Foram estudadas as propriedades ópticas e cristalinas de filmes finos de fluoreto de chumbo (PbF2). Os filmes finos foram produzidos por evaporação térmica resistiva a pressões da ordem de 10 -5 mbar e com variação da temperatura do substrato entre 50 e 3000C. As propriedades ópticas: índice de refração, coeficiente de absorção e espessura do filme, foram medidas pelas técnicas de Espectro de Canal ("Channel Spectra"), Modos Guiados e Elipsometria e o resultados obtidos foram correlacionados. As propriedades cristalinas foram estudadas por Difração de Raios-X, mostrando serem predominantemente de estrutura cúbica. São discutidos também os resultados das medidas após tratamento térmico.

Neste trabalho foram investigados processos de otimização para integração de suportes metálicos porosos selecionados (mono e multicamada) para desenvolvimento de células a combustível de filme fino (TF-SOFC) via deposição de laser pulsado (PLD). A rugosidade superfícial micrométrica dos suportes metálicos porosos é um fator de sensibilidade e limitação na utilização da técnica de PLD para a obtenção de filmes finos nanométricos de alta qualidade. Sendo assim, foram avaliadas técnicas de integração capazes de reduzir a rugosidade superficial próxima a uma escala nanométrica. Entre os processos de integração estudados, a técnica de spray pirólise foi aplicada para a integração de filme de reformador com base em céria e compostos de cobre (Cu- CeO2), sob suportes métálicos porosos selecionados. No bico aspersor o ar comprimido foi usado como agente atomizador da solução precursora na obtenção do filme reformador. As soluções precursoras foram baseadas em água deionizada como solvente. O nitrato de cério e o nitrato de cobre foram usados como agentes precursores. Os filmes foram depositados em dois suportes porosos metálicos previamente desenvolvidos para servirem de suporte para células a combustível. Os parâmetros de deposição como pressão de ar, concentração do sal precursor nitrato de cobre, volume de solução depositado e distância do aspersor, foram investigados e associados à qualidade dos filmes. As etapas de preparação e as características microestruturais do reformador obtido, assim como a redução da rugosidade superficial dos suportes com sua incorporação, foram avaliadas de forma a viabilizar a integração a um design TF-SOFC Os resultados mostram filmes com boa aderência sob os suportes, apresentando superfícies planas, diminuindo a rugosidade superficial original do mesmo e viabilizando a integração de TF-SOFC via PLD. A composição final apresentou uma mistura de duas fases (Cu-CeO2) como esperado. Foi também investigada a impregnação a vácuo do reformador no suporte metálico monocamada, porém não foi satisfatório o nivelamento superficial dos poros de forma a viabilizar o desenvolvimento de filmes finos via PLD em sua superfície. Da mesma forma foi investigada a deposição direta de filme buffer de NiO/Sc-YSZ sob suporte metálico poroso multicamada. Apesar de não apresentar fácil reprodutibilidade via aplicação direta de filme buffer por PLD , foi possível a obtenção e a integração de célula a combustível de filme fino sobre o suporte metálico poroso com sucesso e sua análise de conversão energética foi de 400mW.cm-2 a 650 °C em gás de segurança (9% H2). Filmes nanométricos com características estruturais específicas foram obtidos via PLD juntamente com processos de integração eficientes sob suporte poroso metálico onde a arquitetura multicamada da célula de filme fino foi integrada e harmoniosamente estruturada. / In this work, optimization processes were investigated for the integration of selected porous metal supports (mono and multilayer) for the development of thin film fuel cells (TF-SOFC) via pulsed laser deposition (PLD). The micrometric surface roughness of the porous metal supports is a factor of sensitivity and limitation in the use of the PLD technique to obtain high quality nanometric thin films. Therefore, integration techniques capable of reducing surface roughness close to a nanometric scale were evaluated. Among the integration processes studied, the spray pyrolysis technique was applied for the integration of ceria-based reformer films and copper compounds (Cu-CeO2), under selected porous metal substrates. In the spray nozzle the compressed air was used as atomizing agent of the precursor solution in obtaining the reforming film. The precursor solutions were based on deionized water as the solvent. Cerium