CAMPOS FILHO, Múcio Costa. Estudo das propriedades dielétricas e ópticas na matriz cerâmica CaBi4Ti4O15 com adição de V2O5, Er2O3 e Yb2O3. 2015. 169 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-26T21:58:54Z No. of bitstreams: 1 2015_tese_mccamposfilho.pdf: 9304166 bytes, checksum: 0448bdd2063e3fc697dee9f5c6efb532 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-26T21:59:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_tese_mccamposfilho.pdf: 9304166 bytes, checksum: 0448bdd2063e3fc697dee9f5c6efb532 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-26T21:59:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_tese_mccamposfilho.pdf: 9304166 bytes, checksum: 0448bdd2063e3fc697dee9f5c6efb532 (MD5) Previous issue date: 2015 / A strong demand for compressed materials, low cost and easy to manufacture are needed for various technological applications, in this sense many ceramics are candidates for its dielectric and optical properties .In this work, structural, dielectric and optical phase of the orthorhombic ferroelectric ceramic matrixCaBi4Ti4O15were investigated, one pseudo-perovskite bismuth layer structure (BLSFs) of space group A21am of the aurivillius family, prepared by the solid state method and sintered in low temperatures. Sample preparation for structural analysis and dielectric, had the addition of vanadium pentóxido (V2O5) to the phase CaBi4Ti4O15 calcined in ratios of 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 5.0% by mass. To obtain optical properties of the ceramic matrix doped with rare earth ions erbiumIII (Er2O3) and III ytterbium oxide (Yb2O3). The study of the structure and composition of the samples was done by X-ray diffraction and confirmation was made by single stage rietveld refinement. The vibrational characteristics was obtained by Raman spectroscopy (RS). The morphology study off or analysis of grain and grain boundary, was performed by scanning electron microscopy. The dielectric characterization of radio frequency spectroscopy was performed in impedance which occurred two conductivity mechanisms for all samples, one at low frequency and the on the rat high frequency. Models of dielectric relaxation approach the Cole-Cole type model. Measures in the microwave range were obtained using the hakki-coleman method and monopole, which gave a temperature coefficient of resonant frequency (f) close to zero with the addition of V2O5. The dielectric permittivity measurements in radiofrequency and microwave, performe dat room temperature, had a high constant value (εr≈150) with the addition of 1%V2O5, and a value of relatively low loss tangent for family aurivillus (tan[δ]≈10-2) at 2 GHz. A numerical simulation was performed with each sample verifying approach with the experimental data. In rare earth doped samples was checked energy up-conversion phenomenon with the presence of intense bands samples of visible light emission in the green region and a less intense bands in thered region.The investigated material has potential for application in volatile memories, capacitive filters and optical components such as sensors, solar cells and LEDs. / Uma forte demanda por materiais mais compactados, de baixo custo e de fácil fabricação são necessários para diversas aplicações tecnológicas, neste sentido diversos materiais cerâmicos são candidatos por suas propriedades dielétricas e ópticas. Neste presente trabalho, foram investigadas as propriedades estruturais, dielétricas e ópticas da fase ortorrômbica da matriz cerâmica ferroelétrica CaBi4Ti4O15, uma pseudo-perosviskita de estrutura de camada de bismuto (BLSFs) do grupo espacial A21am da família aurivillius, preparada pelo método do estado sólido e sinterizada em baixas temperaturas. A preparação das amostras para análise estrutural e dielétrica, tiveram a adição de pentóxido de vanádio (V2O5) à fase CaBi4Ti4O15 calcinada, em proporções de 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 e 5.0 % em massa. Para obtenção das propriedades ópticas, a matriz cerâmica pura foi dopada com os íons terras raras érbio III (Er2O3) e óxido de itérbio III (Yb2O3). O estudo da estrutura e composição das amostras foi feito através de difração de raios-X e a confirmação da fase única foi feita pelo Refinamento Rietveld. A caracterização vibracional foi obtida através da Espectroscopia Raman (SR). O estudo da morfologia, para análise de grão e contorno de grão, foi realizado através de Microscopia Eletrônica de Varredura. A caracterização dielétrica em radio freqüência foi realizada por Espectroscopia em Impedância a qual se verificou dois mecanismos de condutividade para todas as amostras analisadas, um em baixa freqüência e outro em alta freqüência. Os modelos de relaxação dielétrica se aproximam do modelo do tipo Cole-Cole. As medidas na faixa de microondas foram obtidas utilizando-se o método hakki-coleman e monopolo, chegou-se a um coeficiente de temperatura da frequência de ressonância (tAU f) próximo de zero com adição de V2O5. As medidas de permissividade dielétrica em radiofreqüência e microondas, realizadas em temperatura ambiente, tiveram um alto valor constante (εr ≈ 150) com a adição de 1% de V2O5, e um valor da tangente de perda relativamente baixa em relação à família de Aurivillus (tan[δ] ≈10-2 ) em 2 GHz.. Uma simulação numérica foi realizada com cada amostra verificando-se aproximação com os dados experimentais. Nas amostras dopadas com terras raras foi verificado o fenômeno de conversão ascendente de energia com a presença de bandas intensas amostras de emissão de luz visível na região do verde e de bandas de menor intensidade na região do vermelho. O Material investigado tem potencial para aplicação em memórias voláteis, filtros capacitivos e componentes ópticos, como sensores, células fotoelétricas e leds.

