Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 2147467 bytes, checksum: 06d61abcd760c3d3a8cc6b1d61af88fa (MD5) Previous issue date: 2008-08-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, we performed an analysis of the structural and electronic stability of nanostructures of Boron Nitride (BN), such as layers, tubes and cones, when doped with Carbon, through first-principles calculations as implemented in code SIESTA. We found that substitutional doping of Carbon for either a single Boron or a single Nitrogen atom produces significant changes in the conductive properties of each material. Such replacement process transforms the formerly insulating material, in a n-type conductor, donnor of electrons, for Boron replaced by Carbon, and the p-type, acceptor of electrons, for the Nitrogen substitution. Furthermore, we also performed calculations with spin-polarization and found occurrence of spontaneous magnetization of 1μB for all doped structures, except for tube (6,0), which presented a magnetic moment of 0;2μB. This magnetization is attributed to the unpaired electron located in the pz orbital of carbon. It was also noted that the doped layers become more energetically stable as the number of atoms increases. To the tubes, increased stability occurs with the increase in diameter combined with the consequent increase in the number of atoms. At the cones, stability energy is reduced with the increase in the angle of disclination. These effects are the result of a combination of percentage concentration of the defect and the greater or lesser degree of hybridization. / Neste trabalho, fizemos uma análise da estabilidade estrutural e eletrônica de nanoestruturas de Nitreto de Boro (BN), tais como planos, tubos e cones, quando dopadas com carbono, através do uso de cálculos de primeiros princípios como implementado no código SIESTA. Encontramos que a dopagem substitucional de carbono por boro ou nitrogênio provoca mudanças significativas nas propriedades condutoras de cada material. Tais substituições transformam o material que antes era isolante, em condutor do tipo n, doador de elétrons, para o boro substituído pelo carbono, e do tipo p, receptor de elétrons, para a substituição do nitrogênio. Além disso, realizamos cálculos com polarização de spin e verificamos a ocorrência de um momento magnético de 1μB para todas as estruturas dopadas, com exceção do tubo (6;0) que apresentou um momento magnético de 0;2μB. Essa magnetização é atribuída ao elétron desemparelhado localizado no orbital pz do carbono. Foi verificado também que os planos dopados se tornam mais estáveis energeticamente à medida que o número de átomos aumenta. Para os tubos, o aumento da estabilidade ocorre com o aumento do diâmetro combinado com o consequente aumento do número de átomos. Já nos cones, a estabilidade energética é diminuída com o aumento do ângulo de disclinação. Esses efeitos são fruto de uma combinação entre porcentagem de concentração do defeito e do maior ou menor grau de hibridização.

No presente trabalho foi realizado o estudo do desempenho de catalisadores nanoestruturados de dióxido de titânio, TiO2, dopados com diferentes metais (prata, ouro, cobre, paládio e zinco), a fim de promover um aumento da atividade fotocatalítica sob radiação visível. Os experimentos foram realizados em um reator batelada de vidro, com controle de temperatura e catalisador em suspensão, sob radiação UV e visível, usando-se rodamina B (RhB) como molécula teste. Além disso, foram avaliadas as condições de reação, como as concentrações de catalisador e de corante, e do catalisador comercial P-25 Degussa. Para síntese dos nanotubos de TiO2 utilizou-se o método hidrotérmico, que consiste na reação de partículas de TiO2 com uma solução aquosa de NaOH sob temperatura e pressão elevadas, seguida de lavagem ácida e calcinação. Foram determinadas as melhores condições de obtenção dos nanotubos, variando-se o pH da solução de lavagem e temperatura de calcinação, antes da dopagem com metais. Além da avaliação da atividade fotocatalítica, a difração de raios X (DRX), espectroscopia de reflectância difusa (ERD), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e a determinação da área específica e volume de poros foram utilizadas para caracterização dos fotocatalisadores dopados e dos nanotubos de TiO2 (NTTs). Pelos ensaios fotocatalíticos observou-se que os tratamentos a que foram submetidos os materiais tiveram grande influência na sua atividade catalítica. Sob radiação UV apenas o catalisador dopado com paládio foi mais ativo que o P 25, com uma degradação de 93%. Sob radiação visível, as amostras dopadas com prata (NTT-4-600/Ag+UV e NTT-4-600/Ag+escuro), paládio (NTT-4-500/Pd) e ouro (NTT-4-500/AuI) apresentaram os melhores resultados, em relação às amostras