Interfases Cu/NaOH e Pt/NaOH foram estudadas a 25 oC, a várias concentrações de NaOH, 1,0 x10-3 mol.L-1 a 5,0 mol.L-1, empregando técnicas eletroquímicas e não eletroquímicas na ausência e presença do íon acrilato. Os estudos tiveram como objetivo obter informações sobre a dupla camada elétrica (DCE) e sobre a reação H2O/H2 empregando cobre como substrato, para um melhor entendimento da eletrodeposição do gálio. Os estudos foram precedidos de ensaios tecnológicos em que as condições experimentais e a natureza dos sistemas a serem estudados foram estabelecidas. Estudos por voltametria cíclica provaram que em NaOH 5,0 mol.L-1 os processos de oxidação e redução do cobre são qualitativamente semelhantes aos observados em NaOH 0,1 mol.L-1, mas a velocidade destes processos se torna uma ordem de grandeza maior em NaOH 5,0 mol.L-1. Ensaios por voltametria linear indicaram que a redução dos óxidos na superfície e a menor pureza do cobre (99,99% comparado a 99,999 %) elevam a velocidade da reação H2O/H2. Estudos cronoamperométricos mostraram a viabilidade do emprego desta técnica nos estudos da DCE da interfase Cu/NaOH 5,0 mol.L-1 na região de potencial em que os processos faradaicos são da ordem de 20 microA.cm-2 em condições estacionárias. As interfases Cu/NaOH foram comparadas com as interfases Pt/NaOH e os resultados obtidos por cronoamperometria, para platina, foram comparados com os observados por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). O valor de -158 mV/(Hg/HgO) para o potencial de carga zero, determinado por EIE é comparável ao obtido por cronoamperometria (-125 mV/ Hg/HgO), mantidos constantes os tratamentos superficiais do eletrodo e a pureza das soluções. A aplicação do modelo de Gouy Chapman para a solução diluída (10-3 mol.L-1), no potencial de carga zero, permitiu avaliar, conhecida a capacitância da DCE, os valores de capacitância. C1, no plano interno de Helmholtz. A partir de C1 foi possível calcular a constante dielétrica, , nesta região, encontrando-se por EIE o valor = 13,1. A aplicação do modelo de Helmholtz às soluções de NaOH 5,0 mol.L-1 permitiu determinar por cronoamperometria, a constante dielétrica na interfase, tanto para Cu/NaOH 5,0 mol.L-1 (igual a 44), quanto para Pt/NaOH 5,0 mol.L-1(igual a 25). O emprego da microbalança de cristal de quartzo permitiu verificar a adsorção do íon acrilato desde o potencial de circuito aberto. O ion acrilato inibe todos os processos que ocorrem sobre platina (entre 0,4 V/(Hg/HgO) e -1,0 V(Hg/HgO)) e sobre cobre (entre -0,8 V(Hg/HgO) e -1,6 V(Hg/HgO)). Estudos potenciostáticos sob condições estacionárias mostraram que o acrilato inibe a deposição do gálio sobre cobre em meio de NaOH 5,0 mol.L-1, o que foi verificado por técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e energia dispersiva de raios-X (EDS). Os resultados evidenciaram que o cuidado no emprego do acrilato no processamento da alumina deve ser levado em conta, quando se deseja obter gálio metálico como subproduto. / Cu/NaOH and Pt/NaOH interphases have been studied at 25oC, in a concentration range of 1.0 x 10-3 mol.L-1 to 5.0 mol.L-1, using electrochemical and non-electrochemical techniques in the absence and in the presence of acrylate ions. The main goal of this study was to obtain information about the electrical double layer (EDL) and about the reaction H2O/H2 using copper as substract, in order to have a better understanding of gallium electrodeposition. The experimental conditions and the nature of the systems have been defined by technological researches performed previously to these experiments. Cyclic voltammetric studies have proved that both oxidation and reduction processes of copper in NaOH 5.0 mol.L-1 are qualitatively similar to those observed in 0.1 mol.L-1 but the reaction rate is one order of magnitude higher than in 0.1. mol.L-1. Linear voltammetric experiments have pointed out that the reaction rate of H2O/H2 is increased with the decrease in copper purity (99,99% compared to 99,999%) and with the reduction of the oxides on the surface. Chronoamperometric studies have shown its viability on the study of EDL corresponding to Cu/NaOH interphase on the potential region where the faradaic processes are of the order of magnitude of 20 microA.cm-2 under stationary conditions. Cu/NaOH interphases have been compared to Pt/NaOH interphases and the chronoamperometric results obtained for platinum have been compared to those observed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The value of -158 mV/(Hg/HgO) for the zero charge potential calculated by EIS is comparable to the one obtained by chronoamperometry (-125 mV/Hg/HgO) maintaining constants both the electrode surface treatment and the purity of the solutions. The application of the Gouy Chapman model for the