nitrate and copper nitrate were used as precursor agents. The films were deposited on two metal porous supports previously developed to serve as support for fuel cells. The deposition parameters such as air pressure, copper nitrate precursor salt concentration, deposited solution volume and sprinkler distance were investigated and associated with the quality of the films. The preparation steps and the microstructural characteristics of the reformer obtained, as well as the reduction of the surface roughness of the supports with their incorporation, were evaluated in order to allow integration to a TF-SOFC design The results show films with good adhesion under the supports, presenting flat surfaces, reducing the original surface roughness of the same and enabling the integration of TFSOFC via PLD. The final composition presented a two-phase mixture (Cu-CeO2) as expected. Vacuum impregnation of the reformer was also investigated in the monolayer metal support, however the superficial leveling of the pores was not satisfactory in order to allow the development of thin films via PLD on their surface. Likewise, direct deposition of NiO / Sc-YSZ buffer films on multilayer porous metal support was investigated. Although it did not present an easy reproducibility through direct application of PLD buffered film, it was possible to obtain and integrate thin film fuel cell onto the porous metal support successfully and its energy conversion analysis was 400mW.cm-2 at 650 °C in safety gas (9% H2). Nanoscale films with specific structural characteristics were obtained via PLD together with efficient integration processes under metal porous support where the multilayer architecture of the thin film cell was integrated and harmoniously structured.

Este trabalho apresenta uma análise das superfícies e das regiões interfaciais da estrutura nanométrica de TiN sobre o substrato de aço AISI M2 nitretado a plasma com uso de camada intermediária de Ti. O objetivo da investigação foi identificar os principais componentes químicos formados nesta estrutura e como estes estão distribuídos na região de interface filme-substrato. O efeito da pré-nitretação do substrato nas ligações interfaciais foi o foco principal. A nitretação a plasma do substrato foi do tipo brilhante (bright nitriding), ou seja, baixa temperatura (400oC) e mistura pobre em nitrogênio (5% de N2 em balanço com H2) para evitar a formação de camada de compostos. Depois de calibradas as taxas de deposição do TiN e do Ti em substratos de silício, filmes ultrafinos de TiN e Ti (menores que 10 nm), a temperatura ambiente, foram depositados por sputtering reativo nas amostras de aço rápido. A taxa de deposição e a estequiometria foram obtidas por espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS) e por análises por reações nucleares (NRA). Também foi analisado o perfil de Ti por espalhamento de íons de média energia (MEIS). A caracterização química das superfícies e interfaces das amostras de aço e do sistema composto TiN/Ti/Aço foi realizada por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). As interfaces e os perfis de concentração do Ti e do N, foram analisada por espalhamento de íons de média energia (MEIS) e pelo uso de ressonâncias estreitas na curva de seção de choque (NRP). Os resultados mostraram a formação de nitretos de ferro e de cromo na camada de difusão da superfície nitretada e uma menor quantidade relativa de óxidos e hidróxidos metálicos nesta superfície. No sistema TiN/Ti/Aço, a nitretação do substrato induziu a formação de uma maior quantidade de nitretos de Ti, Fe e Cr nesta estrutura. As análises dos perfis de concentração mostraram que a interdifusão nas interfaces (TiN/Ti e Ti/Aço) foi significativamente intensificada na amostra com substrato de aço nitretado. O efeito da desoxidação promovido pela nitretação a plasma e o incremento da interdifusão interfacial vão ao encontro de uma transição de propriedades mais suave e de uma maior adesão do revestimento duro ao substrato de aço. / This research presents a study about compound formation and interfacial mixing in TiN/Ti nanolayers on plasma nitrided AISI M2 tool steel. The investigation goal was to identify the main components formed by this structure and the effects in the chemical bonding and in the interfacial regions caused by the use of nitriding plasma on the substrate and on the Ti interlayer. The substrate used was bright plasma nitriding to avoid a compound layer