Made available in DSpace on 2016-12-08T15:56:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo do Nascimento.pdf: 17308021 bytes, checksum: 2ed27e1acd450db70b3f3070fc023b66 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work were studied nanodielectric epoxy coatings DGEBA/OTBG reinforced with alumina anoparticles of 10nm and zinc oxide nanopaticles of 90nm. The nanocomposites were processed by twin-screw extrusion with filler fractions of 1%phr, 3%phr, 6%phr and 15%phr. The particle dispersion was investigated with the FIB/FESEM method. Then, the images collected were treated for quantitative analysis of the dispersion. Two methods were used to quantify the dispersion. First, the index for nearest neighbor distance NND showed that nanocomposites reinforced with alumina have a greater state of agglomeration NND=0.45 compared to ZnO-nanocomposites reinforced with NND=0.65. This occured due to the higher surface area of the nanoparticles alumina. Second, a multifractal analysis of the particles-agglomerated distribution was performed. In this ase, the thesis presented suggests that the interphase percolation threshold should occur when the fractal imension of the agglomerations is similar to fractal dimension of the individual particles distribution. From the critical percolation threshold estimated by the dielectric behavior was possible to calculate the interphase thickness, correlating the state of dispersion and the dielectric breakdown of the nanocomposites. Was found a nterphase with 61nm for nanocomposites reinforced with ZnO and 12nm for nanocomposites reinforced with alumina. The dielectric spectra showed a quasi-DC conductivity behavior in nanocomposites with lower filler fraction due to the trapping of additional water molecules in the electrical diffuse double-layer in interfaces. As the filler loading is increased, the interfacial polarization is less pronunciated because the larger overlapping of interphase. When the percolation threshold is reached in nanocomposites with higher fraction of particles, the material exhibits conductivity-DC. The dielectric behavior corroborates the measured value of the dielectric breakdown. The nanocomposites reinforced with 1%phr of ZnO and alumina are increased by 50% and 34% the dielectric breakdown as compared to DGEBA/OTBG pristine matrix. Whereas in nanocomposites reinforced with 15%phr at interphase percolation threshold, the variation in dielectric breakdown was deleterious. It is shown that the addition of nanoparticles does not cause change in free volume of the polymer matrix, thus the free volume changes did not corroborate the nanodielectrics performance. The calorimetric aspects of the curing reaction and mechanical properties were also investigated. It was observed that the zinc oxide catalyzes the crosslinking reaction by decreasing the activation energy of 65kJ/mol in the neat epoxy matrix to 53kJ/mol in the nanocomposite. Thus, its mechanical behavior is unlike modified due to variation in crosslink density of the matrix. While the use of nanoparticles of Al2O3 leads to mechanical toughness of nanocomposite, the addition of ZnO nanoparticles leads to embrittlement, as seen through cracks induced by scratch test. The glass transition temperature and hardness were increased to 95°C and 177MPa the neat epoxy matrix to 104°C and 198MPa in the ZnO-nanocomposite, showing a direct relationship with the effect of adding the nanoparticles in the crosslinking reaction. / Neste trabalho estudou-se revestimentos epoxídicos nanodielétricos DGEBA/OTBG reforçado com nanopartículas de alumina 10nm e oxido de zinco 90nm. Os nanocompósitos foram processados por extrusão dupla-rosca com frações de reforços de 1%phr, 3%phr, 6%phr e 15%phr. A dispersão das partículas foi investigada com o método FIB/FESEM. Então, as imagens coletadas foram tratadas para as analises quantitativas da dispersão. Dois métodos foram empregados na quantificação da dispersão. Primeiro, o índice para o vizinho mais próximo NND mostrou que os nanocompósitos reforçados com alumina apresentam um maior estado de aglomeração NND=0,45 em comparação aos nanocompósitos reforçados com ZnO NND=0,65. Isto ocorreu devido a superior área superficial das nanopartículas de alumina. Segundo, foi realizada uma analise multifractal da distribuição de partículas-aglomerados. Neste caso, a tese apresentada propõe que o limiar de percolação da interfase deve ocorrer quando a dimensão fractal das aglomerações for da mesma ordem da dimensão fractal da distribuição de partículas individuais. A partir do limiar critico de percolação estimado pelo comportamento dielétrico foi possível calcular a espessura da interfase correlacionando o estado de dispersão e a rigidez dielétrica dos nanocompósitos. Encontrou-se uma interfase com 61nm para os nanocompósitos reforçados com ZnO e com 12nm para os nanocompósitos reforçados com alumina. Os espectros dielétricos mostram um comportamento de condutividade quasi-DC nos nanocompósitos com pequena fração de reforços devido ao aprisionamento das adicionais moléculas de aguas nas duplascamadas elétricas nas interfaces. A medida que a fração e aumentada ocorrer uma polarização interfacial menos intensa dada a maior sobreposição das regiões de interfase. Quando o limiar de percolação e atingido nos nanocompósitos com grande fração de partículas, o material apresenta condutividade-DC. O comportamento dielétrico corrobora com o valor medido da rigidez dielétrica. Os nanocompósitos reforçados com 1%phr de alumina e ZnO aumentaram respectivamente em 50% e 34% o valor da rigidez dielétrica em comparação com a matriz DGEBA/OTBG não reforçada. Ao passo que, nos nanocompósitos com a interfase percolada reforçados com 15%phr a variação da rigidez dielétrica foi deletéria. Mostrou-se que a adição de nanopartículas não causa variação no volume livre da matriz polimérica, portanto, alterações do volume livre não corroboram para o desempenho de nanodielétricos. Os aspectos calorimétricos da reação de cura e as propriedades mecânicas também foram investigados. Observou-se que, o oxido de zinco catalisa a reação de reticulação diminuindo a energia de ativação de 65kJ/mol na matriz epoxídica não reforçada para 53kJ/mol no nanocompósito. Assim, o seu comportamento mecânico e diferentemente alterado devido a variação na densidade de reticulação da matriz. Enquanto, a utilização de nanopartículas de Al2O3 leva a tenacificação mecânica do nanocompósito, a adição de ZnO leva a fragilização, como verificado através de trincas induzidas com teste por risco realizado com um nanoindentador. A dureza e a temperatura de transição vítrea foram aumentadas de 177MPa e 95°C na matriz não reforçada para 198MPa e 104°C nos nanocompósitos, mostrando direta relação com o efeito da adição das nanopartículas na reação de reticulação.