CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Dedicado à deposiÃÃo e caracterizaÃÃo de filmes finos de Sulfeto de CÃdmio e DiÃxido de TitÃnio para a aplicaÃÃo em cÃlulas solares fotovoltaicas. Cada filme foi depositado por um processo diferente. O reagente TiO2 da marca vetec, foi misturado com Ãcido clorÃdrico em soluÃÃo aquosa formando uma dispersÃo. Essa dispersÃo foi espalhada sobre o substrato de vidro e depois aquecida com uma chapa aquecedora. Depois de formado o filme, foram feitos MEV e EDX do mesmo. Para preparar o CdS foi necessÃrio um procedimento um pouco mais complexo, que à a deposiÃÃo por banho quÃmico, onde à feita uma mistura de reagentes e mergulhado o substrato nesta mistura. Ocorreram reaÃÃes quÃmicas cujo resultado foi a formaÃÃo do CdS, que ocorre em toda a superfÃcie do recipiente e do substrato imerso na soluÃÃo. As mesmas caracterizaÃÃes feitas no TiO2 foram feitas no CdS, ambos mostraram uma boa uniformidade, tambÃm foi observado que os filmes mostraram uma boa aderÃncia ao substrato. A fim de comprovar a aplicatividade dos filmes para fins fotovoltaicos, preparou-se um protÃtipo de cÃlula solar fotovoltaica, que foi colocada em contato com a luz solar para assim medir a corrente elÃtrica e a diferenÃa de potencial. TambÃm foram medidos os mesmos parÃmetros no escuro, para comparaÃÃo de resultados e comprovaÃÃo da geraÃÃo de energia elÃtrica atravÃs do contato com a luz. AtravÃs dos resultados destes testes, concluiu-se que os filmes apresentaram o efeito fotoelÃtrico, sendo assim, aplicÃveis em cÃlulas solares fotovoltaicas. / This work is dedicated to the deposition and characterization of thin films of cadmium sulfide and titanium dioxide for application in photovoltaic solar cells. Each film is deposited by a different process. The reagent TiO2 brand Vetec, was mixed with hydrochloric acid in aqueous solution forming a dispersion. This dispersion is spread on the glass substrate and then heated with a plate heater. After the deposit, were made SEM and EDX of the films. In order to prepare CdS a more complex process called chemical bath deposition was required, made of a mixture of reagents with the substrate immersed in it. Chemical reactions occurred which result was the formation of CdS, which occurs across the surface of the container and the substrate immersed in the solution. The same characterizations were carried out on TiO2 in CdS, showed in both good uniformity, was also observed that the films showed good adhesion to the substrate. In order to prove that films are applicable for photovoltaic energy conversion, a prototype of a solar photovoltaic cell was prepared, which was placed in contact with a type of light for measuring electrical parameters like the electric current and potential difference. We also measured the same parameters in the dark, for comparison of results and to prove power generation in contact with the light. The research tests provides evidence that films showed the photoelectric effect, therefore, applicable in photovoltaic solar cells.

O interesse na preparação de filmes finos de óxidos pelo processo sol-gel aumentou nos últimos anos devido a alta qualidade dos filmes, baixo custo dos precursores orgânicos e grande importância tecnológica. Dependendo das condições de preparação e das espécies dopantes, é possível obter filmes com características diversas: piezelétricos, luminescentes, isolantes, semicondutores ou condutores. Filmes de óxido de zinco (ZnO) podem ser usados na formação de camadas semicondutoras. Além disso, a dopagem deste composto com elementos da família IIIA promove um aumento da condutividade e a dopagem com íons de terras raras origina filmes luminescentes. A literatura sobre filmes de óxido de zinco, contudo, é em sua maior parte descritiva e não há uma compreensão total do processo e mecanismos envolvidos na formação dos filmes. No contexto do presente trabalho, filmes de ZnO:Al e ZnO:Eu foram preparados através do processo sol-gel não-alcóxido. Neste método, sais orgânicos são usados ao invés dos alcóxidos na preparação de sóis orgânicos. Ao contrário do primeiro método, a literatura relacionada à técnica sol-gel a base de acetatos é ainda muito limitada. Portanto, um dos objetivos desta pesquisa é investigar os mecanismos existentes nos estágios iniciais de formação dos filmes. Efeito da temperatura, velocidade de deposição e nível de dopagem foram estudados. Acetato de zinco dihidratado e nitrato de alumínio nonahidratado foram refluxados em etanol a 75°C por um período de tempo dependente da concentração das soluções. Os níveis de dopagem do íon Al3+ foram de 0,8 e 5%. Ácido lático foi adicionado à solução etanólica para promover a hidrólise do acetato de zinco. Os aditivos acetilacetona e dietanolamina foram adicionados aos sóis antes da deposição para melhorar a homogeneidade dos filmes. Os sóis foram transferidos para substratos de vidro através do método de imersão-emersão (dip-coating). A formação de géis foi obtida por evaporação do solvente. Os filmes do óxido inorgânico foram formados por tratamento térmico a 450°C por 1 hora em atmosfera de ar. Ciclos de deposição de uma ou mais camadas, intermediadas ou não por calcinação, foram realizados. Por análise térmica e FTIR observa-se que acetato de zinco funde a 200-250°C e que concomitantemente ZnO:Al começa a ser formado como mostra a banda de estiramento de ZnO de baixa intensidade