formation. Low temperature (400oC) and low-nitrogen mixture (5% of N2, balance H2) were used. After the TiN and Ti deposition rate on silicon substrates were calibrated, thin TiN and Ti films (smaller than 10 nm), were deposited on the steel samples by reactive sputtering at room temperature. The deposition rate and stoichiometry of films were determined Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and through Nuclear Reaction Analysis (NRA). The profile of Ti was analyzed through Medium Energy Ion Scattering as well. The chemistry characterization of steel surfaces and interfaces samples of TiN/Ti/Steel structure was made through X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Ti e N interfaces and concentration profile were analyzed through Medium Energy Ion Scattering (MEIS) and through the use of Narrow Nuclear Reaction Profiling (NRP). Results showed the formation of Fe and Cr nitrides in the nitrited steel diffusion layer and a smaller quantity, related to metal oxides and hydroxides, on this surface. In the TiN/Ti/Steel system, the nitriding inducted the formation of a larger amount of Ti, Fe and Cr nitrates on this structure. Concentration profile analyses showed interface interdiffusion (TiN/Ti and Ti/Steel) was significantly intensified in the sample with nitrited steel substrate. The effect of the desoxidation promoted by plasma nitriding and the increasing in the interfacial interdiffusion indicate a smoother property transition and a larger hard coating adhesion on substrate.

Este trabalho apresenta uma análise das superfícies e das regiões interfaciais da estrutura nanométrica de TiN sobre o substrato de aço AISI M2 nitretado a plasma com uso de camada intermediária de Ti. O objetivo da investigação foi identificar os principais componentes químicos formados nesta estrutura e como estes estão distribuídos na região de interface filme-substrato. O efeito da pré-nitretação do substrato nas ligações interfaciais foi o foco principal. A nitretação a plasma do substrato foi do tipo brilhante (bright nitriding), ou seja, baixa temperatura (400oC) e mistura pobre em nitrogênio (5% de N2 em balanço com H2) para evitar a formação de camada de compostos. Depois de calibradas as taxas de deposição do TiN e do Ti em substratos de silício, filmes ultrafinos de TiN e Ti (menores que 10 nm), a temperatura ambiente, foram depositados por sputtering reativo nas amostras de aço rápido. A taxa de deposição e a estequiometria foram obtidas por espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS) e por análises por reações nucleares (NRA). Também foi analisado o perfil de Ti por espalhamento de íons de média energia (MEIS). A caracterização química das superfícies e interfaces das amostras de aço e do sistema composto TiN/Ti/Aço foi realizada por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). As interfaces e os perfis de concentração do Ti e do N, foram analisada por espalhamento de íons de média energia (MEIS) e pelo uso de ressonâncias estreitas na curva de seção de choque (NRP). Os resultados mostraram a formação de nitretos de ferro e de cromo na camada de difusão da superfície nitretada e uma menor quantidade relativa de óxidos e hidróxidos metálicos nesta superfície. No sistema TiN/Ti/Aço, a nitretação do substrato induziu a formação de uma maior quantidade de nitretos de Ti, Fe e Cr nesta estrutura. As análises dos perfis de concentração mostraram que a interdifusão nas interfaces (TiN/Ti e Ti/Aço) foi significativamente intensificada na amostra com substrato de aço nitretado. O efeito da desoxidação promovido pela nitretação a plasma e o incremento da interdifusão interfacial vão ao encontro de uma transição de propriedades mais suave e de uma maior adesão do revestimento duro ao substrato de aço. / This research presents a study about compound formation and interfacial mixing in TiN/Ti nanolayers on plasma nitrided AISI M2 tool steel. The investigation goal was to identify the main components formed by this structure and the effects in the chemical bonding and in the interfacial regions caused by the use of nitriding plasma on the substrate and on the Ti interlayer. The substrate used was bright plasma nitriding to avoid a compound layer formation. Low temperature (400oC) and low-nitrogen mixture (5% of N2, balance H2) were used. After the TiN and Ti deposition rate on silicon substrates were calibrated, thin TiN and Ti films (smaller than 10 nm), were deposited on the steel samples