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Capa.pdf: 203956 bytes, checksum: 407d7f7b9ea4356c0eaa848e0eeb55d9 (MD5) Previous issue date: 2010-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Multi-walled carbon nanotubos dispersed in epoxy matrix (DGEBA) were aligned by a sinusoidal electric field with amplitude of 300 V / cm and frequency 1 kHz, during curing of the nanocomposites. Nanocomposites were subjected to the electric field (aligned nanotubes) and samples cured without the presence of the field (with nanotubes dispersed randomly) and NC concentration equal to 0.05, 0.1, 0.25 and 0.5% (m / m). The morphologies of aligned carbon nanotubes networks, in samples submitted to the electric field were characterized by means transmitted light optical microscopy analysis. It was observed that the geometry of the networks is strongly influenced by the concentration of nanotubes. The monitoring of electrical conductivity during the curing of the samples, allowed us to identify the three main stages of formation of networks. The first is related to the alignment and clustering of NCPM, the second is related to the stability of the network and the third to the cure of epoxy matrix. The Classical Percolation Theory has been used to relate the electrical conductivity (dc) to the content of NCPM, and allowed to determine the exponent of the electrical conductivity and percolation threshold of aligned samples and samples without alignment. The trend of increase in the electrical conductivity exponent in the aligned samples indicates the formation of an anisotropic network, since the conductivity is favored in the direction of alignment. The percolation threshold showed a decrease in the sample aligned, which may relate to the facilitation of the electric conduction process through the material. As for the dielectric properties, nanocomposites analyzed showed a behavior similar to the dielectric described by the first order Debye dielectric dispersion model. Both samples type showed a relaxation time of electric dipoles in the order of milliseconds, typical of interfacial polarization. The permittivity of aligned samples exhibited a magnitude increase in frequency of 200 Hz. This behavior may be related to the increased ability to trap electrical charges due to the formation of the network carbon nanotubes. The DMA and DIL analysis showed that Tg of the aligned samples decrease, indicating that the alignment affect the restriction on the movement of polymer chains. The micro-hardness analysis was not sensitive enough to characterize the hardness anisotropy, depending on the alignment of NCPM dispersed in the matrix. In the other hand, it was revealed that the incorporation of nanotubes creates free volume within the material, which reduces the hardness of the nanocomposites compared with pure epoxy. / Nanotubos de paredes múltiplas (NCPM) dispersos em matriz epóxi (DGEBA) foram alinhados com o auxilio de um campo elétrico senoidal, de amplitude de 300 V/cm e freqüência de 1 kHz, durante a cura dos nanocompósitos. Foram fabricados nanocompósitos submetidos ao campo elétrico (nanotubos alinhados) e amostras curadas sem a presença do campo (com nanotubos dispersos de modo aleatório), com teores de NCPM iguais a 0,05; 0,1; 0,25 e 0,5 % (m/m). As morfologias das redes alinhadas, nas amostras submetidas ao campo, foram caracterizadas por meio das analises de microscopia óptica de luz transmitida. Foi possível notar que a geometria das redes e fortemente influenciada pela concentração de nanotubos. O monitoramento da condutividade elétrica, durante a cura das amostras linhadas, permitiu identificar as três principais etapas de formação das redes. A primeira esta relacionada com o processo de alinhamento e aglomeração lateral dos NCPM, a segunda esta relacionada com a estabilidade da rede e a terceira com a cura da matriz epóxi. A Teoria da Percolação Clássica foi utilizada para descrever a condutividade elétrica (cc) em função do teor de NCPM, e permitiu determinar o expoente de condutividade elétrica e o limiar de percolação das amostras alinhadas e das amostras sem alinhamento. A tendência de acréscimo do expoente de condutividade elétrica nas amostras alinhadas indica a formação de uma rede anisotrópica, uma vez que o fluxo elétrico e favorecido na direção do alinhamento. O limiar de percolação apresentou uma diminuição nas amostras alinhadas, que pode estar relacionado com a facilitação do processo de condução através do material. Como relação as propriedades dielétricas, os nanocompósitos analisados (0,5 % m/m, alinhados e sem alinhamento) apresentaram um comportamento similar aos dielétricos descritos pelo modelo de dispersão dielétrica de primeira ordem de Debye. Ambas as amostras apresentaram um tempo de relaxação dos dipolos elétricos na ordem de milissegundos, característico de polarização interfacial. Na freqüência de 200 Hz a permissividade elétrica exibiu um aumento na ordem de grandeza, nas amostras alinhadas. Este comportamento pode estar relacionado com o aumento da capacidade de aprisionar cargas elétricas, devido a formação da rede. As analises de DMA e DIL mostraram que a Tg das amostras alinhadas diminuem, indicando que o alinhamento prejudica a restrição dos movimentos das cadeias poliméricas. Já a analise de microdureza Vickers nao se mostrou sensível o bastante para caracterizar a anisotropia de tal propriedade, em função do alinhamento dos NCPM dispersos na matriz. Em contra partida, foi possível perceber que a incorporação de nanotubos gera volumes livres no interior do material, que diminui a dureza dos nanocompósitos, quando comparado com o epóxi puro.

