram determinados para as formas polimórficas encontradas (monoclínica, tetragonal, cúbica, romboédrica β e γ) por difração de raios X no ScSZ. Esse trabalho resultou no diagrama de fases em nanoescala de tamanho de partícula-composição. Os efeitos produzidos pela introdução de aditivos na matriz de 10ScSZ foram investigados visando obter a possível estabilização da estrutura cúbica (c) e a supressão da transformação de fase c-β, característica do sistema binário. As composições foram sintetizadas por coprecipitação de hidróxidos e por reações em estado sólido para fins comparativos. Os materiais foram sinterizados convencionalmente e por sinterização assistida por campo elétrico. A estabilização completa da fase cúbica ocorreu a partir de teores molares de 1% de Dy2O3 e 0,5% de Nb2O5. O menor teor de Nb2O5 necessário para a estabilização da fase foi atribuído à provável formação da fase líquida durante a sinterização e ao menor tamanho do íon Nb5+. Os resultados de difratometria de raios X em alta temperatura e análise térmica mostraram que houve supressão da transição c-β. As amostras contendo 0,5% mol de Nb2O5 apresentaram valores de condutividade iônica similares aos do 10ScSZ sem aditivos em uma ampla faixa de temperatura com elevada estabilidade em um período de 170 h a 600 °C. / In this work, the phase stability of scandia-zirconia (ScSZ) system was investigated by the thermodynamic study of nanoparticles, within the range of 0 to 20 mol% Sc2O3, and by codoping of ZrO2-10 mol% Sc2O3 (10ScSZ) with Dy2O3 and Nb2O5. The phase stability of ScSZ was evaluated based on thermodynamic data collected by water adsorption microcalorimetry and high temperature oxide melt solution. Nanostructured zirconia-scandia solid solutions were synthesized by coprecipitaion method. Thermodynamic data were determined for ScSZ polymorphs (monoclinic, tetragonal, cubic, rhombohedral β and γ) found by X-ray diffraction. This systemic work resulted in an unprecedented phase diagram at the nanoscale of particle size-composition. The effects of additives on 10ScSZ were investigated aiming to stabilize the cubic (c) structure at room temperature and to suppress the characteristic cubic-rhombohedral β phase transformation. Compositions were prepared by coprecipitation and solid state reaction. Materials were sintered by conventional and spark plasma sintering. Full stabilization of the cubic phase was attained by 1 mol% Dy2O3 and 0.5 mol% Nb2O5 additions. The smallest Nb2O5 content required for cubic phase stabilization was attributed to liquid phase formation during sintering and to small ionic radius of Nb5+. Results of high temperature X-ray diffraction and thermal analysis show suppression of the c-β transformation. Samples containing 0.5 mol% Nb2O5 show total ionic conductivity similar to 10ScSZ without additives within a broad temperature range with high stability during 170 h at 600 °C.

O desenho planar para as células a Combustível de Óxido Sólido (SOFC) é melhor do que o tubular devido a sua maior densidade de corrente e menor custo de fabricação. No entanto, o projeto de SOFC planar requer selantes para evitar o vazamento de combustível e a mistura de gases em altas temperaturas. Os vidros e os vitrocerâmicos têm demonstrado serem os mais adequados por apresentarem boa compatibilidade com outros componentes da célula nas temperaturas de trabalho das SOFCs (700-1000°C). No presente estudo, uma série de composições pertencentes ao sistema BaO-Al2O3-SiO2 (BAS) com a adição de B2O3 foram sintetizados tomando as proporções apropriadas de cada óxido constituinte. Propôs-se melhorar este sistema utilizando-se formadores e teores relevantes de modificadores estruturais, de forma a compatibilizar tanto o desempenho térmico por meio do coeficiente de expansão térmica (CET) como a compatibilidade química com os demais componentes da célula. A originalidade deste estudo está na busca destas características em regiões de composições ainda não exploradas, localizadas dentro do triangulo de compatibilidade BS-B2S-BAS2 na região rica em bário do sistema ternário. Entre estes vidros sintetizados quatro composições (BAS-4, BAS-5, BAS-6 e BAS-7) foram escolhidas porque são as mais adequadas às solicitações termomecânicas exigidas para um material vítreo atuar como selante em SOFC. / The design for planar cells Fuel Solid Oxide (SOFC) is better than the tubular due to its higher current density and lower manufacturing cost. However, the design of planar SOFC requires sealant to prevent leakage of fuel and the mixture of gases at high temperatures. Glasses and glass-ceramics have proven to be the most suitable because they have good compatibility with the other components of the cell at working temperature (700-1000°C). In the present study, a series of compositions belonging to the BaO-Al2O3-SiO2 (BAS) system with the addition of B2O3 were synthesized having the appropriate proportions of each component oxide. It was proposed to improve this system using relevant levels of formers and structural modifiers oxides, in order to match both the thermal performance of thermal expansion coefficient (TEC) and chemical compatibility with other components of the cell. The originality of this study is to search for these characteristics in regions of compositions not yet explored, located inside the compatibility triangle BS-B2S-BAS2 at the barium rich part of the ternary diagram. Among the synthesized glasses four batch compositions (BAS-4, BAS-5, 6-BAS, BAS-7) were chosen because best matched the thermo-mechanical required for a glassy material to act as SOFCs sealant.

