O monitoramento das constantes ópticas, índice de refração e espessura óptica, durante a confecção de filmes finos, é essencial para desenvolvimento de suas aplicações em diversas áreas. No monitoramento da variação de espessura, métodos capacitivos são tradicionalmente usados, com acurácia de + 2μm, durante o processo de recobrimento por imersão (dip coating). Neste mesmo processo, nosso objetivo é estender o método de monitoração óptica, anteriormente consolidado com fluidos Newtonianos, para uma classe de não-Newtonianos - com vastas aplicações comerciais e industriais - que seguem lei de potência. Através desta, testamos a validade do modelo teórico correspondente e do método de monitoração óptica para esta classe. Utilizamos Carbopol e CMC (Carboxi Metil Celulose), substâncias que conhecidamente seguem lei de potências. Quanto aos parâmetros de processo, utilizamos diferentes concentrações em água e diferentes velocidades de retirada, e comparamos os resultados experimentais com as simulações do modelo teórico. Exceto no período transiente inicial, os fluidos não-Newtonianos utilizados, em todo o intervalo de concentrações e velocidades permitido pelas condições experimentais, comportaram-se de acordo com a lei de potência. Deste modo, estas substâncias podem ser caracterizadas por duas constantes da lei: “s”, a potência, e “k”, a constante reológica relacionada com a viscosidade. Quanto às diferentes concentrações, à velocidade constante, o escoamento apresentou duas regiões temporais distintas na variação de espessura. Uma inicial, predominam os maiores valores de “s”, típicos de concentrações menores. Na segunda região, como o termo temporal da equação decai com o inverso do tempo, predomina o fator multiplicativo que contém “k”. Para diferentes velocidades, à concentração fixa, os resultados não apresentaram variação significativa em suas constantes reológicas. As diferentes curvas, correspondentes às duas substâncias, devem-se a potências “s” diferentes. Com acurácia duas a três ordens de grandeza melhor que pelo método capacitivo (+ 0,007μm) e com centenas de amostragens por minuto - que atestam a reprodutibilidade do arranjo experimental computadorizado - a concordância obtida entre teoria e experimento demonstra a validade do modelo não-Newtoniano de lei do potência, assim como adequação do método de monitoração óptica para esta classe de fluidos. . Futuramente, o método poderá ser também estendido para fluidos da mesma classe que possuam índice de refração temporalmente variável e para outras classes de fluidos não- Newtonianos, assim como para filmes produzidos por processo de “spin coating” ou por deposição física a vapor (PDV) em vácuo.

Na presente Tese, foi investigado o efeito de tratamentos térmicos reativos nas propriedades físico-químicas e, em alguns casos, nas propriedades elétricas de filmes de SiO2 crescidos termicamente sobre carbeto de silício. Foram abordados os principais processos que visam melhorar as propriedades elétricas da interface SiO2/SiC: reoxidação em O2 e H2O (vapor d’água) e tratamentos térmicos em H2 e NO. Na etapa em que foi investigado o efeito da temperatura de reoxidação em estruturas SiO2/SiC, foram utilizadas técnicas de microscopia de força atômica e análise por reação nuclear, que nos permitiram concluir que uma reoxidação em O2 realizada a baixa temperatura reduz a rugosidade da interface, enquanto que uma reoxidação em alta temperatura aumenta a sua rugosidade, provavelmente aumentando os defeitos eletricamente ativos dessa estrutura. Na segunda etapa, investigamos a incorporação, distribuição em profundidade e dessorção de hidrogênio no sistema SiO2/SiC utilizando análises por reações nucleares. Observamos uma ligação química do hidrogênio muito mais forte com a estrutura SiO2/SiC e com SiC do que no caso do SiO2/Si e do Si. O efeito de tratamentos térmicos em atmosfera de NO e O2 feitos em diferentes seqüências também foi investigado. Através de análises por Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por Raios-X, análises com feixes de íons e curvas Capacitância-Voltagem, foi observada uma forte troca isotópica entre o oxigênio da fase gasosa e o oxigênio do filme dielétrico, além do benéfico efeito do nitrogênio nas propriedades elétricas da interface SiO2/SiC. As investigações da incorporação de vapor d’água nos filmes de SiO2 crescidos sobre SiC e sobre Si, feitas utilizando análises com feixes de íons, mostraram diferenças marcantes na interação da água com as duas estruturas. Houve maior incorporação de oxigênio no filme pré-existente de SiO2 sobre SiC do que em SiO2/Si, evidenciando uma maior concentração de defeitos nesses filmes sobre SiC. Hidrogênio também foi incorporado em maiores quantidades nas estruturas SiO2/SiC em regiões defeituosas do filme dielétrico e da interface SiO2/SiC. Esforços para relacionar as propriedades físico-químicas observadas com as propriedades elétricas das estruturas foram feitos ao longo de todo o trabalho. / In the present thesis the effects of reactive thermal treatments on the physicochemical and, in some cases, on the electrical properties of thermally grown SiO2 films on silicon carbide were investigated. We employed the most widely used thermal treatments to passivate electrically active defects present in the SiO2/SiC interface region, namely: reoxidations in O2 and H2O (water vapor) and thermal annealings in H2 and NO. In the investigation on the effects of reoxidation temperature in the SiO2/SiC structure, atomic force microscopy and nuclear reaction analysis were used, which allowed us to conclude that a lowtemperature reoxidation in O2 leads to a decrease of the SiC surface roughness, while a high-temperature reoxidation leads to an increase of the SiC surface roughness, probably also increasing the electrically active defects near this interface. Thermally induced hydrogen incorporation, depth distribution and loss were investigated using nuclear reaction analyses. Hydrogen is found to be much more strongly bound to SiO2/SiC and to SiC structures than to their Si counterparts. The effects of thermal treatments in NO and O2 atmospheres in different sequences were also investigated. X-ray photoelectron spectroscopy, ion beam analyses and capacitance-voltage characterization allowed us to observe a strong isotopic exchange between oxygen from the gas phase and oxygen from the film, besides the beneficial effect of nitrogen on the electrical properties of the SiO2/SiC interface.The incorporation of water vapor in SiO2 films thermally grown on SiC and on Si revealed remarkably differences in the water interaction with both structures. A higher incorporation of oxygen in SiO2 pre-existent films on SiC compared with SiO2 films on Si indicates a higher concentration of defects in SiO2 films on SiC. Hydrogen was also incorporated in higher amounts in SiO2/SiC structures, both in the interface and in defective regions of the SiO2 film. Efforts to relate the observed physico-chemical properties with the electrical properties of these structures were performed along the whole work.

O presente trabalho investiga a obtenção de filmes finos de calcopiritas do sistema Cu(In,Ga)(S,Se)2 com propriedades de interesse para utilização como camadas absorvedoras em células fotovoltaicas, através de um processo em duas etapas, utilizando a técnica de spin coating para deposição dos precursores. Para isso foram desenvolvidas quatro soluções precursoras com diferentes estequiometrias (rica e pobre em cobre, com e sem adição de gálio). Estas soluções foram então depositadas em substratos de vidro sodocálcico por spin coating e, em seguida, calcinadas a 390ºC por 4 minutos. As etapas de deposição e tratamento térmico foram repetidas três vezes para cada amostra. Obtém-se então um filme de óxidos amorfos dos metais adicionados. Após a tratamento térmico, as amostras foram submetidas a diferentes processos de sulfurização e/ou selenização, utilizando diferentes temperaturas (25 a 550°C, 500 a 550°C, 450°C) e fontes de enxofre e selênio (S e Se). Algumas amostras sofreram ainda um processo de redução do filme depositado antes do seu tratamento em atmosfera de enxofre e/ou selênio. Por difração de raios X, determinou-se que após os tratamentos todas as amostras apresentaram estruturas calcopiríticas do sistema Cu(In,Ga)(S,Se)2 de diferentes composições, além de fases secundárias em menor quantidade, variando de acordo com a estequiometria da solução precursora e do tratamento utilizado. Entre as amostras ricas em cobre, as tratadas previamente em atmosfera redutora e as tratadas entre 500 e 550°C mostraram uma maior densificação do filme, além um maior tamanho de grão. Dentre as amostras deficientes em cobre, as amostras que sofreram tratamento de selenizaçao e sulfurizaçao apresentaram maior tamanho de grão. Com as amostras preparadas foram obtidos band gaps entre 1,18 e 1,67eV, utilizando para isso o sistema pentanário Cu(In,Ga)(S,Se)2. / This work investigates the development of thin films of the chalcopyritic system Cu(In,Ga)(S,Se)2 with properties of interest for use as absorber layers in photovoltaic cells, through a two-stage process, using the spin coating technique to deposit the precursors. For that, four precursor solutions with different stoichiometries (copper-rich and poor, with and without the addition of gallium) were developed. These solutions were then deposited on soda-lime glass substrates by spin coating, and then calcined at 390ºC for 4 minutes. The deposition and calcination stages were repeated three times for each sample. After these stages, amorphous oxide thin films were obtained. After therma treatment, the samples were subjected to various sulfurization and/or selenization processes, using different temperatures (25 to 550°C, 500 to 550°C) and sources of sulfur and selenium (S and Se). Some samples were also exposed to a reduction process prior to the treatment in atmosphere of sulfur and / or selenium. By X-ray diffraction, it was determined that, after the treatment, all samples showed chalcopyritic structures of the system Cu(In,Ga)(S,S)2 with different compositions, in addition to secondary phases in small amounts, varying with the stoichiometry of the precursor solutions and the treatment. Among the copper-rich samples, the ones that were reduced and then treated between 500 and 550 ° C showed greater densification of the film, plus a larger size of grain. Among the copper-poor samples, the ones that suffered treatment of selenization and sulfurization had greater grain size. With the prepared samples were obtained band gaps between 1.18 and 1.67 eV, using the pentanary system Cu(In,Ga)(S,S)2.