Neste trabalho, foram determinadas as propriedades dielétricas e a condutividade elétrica de quatro tipos leite (leite humano e 3 tipos de leite vaca - cru, integral e semi-desnatado) e de três fórmulas infantis (FIs) empregando a técnica de cabo coaxial de ponta aberta. As medições das propriedades dielétricas foram realizadas na faixa de frequência de (500 a 3000) MHz e em temperaturas de (5 a 90) ºC. O comportamento dielétrico de todos os tipos de leite e das FIs foi caracterizado por dois mecanismos principais (condução iônica e rotação dipolar), que se mostraram dependentes da frequência e da temperatura. Também foi estudada a inativação da enzima fosfatase alcalina (ALP), presente em leite de vaca e humano, utilizando um reator de micro-ondas focalizadas em processo térmico descontínuo. Durante o processamento, por meio de um sensor de fibra óptica, em contato direto com o leite, foram obtidos os históricos de temperatura dos quais os parâmetros cinéticos D e z foram calculados no intervalo de temperatura de (50 a 80) ºC e tempos de (15, 30, 45, 60, 180 e 300) s. A inativação térmica da ALP obedeceu a cinética de primeira ordem e os parâmetros cinéticos determinados foram: z = 4,4 ºC e D70ºC = 1,1 s para o leite humano e z = 7,4 ºC e D70ºC = 44,3 s para o leite de vaca tipo B. Os resultados desse estudo mostraram que o tratamento térmico assistido por micro-ondas, na condição ótima de 60 ºC por 30 s, foi eficiente na inativação de micro-organismos patogênicos (Staphylococcus aureus e Salmonella) e na preservação do perfil de ácidos graxos em leite humano. Além disso, o tratamento térmico assistido por microondas resultou em menores perdas de proteínas, como as imunoglobulinas e lactoferrina, quando comparado ao processamento térmico convencional (Holder), utilizado nos Bancos de Leite Humano (BLH), demonstrando que pode ser considerado uma tecnologia alternativa para o processamento de alimentos líquidos. / In this work, the dielectric properties and electrical conductivity of four types of milk (human milk and 3 types of cow milk - raw, whole and low-fat) and three infant formulae (IFs) were measured using the open-ended coaxial method. The measurements of the dielectric properties were performed at frequency range from (500 to 3000) MHz and temperatures from (5 to 90) ºC. The dielectric behavior of all types of milk and IFs was characterized by two main mechanisms (ion conduction and dipole rotation), which showed dependency in relation to frequency and temperature. The inactivation of alkaline phosphatase (ALP), present in cow and human milk, was also studied using a microwave reactor focused on a batch process. During the processing, by means of a fiber optic sensor, the temperature histories were obtained from which the kinetic parameters D and z were calculated at temperature range from (50 to 80) °C and times from (15, 30, 45, 60, 180 and 300) s. The thermal inactivation of the ALP followed the first-order kinetics and the kinetic parameters determined were: z = 4.4 °C and D70°C = 1.1 s for human milk and z = 7.4 °C and D70 °C = 44.3 s for the type B cow\'s milk. The results of this study showed that microwave-assisted heating, under optimum condition (60 ºC for 30 s), was efficient for inactivation pathogenic microorganisms (Staphylococcus aureus and Salmonella) and preservation of fatty acids profile in human milk. In addition, microwave-assisted heating resulted in lower losses of important proteins, such as immunoglobulins and lactoferrin, compared to conventional thermal processing (Holder), used in Human Milk Banks (BLH), demonstrating that it can be considered an alternative technology for the processing of liquid foods.

Orientador: Jose Alexandre Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T23:44:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavarsan_FabioAparecido_M.pdf: 1844366 bytes, checksum: d8325d817635ac4ad6cb932db6b5ebb6 (MD5) Previous issue date: 2005 / Mestrado / Microeletronica e Optoeletronica / Mestre em Engenharia Elétrica

Continuous-flow microwave heating is an alternative processing technology that can bring advantages to the pasteurization of food products, particularly, fruit-based beverages. This work aimed to study the continuous-flow microwave thermal processing of cloudy apple juice. Dielectric and electric properties of cloudy apple juices, obtained from different varieties and from an industrial plant, were determined from 500 to 3000 MHz and temperatures between 10 °C and 90 °C. At these frequencies, apple variety showed little influence and the permittivity decreased almost linearly with temperature. Inactivation kinetics of pathogen microorganisms (Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes) and enzymes (polyphenol oxidase, peroxidase and pectin methylesterase) were studied and modeled to evaluate non-thermal effects of microwave radiation. For both processing technologies, it was possible to achieve a 5-log10 reduction of E. coli and L. monocytogenes, as recommended by the FDA. Microwave processing in comparison to conventional heating enhanced the microorganism inactivation in 18 out of 28 experiments. Predicted enzyme inactivation curves for pasteurization at 70 °C and 80 °C of the cloudy apple juice showed that pectin methylesterase has the highest thermal resistance and that there was no significant evidence of non-thermal microwave effects. A pilot scale unit used for pasteurizing fruit juices was evaluated and the process was modeled and simulated to determine the average time-temperature history. Mean residence times and dispersion parameters were obtained from internal volume measurements and residence time distribution