more dilute solution (10-3 mol.L-1) at zero charge potential (knowing the EDL capacitance), allowed to evaluate the capacitance values of the Helmholtz internal plane C1. Knowing C1, it was possible to calculate the dielectric constant ( ) in this region by EIS ( = 13.1). The application of the Helmholtz model to NaOH 5.0 mol.L-1 solutions allowed to calculate the dielectric constant on the interphase by chronoamperometry for both Cu/NaOH 5.0 mol.L-1 ( = 44) and Pt/NaOH 5.0 mol.L-1 ( = 25) interphases. The use of electrochemical quartz crystal microbalance permitted to verify the adsorption of acrylate ion from the open circuit potential. Acrylate ion inhibits all the processes that occur over both platinum (from 0.4 V/Hg/HgO to -1.0 V/Hg/HgO) and copper (from -0.8 V/Hg/HgO to -1.6 V/Hg/HgO). Potentiostatic studies over stationary conditions have shown that acrylate ion inhibits the gallium deposition on copper in 5.0 mol.L-1 medium, which is in agreement with what is observed by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersion spectroscopy (EDS). The results point out that care must be taken when using acrylate on alumina processing if gallium metallic is intended as subproduct.

Orientador: Rodnei Bertazzoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T22:40:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_CarlosHenriquedeCampos_M.pdf: 20350934 bytes, checksum: 9d0ed15edcf31e375ad6d36587a7ca3f (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: o processo de deposição das ligas de zinco vem encontrando aplicações cada vez maiores na indústria de galvanoplastia, especificamente na produção de auto peças destinadas às empresas montadoras de veículos. Neste trabalho, o processo de deposição da liga Zn-Co foi estudado através da técnica de voltametria cíclica para kientificar as regiões de potenciais para a deposição dos constituintes da liga. A seguir, foram simuladas variações composicionais e operacionais do eletrólito para deposição da liga Zn-Co, normalmente observadas em linhas de produção. Adicionalmente, além das variações do eletrólito, foram estudadas amostras de peças (ferro fundido nodular como substrato) obtidas em condições adversas de processamento. O objeti,vo foi estudar a influência desses parâmetros na composição final do depósito, e na resistência à corrosão através de ensaios acelerados em câmara de névoa salina. O processo para deposição da líga Zn-Co apresentou boa estabilidade e', baixa sensibilidade às variações de concentração que podem ocorrer no cotidiano de uma linha de produção. Os ensaios em célula de Hull mostraram que variações deliberadas de 2 g.L-1 a 8 g.L-1 de Co (II) no banho produzem depósitos com 0,6 % a 1,6 % de Co na liga. Na faixa recomendada de trabalho de 4 g.L-1 a 6 g.L-1. obtém-se 0,9 % a 1,2 %. Os ensaios acelerados de corrosão em câmara de névoa salina mostraram que, mesmo nas condições mais improváveis de funcionamento, onde o teor de cobalto pode cair para 0,6 %, a camada resiste a mais de 500 horas de ensaio. Tempo de ensaio de 720 horas foi obtido quando [Zn(II)]=46 g.L-1 e [Co(II)]=4,6 g.L-1. ou seja, [Zn(II)]/[Co(II)]=10 / Abstract: Zinc alloy coatings have found large application in the metal finishing índustry, particularly for coatíng automotive parts. In thís work, the deposítíon of Zn-Co process was characterízed by cyclic voltammetry in order to identify the rangCe of deposition potential of the alloy and its constituents. Then, variations of deposition parameters and bath composition were símulated in order to study their influence on the coating properties. In addition, beside plating variation, samples produced under qnideal process condítion were studied. The plating bath presented good stability and low sensibility to variations usually observed in the industrial production. Hull-cell, experiments shown that, despite the deliberated changes in bath composítion, ,cobalt concentration in the alloy is always wíthín the range of 0,6 % to 1,6 %. Recommended values are from 0,9 % to 1,2 %. Salt spray tests shown that the Zn-Co coating lasted 500 h of test and, in the optimum deposition conditions, 720 h was obtained / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Interfases Cu/NaOH e Pt/NaOH foram estudadas a 25 oC, a várias concentrações de NaOH, 1,0 x10-3 mol.L-1 a 5,0 mol.L-1, empregando técnicas eletroquímicas e não eletroquímicas na ausência e presença do íon acrilato. Os estudos tiveram como objetivo obter informações sobre a dupla camada elétrica (DCE) e sobre a reação H2O/H2 empregando cobre como substrato, para um melhor entendimento da eletrodeposição do gálio. Os estudos foram precedidos de ensaios tecnológicos em que as condições experimentais e a natureza dos sistemas a serem estudados foram estabelecidas. Estudos por