Na presente tese realizou-se um estudo a respeito da tribocorrosão, isto é, atuação simultânea dos mecanismos de desgaste e corrosão, da liga Ti6Al4V, da mesma liga nitretada e dela recoberta por filmes DLC obtidos por PACVD em meio fisiológico simulado, considerando que ligas de titânio são amplamente empregadas em próteses sujeitas a esforços e os filmes a base de carbono apresentam grande potencial como biomaterial. Paralelamente foi estudada a obtenção de filmes DLC sobre titânio através de uma técnica pouco usual para aquisição destes revestimentos, a eletrodeposição. As amostras nitretadas foram caracterizadas ao MEV, por difração de raios X e microdureza. Os filmes produzidos por PACVD foram caracterizados ao MEV, espectroscopia Raman e a dureza, através de nanoidentação. Para os diferentes materiais, ensaios eletroquímicos, em solução fisiológica simulada, foram realizados a fim de verificar a resistência à corrosão e ensaios de desgaste a seco, para avaliar o comportamento tribológico.O comportamento frente à tribocorrosão, onde os mecanismos de desgaste e de corrosão atuaram simultaneamente, foram realizados para a liga, liga nitretada e filmes DLC depositados por PACVC. A liga Ti6Al4V mostrou-se bastante resistente à corrosão, apesar do pobre comportamento tribológico. Ensaios de tribocorrosão confirmaram a boa resistência à corrosão da liga, mesmo com os mecanismos de desgaste e corrosão atuando simultaneamente. A camada de nitretos, obtida do processo de nitretação, apresentou melhora no comportamento tribológico, frente à corrosão e tribocorrosão. Filmes DLC apresentaram excelente resistência ao desgaste e à corrosão quando ensaios foram realizados separadamente. Ensaios de tribocorrosão mostraram a falha prematura do filme quando da atuação simultânea dos mecanismos. O estudo paralelo a respeito da eletrodeposição confirmou a possibilidade de obtenção de filmes DLC através desta técnica, a temperatura ambiente. Os filmes foram avaliados por espectroscopia Raman e testados quanto à resistência à corrosão e ao desgaste. A dureza dos filmes foi avaliada por nanoidentação e a morfologia, verificada ao MEV e AFM. Filmes obtidos a partir de acetonitrila apresentaram uma melhora na resistência à corrosão comparado ao titânio puro, enquanto que os filmes obtidos de DMF comportaram-se similarmente ao titânio, possivelmente pela presença de trincas nanométricas. Relativo à resistência ao desgaste, os filmes obtidos de DMF, mostraram-se mais eficazes. / In the present work it was performed a study about tribocorrosion performance of Ti6Al4V bare alloy and the same alloy Ti6Al4V nitrided or even recovered by DLC films in simulated physiologic environment considering the extensive application of this alloy in loaded implants and the possibility to use DLC films as a biomaterial. At the same time, it was studied the electrodepositon of DLC films onto titanium. Nitride samples were characterized by SEM (scanning electron microscopy), X ray diffraction and microhardness. The DLC films obtained by PACVC technique were characterized by SEM, Raman spectroscopy and nanoidentation. Corrosion experiments were conducted in simulated physiologic environment. The tribologic behavior was evaluated by dry wear tests. Tribocorrosion behavior, with corrosion and wear mechanisms acting simultaneously, was evaluated for the bare alloy, nitrided alloy and DLC films obtained by PACVD technique. The alloy is quite resistant to corrosion despite its poor tribological behavior. Tribocorrosion tests confirmed the good resistance to corrosion even when the degradation mechanisms of wear and corrosion act simultaneously. The nitride compound layer improved the tribological, corrosion and tribocorrosion behavior. DLC films presented high performance to either corrosion or wear mechanisms, however a catastrophic failure of the coating was observed in tribocorrosion tests. A parallel study confirmed the possibility of obtaining DLC films by a electrodeposition technique at room temperature. Raman measurements, corrosion and wear tests were performed. The hardness of the films was evaluated by nanoidentation. Films obtained from acetonitrile present a better corrosion resistance with respect to pure titanium. Films obtained from DMF presented a similar corrosion behavior as presented by titanium probably due the presence of some detected nanocracks. The films obtained from DMF presented a better tribological behavior.