experiments. Thermal processing experiments using water provided heat transfer coefficients as functions of Reynolds number and also microwave power absorption. Mathematical modeling was used to determine the temperature distribution along the product path and results were validated. Results showed that focused microwave heating provided the necessary temperature increase in a very short time, with a lethality contribution of only 0.7% as compared to 59-68% when using the conventional heat exchanger, which configures over-processing and can decrease product quality. Fresh cloudy apple juice was subjected to continuous flow microwave assisted pasteurization in a pilot scale unit at three processing temperatures (70 °C, 80 °C and 90 °C), two flow rate levels and two heating systems (conventional and focused microwave). Good results were obtained for polyphenol oxidase and peroxidase inactivation, but not for pectin methylesterase, which showed to be the most resistant enzyme. A comparative evaluation on quality changes was performed in cloudy apple juice samples pasteurized in the continuous-flow unit. Profile of volatiles of the microwave pasteurized apple juice was more similar to the nonpasteurized juice, in comparison with the conventionally pasteurized juice. However, total organic acids and total soluble sugar contents were not significantly different between both processing technologies. There was an increase of phenolic contents during processing of cloudy apple juice, possibly due to the extraction of phenolic compounds present in suspension of material. Furthermore, it was observed the same trend of antioxidant capacity by DPPH and ORAC methods. In conclusion, this PhD work presents the potential of the microwave-assisted pasteurization in cloudy apple juice regarding enzymatic, microbiological and quality aspects. / Aquecimento de micro-ondas de fluxo contínuo é uma tecnologia de processamento alternativa que pode proporcionar vantagens para a pasteurização de produtos alimentícios, particularmente, bebidas à base de frutas. Este trabalho teve como objetivo estudar o processamento térmico de micro-ondas de fluxo contínuo em suco de maçã não clarificado. As propriedades dielétricas e elétricas dos sucos de maçã não clarificados, obtidos de diferentes variedades de maçãs e de uma planta industrial, foram determinadas entre 500 e 3000 MHz e temperaturas entre 10 °C e 90 ° C. Nessas frequências, a variedade da maçã apresentou pouca influência e a permissividade elétrica diminuiu quase linearmente com a temperatura. Cinéticas de inativação de microrganismos patogênicos (Escherichia coli O157: H7 e Listeria monocytogenes) e enzimas (polifenol oxidase, peroxidase e pectina metilesterase) foram estudadas e modeladas a fim de avaliar os efeitos não térmicos da radiação de micro-ondas. Para ambas tecnologias de processamento foi possível obter uma redução de 5-log10 de E. coli e L. monocytogenes, como recomendado pelo FDA. O processamento de micro-ondas em comparação com o aquecimento convencional aumentou a inativação dos micro-organismos em 18 dos 28 experimentos. As curvas de inativação enzimática preditas para pasteurização a 70 ° C e 80 ° C do suco de maçã mostraram que a pectina metilesterase possui a maior resistência térmica e que não houve evidência de efeitos não térmicos. Uma unidade de escala piloto usada para pasteurizar sucos de frutas foi avaliada e o processo foi modelado e simulado para determinar o histórico de tempo-temperatura. Os tempos médios de residência e os parâmetros de dispersão foram obtidos a partir de experimentos de distribuição do tempo de residência e volumes. Experimentos do processamento térmico utilizando água, como produto alimentício, forneceram coeficientes de transferência de calor em função do número de Reynolds e absorção de energia de micro-ondas. A modelagem matemática foi utilizada para determinar a distribuição de temperatura do percurso do produto, e posteriormente, foram validados. Os resultados mostraram que o aquecimento por microondas focalizadas proporcionou o aumento necessário da temperatura em um tempo curto, com uma contribuição de letalidade de apenas 0,7% em comparação a 59-68%, quando usado somente o trocador de calor convencional, o que configura sobre processamento, podendo diminuir a qualidade do produto. O suco de maçã fresco não clarificado foi submetido à pasteurização por micro-ondas em fluxo contínuo em uma unidade de escala piloto em três temperaturas de processamento (70 ° C, 80 ° C e 90 ° C), dois níveis de vazão e dois sistemas de aquecimento (convencional e micro-ondas). Resultados positivos foram obtidos para polifenol oxidase e peroxidase, mas não para a pectina metilesterase demonstrando ser a enzima mais resistente. Uma avaliação comparativa das mudanças de qualidade foi realizada em amostras de suco de maçã pasteurizado na unidade de fluxo contínuo. O perfil de voláteis do suco de maçã pasteurizado por microondas foi mais semelhante ao suco não pasteurizado em comparação ao suco pasteurizado convencionalmente. Entretanto, ácidos orgânicos totais e açúcares solúveis totais não foram significativamente diferentes no processamento por estas duas tecnologias. Houve um aumento de compostos fenólicos durante o processamento do suco de maçã não clarificado, possivelmente devido a extração de compostos fenólicos presentes no material em suspensão. Além disso, foi observado a mesma tendência na atividade antioxidante determinada pelos métodos de DPPH e ORAC. Em conclusão, este trabalho de doutorado apresenta o potencial da pasteurização por micro-ondas em suco de maçã não clarificado quanto aos aspectos enzimáticos, microbiológicos e de qualidade.