voltametria cíclica provaram que em NaOH 5,0 mol.L-1 os processos de oxidação e redução do cobre são qualitativamente semelhantes aos observados em NaOH 0,1 mol.L-1, mas a velocidade destes processos se torna uma ordem de grandeza maior em NaOH 5,0 mol.L-1. Ensaios por voltametria linear indicaram que a redução dos óxidos na superfície e a menor pureza do cobre (99,99% comparado a 99,999 %) elevam a velocidade da reação H2O/H2. Estudos cronoamperométricos mostraram a viabilidade do emprego desta técnica nos estudos da DCE da interfase Cu/NaOH 5,0 mol.L-1 na região de potencial em que os processos faradaicos são da ordem de 20 microA.cm-2 em condições estacionárias. As interfases Cu/NaOH foram comparadas com as interfases Pt/NaOH e os resultados obtidos por cronoamperometria, para platina, foram comparados com os observados por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). O valor de -158 mV/(Hg/HgO) para o potencial de carga zero, determinado por EIE é comparável ao obtido por cronoamperometria (-125 mV/ Hg/HgO), mantidos constantes os tratamentos superficiais do eletrodo e a pureza das soluções. A aplicação do modelo de Gouy Chapman para a solução diluída (10-3 mol.L-1), no potencial de carga zero, permitiu avaliar, conhecida a capacitância da DCE, os valores de capacitância. C1, no plano interno de Helmholtz. A partir de C1 foi possível calcular a constante dielétrica, , nesta região, encontrando-se por EIE o valor = 13,1. A aplicação do modelo de Helmholtz às soluções de NaOH 5,0 mol.L-1 permitiu determinar por cronoamperometria, a constante dielétrica na interfase, tanto para Cu/NaOH 5,0 mol.L-1 (igual a 44), quanto para Pt/NaOH 5,0 mol.L-1(igual a 25). O emprego da microbalança de cristal de quartzo permitiu verificar a adsorção do íon acrilato desde o potencial de circuito aberto. O ion acrilato inibe todos os processos que ocorrem sobre platina (entre 0,4 V/(Hg/HgO) e -1,0 V(Hg/HgO)) e sobre cobre (entre -0,8 V(Hg/HgO) e -1,6 V(Hg/HgO)). Estudos potenciostáticos sob condições estacionárias mostraram que o acrilato inibe a deposição do gálio sobre cobre em meio de NaOH 5,0 mol.L-1, o que foi verificado por técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e energia dispersiva de raios-X (EDS). Os resultados evidenciaram que o cuidado no emprego do acrilato no processamento da alumina deve ser levado em conta, quando se deseja obter gálio metálico como subproduto. / Cu/NaOH and Pt/NaOH interphases have been studied at 25oC, in a concentration range of 1.0 x 10-3 mol.L-1 to 5.0 mol.L-1, using electrochemical and non-electrochemical techniques in the absence and in the presence of acrylate ions. The main goal of this study was to obtain information about the electrical double layer (EDL) and about the reaction H2O/H2 using copper as substract, in order to have a better understanding of gallium electrodeposition. The experimental conditions and the nature of the systems have been defined by technological researches performed previously to these experiments. Cyclic voltammetric studies have proved that both oxidation and reduction processes of copper in NaOH 5.0 mol.L-1 are qualitatively similar to those observed in 0.1 mol.L-1 but the reaction rate is one order of magnitude higher than in 0.1. mol.L-1. Linear voltammetric experiments have pointed out that the reaction rate of H2O/H2 is increased with the decrease in copper purity (99,99% compared to 99,999%) and with the reduction of the oxides on the surface. Chronoamperometric studies have shown its viability on the study of EDL corresponding to Cu/NaOH interphase on the potential region where the faradaic processes are of the order of magnitude of 20 microA.cm-2 under stationary conditions. Cu/NaOH interphases have been compared to Pt/NaOH interphases and the chronoamperometric results obtained for platinum have been compared to those observed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The value of -158 mV/(Hg/HgO) for the zero charge potential calculated by EIS is comparable to the one obtained by chronoamperometry (-125 mV/Hg/HgO) maintaining constants both the electrode surface treatment and the purity of the solutions. The application of the Gouy Chapman model for the more dilute solution (10-3 mol.L-1) at zero charge potential (knowing the EDL capacitance), allowed to evaluate the capacitance values of the Helmholtz internal plane C1. Knowing C1, it was possible to calculate the dielectric constant ( ) in this region by EIS ( = 13.1). The application of the Helmholtz model to NaOH 5.0 mol.L-1 solutions allowed to calculate the dielectric constant on the interphase by chronoamperometry for both Cu/NaOH 5.0 mol.L-1 ( = 44) and Pt/NaOH 5.0 mol.L-1 ( = 25) interphases. The use of electrochemical quartz crystal microbalance permitted to verify the adsorption of acrylate ion from the open circuit potential. Acrylate ion inhibits all the processes that occur over both platinum (from 0.4 V/Hg/HgO to -1.0 V/Hg/HgO) and copper (from -0.8 V/Hg/HgO to -1.6 V/Hg/HgO). Potentiostatic studies over stationary conditions have shown that acrylate ion inhibits the gallium deposition on copper in 5.0 mol.L-1 medium, which is in agreement with what is observed by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersion spectroscopy (EDS). The results point out that care must be taken when using acrylate on alumina processing if gallium metallic is intended as subproduct.