Os motores a jato são componentes importantes e complexos de engenharia cuja eficiência e desempenho estão diretamente ligados à temperatura de operação na câmara de combustão, ou seja, quanto maior a temperatura dos gases nesta região, maior a eficiência global do processo, resultando em economia de combustível e maior potência. A superliga aeronáutica a base de níquel é o material atualmente utilizado nestes componentes mais críticos das turbinas, mas o seu desenvolvimento está chegando cada vez mais próximo do limite e, por isso, existe uma demanda de materiais que possam substituí-las. Os materiais constituídos de microestruturas multifásicas, como as ligas MR-Si-B (MR= Metal Refratário) apresentam potencial para a substituição das superligas nestas aplicações. Estudos recentes no sistema Ta-Si-B identificaram a existência de uma fase ainda não catalogada, denominada φ. No entanto, a sua estrutura cristalina permanece indefinida devido à dificuldade em se obter uma amostra com grande fração volumétrica de φ. A substituição do silício por germânio nesse sistema pode aumentar o campo de estabilidade de φ possibilitando assim, a obtenção de uma amostra através da qual a estrutura cristalina dessa fase possa ser determinada. Entretanto, para o estudo do ternário Ta-Ge-B, é importante o conhecimento dos binários que o compõem (Ta-Ge, Ta-B, Ge-B) e não foi encontrada na literatura uma proposta para o diagrama binário Ta-Ge nem informações suficientes para construí-lo. Este trabalho, portanto, tem como objetivo propor um diagrama de fases para o sistema Ta-Ge, e investigar a possível existência da fase φ no sistema ternário Ta-Ge-B. Para isto foram confeccionadas amostras, a partir de matérias primas (tântalo, germânio e boro) de alta pureza, em toda a extensão composicional do sistema Ta-Ge e na região rica em tântalo do sistema Ta-Ge-B. As amostras, em seu estado bruto de fusão bem como após tratamentos térmicos, foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microanálise eletrônica por energia dispersiva (EDS) e difratometria de raios X (DRX). Com os resultados obtidos neste trabalho foi proposto um diagrama para o sistema Ta-Ge. A temperatura do eutético na região rica em Ta (2444°C) foi medida através de pirometria ótica. Devido a dificuldades encontradas em fundir a arco amostras com altos teores de Ge, novos experimentos serão necessários para melhor determinar esta região do diagrama de fases. Os resultados obtidos nas amostras ternárias sugerem que a fase ternária φ é estável no sistema Ta-Ge-B. / Jet engines are important and complex engineering devices, whose efficiency and performance are directly related to the operating temperature of the combustion chamber, the higher the gas temperature in this region, the greater the overall efficiency of the process, resulting in economy of fuel and more efficiency. Ni-based superalloys are currently used in the most critical jet engine components. Their development is coming close to a temperature limit and, therefore, there is a demand for new materials to replace them. Materials with multiphase microstructures, such as MR-Si-B alloys (MR = Refractory Metal), have a good potential for substituting superalloys in these applications. Recent studies in the Ta-Si-B system shows the stability of a phase φ whose crystal structure remains unknown due to the difficulty in obtaining a sample with large volume fraction of φ. The substitution of silicon by germanium in this system may increase the stability of φ, enabling the production of a sample by which the crystal structure of this phase can be determined. The study of the Ta-Ge-B ternary system requires the knowledge of the phase relations on its limiting binaries. However, there is no Ta-Ge phase diagram available in the literature, nor enough experimental information to propose one. Therefore, the present work aims at the experimental investigation of the phase relations on the Ta-Ge system, and of the stability of phase φ on the Ta-rich region of the Ta-Ge-B ternary system. Samples were prepared by arc melting high purity materials (tantalum, germanium and boron) under Ti-gettered argon. Their microstructures, in the as cast state as well as after heat treatments were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive electron probe microanalysis (EDS) and X-ray diffraction (XRD). A Ta-Ge binary phase diagram is proposed based on the results of the present work. The temperature of the Ta-rich eutetic (2444°C) was measured by optical pirometry. Due to the difficulty of arc melting samples with high Germanium contents, further investigation is still necessary for this region of the phase diagram. The results for the ternary samples suggest the stability of the φ phase in the Ta-Ge-B system.