Existe, por parte da comunidade industrial e científica, uma incessante procura por revestimentos protetores mais resistentes a ambientes cada vez mais agressivos, como aquele encontrado pelas ferramentas de injeção de alumínio. Uma das tendências que surge para aumentar a vida útil destas ferramentas é a de produzir filmes finos compostos por diversas camadas, cada qual tendo sua função especifica; um exemplo deste tipo de revestimento é aquele composto por camada de adesão, camada intermediária e camada de trabalho. Neste trabalho, foi proposto estudar a utilização do nitreto de titânio e alumínio (Ti,Al)N, tanto como camada intermediária quanto de trabalho, uma vez que este apresenta alta dureza, grande resistência ao desgaste e superior resistência à oxidação. Para a camada intermediária, foram depositados filmes finos tipo multicamadas (TixAl1-x)N/(TiyAly-1)N, (Ti,Al)N/TiN e (Ti,Al)N/AlN, com variação na estrutura cristalina e na espessura das camadas individuais, pois dependendo da quantidade de alumínio adicionado ao sistema, o (Ti,Al)N apresenta mudanças em algumas de suas propriedades, como estrutura cristalina, dureza e resistência mecânica. Os filmes finos monolíticos de (Ti,Al)N e suas multicamadas foram depositadas por magnetron sputtering reativo e caracterizados quanto ao crescimento cristalino, estequiometria, espessura das camadas individuais, dureza e módulo de elasticidade. Na segunda parte deste trabalho, a fim de avaliar a camada de trabalho, é apresentada uma nova técnica de caracterização in-situ, que avalia as reações químicas que ocorrem entre o alumínio e os materiais selecionados. Foram comparados entre si o aço AISI H13, os revestimentos nitreto de titânio, nitreto de cromo, e três diferentes composições de (Ti,Al)N, a fim de verificar qual material apresenta o comportamento mais inerte em contato ao alumínio a altas temperaturas. Para tanto, foram utilizadas as técnicas de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e difração de raios X (XRD).

Orientador: Maria del Pilar Taboada Sotomayor / Banca: Hebe de las Mercedes Villullas / Banca: Regina Massako Takeuchi / Resumo: Ao longo do tempo, o uso exagerado de corantes de cabelo, em forma geral, tem apresentado um grande crescimento, e dessa forma os compostos utilizados nessas formulações comerciais tem apresentado interesse, devido a que alguns deles possuem propriedades mutagênicas e carcinogênicas. Entre os corantes que se estudam encontra-se à 2-nitro-p-fenilenodiamina e a 4-nitro-o-fenilenodiamina, que são os utilizados nas formulações comerciais de corantes semipermanentes. O presente trabalho explora metodologias para a construção de sensores que apresentem sensibilidade e seletividade suficientes para a detecção de analitos utilizados na indústria cosmética de tintura para cabelo. O sensor para o corante 2-nitro-p-fenilenodiamina, que apresentou resultados mais promissores, foi construído usando uma superfície de ouro nano-estruturado, modificado com monocamadas de mercaptopropanossulfonato de sódio (MPS), para obter uma superfície com carga negativa, seguido das etapas de formação das multicamadas de quitosana, dodecil sulfonato de sódio (SDS) e ftalocianina de níquel (TsNiPc) obtidos pela técnica layer-by-layer (LBL) em forma alternada. A partir da otimização dos parâmetros, como pH (3,5), número de multicamadas (n = 10) e eletrólito suporte (tampão Britton-Robinson 0,1 mol L-1) foram escolhidas condições para obter o melhor desempenho do sensor. A resposta do sensor foi avaliada em batelada por voltametria de onda quadrada, e em fluxo por amperometria, obtendo limites de detecção de 1,2 μmol L-1 e 1,3 μmol L-1, respectivamente. Na aplicação do sensor, o valor de recuperação do corante em água de torneira propositalmente contaminada foi de 97%, e o valor encontrado em uma amostra comercial mostrou um erro de 4,5% em relação ao valor de referência. / Abstract: Due to the indiscriminate use of hair dyes generally has shown a tremendous growth for a long time. The compounds used in their formulations have shown commercial interest, because some of these hair dyes have mutagenic and carcinogenic properties. Among these dyes that we studied are the 2-nitro-p-phenylenediamine and 4-nitro-o-phenylenediamine, which are used in commercial formulations as semi-permanent hair dye. The present work explores methods to build sensors that have sufficient sensitivity and selectivity for the detection of analytes used in the cosmetic industry for hair dyes. The sensor for the 2-nitro-p-phenylenediamine, shows more promising results, which was constructed using a nanostructured gold surface modified with monolayers of sodium mercaptopropanossulfonato (MPS) to obtain a surface with a negative charge, followed by the steps for