A deposição eletroquímica, ou eletrodeposição, é uma técnica amplamente utilizada na obtenção de recobrimentos metálicos. A presença de certos compostos químicos (aditivos) nos banhos eletrolíticos pode influenciar o processo de eletrodeposição de maneira significativa. A glicina é um aminoácido presente em muitos banhos para a eletrodeposição de filmes finos de ligas de cobalto, que são interessantes devido às suas propriedades magnéticas. As propriedades de algumas ligas à base de cobalto obtidas a partir de banhos contendo glicina já foram bem descritas, mas há falta de estudos mais específicos sobre o papel do aminoácido no processo de eletrodeposição do cobalto. Esta Tese apresenta estudos realizados na tentativa de compreender a influência da glicina no mecanismo de eletrodeposição do cobalto. Técnicas de análise in situ, envolvendo espectroscopia no infravermelho por reflexão externa e medidas de pH na região próxima a interface via microeletrodo indicador foram acopladas aos estudos eletroquímicos. Depósitos de cobalto de boa qualidade foram obtidos a partir de banhos contendo glicina, e sob condições de sobrepotencial mais elevadas do que as possíveis para sistemas sem aditivos, onde ocorre precipitação de hidróxidos. Análises dos experimentos de voltametria cíclica indicaram a eletroatividade de complexos cobalto-glicina, e cinética de redução mais lenta foi observada, em relação a sistema sem glicina em valores de pH suficientemente elevados. Os estudos cinéticos foram dificultados pela reação de desprendimento de hidrogênio e a existência de diversos equilíbrios químicos em solução. Durante a eletrodeposição de cobalto em soluções contendo glicina, um aumento bastante significativo no pH próximo da interface foi observado. Os experimentos espectroeletroquímicos também demonstraram deslocamento dos equilíbrios químicos de complexação do cobalto em solução, devido ao aumento do pH interfacial. Todos os estudos mostraram que a presença de glicina favorece a reação de desprendimento de hidrogênio, diminuindo a eficiência de corrente do processo de eletrodeposição. Ainda assim, a glicina se mostrou eficaz na estabilização da solução eletrolítica. / The electrochemical deposition, or electrodeposition, is a widely used technique to obtain metallic coatings. The presence of certain chemical species (additives) in plating baths can significantly influence the metal electrodeposition process. Glycine is an aminoacid present in many electrolytic solutions for electrodeposition of cobalt thin films and alloys, which are interesting due to their magnetic properties. The properties of some Co-based alloys obtained from glycine-containing baths are well documented, but studies of the exact role of the aminoacid are lacking. This Thesis presents studies attempting to understand the influence of glycine on the mechanisms of cobalt electrodeposition. In situ analysis techniques - external reflection FTIR spectroscopy and pH measurement near the electrochemical interface using indicator microelectrodes - were coupled to the electrochemical studies. Good-quality cobalt deposits were obtained from glycine-containing baths, and under higher overpotentials than possible over systems with no additive (in which precipitation of hydroxides occurs). Analysis of the cyclic voltammetry experiments indicated the electroactivity of cobalt-glycine complexes, and the slower reduction kinetics in comparison with glycine-free solutions at sufficiently high pH values. The kinetic studies were hindered by the parallel hydrogen evolution reaction and the existence of several chemical equilibria in solution. During cobalt electrodeposition from glycine-containing solutions, an expressive elevation of the near interface pH was observed. The spectroelectrochemical experiments also showed the displacement of cobalt complexation equilibria in solution, caused by the increase in the interfacial pH. All the conducted studies showed that the presence of glycine favors the hydrogen evolution reaction, decreasing the current efficiency for the electrodeposition process. Nevertheless, glycine was able to stabilize the electrolyte solution.