Nesse trabalho são discutidos os resultados a respeito de materiais híbridos baseados na poliimida, PI, obtida por reações de policondensação entre a diamina 4,4\'-Oxidianilina (ODA) e o dianidrido 4,4\'-Oxidiftálico (ODPA), seguida de imidização térmica. O estudo foca na influência do tempo de tratamento (1, 15 e 60 min) e na temperatura de decomposição térmica (500°C) sobre as propriedades da PI. Os experimentos foram realizados sob fluxo de Argônio e os materiais obtidos apresentam características intermediárias entre PI e materiais carbonáceos. Dados de Nanoindentação (NI) revelaram aumento de até 50% de dureza para os filmes tratados por 60 min. ODPA e ODA serviu ainda de base para a preparação do revestimento híbrido contendo ORMOSIL gerado in situ por catálise ácida via processo sol-gel a partir do (3-aminopropil)trietóxissilano (APTES) e Tetraetil Ortossilicato (TEOS). O revestimento obtido é homogêneo e tem boa interação com o substrato (aço inoxidável 316L). A polarização potenciodinâmica revelou uma proteção elevada tanto em solução de NaCl 3,5% em massa quanto em H2SO4 0,5 mol L-1, em relação ao aço sem revestimento, com densidade de corrente da ordem de 10-9 A cm-2, na faixa de -700 a 500 mV vs Ag/AgCl. Por fim, filmes híbridos baseados em ODPA, ODA, APTES e TEOS, adicionados de Ácido Fosfotungstico (HPW) foram preparados e avaliados por Espectroscopia na região do Infravermelho com Transformada de Fourier e Ressonância Magnética Nuclear de Silício e Fósforo (29Si e 31P MAS NMR) que confirmaram a formação da PI e da rede ORMOSIL, bem como revelam que a estrutura do HPW permaneceu intacta após o processo de síntese. Mapeamentos realizados por Micro-fluorescência de Raios X assistida por Luz Síncrotron (μ-XRF) mostram uma boa dispersão da fase inorgânica (ORMOSIL e HPW) na orgânica (POO), e todos os materiais são termicamente estáveis até aproximadamente 500°C, de acordo com as curvas obtidas por Termogravimetria (TGA). Outras técnicas de caracterização também foram usadas para uma investigação mais detalhada dos materiais. / In this thesis are presented the results and considerations related to several hybrid materials derived from the polyimide, PI, obtained by polycondensation reactions between 4,4\'-Oxydianiline (ODA) and 4,4\'-Oxydiphthalic (ODA), followed by thermal imidization. The study focuses on the effect of thermal treatment time (1, 15 and 60 min) and the temperature of beginning of thermal decomposition (773 K) on the properties of PI. The experiments were performed under Argon flow, and the materials presented intermingled properties of PI and carbonaceous materials. The hardness, evaluated by Nanoindentation (NI), reached an increase of 50% for POO films treated for 60 min. POO was also used for the preparation of the hybrid coating containing ORMOSIL obtained in situ by acid catalysis via sol-gel process from (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES) and Tetraethyl Orthosilicate (TEOS). The coating is homogeneous and present a good interaction with the substrate (316L stainless steel). Data of potendynamic polarization revealed a high protection both under NaCl 3.5 wt% and H2SO4 0.5 mol L-1 solutions related to the neat substrate, with current density of order 10-9 A cm-2, in range potential of -700 to 500 mV vs Ag/AgCl. Finally, hybrid films were prepared based on ODPA, ODA, APTES and TEOS, in addition to Phosphotungstic Acid (HPW). The characteristics of all materials were evaluated by Fourier Transform Infrared Spectroscopy in Middle and Near Infrared region (FTMIR and FTNIR), and Magic Angle Spinning-Nuclear Magnetic Resonance of Silicon 29 and Phosphorus 31 (29Si and 31P MAS NMR) which confirmed the ORMOSIL network formation, as well as revealed that the HPW structure remained intact after the synthesis process. Mapping performed by Assisted Synchrotron Light X-ray Micro Fluorescence (μ-XRF) the good dispersion of the inorganic phase (ORMOSIL and HPW) in the organic phase (POO). All materials are thermally stable up to 773 K, according to Thermogravimetric Analysis (TGA). Other techniques of characterization were also used to further investigation of the materials.

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:21:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borges_FabianoRodrigo.pdf: 3954935 bytes, checksum: fd0b1eeed8a2cd4e9566f172cdf86b81 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O trabalho mostra o desenvolvimento de um filtro na faixa de frequência de micro-ondas e sua construção usando ressoadores dielétricos de alta permissividade elétrica. A partir da definição matemática de uma função de transferência do tipo entrada-saída, que caracteriza um filtro, e do uso da teoria de síntese de redes, vista de um modo bastante simplificado, mostra-se como construir um circuito elétrico que realiza fisicamente a função de transferência do filtro. Em frequência de micro-ondas, contudo, elementos de parâmetros concentrados - resistores, indutores e capacitores - não se comportam como esperado, e a resposta de um circuito elétrico nesta frequência não é como a projetada. Para realizar fisicamente este circuito elétrico é necessário desenvolver conceitos eletromagnéticos, que passam pela definição de uma ferramenta importantíssima, chamada inversor de impedância, e seu equivalente acoplamento eletromagnético. Para restringir o trabalho, tratamos de filtros passa-faixa de banda estreita, o tipo mais comumente utilizado em aplicações de micro-ondas. A conversão do circuito elétrico obtido para um circuito constituído por elementos de parâmetros distribuídos é mostrada e fecha o ciclo teórico do trabalho. No campo de práticas experimentais de laboratório, medem-se parâmetros que permitem caracterizar o filtro eletromagnético obtido usando-se uma análise estatística rigorosa. Os resultados obtidos mostram que é possível partir de uma função matemática abstrata e chegar a um dispositivo de micro-ondas físico que provê a resposta projetada. Além disso, o uso de cerâmicas com permissividade elétrica elevada levou ao desenvolvimento de