the formation of multilayer with chitosan, sodium dodecyl sulphonate (SDS), and nickel phthalocyanine (TsNiPc) obtained by the technical layer-by-layer (LBL) in alternating fashion. Some parameters such as pH (3.5), number of multilayers (n = 10) and supporting electrolyte (Britton-Robinson buffer 0.1 mol L-1), were optimized to obtain the best performance of the sensor. The sensor response was evaluated in batch by Square Wave Voltammetry and flow injection analysis, obtaining a detection limit of 1.2 μmol L-1 and 1.3 μmol L -1 respectively. For the application of sensors, the recovery of the analyte in a sample of tap water contaminated on the purpose was 97%, and the value found in a commercial sample showed an error of 4.5% in relation to the reference value. / Mestre

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3776.pdf: 3770058 bytes, checksum: b2f264f1d35bc92514e3e55ddd62e08f (MD5) Previous issue date: 2011-05-26 / Plasma nitriding is a surface modification technique used for improving hardness, wear resistance, and fatigue. In this work, samples of AISI-4140, DIN16MnCr, and AISI-420C steels were heat treated, forming martensitic structures, and then were submitted to plasma nitriding for 5 hours at 400, 450, and 500oC, under a hydrogen and nitrogen gas mixture having a pressure of 5 mbar. The samples were characterized by hardness tests, optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction. There has been an increase in surface hardness as expected from the literature. The rise of nitriding temperature produced an increase in the surface layers thickness. The results obtained show a compact layer composed of Fe4N nitrides and CrN nitrides, identified by X-ray diffraction, characterizing the hardness. With these nitriding temperatures, there was a decrease in hardness caused by the annealing. / Nitretação a plasma é uma técnica de modificação superficial para melhorar a dureza, a resistência ao desgaste e à fadiga. Neste trabalho, amostras de aços AISI-4140, DIN16MnCr5 e AISI-420C foram tratadas termicamente formando microestrutura martensítica e em seguida submetidas à nitretação a plasma, por cinco horas, em temperaturas de 400, 450 e 500°C, com pressão 5mbar e uma mistura de gases hidrogênio e nitrogênio. As amostras foram caracterizadas por microscopias óptica e eletrônica de varredura, difração de raios-X e ensaios de microdureza. Foi observado um aumento de dureza, conforme previsões a partir de estudo da literatura. Foram obtidas camadas com aumento da espessura em relação ao aumento de temperatura. Foi observada a presença de nitretos γ (Fe4N) e também nitreto de elementos de liga (CrN) que caracterizam a dureza. Verificou-se o revenimento das camadas endurecidas por têmpera por indução nas temperaturas de nitretação.

Orientador: Prof. Dr. Dante H. Mosca / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 29/06/2016 / Inclui referências : f. 130-138 / Resumo: Neste trabalho são descritos diversos tipos de análises morfológicas, composicionais, estruturais e magnéticas de filmes finos de espessura nanométrica de ligas Ni-Mn-Ga ferromagnéticas preparadas pela técnica de epitaxia de feixe molecular sobre substratos comerciais de GaAs(111)B e InAlAs/AlAs/GaAs(001), além de nanomembranas desses filmes obtidas por processos de microfabricação usando técnicas de litografia. As ligas Ni-Mn-Ga estudadas possuem estequiometrias onde as proporções Ni:Mn:Ga foram mantidas próximas de 2:1:1 e 1:1:1. A Análise composicional dos filmes finos e o monitoramento da evolução da morfologia foi realizada in situ por espectroscopia de fotoelétrons e de difração de elétrons de alta energia refletidos, respectivamente. Em casos específicos a análise composicional foi realizada ex situ. A investigação da estrutura cristalina foi realizada ex situ por difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão. A morfologia dos filmes foi estudada por microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de varredura. Sobre os substratos de GaAs(111) foram estudados filmes finos com três estequiometrias. A primeira delas é a liga (????,????)2???? com espessura estimada em 10 nm. Esses filmes apresentam estrutura cristalina hexagonal com razão ??/?? = 1,27. As relações de epitaxia entre a liga e o GaA (111) encontradas no plano e fora do plano dos filmes foram (1¯10)(????,????)2???? (1¯10) ???????? e (0002)(????,????)2????(0002)????????. A temperatura ambiente, os filmes são ferromagnéticos com alta anisotropia de magnetização de saturação???? abaixo de 50 K. A segunda composição sobre GaAs(111) é a liga ????1,92????1,16????0,92, que apresenta estrutura cristalina cúbica com parâmetro de rede ??