nos espectros. Não é observada perda de massa após 450°C, o que indica a total decomposição dos precursores orgânicos e na mesma temperatura o estiramento ZnO é intensificado. Medidas feitas com a técnica de microbalança a cristal de quartzo (QCM) evidenciaram a importância da calcinação após cada transferência dos sóis para substratos sólidos. A cinética de evaporação do solvente no estágio pós-deposição também foi verificada com esta técnica. Resultados de difração de raios X (XRD) a partir de amostras de ZnO:Al calcinadas a 450°C após cada transferência de sóis para substratos sólidos mostram cristalinidade com picos de baixa intensidade para os planos (100), (002) e (101). Também foi verificado que a cristalinidade do material aumenta com a temperatura. Micrografias de força atômica (AFM) mostram uma cobertura completa da superfície do substrato e a ausência de craqueamento ou buracos na superfície dos filmes. A presença de dietanolamina nos sóis promove um decréscimo no tamanho médio das partículas de ZnO:Al. Espectros de emissão nas regiões do UV e visível mostram a emissão verde característica de ZnO atribuída a centros de defeito auto-ativados. Filmes de ZnO:Al apresentam transmitância superior a 80% na região do visível mas a energia do band gap é maior do que a esperada. Os picos de emissão vermelha dos íons Eu3+ são observados nos espectros dos precursores orgânicos. Ao contrário, somente o pico em 615 nm é notado nos espectros das amostras calcinadas devido ao efeito de supressão pela matriz de ZnO. / The interest in the preparation of thin films by the sol-gel process has increased in last years due to the high quality of the films, low cost of the organic precursors and the great technological importance. Depending on the preparation conditions and dopant species, it is possible to obtain films with piezelectric, luminescent, isolating, conductive and semiconductive features. Zinc oxide (ZnO) films be used to form semiconductive layers. Further, by doping with elements of the family IIIA the conductivity can be tuned and with the rare earths doping fluorescent films can be obtained. The literature on doped zinc oxide films however is mostly descriptive and there is not a complete understanding of the process and mechanisms involved in the film formation. In the context of the present work ZnO:Al and ZnO:Eu films were prepared through the non-alcoxide sol-gel process. In this method, organic salts instead of alcoxides are used for the organic sol preparation. Conversely to the latter method, the literature concerning the sol-gel technique through acetates is very limited yet. Therefore, one of the aims of this research is to further investigate the chemical mechanisms that play a role in the initial stages of film formation. Conditions like temperature, withdrawal speed and doping level were studied. Zinc acetate dihydrate and aluminium nitrate nonahydrate were mixed in an ethanolic solution that was refluxed at 75ºC for a period of time dependent of the concentration of the solutions. The aluminium doping levels were 0.8 and 5%. Lactic acid was added to the ethanolic solution to promote the zinc acetate hydrolysis. The additives acetylacetone and diethanolamine were added to the sols prior to deposition to improve the film homogeneity. The formed sols were transferred to previous cleaned and hydrophilized glass substrates by the dip-coating method. The gel formation was obtained by solvent evaporation. The inorganic oxide films were formed by heat treatment in a furnace at 450°C for 1 hour in air. Single and multiple coating cycles, followed or not by calcination, were performed. Thermal (TA) and infrared (FTIR) analyses of the dried sols were performed in order to follow the chemical modifications that occur during the oxide formation. It is seen that zinc acetate melts at 200-250ºC and at the same time ZnO:Al begins to be formed as confirmed by the low intensity Zn-O stretch band in the spectra. No weight loss is seen after 450ºC indicating the completion of the decomposition of the organic precursors and at the same temperature the Zn-O stretch is intensified. Measurements performed with the quartz crystal microbalance (QCM) evidenced the importance of calcination after each transfer of the sols to solid substrates. The kinetics of solvent evaporation in the post-deposition stage was also verified with this technique. X-ray diffraction (XRD) results from ZnO:Al samples fired at 450ºC after each transfer of the sols to solid substrates show cristalinity with low intensity peaks for the (100), (002) and (001) planes. It was also verified that crystallinity of the material increases with temperature. Atomic force (AFM) micrographies show that no cracks or voids are present on the film surface and a complete coverage of the surface is obtained. The presence of diethanolamine in the sols promotes a decrease in the mean particle size of the ZnO:Al. UV and visible emission spectra show the characteristic green emission of ZnO due to the self-activated defect centers. The ZnO:Al films present transmittance values above 80% in the visible region but the band gap energy is larger than expected. The red emission peaks of the Eu3+ ion are observed in the spectra of the organic precursor sols. Conversely, only the emission peak at 615 nm (5D0 -> 7F2) is seen in the spectra of the calcined samples due to the quenching of the ZnO host.