novas técnicas de alimentação para filtros do tipo projetado, e o requisito de ter-se uma grande banda de rejeição levou ao desenvolvimento de uma nova geometria para as cerâmicas usadas na construção do filtro. / Abstract: This work shows the development of a filter at microwave frequencies and its construction by means of dielectric resonators of high electric permittivity. Starting by the mathematical definition of a transfer function such as the kind input-output, which characterizes the filter, and the use of network synthesis theory, shown in a very simply way, one shows how to built an electric circuit that implements the filter's transfer function. At microwave frequencies, however, concentrated parameter elements - resistors, inductors and capacitors - do not behave as expected, and the output of an electric circuit at this frequency is not like the projected one. To implement this electric circuit, one needs to develop electromagnetic concepts, such as a very important tool, called impedance inverter, and its equivalent electromagnetic coupling. To restrain the scope of this work, we choose to develop bandpass filters of narrow bandwidth, the most common type used at microwave applications. The conversion from the electric circuit obtained for a circuit made by distributed parameter elements is shown and closes the theoretical cycle of this work. Regarding laboratory experimental practices, parameters are measured towards the characterization of the designed electromagnetic filter by means of a rigorous statistics analysis. The results obtained show that it is possible to begin with an abstract mathematical function and to end up with a microwave device that exhibits the designed response. Besides, the use of ceramics with high permittivity led to the development of new techniques for feeding the filters like the ones presented here, and the requirement of having a big stopband led to the development of a new geometry for the ceramics used to build the filter. / Universidade Estadual de Campi / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Descreve-se neste trabalho um estudo experimental da Emissão Eletrociclotrônica (EEC) no tokamak TCABR. Um radiômetro de EEC foi instalado, calibrado e utilizado para o estudo do plasma em descargas térmicas. O radiômetro é do tipo heteródino de varredura operando na faixa de 50-85 GHz, no modo extraordinário e na segunda harmônica. Determinou-se a temperatura de ruído do radiômetro e também sua estabilidade em amplitude e freqüência. Foi medida a largura de banda em freqüência do radiômetro (resolução espacial horizontal). A antena utilizada é do tipo gaussiana sendo que o raio da cintura do feixe gaussiano e a posição do foco foram experimentalmente determinados (W0 ~ 1 cm e d ~ 37 cm, respectivamente). A posição da cintura da antena foi posicionada próxima do centro geométrico do vaso. Foi feita a calibração absoluta do equipamento considerando-se os efeitos das janelas de diagnóstico (reflexão e absorção). O sistema pode operar em modo varredura, para a obtenção de perfis radiais de Te ou modo freqüência única onde se tem alta resolução temporal. As medidas da radiação EC foram feitas, na sua maioria, em descargas com densidade eletrônica média entre 1.10+19 m-3 e 1,5.1019 m-3 de forma a se ter acessibilidade da radiação EC e também minimizar-se a presença de elétrons fugitivos. Para ne > 1,5.1019 m-3 (com B0 = 1,14 T) verifica-se o corte parcial da radiação EC. Nesta condição, o corte na EEC foi utilizado na determinação do perfil radial da densidade eletrônica e aplicado em três diferentes situações: descargas com injeção adicional de gás, com a aplicação do eletrodo de polarização e em descargas com injeção de ondas de radiofreqüência na região das ondas de Alfvén para o TCABR. Usando um perfil parabólico típico para a densidade eletrônica, observou-se que, para descargas com injeção adicional de gás ou em descargas com a aplicação de ondas de radiofreqüência tem-se 0,85 < alfa < 1, e para descargas com aplicação do eletrodo de polarização obteve-se alfa ~ 0,6. Foram feitas observações simultâneas da temperatura eletrônica, a partir do sinal da EEC, e das oscilações de Mirnov (freqüência ~ 11,7 kHz) em descargas térmicas com q(r=0) > 1. Os resultados indicam a presença de um modo de ruptura dominante em rs ~ 9,5 cm com a largura da ilha magnética de W ~ 2,0-2,5 cm. Estes resultados experimentais obtidos estão em acordo com os resultados indicados por teorias de transporte na região das ilhas magnéticas. Observou-se também que a localização da ilha magnética coincide com uma região onde o perfil radial da temperatura de plasma é aproximadamente plano. Num outro cenário, com q(r=0) < 1, observaram-se oscilações dente de serra com período de ~ 0,44 ms, tempo de queda de ~ 0,12 ms, e raio de inversão em r ~ 4 cm. Neste tipo de descargas observou-se que, no perfil radial da amplitude das oscilações da Te, |DeltaTe|, devido à propagação dos pulsos dente de serra, apresentavam posições de mínimos e que estes coincidiam com as posições onde ocorrem patamares no perfil radial da temperatura eletrônica. Partindo destes resultados, juntamente com o perfil de q(r), dão-nos os modos racionais (m/n), posições (r) e larguras(W) para as ilhas magnéticas, presentes nestas descargas, a saber: m/n = 4/3 (r ~ 9 cm, W4/3 ~ 0,9 cm), m/n = 3/2 (r ~ 11,8 cm, W3/2 ~ 0,9 cm) e m/n = 2/1 (r ~ 13,7 cm, W2/1 ~ 1,4 cm). Este novo método, aqui proposto, permite a determinação direta da posição e da largura das ilhas magnéticas, em descargas onde a instabilidade dente de serra encontra-se presente.