não dopadas, com degradação de 19%, 11%, 17% e 16% respectivamente. / The performance of nanostructured titanium dioxide catalysts doped with different metals was studied (silver, gold, copper, palladium and zinc), in order to promote an increase in the photocatalytic activity under visible light. The experiments were performed in a glass batch reactor with controlled temperature and catalyst in suspension under UV and visible radiation for rhodamine B (RhB) degradation. In addition, was evaluated the reaction conditions such as catalyst and dye concentration, and the performance of the commercial catalyst TiO2 Degussa P-25. TiO2 nanotubes were synthesized by hydrothermal method, which consists of the reaction of TiO2 particles with aqueous NaOH solution under elevated temperature and pressure, followed by acid washing and calcining. Before the doping metals were determined the best conditions for to obtain nanotubes, by varying the pH of the wash and calcination temperature. In addition to the evaluation of photocatalytic activity, the X-ray diffraction (XRD), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), transmission electron microscopy (TEM) and determine the specific area and pore volume were the techniques used for characterization of doped photocatalysts and TiO2 nanotubes (NTTs). The photocatalytic tests showed that the treatments had a great influence on its catalytic activity. Under UV radiation only doped with palladium catalyst was more active than the P 25, with a 93% degradation. Under visible light, the samples doped with silver (NTT-4-600/Ag+UV e NTT-4-600/Ag+dark), palladium (NTT-4-500/Pd) and gold (NTT-4-500/ AuI) showed the best results, with a degradation 19%, 11%, 17% e 16% respectively.

A presença de defeitos intrínsecos na estrutura do óxido de zinco possibilita a sua dopagem com outros materiais, como o bismuto. O óxido de zinco dopado com bismuto (BZO) preparado via síntese hidrotermal assistida por microondas (MAHS) foi estudado em relação à sua concentração de dopante e caracterização morfológica. Para a síntese do BZO foi realizada pela reação de uma solução de nitrato de zinco (precursor) e nitrato de bismuto, usando com hidróxido de amônio para ajuste do pH. Para realizar a reação, a solução de nitrato de zinco foi foi aquecida em um microondas por intervalos de 5, 10 e 20 minutos a 200ºC. A dopagem foi realizada com 3 diferentes teores em massa nitrato de bismuto (1, 3 e 6%). Os produtos obtidos foram caracterizados por DRX, MEV e PL, assim como pelo cálculos de band gap por espectroscopia de transmissão. A atividade fotocatalítica foi analisada por ensaios de fotocatálise utilizando corantes orgânicos, azul de metileno (AM) e Rodamina B (RhB). Os resultados indicam que as nanoestruturas de BZO obtidas apresentam tamanhos de cristalitos variando de 5,82 a 8,37 nm. A estrutura morfológica, tipo flor, foi formada com diferentes concentrações de dopantes. Os resultados do PL demonstram que os defeitos aumentam com a dopagem do bismuto. O intervalo de band gap encontrado foi de 2,79 a 3,3 eV e tem potencial de uso em aplicações de fotodegradação. Neste sentido a dopagem de bismuto modificou positivamente o óxido de zinco, já que nos ensaios de fotocatálise, o BZO degradou ambos os corantes, sendo a amostra com 3% de dopagem de bismuto a que obteve os melhores resultados, chegando a degradar 68% do corante de Rodamina B em 1 hora. / Zinc oxide, due to the presence of intrinsic defects, allows doping with other materials, such as bismuth. BZO (zinc oxide doped bismuth), prepared by microwave assisted hydrothermal synthesis (MAHS), was studied dopant concentration and morphological characterization. For the synthesis, zinc nitrate was used as a precursor; for pH control, ammonium hydroxide was used. After the solution was heated in a microwave for 5, 10 and 20 minutes at 200 ° C. Doping was performed with 3 different mass contents of bismuth nitrate (1, 3 and 6%). The products were characterized by DRX, MEV and PL; Band gap calculations by transmission spectroscopy. The photocatalytic activity was analyzed by photocatalysis using organic dyes, methylene blue (AM) and Rhodamine B (RhB). The results indicate that BZO nanostructures were obtained with crystallite sizes ranging from 5.82 to 8.37 nm. The same morphological structure, flower type, was formed with different dopants concentrations. PL demonstrates that defects increase with doping of bismuth. The band gap found was from 2.79 to 3.3 eV and has potential use in photodegradation applications. In this sense, the bismuth doping positively modified the zinc oxide, in the photocatalysis tests BZO degraded both dyes, being the sample with 3% doping of bismuth that obtained the best results, reaching to degrade 68% of the Rhodamine B dye in 1 hour.