O estudo do eletrorrevestimento de tântalo sobre aço e sobre cobre foi realizado na mistura eutética FLINAK (29,2% LiF - 11,7% NaF - 59,1% KF - % em massa) contendo 15% em massa de K2TaF7. Foram estudadas as influências da densidade de corrente catódica, do tempo de eletrólise, da temperatura e da natureza do substrato sobre as eficiências de correntes catódicas e a morfologia dos revestúnentos. Depósitos de tântalo lisos, brilhantes, aderentes e uniformes foram obtidos com alta eficiência de corrente catódica usando os seguintes parâmetros: densidade de corrente catódica de 23 mA/cm2 a 50 mA/cm2, temperatura de 750°C e tempo de eletrólise de 30 minutos a 120 minutos. Os revestimentos obtidos nestas condições possuem espessuras de 18 µm a 41 µm. Os depósitos de tântalo sobre aço e sobre cobre são constituídos de tântalo puro, sem formação de camada de difusão. Ensaios de eletrodeposição de camadas delgadas de tântalo em catodos de formas e geometrias complexas mostraram o bom poder de cobertura do tântalo. Curvas potencial de circuito aberto x tempo, feitas à temperatura ambiente em soluções de ácido nítrico a 40%, a 50% e a 60% em massa, ácido clorídrico a 3,6% em massa e ácido sulfúrico a 80% em massa, mostraram ótima concordância entre o potencial de circuito aberto estacionário do tântalo maciço comercial e dos revestimentos de tântalo sobre cobre nestes meios. Curvas potencial de circuito aberto x tempo feitas à temperatura ambiente em meio de ácido clorídrico a 3,6% em massa, para revestimentos sobre aço mostraram que a semelhança com o tântalo maciço só é observada em depósitos recentes, o que foi atribuído à difusão do ferro do substrato para a superficie do revestimento. Ensaios gravimétricos mostraram que a velocidade de corrosão dos revestimentos é comparável com a do tântalo comercial, em meios de ácido nítrico a 40% e a 50% em massa, à temperatura de ebulição. / The study of tantalum electroplating on copper and carbon steel has been carried out in FLINAK eutectic (29.2% LiF -11.7% NaF -59.1% KF - wt%) containing 15wt% K2TaF7. The effects of current cathodic density, time of electrolysis, temperature and substrate kind have been studied in relation to the cathodic current efficiencies and the coating morphology. Tantalum deposits, with good smoothness, brightness, adherence and uniformity were obtained with high cathodic efficiency, using the following conditions: 23 mA/cm2 to 50 mA/cm2 cathodic current densities, 30 minutes to 120 minutes electrolysis time interval and 750°C temperature. Under these conditions the coatings are about 18 µm to 41 µm thick. The deposits obtained on carbon steel and copper are both constituted of pure tantalum without formation of interdiffusion layer. The results of tantalum thin coatings electrodeposition on cathodes of complex geometrics and shapes showed the good throwing power of tantalum. Open circuit potential x time curves have been recorded for massive tantalum and for tantalum coatings on copper in 40 wt%, 50 wt% and 60 wt% nitric acid, 3.6 wt% hydrochloric acid and 80 wt% sulfurie acid at room temperature. They showed similar stationary open-circuit poteutial values for both the massive tantalum and the tantalum coatings. Open circuit potential x time curves for tantalum coatings on carbon steel performed in 3.6%wt hydrochloric acid at room temperature showed that the similarity with massive tantalum exists only with recent deposits, because of iron diffusion from substrate to coating surface. Gravimetric tests showed comparable corrosion rate values for massive tantalum and tantalum coatings in boiling 40wt% and 50wt% nitric acid.