¶ / In this work, an experimental study of the Electron Cyclotron Emission (ECE) in the TCABR Tokamak, is described. An ECE sweeping heterodyne radiometer, operating in the 50-85 GHz frequency range, was installed, calibrated and used to detect ECE radiation in the second harmonic extraordinary mode from thermal plasma discharges. The noise temperature, amplitude and frequency stability of the radiometer were determined. The frequency bandwidth (horizontal space resolution) was measured. A Gaussian Antenna is used and the gaussian beam waist radius (W0 ~ 1 cm) and the focus position (d ~ 37 cm) were experimentally determined. The focus of the antenna was positioned close to the center of the vacuum vessel. The absolute calibration of the equipment was done and the effect of the diagnostic window was considered (reflections and absorptions). The system can operate in sweeping mode, in order to obtain the radial electron temperature profiles, and also in the single frequency mode to obtain temporal electron temperature profiles with high time resolution. Due to the TCABR accessibility conditions and also to avoid runaway electrons, most of the ECE measurements were obtained in discharges with line electron density between 1.0x10+19 m-3 and 1.5x1019 m-3. For ne > 1.5x1019 m-3 (with B0 = 1.14 T) the cutoff in the ECE radiation was observed. The ECE cutoff was used to determine the radial profile of the electron density and applied to three different situations: discharges with additional gas puffing, with the application of a biasing electrode and in discharges with radio-frequency wave injection. Using a parabolic profile it was observed that, 0.85 < alfa < 1.0 for discharges with additional gas injection or with RF injection, and alfa ~ 0.6 for the electrode biasing experiments. The electron temperature profiles and Mirnov oscillations (f ~ 11.7 kHz) were simultaneously measured in discharges with q (r=0) > 1. The position and the width of the magnetic island were therefore calculated. The results indicate the presence of a dominant tearing mode in rs ~ 9.5 cm and the magnetic island width W ~ 2.0-2.5 cm. These experimental results are in agreement with the theoretical results foreseen by models of heat transport in the presence of magnetic islands. It was also observed that, the position of the magnetic island coincided with the region where the temperature radial profile is approximately flat. In another plasma scenario, with q(r=0) < 1, sawteeth oscillations with a period ~ 0.44 ms, crash time ~ 0.12 ms, inversion radius r ~ 4 cm, were measured. Peculiarities in the Te radial profile associated with the amplitude of Te oscillations, |DeltaTe|, due to the sawtooth instability, were observed. It was verified that the minimum values of the |DeltaTe| profile coincided with the region where the temperature radial profile was approximately flat. These results together with the q(r) profile yielded the following mode numbers (m/n), positions (r) and widths (W) of the magnetic islands: m/n = 4/3 (r ~ 9 cm, W4/3 ~ 0.9 cm), m/n = 3/2 (r ~ 11.8 cm, W3/2 ~ 0.9 cm) and m/n = 2/1 (r ~ 13.7 cm, W2/1; ~ 1.4 cm). A novel method to determine the position and width of the magnetic islands, in discharges with the presence of sawtooth instability, is presented here.

Neste trabalho descreve-se a implementação da técnica do pulso eletroacústico (PEA) para a determinação de perfis de carga espacial em dielétricos. O método é baseado no sinal acústico gerado pela aplicação de um pulso de tensão elétrica de curta duração na amostra. O sinal acústico gerado é detectado usando-se um transdutor piezoelétrico acoplado à amostra. São discutidos os detalhes experimentais do sistema e os procedimentos matemáticos para o tratamento do sinal elétrico medido. O tratamento matemático do sinal é baseado na técnica de desconvolução que permite determinar a função de transferência do sistema. A função de transferência permite eliminar do sinal medido as distorções introduzidas pelo circuito de medida, pelas reflexões espúrias do sinal acústico, etc.. Mostra-se também os procedimentos matemáticos para se corrigir a atenuação e dispersão do sinal acústico durante a propagação através da amostra. A técnica PEA foi utilizada para o estudo dos perfis de carga espacial injetada em amostras de polietileno sintetizados com diferentes catalisadores: Ziegler-Natta e Metallocene. O campo elétrico aplicado para polarizar as amostras e injetar cargas elétricas nas amostras foi variado de 0,05 MV/cm a 0,9 MV/cm. Nas amostras de polietileno sem aditivos a injeção de cargas elétricas na amostra é bem menor que em amostras com aditivos anti-oxidantes Mostra-se também que o campo elétrico de ruptura depende da carga injetada na amostra, sendo ele maior quando a polaridade da tensão de teste de ruptura é a mesma da tensão aplicada que provocou a injeção de cargas elétricas na amostra. / It is described the implementation of the electroacustic pulse technique, PEA, for the determination of space charge profiles in dielectrics. The method is based on the acoustic signal generated by the application of a voltage pulse with short duration on the sample. The acoustic signal generated by pulse is detected by using a piezoelectric transducer coupled to the sample. Details of the experimental system and of the mathematical procedure for the treatment of the measured electric signals are discussed. The mathematical treatment is based on the deconvolution technique which enables us to obtain the transference function of the system. The use of a transference function eliminates distortions caused by reflections that are introduced by the measurement circuit. Mathematical procedures for the correction of attenuation and dispersion of the acoustic signal during the propagation throughout the sample are also discussed. The PEA technique was used to measure the profiles of injected space charge in polyethylene synthesized using different catalysts: Ziegler-Natta and Metallocene. The electric field applied to polarize and to inject electric charges in the sample was varied form 0.05MV/cm to 0.9MV/cm. In samples of polyethylene without additives it was observed that the injection of charges is less intense than in samples containing anti oxidant additives. It is also shown that the critical electric field for the breakdown depends on the injected charge on the sample being; larger if the rupture tests were performed using the same polarity of the voltage used to pole the samples. Breakdown measurements were also performed with ozone treated samples.