Neste trabalho, foram produzidos filmes finos de carbono pela técnica de magnetron sputtering usando substratos monocristalinos de alumina com plano-c orientado em (0001) e substratos de Si (111) e Si (100), empregando Co, Ni e Cu como filmes intermediários (buffer-layers). As deposições foram conduzidas em três etapas, sendo primeiramente realizadas com buffer-layers de cobalto em substratos de alumina, onde somente após a produção de grande número de amostras, foram então realizadas as deposições usando buffer-layer de cobre em substratos de Si. Em seguida foram realizadas as deposições com buffer-layers de níquel em substratos de alumina. A cristalinidade dos filmes de carbono foi avaliada por meio da técnica de espectroscopia Raman e complementarmente por difração de raios X (DRX). A caracterização morfológica dos filmes foi feita por meio da microscopia eletrônica de varredura (MEV E FEG-SEM) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM). Picos de DRX referentes aos filmes de carbono foram observados apenas nos resultados das amostras com buffer-layers de cobalto e de níquel. A espectroscopia Raman mostrou que os filmes de carbono com maior grau de cristalinidade foram os produzidos com substratos de Si (111) e buffers de Cu, e com substratos de alumina com buffer-layers de Ni e Co, tendo este último uma amostra com o maior grau de cristalinidade de todas as produzidas no trabalho. Foi observado que o cobalto possui menor recobrimento sobre os substratos de alumina quando comparado ao níquel. Foram realizados testes de absorção de íons de Ce pelos filmes de carbono em duas amostras e foi observado que a absorção não ocorreu devido, provavelmente, ao baixo grau de cristalinidade dos filmes de carbono em ambas amostras. / In this work, carbon thin films were produced by the magnetron sputtering technique using single crystal substrates of alumina c-plane (0001) and Si (111) and Si (100) substrates, employing Co, Ni and Cu as intermediate films (buffer-layers). The depositions were conducted in three stages, first with cobalt buffer-layers where only after the production of a large number of samples, the depositions using cooper buffer-layers were carried out on Si substrates. Then, depositions were performed with nickel buffer-layers using single-crystal alumina substrates. The crystallinity of the carbon films was evaluated by using the technique of Raman spectroscopy and, complementarily, by X-ray diffraction (XRD). The morphological characterization of the films was performed by scanning electron microscopy (SEM and FEG-SEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The XRD peaks related to the carbon films were observed only in the results of the samples with cobalt and nickel buffer-layers. The Raman spectroscopy showed that the carbon films with the best degree of crystallinity were the ones produced with Si (111) substrates, for the Cu buffers, and sapphire substrates for the Ni and Co buffers, where the latter resulted in a sample with the best crystallinity of all the ones produced in this work. It was observed that the cobalt has low recovering over the alumina substrates when compared to the nickel. Sorption tests of Ce ions by the carbon films were conducted in two samples and it was observed that the sorption did not occur probably because of the low crystallinity of the carbon films in both samples.

As ligas de FeRh apresentam um comportamento não usual quando encontradas próximas da composição equiatômica, sendo observada uma transição de fase magnetoestrutural de primeira ordem, na qual o sistema passa de um estado antiferromagnético para um estado ferromagnético com a temperatura crítica próxima da temperatura ambiente. A temperatura crítica de transição é fortemente dependente da composição da liga, das técnicas de produção e dimensionalidade da amostra, além de fatores externos como pressão e campo magnético. No presente trabalho foram depositados, via magnetron sputtering, filmes de FeRh (monocamadas) e FeRh/Fe (bicamadas) sobre substratos monocristalinos de MgO (001), sendo utilizado duas temperaturas de deposição diferentes: 798 K e 913 K. A estrutura cristalina dos filmes foi analisada através de técnicas de medidas de difração de raios X (varredura &theta - 2 &theta, varredura em &phi e rocking curves) e as composições e espessuras dos filmes foram analisadas por medidas de RBS. A principal diferença morfológica encontrada entre as amostras foi uma melhor uniformidade na distribuição de orientações dos grãos cristalinos nos filmes depositados na temperatura mais elevada. As propriedades magnéticas, medidas por meio de um VSM equipado com um criostato e um forno, evidenciaram diferenças entre as amostras depositadas nas diferentes temperaturas mencionadas, observando-se variações significativas nas temperaturas de transição de fase e diferentes larguras dos ciclos térmicos. Também foi observado, em todas as amostras, coexistência de fases antiferromagnética e ferromagnética na camada de FeRh, principalmente na região de baixas temperaturas. As amostras depositadas em 798 K foram mais favoráveis à formação da fase FeRh antiferromagnética e, no caso das bicamadas, também apresentaram um melhor acoplamento entre as camadas de FeRh e Fe que as amostras depositadas em 913 K, favorecendo um incremento do campo coercivo e da magnetização remanente relativa do sistema. / FeRh alloys, near the equiatomic composition, present an unusual magneto structural first-order phase transition in which the system changes from antiferromagnetic to ferromagnetic state at a critical temperature close to ambient temperature. The critical transition temperature is strongly dependent on the alloy composition, production techniques and dimensionality of the sample, as well as external factors such as pressure and magnetic field. In the present work, FeRh (monolayers) and FeRh/Fe (bilayers) films were deposited on monocrystalline MgO (001) substrates, via magnetron sputtering, at two different deposition temperatures: 798 K and 913 K. The crystalline structures of the films were analyzed by using different techniques of X-ray diffraction (&theta - 2 &theta scan, &phi scan and rocking curves). The compositions and thicknesses of the films were analyzed by RBS measurements. The main morphological difference between the samples was a better uniformity in the distribution of crystalline grain orientations in the films deposited at higher temperature. The magnetic properties, which were measured by a VSM equipped with a cryostat and an oven, revealed differences between the samples obtained at different temperatures. Significant variations in the critical phase transition temperatures and different widths of thermal cycles were observed. It was also observed, in all samples, coexistence of antiferromagnetic and ferromagnetic phases in the FeRh layer, mainly at low temperatures. The samples deposited at 798 K were more favorable to the formation of the antiferromagnetic FeRh phase. In addition, for the bilayers deposited at 798 K, it was observed a better coupling between the FeRh and Fe layers in comparison to samples deposited at 913 K, favoring an increase in the coercive field and the remanence magnetization.

Devido à relevância de filmes finos, as técnicas que são utilizadas para produzi-los e também para caracteriza-los tem se tornado importante. Neste contexto, foram analisados filmes finos de até 100 nm, de duas ligas metálicas (cromel e alumel), obtidos a partir da deposição por plasma de Arco Catódico Filtrado em Vácuo (Filtered Cathodic Vacuum Arc - FCVA). O objetivo deste projeto foi avaliar a similaridade em composição elementar entre os materiais utilizados para deposição, que operam como cátodos, e os filmes finos depositados, a partir de medições obtidas pela técnica de microanálise quantitativa Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). Para comparação entre resultados e apreciação de compatibilidade, foi realizada avaliação estatística considerando o Teste t, no qual a estatística do teste é dada pela Distribuição t de Student, adotando nível de significância de 5%. Os valores obtidos por EDS Quantitativo para os cátodos foram de (em wt%) (90,3 ± 0,5)% de Ni e (9,72 ± 0,19)% de Cr para o cromel e (95,1 ± 0,8)% de Ni, (2,02 ± 0,14)% de Mn, (1,65 ± 0,04)% de Si e (1,15 ± 0,05)% de Al para o alumel. Já para os filmes finos, foram de (90,2 ± 0,5)% de Ni e (9,8 ± 0,5)% de Cr para o cromel e (95,2 ± 0,4)% de Ni, (2,8 ± 0,4)% de Mn, (0,77 ± 0,17)% de Si e (1,08 ± 0,09)% de Al para o Alumel, ambos apresentando compatibilidade com as medidas por Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) - técnica comumente utilizada para este tipo de espécime. Verificou-se que a composição elementar do filme fino de cromel não apresentou diferença significativa com o cátodo da mesma liga. Entretanto, para o filme fino de alumel, houve evidências de diferença significativa com relação ao cátodo, apontada pelo elemento silício. / Due the relevance of thin films, the techniques used to produce and also to characterize them has become important. In this context, it was analyzed thin films up to 100 nm of two alloys (Chromel and Alumel) obtained by plasma deposition using Filtered Cathodic Vacuum Arc (FCVA). The objective of this project was to evaluate the similarity in elemental concentration of the materials used for deposition, which act as cathodes, and the deposited thin films, through measurements obtained by quantitative microanalysis technique Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). In order to compare results and compatibility assessment was performed statistical analysis considering the t-test in which the test statistic is given by the Student\'s t - distribution, adopting a significance level of 5%. The values obtained by Quantitative EDS for the cathodes were (in wt%) (90.3 ± 0.5)% of Ni and (9.72 ± 0.19)% of Cr for the Chromel and (95.1 ± 0.8)% of Ni, (2.02 ± 0.14)% of Mn, (1.65 ± 0.04)% of Si and (1.15 ± 0.05)% of Al for the Alumel. As for the thin films, they were (90.2 ± 0.5)% of Ni and (9.8 ± 0.5)% of Cr for the Chromel and (95.2 ± 0.4)% of Ni, (2.8 ± 0.4)% of Mn, (0.77 ± 0.17)% of Si and (1.08 ± 0.09)% for Al Alumel, both featuring compatibility with the measures by Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) - technique commonly used for this type of specimen. It was verified that the elemental concentration of the thin film of Chromel presented no significant difference with the cathode of the same alloy. However, for the Alumel thin film, there was evidence of a significant difference with respect to the cathode, appointed by element Silicon.

BBO. Os filmes finos ou espessos foram preparados através do método dos precursores poliméricos (Método Pechini) e através da técnica por evaporação por feixe de elétrons. Nas amostras preparadas através do método dos precursores poliméricos, a razão entre os compostos BaO e \'B IND.2\'\'O IND.3\' teve um papel fundamental no processo de estabilização fase BBO. Esta estabilização só foi possível quando a amostra foi preparada com óxido de boro em excesso, numa razão 70% \'B IND.2\'\'O IND.3\' e 30% BaO (% peso), muito distante da composição estequiométrica 32% \'B IND.2\'\'O IND.3\' - 68% BaO. A análise química desta amostra mostrou que a perda do elemento boro está ocorrendo durante a síntese das amostras. Devido à baixa viscosidade da solução estabilizada, foram obtidos filmes extremamente finos o que dificultou a análise por difração de raios-X. A análise por microscopia de força atômica destes filmes mostrou uma distribuição irregular de tamanhos e formas de grãos. A modificação do método Pechini pela adição de adição de poliidróxidos em substituição ao etilenoglicol mostrou ser eficiente na estabilização da fase BBO. A partir da substituição parcial ou total do etilenoglicol pelo sorbitol foi possível obter uma solução límpida, transparente e estável. Testes iniciais na deposição de filmes finos utilizando estas soluções mostraram que é possível obter filmes espessos (160 nm) por \"spin-coating\" após a deposição de apenas uma camada. No que tange aos filmes obtidos por evaporação de elétrons, diferentes fontes de evaporação foram utilizadas a fim de obter filmes da fase BBO. Os resultados de difração de raios-X mostraram que a fase obtida depende do material utilizado como fonte de evaporação, do tipo de substrato e da temperatura de tratamento térmico. O aquecimento do substrato \"in-situ\" promoveu uma cristalização parcial da amostra. A observação da formação da fase BBO só foi possível após um aquecimento \"ex-situ\" do filme. Comparando com a técnica dos precursores poliméricos, a técnica de evaporação por feixe de elétrons permitiu a obtenção de filmes mais espessos, cuja espessura variou entre 0.4 e 1.7m. A análise por microscopia de força atômica destes filmes mostrou em alguns casos a formação uma superfície uniforme e de baixa rugosidade / The main objective of this work was to prepare and characterize \'BETA\'-Ba\'B IND.2\'\'O IND.4\' (BBO) thin films. Thin and thick films were prepared using two different techniques, the polymeric precursor method (Pechini method) and the electron beam evaporation technique. In the samples obtained by the polymeric method, the BaO/\'B IND.2\'\'O IND.3\' ratio played an important role in the stabilization of the BBO phase. Stabilization, in this case, was only attained when the sample was prepared using a very high percentage of boron, i.e., a ratio of 70%\'B IND.2\'\'O IND.3\' and 30%BaO (weight percent). This composition is far from the stoichiometric one normally used to prepare the Ba\'B IND.2\'\'O IND.4\' compound. A chemical analysis of this sample revealed that there was a loss of boron during synthesis by evaporation. Due to the low viscosity of this solution, the films obtained by dip coating were very thin, making X-ray and microstructural analyses very difficult. The Pechini method was modified by replacing ethylene glycol with sorbitol, which stabilized the BBO phase in a stoichiometric composition. The solution obtained from this sample was transparent and stable, and thin films obtained from this solution presented a thickness of approximately 160 nm after only one deposition. For the films obtained by electron beam evaporation, different evaporation sources were used to produce the BBO phase. Heating the substrate in-situ was inefficient to obtain crystalline thin films, even when heated at 700°C. X-ray diffraction measurements showed that it was possible to produce the BBO phase when the sample was heated ex-situ at 650°C. The surface roughness and microstructure of the thin films was found to depend on the source of evaporation, the type of substrate and the ex-situ temperature to which the film was subjected. A comparison of the films obtained by the polymeric precursor method and those obtained by electron beam evaporation revealed that using the latter the films thickness can be varied from 0.4 to 1.7m

Neste trabalho foram estudados os fenômenos fotoinduzidos apresentados pelos filmes oxisulfetos de composição: 90% GeS2 + 10% Ga2 O3. Os filmes foram depositados em substrato de borosilicato pela técnica de evaporação por feixe de elétrons. A partir dos espectros de transmissão, a energia do bandgap, o índice de refração e a espessura foram determinados por diferentes métodos de análise. Para determinar as condições que otimizamos o efeito da fotoexpansão, as amostras foram expostas à radiação UV com energia acima do bandgap (3,5 eV), variando a densidade de potência (7,1 - 47,2 mW/mm2), tempo de exposição (30 180 min) e a espessura do filme (0,37 4,80 m). As áreas expostas foram analisadas usando um perfilômetro e valores de fotoexpansões variando de 0,03 a 0,16 m foram obtidos, cujo valor máximo foi encontrado para um filme com 1,80 m de espessura após iluminação com 24,3 mW/mm2 durante duas horas. Medidas da borda de absorção óptica revelaram um deslocamento para menores comprimentos de onda após a iluminação. O efeito de fotoclareamento foi acompanhado por uma diminuição do índice de refração, medido pela técnica de acoplamento de prisma. Os resultados