O armazenamento de energia em larga escala é um dos maiores desafios que temos que sanar em médio prazo para que tenhamos um impacto importante na matriz energética. As baterias aparecem como fortes candidatas para esta função, porém, é preciso melhorar todos os componentes das baterias, como eletrodos e eletrólitos, para aplicação em larga escala. Líquidos Iônicos (LIs) são interessantes alternativas para a utilização como eletrólito em bateria, pois abrem ampla possibilidades, como a utilização de ânodos metálicos e operação em alta temperatura. Sendo assim, este trabalho apresenta o estudo do uso do LI bis(trifluorometanosulfonil)imideto de N-n-butil-N-metilpiperidínio ([BMP][Tf2N]) na eletrodeposição de Mg utilizando vários procedimentos eletroquímicos e analíticos. A deposição/dissolução de Mg é irreversível quando há água (50 mmol L-1) no sistema, e uma reversibilidade de apenas 7,4 % em sistemas mais secos (5 mmol L-1). Imagens de MEV e espectros de EDS mostram que há Mg na superfície do eletrodo, porém é indicada a formação de um filme passivador. Além disso, também foi estudado o comportamento eletroquímico de Cu no LI [BMP][Tf2N], que apresenta um ânion com boa capacidade de coordenação e no LI tetracianoborato de N-n-butil-N-metilpiperidínio ([BMP][B(CN)4]), que apresenta um ânion com baixa capacidade de coordenação. A propriedade de coordenação tem grande influência na oxidação e corrosão do metal, enquanto que no [Tf2N] há corrosão por pitting e não há passivação do metal, o uso do [B(CN)4] leva a precipitação do sal Cu[B(CN)4], causando a passivação do metal. Além disso, mesmo em baixa concentração de água, há formação de óxido durante a oxidação do metal nos dois LIs. Como a água afeta o comportamento eletroquímico dos LIs, foi realizado um estudo das propriedades físico-químicas do LI bis(trifluorometanosulfonil)imideto de 1-n-butil-2,3-dimetilimidazólio ([BMMI][Tf2N]) e sua mistura com Li+ com diferentes quantidades de água. A presença de Li+ causa um grande aumento na capacidade do LI hidrofóbico em absorver água. Experimentos sugerem que há uma quebra nos agregados Li+-ânion, que foi confirmado por dinâmica molecular (DM). Ainda, a água apresenta grande modificação nas propriedades como densidade, viscosidade e condutividade iônica, sem contar que os resultados experimentais sugerem uma quebra na regra de Walden em altas temperaturas. Por fim, foi avaliado a estrutura local do LI tetracianoborato de 1-n-butil-2,3-dimetilimidazólio ([BMMI][B(CN)4]), para entender como é a interação entre o ânion de baixa capacidade de coordenação e o Li+. A distância entre os ânions e o Li+ é maior do que no caso do [Tf2N], indicando assim uma menor interação entre estes dois. A utilização de LIs como eletrólitos para baterias se apresenta como alternativa promissora, porém ainda demanda estudos para encontrar o melhor sistema. / Energy storage at large scale is one of the most important challenges that needs to be solved in medium term to have an important impact in the electrical grid. Batteries seem to be strong candidates for this function, however, it is needed to improve all battery components, as electrodes and electrolytes, to be applied in large scale. Ionic Liquids (ILs) are interesting alternatives to be used as electrolyte in a battery, since they open a wide range of possibilities, as the use of metallic anodes and operation at high temperature. This work presents the study of electrodeposition of Mg using the IL N-butyl,methyl-piperidinium bis((trifluoromethyl)sulfonyl)imide ([BMP][Tf2N]) by several electrochemical and analytical techniques. The deposition/dissolution is irreversible in presence of high water concentration (50 mmol L-1), and a small reversibility of 7.4 % in dryer system (5 mmol L-1). EDS spectra show Mg presence in the electrode surface, however it is also observed the formation of passivating film. Besides this, it was also studied the electrochemical behavior of Cu in the IL [BMP][Tf2N], which presents a strong coordinating anion and in the IL N-butyl,methyl-piperidinium tetracyanoborate ([BMP][B(CN)4]), which presents a weak coordinating anion. It was observed that the oxidation and corrosion of Cu depends strongly on the anions coordinating properties, while on [Tf2N] it was observed pitting corrosion and no metal passivation, the use of [B(CN)4] leads to salt (Cu[B(CN)4]) precipitation, causing the metal passivation. It was also observed that even at low water concentration there is the formation of oxide in both ILs. As the water affects the electrochemical behavior of the ILs, it was realized a study of the physicochemical properties of the IL 1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium bis((trifluoromethyl)sulfonyl)imide ([BMMI][Tf2N]) and its mixture with Li+ with different amounts of water. The Li+ presence provokes a huge increase in the water absorption ability of the hydrophobic IL. Experiments suggest that there is a break in the Li+-anion aggregates, which was confirmed by molecular dynamics (MD) simulations. In addition, water causes important changes in properties as density, viscosity and ionic conductivity; moreover, the experimental results suggest a break in the Walden\'s rule at high temperatures, due to aggregates modification. Lastly, it was evaluated the local structure of the IL 1-Butyl-2,3-dimethylimidazolium tetracyanoborate ([BMMI][B(CN)4]), to understand how a weak coordinating anion and the Li+ interact. It was showed by MD simulations that this property results in a bigger distance between anion and Li+ than in the case of [Tf2N], indicating a lower interaction between both. The use of ILs as electrolytes for batteries is a promising alternative, however it is needed more studies to find the best system.