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Superconductivity in magnesium diboride (MgB2) was discovered in 2001. The relatively high Tc (39 K), high critical current density, long coherence length (∼6 nm), low raw material cost, lower density and relative ease of fabrication make this material an exciting choice for practical applications. Furthermore, lower anisotropy and strongly linked current flow in untextured polycrystalline samples, unlike its HTS counterparts, has enabled the development of different processing routes to fabricate MgB2 in the form of wires, tapes, thin films and bulks. Conventionally, MgB2 is synthesized by in situ sintering, where elemental Mg and B powders are reacted to produce MgB2. Although the superconducting phase can be obtained with relative ease, the resulting sample is generally only around 50% dense, due to formation of large pores inside sintered bulks arising from the volatility of magnesium and 25% volume contraction in MgB2 phase formation. Although the use of high pressure is effective to promote sintering and subsequent densification, the need to use large pressure vessels represents a significant practical limitation for the development of a practical process and of the achievable dimensions in the final MgB2 sample. As a result, the fabrication of high density, bulk MgB2 remains a challenging processing problem. This study explores the “Infiltration and Growth” (IG) technique, an established processing route for fabrication of dense ceramics/ceramic matrix composites, as a potential solution. Boron powders of varying characteristics were infiltrated with Mg(l) to obtain bulk MgB2 samples. The samples were analysed using techniques such as XRD, SEM and hardness to analyse various phases formed during the process. These samples typically contained MgB2 with minor quantities of Mg. Physical properties of superconducting MgB2, such as Tc, Jc and Hc2, were established. Furthermore, the effective current carrying cross-section was estimated from resistivity measurements using Rowel’s analysis. Continuous Mg channels were major defects in IG processed samples and their presence was found to limit long range current flow. These channels are eliminated by incorporating Mg/AlB2/MgB2 powders in the precursor to facilitate in-flux of Mg, leading to a more uniform infiltration process, thereby enabling fabrication of near-net shaped MgB2 bulk superconductors. Such samples showed an almost identical value of trapped magnetic flux at the top and bottom surfaces, suggesting a high degree of uniformity in MgB2. A careful microstructural analysis of a series of samples indicated that MgB2 phase formation in IG process occurred in three distinct stages: (1) Intermediate boride formation (2) Bulk liquid Mg infiltration and (3) MgB2 layer formation. Due to volume expansion involved in stage 1, cracks formed in the β-Boron particles and propagated radially inwards during stage 3. The growing MgB2 particles sintered simultaneously with the formation of grain boundaries during the process. Much enhanced performance of MgB2 was achieved by virtue of C-doping. Increased Jc was attributed to generation of lattice strains and loss of crystallinity in MgB2 as a result of C-doping. Finally, trapped field measurements were performed on homogeneous C-doped MgB2 bulks. The trapped field obtained (4.13 T) in five stacked of bulks is the highest obtained in MgB2 bulks synthesized under ambient pressure conditions.