revelaram a influência do oxigênio incorporado na matriz vítrea quando comparado ao Ga10Ge25S65. Consideramos que as mudanças fotoinduzidas são causadas por mudanças estruturais, como pôde ser verificado por medidas de espalhamento Raman nas configurações HH e HV. A dependência dos espectros Raman com a polarização da luz, observada em filmes iluminados e não-iluminados, é uma evidência direta para a ocorrência de importantes mudanças estruturais causadas por irradiação óptica, principalmente nas ligações Ge-S. As composições químicas foram determinadas por EDX e indicaram um aumento de oxigênio na superfície iluminada que pode estar associado ao aumento das ligações Ga-O-Ga. Como aplicação destes fenômenos fotoinduzidos, a fotoexpansão foi usada para a produção de redes de difração. As medidas de eficiência de difração e as imagens de microscopia de força atômica demonstraram que a fotoexpansão cria uma rede de relevo na superfície do vidro. / Photoexpansion and photobleaching effects were observed in 90% GeS2 + 10% Ga2O3 films. The films were deposited onto borosilicate substrates by electron beam evaporation technique. From transmission spectra, their bandgap energy, refractive index and thickness were determined by different analysis methods. To evaluate the photoinduced effects and find the optimal conditions to get the largest photoexpansion, the samples were exposed above bandgap light (~ 351 nm), varying power density (7.1- 47.2 mW/mm2), exposure time (30 120 min) and film thickness (0.37 4.80 m). The exposed areas were analyzed using profilemeter and photoexpansions from 0.03 to 0.16 m were obtained, whose maximum value was found for a 1.80 m thick film after 24.3 mW/mm2 illumination during 120 min. Fractional expansion (_V/V) from 8% to 30% was obtained and optical absorption edge measurements revealed a blue shift after illumination. This photobleaching was accompanied by a decrease in refractive index, as measured with the prism-coupling technique. The results reveal the influence of incorporated oxygen in the glass matrix when compared with Ga10Ge25S65 [1]. The chemical compositions were measured using an energy dispersive analyzer (EDX) and no significant difference could be observed between the compositions of illuminated and nonilluminated samples. So, we supposed that the photoinduced changes are caused by photostructural changes as well observed with Raman-scattering measurements in HH and HV configurations. The dependence of Raman spectra with the polarization of the light, observed in illuminated and non-illuminated films, is a direct evidence for the occurrence of important structural changes in local bonding configuration caused by optical irradiation. As application of the induced phenomenon, photoexpansion effect has been used to produce diffraction gratings. Atomic microscopy images and diffraction efficiency data indicate that photoexpansion leads to relief gating on the glass surface.

Este trabalho dedica-se ao estudo dos mecanismos de desgaste de ferramentas utilizadas em processos de conformação a frio, como punções e matrizes. O texto se inicia por uma discussão que há na literatura a respeito do esfolamento (tradução da palavra galling) que é o principal ao mecanismo de desgaste encontrado na conformação a frio. Em seguida apresenta-se uma breve análise do desempenho tribológico de punções usados industrialmente em operações de estampagem. Tornos CNC foram utilizados para a realização de alguns ensaios de desgaste por deslizamento, sem repetição de trilha, com materiais normalmente utilizados em conformação a frio. Ferramentas de aço AISI M2 com e sem revestimentos por filmes finos de TiN e AlTiCrN foram deslizadas contra aços AISI 1045. Resultados de força de atrito e observações das superfícies via microscopia foram obtidos para qualificar as diferentes condições ensaiadas. Ambas as condições de ferramentas revestidas apresentaram desempenho tribológico superior à ferramenta sem revestimento e uma inversão de desempenho foi observada entre as ferramentas revestidas: a ferramenta revestida com o filme de AlTiCrN apresentou um melhor desempenho quando a situação de ensaio foi mais branda. Quando os esforços foram mais severos, o melhor desempenho foi obtido com o revestimento de TiN. A essa inversão de desempenho foi atribuído o acabamento superficial dos filmes finos. / This work is devoted to the study of wear mechanisms in cold forming tools, such as punches and dies. The text begins with a discussion on the galling phenomenon, which is the main wear mechanism that takes place in cold forming operations. A brief analysis of the tribological behavior of punches that have operated in industrial conditions is then presented. Tests of sliding wear without repetition of the wear track were conducted in CNC lathes, considering the contact of materials normally used in cold forming operations. AISI M2 tool steels with and without TiN and AlTiCrN coatings were slided against AISI 1045 steel. Friction force results and microscopic surface observations were analyzed in order to qualify different tests conditions. Both coated tools conditions presented a better tribology performance than the uncoated ones and an inversion in performance was observed between the coated tools: the AlTiCrN coated tool had a better performance in milder conditions, while the TiN coated tool presented a better performance in more severe conditions. This inversion in performance was attributed to the surface finish of the coatings.

Nesta tese foram utilizadas as espectroscopias de espalhamento Raman intensificado pela superficie(Surface-EnhancedRaman Scattering- SERS) e Raman ressonante para monitorar a adsorção e o comportamento faradáico do ácido esquárico e seus derivados, além de um sal de transferência de carga de esquarato e tetratiofulvaleno e dois copolímeros de esquarato e pirróis. Outro tema desenvolvido neste estudo foi a construção de substratos SERS-ativos de elevado desempenho. A técnica SERS tem sido campo de grande interesse desde a detecção do espectro aman de uma única molécula, em 1997.O desenvolvimento de substratos SERS-ativos de elevado desempenho depende da apropriada manipulação de superficies metálicas nanoestruturadas, o que nos levou a adquirir conhecimento na síntese destes substratos. Colóides e filmes de Ag e Au foram preparados e seu desempenho SERS comparado com a superficie de eletrodos ativados por ciclos de oxidação-redução. A intensificação obtida para esses filmes foi comparávelà observada em eletrodos. O ânion esquarato, produto da dupla desprotonação do ácido esquárico, apresenta substancial delocalização de carga, sendo amplamente usado na síntese de materiais orgânicos condutores. Foram realizadas as caracterizações vibracionais do ácido esquárico, hidrogeno-esquarato e esquarato, além de seu radical, através da técnica SERS. Baseado nos resultados experimentais, um mecanismo de adsorção destas espécies sobre eletrodos de Au e filmes de ilhas de Ag ou Au foi proposto. Os resultados SERS também mostram que o ácido esquárico adsorvido sobre Au é decomposto em um processo catalisado pela superficie metálica, emboraestas espécies sejam muito estáveis em solução. Baseado nos resultados SERS do tetratiofulvaleno e de suas espécies oxidadas, foi eletroquimicamente, e formado pelo radical-cátion tetratiofulvaleno e o radical-ânion esquarato. Os elevados fatores de intensificação de Raman ressonante e SERS do tetratiofulvaleno impediram a detecção do esquarato no sal de transferência de carga. Duas poliesquaraínas polí(1-metilpirrol-co-ácido esquárico) e poli(1-dodecilpirrol-coácido esquárico) foram sintetizadas e caracterizadas pelas espectroscopias Raman ressonante, SERS e ressonância paramagnética de spin (EPR). Estes resultados nos levaram a propor uma estrutura polimérica diferente da apresentada pela literatura. Nossos resultados mostraram a presença de um radical orgânico delocalizado, do ânion esquarato protonadoe de dicátions similares aos presentes no polipirrol. / In this Thesis Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) and resonance Raman spectroscopy were used for monitoring the adsorption and faradaic behavior of squaric acid and its derived species. In addition, the charge transfer salt of squarate and tetrathiofulvalene and the copolymers of squarate and pyrroles were also studied. Another theme developed in this study was the manufacturing of. high performance SERS-active substrates. SERS technique has been a field of great interest since the detection of a single molecule Raman spectrum in 1997. The development of high perforrnance SERS-active substrates depends on the proper manipulation of nanostructured metal surfaces, and order to acquire know-how in the synthesis of such substrates. Ag and Au island films as well as colloid substrates were prepared and compared with electrode surfaces SERS activated by oxidation-reduction cycles. The enhancement factor obtained for such films is comparable to those observed in electrodes. The squarate anion, product of the double deprotonation of squaric acid, shows substantial charge delocalization, being largely used in the synthesis of conducting organic materiaIs. The vibrational characterization of squaric acid, hydrogen-squarate, squarate as well as its radical was carried out from the SERS data. Based on the experimental data an adsorption mechanism of such species on Au electrodes and Au or Ag islands was proposed. SERS results also show that squaric acid adsorbed on Au is decomposed in a process catalyzed by the metal surface, although in solution it proves to be a very stable specles. The vibrational characterization of an electrochemically forrned charge transfer salt between tetrathiofulvalene radical-cation and squarate radical-anion was done based on the SERS data of tetrathiofulvalene and its oxidation species. The large resonance Raman and SERS enhancement factors of tetrathiofulvalene preclude the detection of the squarate species in the charge transfer salt. Two polysquaraines: poly(1-methylpyrrole-co-squaric acid) and poly(1-dodecylpyrrole-co-squaric acid) were synthesized and characterized by resonance Raman, SERS and Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy (EPR) techniques. The results lead us to propose a polymeric structure different from that present in the literature. Our data showed a delocalized organic radical in the polymeric matrices together with dications similar to those present in polypirrole and protonated squarate anion.