=5,88 Å e são altamente texturizada na direção [110], satisfazendo assim a relação (110)????1,92????1,16????0,92//(110)????????. Esses filmes finos são ferromagnéticos a temperatura ambiente com ???? ? 450?? e transformação martensítica ???? ? 180??, sendo também observada anomalia na magnetização nas medidas MxT o que sugere a transformação pré-martensítica com ???? ? 285??. Filmes finos da liga ????2.8????0.6????.6 com 40 nm foram crescidos sobre GaAs (111) e GaAs (001). Esses filmes apresentam estrutura cristalina tetragonal e caráter policristalino com razão ??/?? igual a 1,90 e 2,01 para os substratos de GaAs (111) e GaAs (001), respectivamente. A temperatura ambiente os filmes finos apresentam fraco comportamento ferromagnético com temperatura de Curie ???? em torno de 320 K. Foi observado que a temperatura de transição martensítica ???? coincide com a temperatura de Curie e a anisotropia magnetocristalina é forte à 10 K. Os filmes crescidos sobre InAlAs/AlAs/GaAs(001) com 30 nm de espessura foram submetidos ao processo de litografia e remoção seletiva da camada de sacrifício de AlAs, obtendo-se assim membranas com espessura nanométrica que se enrolam conforme o grau de tensão mecânica residual, formando rolos com diâmetro de 5 ???? e comprimento de alguns milímetros (limitado apenas pelo tamanho da amostra). A caracterização estrutural por microscopia eletrônica de transmissão mostrou que após a formação das membranas ocorre a relaxação da estrutura cristalina ocasionando a diminuição dos parâmetros de rede. A caracterização magnética das nanomembranas mostrou que a anisotropia magnetocristalina, antes forte nos filmes finos, desaparece devido ao efeito de relaxação da tensão residual dos filmes. Além do interesse científico das propriedades e comportamentos físicos dessas ligas ferromagnéticas na escala nanométrica, os resultados obtidos estabelecem bases concretas para o desenvolvimento de nanodispositivos sensores e atuadores com funcionalidades termomagnéticas e magnetomecânicos com geometria bi e tridimensional / Abstract: In this thesis we studied thin films of Ni-Mn-Ga based alloys in three different compositions grown on GaAs(111) and InAlAs/AlAs/GaAs(001) substrates by molecular beam epitaxy. Moreover, rolled- up nanomembranes of Ni-Mn-Ga thin films were microfabricated on GaAs(001) using lithograph methods and subsequently released by etching. Standard ex situ investigations for both, thin films and rolled-up structures, were performed by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, atomic force microscopy and vibrating sample magnetometer. In situ characterization was carried out by reflection high-energy electron diffraction during the substrate preparation and thin films growth and post-growth by X-ray photoelectron spectroscopy. The first alloy studied was (????,????)2????/GaAs(111) 10 nm film thickness. Structural characterization show hexagonal crystalline structure and ??/?? ratio of 1,27. Beside that, in-plane and out-of-plane epitaxial relationship are (1¯10)(????,????)2???? (1¯10) ???????? and (0002)(????,????)2????(0002)????????, respectively. Thin films are ferromagnetic at room temperature, exhibiting anomalous saturation magnetization below 50 K. Increasing Ni concentration, the second composition examined was ????1,9????1,2????0,9. Structural investigations show high (110)-textured thin films with martensite structure (??21) at room temperature and lattice constant ?? = 5.88 Å. In addition, epitaxial relationship out-of-plane it is (110)????1,9????1,2????0,9//(110)????????. Magnetic characterization shows weak magnetic behavior at room temperature and Curie temperature of 450 K, suggesting martensitic transformation at ?180 K, which were estimated from FC-ZFC magnetization. Ni rich ????2.8????0.6????.6 thin films were grown on GaAs(111) and GaAs(100) with thickness of 40 nm. X-ray diffraction and transmission electron microscopy revel polycrystalline thin films indicating ??/?? ratio of 1.90 and 2.01 for films grown on both substrates, e.g GaAs (111) and GaAs(001), respectively. At room temperature thin films exhibit weak hysteresis loops with Curie temperature of ?320 K. An interesting result is simultaneous occurrence of first-order martensite transformation and paramagnetic/ferromagnetic transition (?320 K). In the last chapter is shown the rolled-up structures prepared on InAlAs/AlAs/GaAs(001) from ferromagnetic thin films with 30 nm of thickness. Morphological analysis show rolled-up structures with a typical diameter of 5 ????. After roll-up compressive relaxation takes place decreasing the lattice parameters ?? and ??. Magnetic behavior it is drastically affected by crystalline structure evolution. The hysteresis loops in-plane fit with the out-of-plane loop showing low magnetocrystalline anisotropy after the nanomembranes roll-up into tubular geometry.