Este trabalho visa a caracterização estrutural, mecânica e óptica de elastômeros de uretâno/uréia (PU/PBDO), baseados em óxido de poli(propileno) e poli(butenodiol), puro, após inflação em tolueno e dopados com ferrofluido. As proporções em massa (%) de PU e PBDO utilizadas são 40/60, 50/50, 60/40 e 80/20. As análises estruturais foram feitas através das técnicas de microscopia óptica de luz polarizada, microscopia de força atômica e magnética, e microscopia confocal de varredura laser com as quais foi verificado que os filmes são isotrópicos e autofluorescentes. A amostra após inflação com tolueno não apresenta diferença em sua textura em relação a amostra pura. As amostras dopadas apresentam coloração marrom devido aos grãos magnéticos. Também verificamos que o processo de dopagem com inflação dos filmes em solução de tolueno e ferrofluido é eficiente, uma vez que o filme não apresenta grandes agregados de grãos magnéticos. Medidas do coeficiente de absorção óptica mostraram que o tempo de inflação das amostras em tolueno não altera de forma significativa esses filmes. Também verificamos que o tempo, de imersão do filme na solução de tolueno e ferrofluido, para que as amostras incorporem a maior quantidade de grãos magnéticos aumenta com a concentração de PU. O número de grãos magnéticos na matriz elastomérica não aumenta depois que a amostra atinge o nível de saturação. Experimentos mecânicos e ópticos mostram que o processo de preparação do elastômero (casting) introduz uma anisotropia estrutural nas amostras opticamente isotrópicas. Esse fato foi evidenciado pelas medidas do módulo de Young e orientação do eixo óptico das amostras sob estiramento. A dependência da diferença de fase e consequentemente da birrefringência óptica em amostras puras, após inflação com tolueno e dopadas com ferrofluido, com a deformação é linear. O coeficiente de deformação óptico também é linear com a concentração de ferrofluido. Para todos os tempos de inflação em tolueno e ferrofluido as amostras 50/50 e 60/40 foram as que apresentaram maior birrefringência induzida por estiramento. / This work aims the structural, mechanical and optical characterization of urethane/urea elastomers (PU/PBDO), based on polypropylene oxide and polybutadiene diol, pure, after swelling in toluene and doped with ferrofluid. The ratios in weight % of PU and PBDO used are 40/60, 50/50, 60/40 and 80/20. The structural analysis were made through of polarized light microscopy, atomic and magnetic force microscopy, and confocal laser scanning microscopy techniques in such was verified that films are isotropics and autofluorescents. The sample after swelling with toluene does not present difference in its texture compared with pure sample. Doped samples present brown color due the magnetic grains. It was also verified that doping process by swelling of film in solution of ferrofluid with toluene is efficient because the film not shows large aggregates of magnetic grains. Measurements of optical absorption coefficient show that the swelling time of the samples in toluene does not modify significantly these films. We verified that the immersion time of the film in the solution of ferrofluid with toluene, to incorporate in the greatest quantity of magnetic grains in samples, increases with the PU concentration. The number of magnetic grains in the elastomeric matrix does not increase after the samples reach the saturation level. Mechanical and optical experiments show that the elastomer preparation procedure (casting) introduces a structural anisotropy in the optically isotropic sample. This result was evidenced by the measurements of the Young\'s module and orientation of the sample\'s optic axis under stretching. The dependence of phase shift, and, consequently the optical birefringence, with strain in pure, after swelling in toluene and doped with ferrofluid samples, is linear. The strain-optic coefficient is linear with the concentration of ferrofluid. For all the swelling time in toluene and ferrofluid the 50/50 and 60/40 samples were those that present the greatest induced birefringence under stretching.