Foram estudados os filmes finos eletrocrômicos de WO3, MoO3 e PEDOT:PSS e aplicados em pequenos dispositivos eletrocrômicos. Os filmes finos de WO3 foram produzidos por meio do processo de eletrodeposição galvanostática a partir de um sol de ácido peroxotungstênico. Realizaram-se dois estudos de eletrodeposição dos filmes de WO3: 1º) produziu-se filmes em diferentes correntes -0,45 -0,50, -0,60 e -1,0 mA com tempo de 600 segundos; 2º) produziu-se filmes variando os tempos de eletrodeposição de 100, 200, 300, 400, 500 e 600 s com corrente de -0,45 mA. O tratamento térmico foi efetuado a 120 ºC por 1 hora. Os filmes de WO3 eletrodepositados com corrente -0,45 mA no tempo de 600 s foram estudados com maiores detalhes. Os filmes com espessura de 140 nm apresentaram mudança na coloração de transparente para azul em resposta a aplicação de potencial de -1,0 a 1,0 V. A variação em transmitância foi medida no visível (λ = 633 nm) resultando em ΔT = 61 %. A densidade de carga foi de 35 mC/cm2 e a estabilidade eletroquímica foi de até 3.000 ciclos. As medidas de difração de raios-X mostraram que a estrutura dos filmes de WO3 é amorfa e as imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) evidenciaram uma superfície homogênea e sem rachaduras. O filme de PEDOT:PSS depositado por dip-coating apresentou uma espessura em torno de 400 nm, mudança de coloração de azul para transparente com a aplicação do potencial de -1,0 a 1,0 V e ΔT= 50 % para o filme de uma camada. Os filmes de MoO3 foram depositados pela técnica de spin-coating e avaliados conforme o número de camadas (1 a 10 camadas) sendo os melhores resultados foram obtidos para a amostra composta por 9 camadas. Este filme apresentou densidade de carga em torno de 25 mC/cm2 e uma mudança de cor de transparente (T= 80%) para azul (T=38%) após a aplicação de potencial de 1,5 e -1,5 V, respectivamente. Foram confeccionados e estudados dispositivos eletrocrômicos (ECDs) com os filmes finos de WO3 e PEDOT:PSS, eletrólitos poliméricos a base de hidroxipropilcelulose (HPC) e goma gelana (GGLA) e contra eletrodo de CeO2-TiO2. As melhores respostas óticas foram obtidas com o dispositivo eletrocrômico WO3/HPC/CeO2-TiO2, sendo ΔT=29% e a densidade de carga de 12 mC/cm2. A melhor estabilidade em função do número de ciclos de coloração/descoloração de 5.500 foi obtido com o dispositivo eletrocrômico WO3|GGLA-PVP-NHS|CeO2-TiO2 com glicerol. / Electrochromic WO3, MoO3 and PEDOT: PSS thin films were deposited and characterized. WO3 thin films were produced using the galvanostatic electrodeposition process from peroxotungstic acid sol. There were two studies of electrodeposition of WO3 films: 1) films were produced in different streams -0.45 -0.50, -0.60 and -1.0 mA with a time of 600 seconds, and 2) produced films were electrodeposited varying times 100, 200, 300, 400, 500 and 600 s with a current of -0.45 mA. The heat treatment was performed at 120 °C for 1 hour. The WO3 films electrodeposited with -0.45 mA current for 600 s were chosen and studied deeply. These films with a thickness of 140 nm showed change in color from transparent to blue in response to applied potential of -1.0 to 1.0 V. The variation in transmittance was measured at λ = 633 nm, resulting in ΔT = 61%, charge density of about 35 mC/cm2 and electrochemical stability up to 3,000 cycles. X-ray diffractograms showed that the structure of the films is amorphous and scanning electron microscopy (SEM) images showed a homogeneous surface without cracks. The film of PEDOT: PSS deposited by dip-coating had a thickness around 400 nm, color change from blue to transparent upon applied potential of -1.0 to 1.0 V and ΔT = 50% for the one layer film. The MoO3 films were deposited by spin-coating and evaluated as the number of layers (1 to 10 layers) appointing the best results for the sample with 9 layers. This displayed the charge density of around 25 mC/cm2 and a color change from transparent (T = 80%) to blue (T = 38%) after applying the potential of 1.5 and -1.5 V, respectively. Furthermore, the electrochromic devices containing WO3 and/or PEDOT: PSS thin films, polymer electrolytes based cellulose and/or gellan gum and counter electrode of CeO2-TiO2 were assembled and characterized. The best responses of ΔT = 29% and charge density of 12 mC/cm2 were obtained for the electrochromic device with WO3/cellulose/CeO2-TiO2 configuration. However, the best coloring/bleaching stability of 5,500 cycles was obtained with the electrochromic device WO3|GGLA-PVP-NHS|CeO2-TiO2 with glycerol configuration.