by reactive sputtering at room temperature. The deposition rate and stoichiometry of films were determined Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and through Nuclear Reaction Analysis (NRA). The profile of Ti was analyzed through Medium Energy Ion Scattering as well. The chemistry characterization of steel surfaces and interfaces samples of TiN/Ti/Steel structure was made through X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Ti e N interfaces and concentration profile were analyzed through Medium Energy Ion Scattering (MEIS) and through the use of Narrow Nuclear Reaction Profiling (NRP). Results showed the formation of Fe and Cr nitrides in the nitrited steel diffusion layer and a smaller quantity, related to metal oxides and hydroxides, on this surface. In the TiN/Ti/Steel system, the nitriding inducted the formation of a larger amount of Ti, Fe and Cr nitrates on this structure. Concentration profile analyses showed interface interdiffusion (TiN/Ti and Ti/Steel) was significantly intensified in the sample with nitrited steel substrate. The effect of the desoxidation promoted by plasma nitriding and the increasing in the interfacial interdiffusion indicate a smoother property transition and a larger hard coating adhesion on substrate.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. / Made available in DSpace on 2012-10-18T01:38:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T16:03:10Z : No. of bitstreams: 1 171244.pdf: 2864119 bytes, checksum: 14a6c2adeac3fb0eb898107e0b3737d9 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é explorar as potencialidades da técnica de difração de raio-X para a caracterização estrutural de filmes finos e multicamadas metálicas produzidas por eletrodeposição. Foram estudados filmes finos de cobre, níquel e cobalto eletrodepositados sobre silício monocristalino e multicamadas de Ni-Co-Cu/Cu e Cu/Co, eletrodepositadas em silício e cobre. A difração de raios-X foi empregada na geometria Bragg-Brentano (q-2q) em alto e baixo ângulos.Complementando o estudo, realizou-se uma análise morfológica das amostras, utilizando-se a técnica de microscopia eletrônica de varredura (Scanning Electron Microscopy - SEM), objetivando correlacionar os resultados obtidos com a difração de raios-X. A técnica de difração de raios-X mostrou-se adequada para a caracterização estrutural de filmes finos e multicamadas, principalmente para a obtenção de informações sobre a cristalinidade e textura, no caso dos filmes e qualidade, modulação e espessura no caso das multicamadas.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. / Made available in DSpace on 2012-10-17T05:35:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:29:25Z : No. of bitstreams: 1 142151.pdf: 14490745 bytes, checksum: 3a1da120659fa7d30f5ef4fa946c9ee6 (MD5)

Orientador: Maria Aparecida Zaghete / Banca: Laudemir Carlos Varanda / Banca: Talita Mazon Anselmo / Resumo: O termo multiferróico (ou ferroeletromagnético) é utilizado para descrever materiais que apresentam duas ou mais das propriedades ferróicas primárias (ferroeletricidade, ferromagnetismo ou ferroelasticidade) ocorrendo na mesma fase. Tais materiais são conhecidos desde a década de 60, entretanto, sua potencial aplicação no armazenamento de informações tem despertado grande interesse da comunidade cientifica nos últimos anos. O BiFeO3 tem recebido especial atenção devido à coexistência de propriedades ferroelétricas e magnéticas. Devido a este acoplamento novas possibilidades de armazenamento de dados, em elementos de memória ferroelétrica, podem ser criadas de forma não destrutiva. Este material proporciona uma alternativa para substituição de compostos ferroelétricos e piezelétricos livres de chumbo, sendo ambientalmente favorável. A ferrita de bismuto é um dos candidatos, por ser um material ferroelétrico com temperatura de Curie (TC) relativamente alta  1000 K e por exibir comportamento antiferromagnético com temperatura de Neel (TN)  643 K. Estas características fazem com que este material apresente um grande valor de polarização espontânea Ps. Nessa linha de estudo, a pesquisa buscou obter filmes finos e nanoestruturas de BiFeO3 puro e dopado com Sm. Os filmes finos foram depositados sobre substrato de Pt/TiO2/SiO2/Si utilizando spin coating e solução precursora preparada pelo método dos precursores poliméricos, tratados a 500oC por 2h. Os difratogramas de raios X (DRX) e a microscopia de força atômica (AFM) mostraram que os filmes não apresentam fase secundária, a microestrutura tem tamanho de grão homogêneo e distribuição uniforme na superfície. A histerese ferroelétrica dos filmes de BFO puro, apresentaram valores de (Pr) 2,93 C/cm2 e campo coercitivo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The term multiferroic (or ferroeletromagnetic) is used to describe materials that have two or more properties ferroic primary (ferroelectricity, ferromagnetism or ferroelasticity) occurring at the same phase. This kind of materials are known since the 60's, however, its potential application in the information store has been much interest from the scientific community in recent years. The BiFeO3 has received special attention due to the coexistence of ferroelectric and magnetic properties. Because of this coupling new possibilities for data storage in ferroelectric memory elements can be created in a non-destructive. This material provides an alternative replacement for ferroelectric and piezoelectric compounds of lead-free and environmentally excellent. The bismuth ferrite is a candidate for being a ferroelectric material with high Curie temperature (Tc)  1000 K and exhibit antiferromagnetic behavior with Neel temperature (TN). These characteristics make this material presents a large value of spontaneous polarization Ps. In this line of study, the research sought to obtain thin films and nanostructures BiFeO3 pure and doped with Sm. The thin films were deposited on Pt/TiO2/SiO2/Si substrates using spin coating and precursor solution prepared by the polymeric precursors treated at 500oC for 2 hours. The X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM) showed that the films do not exhibit secondary phase, the microstructure is homogeneous grain size and uniform distribution on the surface. The hysteresis of films BFO pure showed values of (Pr) 2.93 C/cm2 and coercive field (Ec) of 7.4 kV / cm for an applied electric field of 15 kV / cm. The doped with samarium showed an increase in the value of remanent polarization with increasing dopant concentration. The BFO nanostructures and doped with... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: José Antonio Malmonge / Banca: Maximo Siu Li / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: O objetivo principal deste trabalho é elucidar quais são os mecanismos de transporte de portadores de carga presentes na interface entre SnO2 e o contato metálico, pois tal conhecimento é fundamental para a aplicação na eletrônica. Além disso, é objetivo aqui também, estudar características de transporte em SnO2 dopado com alguns íons terras-raras. As amostras de SnO2 dopadas em Eu3+ e Ce3+ utilizadas nesta pesquisa foram sintetizadas a partir do método sol-gel e os filmes finos depositados pela técnica "dip-coating". Os contatos estudados foram feitos a partir dos metais In, Sn e Al, depositados via evaporação resistiva. Medidas de resistência em função da temperatura nas amostras dopadas com Eu indicaram uma variação significativa da resistividade, de até 10 vezes, quando alterado o metal do contato. Isto se deve a diferença entre a função de trabalho de cada metal, que consequentemente acarreta em variação da barreira de potencial na junção metal-semicondutor. Pela característica das curvas de corrente medida em função da tensão aplicada, observou-se que os dois mecanismos de condução elétrica dominantes na interface são a emisssão termiônica, quando em baixas temperaturas e tensões de menor intensidade, e o tunelamento através da barreira, quando em temperaturas mais altas e tensões de maior intensidade. Com base nesses resultados e na aplicação do método proposto por Rhoderick estimou-se os valores da altura da barreira de potencial na junção metal-semicondutor, em 132 meV, 162 meV e 187 meV para os metais In, Al, Sn, respectivamente. Além disso, o tratamento térmico realizado nas amostras promoveu, de modo geral, a diminuição da resistividade do dispositivo devido, provavelmente, ao estreitamento da barreira de potencial e consequente aumento da... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The main goal of this work is the verification of electrical transport mechanisms of charge carriers at the interface between SnO2 and the metallic contact, because this knowledge is fundamental for electronic applications. Besides, another goal here is to investigate transport characteristics of rare-earth doped SnO2 samples doped with Eu3+ and Ce3+ used in this research were made from the sol-gel method and the thin films were deposited via dip-coating technique. The analyzed contacts were deposited from metals In, Sn and Al, via resistive evaporation technique. Resistance as function of temperature measurements applied to Eu-doped samples indicates a significant resistivity, up to 10 times, when the contact metal is varied. This is due to the differences in the work function of each metal, leading to variation in the potential barrier at interface of the metal-semiconductor junction. The characteristics of the current-voltage curves yield two dominant electrical mechanisms at the interface: thermo-ionic emission, for low temperatures and higher applied bias, and quantum tunneling through the barrier, when the temperature is higher and so is the applied bias magnitude. Based on these results and the application of the method proposed by Rhoderick, the potential barrier height of metal-semiconductor junction values were evaluated, yielding 132 meV, 162 meV and 187 meV for the metals In, Al and Sn, respectively. Besides, generally speaking, thermal annealing promotes the resistivity decrease, probably due to the potential barrier narrowing, increasing the tunneling probability. The variation of Ce3+ concentration, from 0,1% also leads to variation in the device resistivity, but this is not related to the potential at the junction interface, instead it is related with other bulk factors, as the charge... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Nos últimos 10 anos, o desenvolvimento de técnicas de deposição e seus equipamentos permitiu o surgimento de novos tipos de filmes finos, principalmente voltados para aplicações mecânicas e tribológicas, que são multicamadas nanoestruturadas. Esses revestimentos apresentam propriedades que não são diretamente ligadas as propriedades das camadas individuais de cada material, geralmente apresentando valores de dureza extremamente elevados relacionados a um período de modulação crítico ΛC. Esses filmes demonstram um claro potencial para aplicações tribológicas mesmo com o seu comportamento de dureza ainda não completamente esclarecido. O objetivo deste trabalho é produzir multicamadas nanoestruturadas do tipo metal / nitreto pela técnica de magnetron sputtering usando Nb, Ta e TiN, visando obter uma estrutura com valores de dureza extremamente elevados, tipicamente observados em revestimentos do tipo super-redes. A estrutura periódica dos revestimentos com baixo valor de Λ (< 10 nm) foi caracterizada por XRR (Refletividade por Difração de Raios X) e por RBS (Espectrometria por Retroespalhamento Rutherford) para os valores altos de Λ. As propriedades mecânicas dos revestimentos foram avaliadas por testes instrumentados de dureza usando um equipamento Fischerscope HV100. Todas as multicamadas foram produzidas com sucesso e apresentaram uma periodicidade bem definida, o que foi confirmado pelos resultados de RBS e XRR. Os valores de dureza medidos apresentaram um comportamento tipicamente observado em superredes com um valor máximo maior que 50 GPa sempre relacionado a uma valor crítico de Λ. O valor ΛC foi 8 nm para as amostras de Nb/TiN e 4 nm para as amostras de Ta/TiN. A razão H/E indicou que o revestimento nanoestruturado mais adequado para aplicações tribológicas foram as multicamadas com maior valor de dureza. Esses resultados mostraram claramente a possibilidade de aplicação industrial destes revestimentos.

Filmes finos de óxido de estanho depositados por "sputtering" reativo foram caracterizados com bases em análises feitas por Espalhamento Nuclear Ressonante, Espectroscopia por Retroespalhamento Rutheford, Espectroscopia Mössbauer de Elétrons de Conversão e Difração de Raios-X e pelas medidas de Resistência de Folha. Numa primeira fase, as amostras foram submetidas a tratamentos térmicos em ar e expostas à gás de cozinha, afim de testar as propriedades sensoras do material. Os filmes finos como depositados foram modificados pelos tratamentos térmicos e exposições a gases, que aumentaram sua condutividade elétrica e alteraram a concentração de vacâncias de oxigênio. Numa segunda fase, os filmes foram submetidos a diferentes tratamentos térmicos, implantados com os íons Fe+, ZN+,Cu+,Ga+ e As+ e novamente tratados termicamente. Foram observados aumentos na condutividade elétrica induzidos pela dopagem dos filmes e algumas correlações entre o perfil de distribuição das espécies implantadas e as razões O/Sn em função da profundidade.