Neste trabalho, a estrutura eletrônica de poços quânticos de GaAs/In IND.0.15 Ga IND.0.85As/GaAs com dopagem planar de silício na barreira superior foi investigada utilizando-se medidas de Shubnikov-de Haas em função do tempo de iluminação, observou-se que uma quantidade significativa de elétrons estava faltando na região ativa (formada pela camada de InGaAs e pela região delta-dopada) de todas as estruturas analisadas. Um efeito fotocondutivo persistente (que persiste pelo menos 27 horas depois que a excitação óptica é desligada) foi observado em todas as amostras. Durante o processo de iluminação, portadores são liberados pela iluminação e fortes modificações nas mobilidades quânticas das sub-bandas foram observadas. Uma analise fenomenológica dos dados é apresentada, baseada em cálculos autoconsistentes da estrutura eletrônica dos sistemas analisados. / In this work, the sub-band electronic structure of de GaAs/In IND.0.15 Ga IND.0.85As/GaAs quantum wells with a Si delta-doped layer in the top barrier was investigated by Shubnikov-de Haas measurements as a function of the illumination time of the samples. Before the exposure of the heterostructure to any illumination time, we observed that a significant quantity of electrons was missing in the active region (consisting of the quantum well formed by the InGaAs layer and the Si delta-doped region) of all the analyzed structures. A persistent photoconductivity effect (which persisted at least for 27 hours after the optical excitation was turned off) was observed in all samples. During the illumination process, carriers are released by illumination and strong modifications on the quantum mobilities of the sub-bands were observed. A phenomenological analysis of the data is presented based on the self-consistent calculations of the electronic structure of the analyzed systems.

Amostras de Semicondutores III-V foram crescidas usando a técnica de Epitaxia por feixes Moleculares. As propriedades elétricas das estruturas de GaAs com dopagem planar com Silício foram investigadas, e também a saturação e a difusão do Silício nestas amostras. As propriedades ópticas e elétricas das estruturas dopadas planarmente com Selênio foram analisadas, usando as técnicas de Capacitância-voltagem e a de Tunelamento resonante. As propriedades elétricas dos poços quânticos a base de InGaAs/GaAs foram investigadas, em função da posição da impureza planarmente dopada com Silício. / III-V semiconductor samples were grown using the Molecular beam epitaxy technique, the electrical properties of the GaAs structures planar doped with silicon were investigated as well as the Silicon saturation and diffusion in these samles. The optcal and electrical properties of structures planar doped with Selenium were analyzed using the Capacitance Voltage and resonant Tunneling techniques. The electrical properties of InGaAs/ GaAs based quantum wells were investigated as a function of the planar doped with Silicon impurity position.

Neste trabalho realizamos o cálculo da estrutura eletrônica de poços quânticos com dopagem seletiva, usando um método k-p com 8 bandas. Utilizamos um processo de bloco-diagonalização para reduzir o Hamiltoniano 8x8 a dois blocos 4x4 a fim de diminuir o esforço computacional. Calculamos o efeito do potencial auto-consistente sobre a massa dos portadores e sobre as densidades de estado. Os resultados obtidos para as energias de excitação de uma partícula estão em pleno acordo com os dados obtidos em experimentos de absorção óptica intra-banda (espalhamento Raman ressonante) / In this work we developed a calculation of the electronic structure of modulation doped quantum wells using a k-p method with 8 bands. We have used a procedure which block-diagonalizes this 8x8 Hamiltonian into two 4x4 blocks to reduce the computacional effort. We have calculated the effect of the self-consistent potential on the effective mass of carriers and on the densities of states. The results obtained for one-particle excitations are in complete agreement with intra-band optic absorptions experiments (resonant Raman scattering)