O objetivo principal deste trabalho é aplicar complexos de cobre(II), níquel(II), zinco(II) e nióbio(V) como fontes de metais em banhos de eletrodeposição. Os íons metálicos foram coordenados aos ligantes íon oxalato, íon citrato, etilenodiamina (EDA) ou tetraetilenopentamina (TEPA), os quais são aditivos orgânicos típicos em banhos de eletrodeposição. Os complexos foram caracterizados por análise elementar, espectroscopias nas regiões do infravermelho e ultravioleta-visível e voltametria cíclica. Foram realizadas eletrólises em presença de dois complexos de coordenação em ausência de quantias adicionais de aditivos, usando aço 1010 como substrato a pH = 4.5 (H2SO4/Na2SO4), resultando em depósitos com dois elementos metálicos. Os depósitos apresentaram aspectos morfológicos com boas qualidades e sem falhas. Em adição, os depósitos foram analisados por EDX, reflectância difusa e espectroscopia de raio-X e também foram realizadas medidas de curvas de polarização. Os depósitos obtidos a partir dos complexos gerados ex-situ mostraram morfologias melhores do que depósitos obtidos de soluções preparadas com os sais dos metais na presença dos aditivos, mediante as mesmas condições de trabalho. É sugerido que os metais de partida, coordenados a aditivos influenciam o processo de eletrodeposição, propiciando depósitos com potenciais de corrosão deslocados por até +200 mV em 0.5 mol.L-1 NaCl (1 mV.s-1). / The main goal of this work is to use copper(II), nickel(II), zinc(II) and niobium(V) complexes as metal plating source in electrodeposition baths. The metal ions were coordinated with oxalate, citrate, ethylenediamine (EDA) or tetraethylenepentamine (TEPA) as ligands, which are typical organic additives in electroplating. The complexes were characterized by elemental analysis, infrared and ultraviolet spectroscopies and cyclic voltammetry. The electrolyses in presence of two coordination complexes in the baths were carried out in absence of extra amount of additive, using 1010 steel as substrate at pH = 4.5 (H2SO4/Na2SO4). Deposits with two metal elements from the ex-situ generated complexes showed good quality morphologic aspect without crashes. Further, the deposits were analyzed by EDX, diffuse reflectance and X-ray spectroscopy and polarization curves were recorded. The deposits showed better morphologies than deposits obtained from the metal salt solutions in presence of additives under similar conditions. It is suggestive that the starting metal plating coordinated with additives influences the electrodeposition processes, affording deposits with corrosion potentials shifted over +200 mV in 0.5 mol.L-1 NaCl (1 mV.s-1).

Nanoestruturas apresentam algumas propriedades que as diferem dos materiais em escalas maiores, o que abre uma série de possibilidades no campo de aplicação. Um ponto importante em nanotecnologia é o desenvolvimento de métodos adequados para a análise e caracterização de nanoestruturas. Este trabalho estuda o uso de Espectrometria por Retroespalhamento Rutherford (RBS) para a análise e caracterização de micro e nanoestruturas de Cu fabricadas utilizando membranas poliméricas Nuclepore® como moldes. As estruturas foram obtidas através do preenchimento dos poros dessas membranas com Cu por eletrodeposição, crescidas sobre um filme fino de Au com espessuras entre 5nm e 500nm depositado em um lado das membranas por Deposição Física em vácuo (PVD) e reforçado por um substrato espesso de Cu com cerca de 10um depositado sobre o filme de Au. Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) e Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) foram usadas para caracterizar as amostras. Analisando as amostras com micro e nanocilindros, a mudança do espectro RBS como uma função do ângulo de inclinação da amostra foi estudada usando a abordagem de Metzner et al (2007) generalizada para estruturas 3D em simulações numéricas. O diâmetro das micro e nanoestruturas variam entre 50 e 400nm, enquanto seus comprimentos variam entre 1 e 5um. As análises por SEM forneceram o perfil morfológico local dessas estruturas e estimativas para suas dimensões geométricas. As análises RBS forneceram informações sobre o perfil médio das estruturas provenientes de uma região mais extensa da amostra. / Nanostructured materials have properties that make these materials different from their counterpart in higher scale that opens many novel possibilities and technical applications. One of the main issues in nanotechnology is to develop suitable methods for the analysis and characterization of nanostructures. This works studies the use of Rutherford Backscattering Spectrometry for the analysis of micro and nano copper structures, grown in polycarbonate Nuclepore® membrane templates. The test structures were made by filling the pores of the membranes with copper by electrodeposition grown on top of a thin, 5nm to 500nm gold film, deposited on one side of the membrane by Physical Vapor Deposition (PVD) reinforced by a 10um thick copper substrate deposited on top of the gold film. Scanning Electronic Microscopy (SEM) and Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) were used to characterize the samples. Analyzing the samples with micro and nano cylinders, the change of the RBS spectra as a function of the sample tilt angle, was studied using the approach of Metzner et al (1997) generalized to 3D structures by numerical simulations. Cylinder diameters varied from 50nm to 400nm, while their length varied from 1 to 5um. SEM analysis gives local morphological profile and an estimate for geometrical dimensions. RBS analysis provides large areal information about average geometric parameters of the analyzed structures.

Devido à grande demanda em se obter materiais magnéticos para aplicação na área de leitura/gravação magnética e armazenamento de dados, filmes finos de ligas magnéticas tem sido extensivamente estudados como materiais promissores. Este trabalho trata do estudo da eletrodeposição galvanostática de ligas magnéticas de CoPd e FePd. Para a obtenção das ligas CoPd foram variados parâmetros como densidade de corrente, pH e concentração dos metais na solução. Dois aditivos foram utilizados nos banhos: para banhos de cloreto e sulfamato a glicina (Gly) e para sulfato o ácido 5-sulfosalicílico (5-ASS). O teor de Co nas ligas obtidas variou de 6,4 a 94,0 %at. e a eficiência de corrente máxima foi de 88,1 % para um banho de cloreto onde a razão molar [Co2

Este trabalho teve como objetivo desenvolver um filme de material composto de (Ni+Nb) para revestimento do titânio, utilizando a técnica de eletrodeposição de materiais compostos seguida de tratamento térmico, visando a minimização dos efeitos da oxidação em altas temperaturas. O filme foi eletrodepositado galvanostaticamente utilizando um banho de Watt contendo partículas de Nb (<20m) suspensas na solução eletrolítica em densidade de corrente de -20 mA/cm. Essa densidade de corrente foi definida como sendo a mais adequada a partir dos ensaios de potenciometria em corrente zero (OCP), voltametria cíclica e cronopotenciometria. Posteriormente o titânio com o filme (Ni+Nb) foi submetido a um tratamento térmico em atmosfera de N2 na temperatura de 700C por 4 horas para promover a interdifusão entre o filme e o substrato. A caracterização morfológica, as análises semiquantitativa dos elementos e das fases presentes no titânio, com e sem o filme de (Ni+Nb), foram realizadas utilizando Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectroscopia por Dispersão de Energia de Raios X (EDX) e Difração de raios X. Baseado nas informações das análises realizadas, foi comprovada a interdifusão de Ni e Ti entre o filme eletrodepositado e o substrato, e a formação de compostos intermetálicos como Ni0,5Ti0,5NbO4, Ni3Ti e NiTi na superfície do titânio. Superfícies de titânio, com e sem o filme de (Ni+Nb), foram submetidas a um tratamento térmico em atmosfera oxidativa na temperatura de 800 C por 6 horas. Após os experimentos de oxidação a quente foram realizados MEV, EDX, difração de raios X e ensaios de ganho de massa das superfícies oxidadas. Concluiu-se que o filme de (Ni+Nb) minimiza a oxidação do titânio em cerca de 60% em relação ao titânio somente polido.