Orientador : Prof. Dr. Aldo J. G. Zarbin / Co-orientadora : Profª Drª Marcela M. Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 15/04/2015 / Inclui referências : f. 81-100 / Resumo: Este trabalho descreve a síntese, caracterização e estudo da aplicação de filmes finos e transparentes de nanocompósitos constituídos por grafeno e nanopartículas de prata (AgNPs), preparados em sistemas interfaciais líquido/líquido. Utilizando essa metodologia, filmes finos desses materiais foram obtidos na interface através de duas rotas de síntese distintas. Na primeira rota de síntese foram utilizadas duas matrizes de carbono, o óxido de grafeno reduzido (rGO) e o óxido de grafeno (GO), obtidos através da esfoliação química do grafite, e o nitrato de prata (AgNO3) como precursor para as AgNPs. Na síntese que utiliza o GO como matriz de carbono, a prata e o GO foram reduzidos concomitantemente. A variação da concentração de AgNO3 proporcionou a obtenção de amostras com diferentes tamanhos e quantidades de AgNPs, notado pelas técnicas de espectroscopia de absorção na região do UV-Vis e difração de raios X. Os nanocompósitos obtidos por esta primeira rota também apresentaram diferenças morfológicas de acordo com a forma de grafeno utilizada, como verificado por imagens de microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Com as técnicas de espectroscopia Raman e análise térmica foi possível verificar que a partir das diferentes formas de redução obtem-se nanocompósitos com rGO com mais ou menos grupos funcionais presentes nas folhas. A segunda rota de síntese foi baseada em um método de esfoliação mecanoquímica de grafite para a preparação de grafeno. Tal rota utiliza o H2(g) produzido da reação entre magnésio metálico (Mg) e ácido, como o agente redutor de íons Ag+ e formação das AgNPs, formando assim filmes finos de nanocompósitos de grafeno com AgNPs em uma única etapa. Nesta rota foi variada apenas a concentração de AgNO3 mantendo-se constante a quantidade dos outros reagentes. Todos os nanocompósitos obtidos nessa rota foram caracterizados por técnicas de espectroscopia, de microscopia, difração de raios X e análise térmica. Todos os compósitos obtidos nesse trabalho, possuem aplicabilidade como substrato para intensificação de sinal Raman (SERS), com influência determinante das dimensões, quantidade e forma das AgNPs. / Abstract: This work describes the synthesis, characterization and study of the application of thin and transparent films of nanocomposites between graphene and silver nanoparticles (AgNPs), preparated by an interfacial liquid/liquid system. Two methodologies have been employed to prepare these films: the first one started from two different carbon-based precursor - the reduced graphene oxide (rGO) and the graphene oxide (GO) -, and silver nitrate (AgNO3) as precursor for AgNPs. The variation of the concentration of AgNO3 used in the synthesis produced samples with different sizes and amounts of AgNPs, as characterized by UV-Vis spectroscopy and X-ray diffraction. Nanocomposites showed morphological differences according to the starting carbonaceous material, as verified by both scanning and transmission electron microscopy. Raman spectroscopy and thermal analysis techniques indicate that the amount of functional groups remaining in the graphene sheets are dependent on the way in which the samples have been chemically reduced. The second synthetic route was based on a mechanochemical exfoliation of graphite for synthesize graphene. This route uses the H2(g), produced from the reaction between metallic magnesium (Mg) and acid as reducing agent for Ag+ ions and formation of AgNPs, resulting in thin films of graphene and AgNPs composites in one step. In this route the concentration of AgNO3 was varied and the amount of the other reactants was kept constant. All nanocomposites were characterized by UV-Vis and Raman spectroscopy, electron microscopy, X-ray diffraction and thermal analysis, which showed the success of obtaining nanocomposites films by this route. All fims obtained in this work presented applicability as a substrate for enhancing Raman signal (SERS), in which the performance was influenced by the size, amount and shape of AgNPs.

Orientador : Prof. Dr. Aldo José Gorgatti Zarbin / Coorientador : Prof. Dr. Luiz Humberto Marcolino Jr. / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 26/02/2016 / Inclui referências : f. 160-178 / Área de concentração : Química / Resumo: Este trabalho consiste da síntese e caracterização de nanocompósitos de grafeno e níquel metálico ou hidróxido níquel, e a posterior aplicação desses materiais na forma de filmes finos como eletrodos para baterias, sensores e dispositivos eletrocrômicos. A síntese desses nanocompósitos foi realizada através de duas rotas: na primeira abordagem foram utilizadas soluções de grafeno carregado negativamente (grafeneto) em diferentes solventes como agentes redutores para os íons Ni2+. A síntese desses nanocompósitos foi realizada em atmosfera inerte e produziu nanocompósitos do tipo grafeno/níquel metálico com diferentes proporções, onde as partículas de níquel apresentaram tamanho nanométrico (~5 nm). Na segunda abordagem as amostras foram preparadas utilizando dispersões de óxido de grafeno (GO) em etileno glicol. As amostras de GO foram obtidas através da oxidação do grafite, seguida da esfoliação do óxido de grafite (Gr-O). Diferentes parâmetros foram avaliados, tais como o tempo e a temperatura de oxidação, e a fonte de ultrassom para a esfoliação. As dispersões de GO em etileno glicol foram preparadas utilizando a amostra mais oxidada. A síntese dos nanocompósitos pelo método poliol foi realizada em diferentes temperaturas, gerando nanocompósitos entre grafeno (ou óxido de grafeno reduzido - rGO) e níquel metálico ou hidróxido de níquel. Nos nanocompósitos rGO/níquel metálico, as partículas de níquel apresentaram estrutura cristalina cúbica de face centrada e o aumento da proporção GO:Ni2+ levou a um coalescimento das nanopartículas. Já nos nanocompósitos rGO/Ni(OH)2, a proporção GO:Ni2+ também foi variada e todas as amostras produziram Ni(OH)2 com estrutura ? e com diâmetro de partícula nanométrico (~5 nm), o que é muito interessante para aplicações eletroquímicas. Em ambas as sistemáticas os nanocompósitos foram caracterizados eletroquimicamente em meio alcalino, levando ao par redox Ni(OH)2/NiOOH. Entretanto, na primeira abordagem os eletrodos foram modificados utilizadando a técnica de drop casting e na segunda os materiais foram processados na forma de filmes finos utilizando uma metodologia de sistema bifásico desenvolvida em nosso grupo de pesquisa (GQM-UFPR). Os filmes finos dos nanocompósitos rGO/?Ni(OH)2 também foram avaliados quanto a sua potencialidade para aplicação como eletrodos para baterias, sensores de glicerol e dispositivos eletrocrômicos em meio alcalino. Como materiais para armazenamento de energia, os nanocompósitos apresentaram excelentes valores de energia e potência (43,7 W h kg-1 e 4,8 kW kg-1, respectivamente). Como sensores para a detecção de glicerol, baixos limites de detecção e uma ampla faixa linear foram obtidos (15,4 ?mol L-1 e 10 a 800 ?mol L-1, respectivamente). Quando empregados como materiais eletrocrômicos, bons valores de eficiência eletrocrômica foram alcançados (69,4 cm2 C-1). Em todos os casos os nanocompósitos apresentaram desempenhos superiores aos do Ni(OH)2 preparado como controle. Esses filmes também foram aplicados como cátodos na construção de dispositivos assimétricos de armazenamento de energia, utilizando filmes de carbono ativado como ânodos. Palavras-chave: nanocompósitos, hidróxido de níquel, níquel metálico, óxido de grafeno reduzido, grafeno, bateria alcalina, sensor, glicerol, eletrocromismo, filmes finos, interfaces líquido-líquido. / Abstract: This work aims the synthesis and characterization of nanocomposites between graphene and nickel or nickel hydroxide and their use as thin films in electrodes applied in alkaline batteries, sensors and electrochromic devices. The nanocomposites syntheses were carried out through two approaches. The first procedure involved negatively charged graphene solutions (graphenide) in different solvents as reducing agent for the Ni2+ ions. All the synthetic steps were carried out inside a glove box and graphene/metallic nickel nanocomposites were obtained with different proportions, where the nickel particles showed nanometric sizes (~5 nm). In the second procedure graphene oxide (GO) dispersions in ethylene glycol were used. The GO samples were obtained through the oxidation of graphite, followed by the exfoliation of graphite oxide (Gr-O). Different parameters were evaluated, such as the time and temperature of the oxidation, and the ultrasound source for the exfoliation step. The GO dispersions used in the synthesis were prepared using the sample with the higher oxidation degree. Nanocomposites were obtained through the polyol method in different temperatures, leading to nanocomposites between graphene (reduced graphene oxide - rGO) and metallic nickel or nickel hydroxide. For the rGO/metallic nickel nanocomposites, the nickel species presented a face-centered cubic structure and the increase of the GO:Ni2+ proportion led to a coalescence of the nanoparticles. For the other nanocomposites, the GO:Ni2+ proportion was also evaluated and all the samples led to Ni(OH)2 with ? structure and nanometric particle sizes (~5 nm), which is very interesting for electrochemical applications. The nanocomposites obtained through the two procedures were electrochemically characterized in alkaline medium, leading to the Ni(OH)2/NiOOH redox pair. However, for the first route the electrodes were modified through the drop casting technique and for second procedure the nanocomposites were processed as thin films using a biphasic system developed in our research group (GQM-UFPR). The rGO/?Ni(OH)2 nanocomposites thin films were also evaluated as electrodes for batteries, glycerol sensors and electrochromic devices in alkaline medium. When applied for energy storage the nanocomposites showed high energy and power values (43.7 W h kg-1 and 4.8 kW kg-1, respectively). As glycerol sensors, low detection limits and a wide linear range were obtained (15.4 ?mol L-1 and 10 to 800 ?mol L-1, respectively). In the electrochromism area, good electrochromic efficiency values were reached (69.4 cm2 C-1). In all applications the nanocomposites showed higher performances than the Ni(OH)2 control sample. These thin films were also employed as cathode for the construction of asymmetric devices for energy storage, using activated carbon films as anode. Keywords: nanocomposites, nickel hydroxide, metallic nickel, reduced graphene oxide, graphene, alkaline batteries, sensor, glycerol, electrochromism, thin films, liquid-liquid interfaces.