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T13:04:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_MarcioAugustoSampaio_M.pdf: 3334021 bytes, checksum: e3031df53e18ad072ffc8cbe1486889f (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Apresentamos neste trabalho o desenvolvimento de filmes de diamante crescidos com adição de enxofre. Foram crescidos por deposição química a partir da fase vapor (diamante CVD) utilizando reatores do tipo filamento quente. Para a obtenção de diamante com condução do tipo-n, diluímos diferentes concentrações de dissulfeto de carbono (CS2) em etanol, cujo vapor foi arrastado para o reator pelo hidrogênio. Isto foi feito, pois o enxofre pode agir como doador em diamante. A espectroscopia Raman mostrou a boa qualidade dos filmes de diamante crescidos mesmo com o aumento da concentração de CS2. Ocorreu o deslocamento do pico do diamante indicando que houve um aumento médio nos comprimentos das ligações detectadas nas amostras, possivelmente devido à expansão da rede do diamante pela incorporação do enxofre. As imagens revelam uma perda da cristalinidade das amostras intermediárias e o ótimo facetamento das amostras iniciais e finais (baixa e alta concentração de CS2). Medidas elétricas pela sonda de quatro pontas revelaram que quanto mais o CS2 era adicionado, mais a resistividade dos filmes produzidos diminuía e que depois voltou a subir nas últimas amostras. Ao tratar as amostras com ácidos nítrico e sulfúrico para fazer medidas por efeito Hall, elas se tornaram isolantes. Esse fato revela que o banho removeu o material condutor e que pode ser devido à dopagem com enxofre nas áreas superficiais e intergranulares dos filmes. Medidas por efeito Hall de amostras que foram crescidas ao mesmo tempo das amostras tratadas pelo banho, mas sem passar por ele, apresentaram uma condução do tipo-p devido aos buracos, da mesma forma que as amostras relatadas em artigos na literatura em que não houve contaminação com boro, seja ela involuntária ou voluntária. Apresentaram também alta densidade de portadores e uma mobilidade razoável. A incorporação do enxofre no filme de diamante foi confirmada por medidas de XRF e de PIXE. O aumento do enxofre incorporado no filme não foi proporcional às crescentes concentrações de CS2. Isto sugere que nem todo átomo de enxofre é eletricamente ativo, isto é, nem todo enxofre age como um dopante nos filmes de diamante. Estudos recentes revelam que a presença do boro nas dopagens com enxofre têm sido decisiva na obtenção de diamante do tipo-n / Abstract: We present in this work the development of grown diamond films with sulphur addition. They had been grown by chemical deposition from the vapor phase (diamond CVD) using reactors of the type hot filament. For the diamond attainment with conduction of the n-type, we diluted different concentrations of carbon disulfide (CS2) in ethyl alcohol, whose vapor was dragged into reactor by hydrogen. This was done, due to the fact that sulphur can act as a donor in diamond. The Raman spectroscopy showed exactly the good quality of the grown diamond films with the increase of the CS2 concentration. The displacement of the peak of the diamond occurred indicating that it had an average increase in the lengths of the linkings detected in the samples, possibly due to the expansion of the lattice of the diamond for the incorporation of sulphur. The images presented to a loss of the crystallinity of the intermediate samples and the excellent good crystalline facets of the initial and final samples (low and high concentration of CS2). The electric measures in four-point probe methods showed that the higher the concentration of CS2 the lower the resistivity of the produced films was, and afterwards, it went up again in the last samples. When treating the samples with nitric and sulphuric acids to make the measures for Hall effect, they had become insulators. This fact discloses that the bath removed the conducting material and that can be due to doping with sulphur in the surface and intergrain areas of the films. The Hall effect measures of the samples that had been grown at the same time of the samples treated for the bath, but without being through it, presented a conduction of the p-type due to the holes, in the same way that the samples described in articles in literature where they did not have contamination with boron, either involuntary or voluntary. They had also presented high density of carriers and a reasonable mobility. The incorporation of sulphur in the diamond film was confirmed by measures of XRF and PIXE. The increase of sulphur incorporated in the film was not proportional to the increasing concentrations of CS2. This suggests that nor all sulphur atom is electrically active, that is, not every sulphur acts as a dopant in the diamond films. Recent studies have disclosed that the presence of boron in the doping with sulphur has been decisive in the diamond attainment of the n-type / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica