Four molecular germanates based on salicyl alcoholates, bis(dimethylammonium) tris[2-(oxidomethyl)phenolate(2-)]germanate (1), bis(dimethylammonium) tris[4-methyl-2-(oxidomethyl)phenolate(2-)]germanate (2), bis(dimethylammonium) tris[4-bromo-2-(oxidomethyl)phenolate(2-)]germanate (3) and dimethylammonium bis[2-tert-butyl-4-methyl-6-(oxidomethyl)phenolate(2-)][2-tert-butyl-4-methyl-6-(hydroxymethyl)phenolate(1-)]germanate (4), were synthesized and characterized including single crystal X-ray diffraction analysis. In the solid state, compounds 1 and 2 exhibit one-dimensional hydrogen bonded networks, whereas compound 4 forms separate ion pairs, which are connected by hydrogen bonds between the dimethylammonium and the germanate moieties. The potential of these compounds for thermally induced twin polymerization (TP) was studied. Germanate 1 was converted by TP to give a hybrid material (HM-1) composed of phenolic resin and germanium dioxide. Subsequent reduction with hydrogen provided a microporous composite containing crystalline germanium and carbon (Ge@C – C-1, germanium content ∼20%). Studies on C-1 as an anode material for Li-ion batteries revealed reversible capacities of ∼370 mA h gGe@C−1 at a current density up to 1384 mA g−1 without apparent fading for 500 cycles. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Dans le but d'optimiser et, conjointement, de mieux comprendre l'effet photoréfractif dans le matériau Bi12GeO20 (BGO), nous avons oriente nos recherches dans trois grandes directions. Dans un premier temps, une modélisation par simulation numérique de la croissance cristalline de BGO par la technique Czochralski a été entreprise afin de déterminer les conditions expérimentales les plus appropriées a l'obtention de cristaux de grande qualité optique. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéresses au dopage au cuivre de la matrice BGO. Celui-ci a été caractérise par des mesures physico-chimiques classiques complétées par des études spectroscopiques. Une interprétation de l'effet photochromique du matériau dope ou non a ete proposée. Enfin, nous avons élaboré par ablation laser des films monocristallins de BGO sur du saphir. L'existence d'un effet électrooptique linéaire, de propriétés photoconductrices et de doublage de frequence a été mise en évidence.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-08T12:29:33Z No. of bitstreams: 1 elaineaparecidacarvalho.pdf: 7755814 bytes, checksum: b31278b6963ad259e85e174cf59c5391 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-26T18:10:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 elaineaparecidacarvalho.pdf: 7755814 bytes, checksum: b31278b6963ad259e85e174cf59c5391 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T18:10:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 elaineaparecidacarvalho.pdf: 7755814 bytes, checksum: b31278b6963ad259e85e174cf59c5391 (MD5) Previous issue date: 2013-03-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, três diferentes materiais (vidros, filmes finos e nanofluidos) foram analisados com o objetivo de verificar mudanças nas propriedades térmicas e ópticas devido a presença de nanopartículas de metais nobres. Nos vidros e filmes, o crescimento de nanopartículas foi induzido através do tratamento térmico das amostras enquanto que nos nanofluidos, a nucleação das nanopartículas foi obtida através de um procedimento químico de uma única etapa. A formação das nanopartículas metálicas nestes materiais foi confirmada pelas imagens de microscopia eletrônica e pelo pico de plasmon superficial presente nos espectros de absorção. Espectros Raman foram obtidos com a finalidade de verificar se ocorreu alguma mudança estrutural. Medidas de lente térmica foram realizadas em todas as amostras, fornecendo os valores da difusividade térmica. As matrizes vítreas estudadas foram germanato (Ge02 - PbO) e telurito (Te02 - PbO-Ge02), dopadas com nanopartículas de prata e com os íons terras raras Érbio, Ytérbio e Túlio na forma trivalente. Foi verificado que ocorreu um aumento de 20 % e 8 % na difusividade térmica dos vidros germanatos e teluritos, respectivamente, devido a adição de nanopartículas de prata e que o tratamento térmico provocou a quebra de anéis de tetraedros formados nos vidros germanato. Os filmes finos contendo nanopartículas de ouro e prata foram crescidos em um substrato através da técnica de co-sputtering utilizando a matriz vítrea de germanato (Ge02 - PbO) como alvo. Os resultados indicam a formação de estruturas diferentes daquelas detectadas no vidro, além de apresentar mudanças no comportamento térmico em relação a matriz vítrea. Nos nanofluidos de ouro e prata foram observados um aumento de 20% e 16%, respectivamente, na difusividade térmica em relação a difusividade térmica água pura. / In this work, three different materials (glasses, thin films and nanofluids) were analysed to check the changes in their thermal and optical properties due to the presence of noble metal nanoparticles. In the glasses and films, the nucleation of nanoparticles was induced by thermal treatment of the samples while in the nanofluids the nanoparticles were obtained through one-step chemical reaction. The presence of metallic nanoparticles was confirmed by electron microscopy images and by surface plasmon peaks detected via absorption technique in the ultraviolet and visible region of the electromagnetic spectrum. In addition, Raman spectra were obtained to check structural changes. Thermal lens measurements were performed in all samples to obtain the respective thermal diffusivity. Studied vitreous system were germanate (Ge02 - PbO) and tellurite (Te02 - PbO-Ge02) doped with silver nanoparticles, rare earth ions, erbium, thulium and ytterbium in the trivalent form. It was found an increase of 20% and 8% in the thermal diffusivity of germanate and tellurite glasses, respectively, due to the addition of silver nanoparticles. It also verified that the thermal treatment has caused the break of Ge04 tetrahedra rings. Thin films containing gold and silver nanoparticles were grown by the co-sputtering technique using the germanate vitreous matriz (Ge02 - PbO) as target. Raman results show structural differences between thin films and the corresponding glasses. This was reflected in a different thermal behavior. In gold and silver nanofluids were observed an increase of 20% and 16% in the thermal diffusivity in comparison with the thermal diffusivity of pure water, respectively.

Este trabalho apresenta um método desenvolvido pela autora para, através de simulações multifísicas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), servir como ferramenta de apoio ao projeto e fabricação de guias de onda e moduladores eletro-ópticos em óptica integrada, além de possibilitar a análise da performance de moduladores eletro-ópticos. A técnica adotada para a fabricação dos guias de onda ópticos foi a de tensão mecânica. Os parâmetros de geometria (espessura do filme e larguras das trincheiras) e de temperatura de deposição do filme são definidos nas simulações e utilizados no processo de fabricação de guias de ondas em óptica integrada, que servem de base para a fabricação de moduladores eletro-ópticos em substrato cristalino de retículo cúbico. As trincheiras dos guias de onda do tipo canal são construídas em Germanato de Bismuto (BGO - Bi4Ge3O12), a partir da deposição sobre o substrato de um filme fino indutor de tensão mecânica (stress) Nitreto de Silício (Si3N4) e definidas pelos processos de litografia óptica e corrosão seletiva por plasma. Os moduladores são obtidos através da deposição dos eletrodos de alumínio sobre o filme, seguida de Si3N4 dos processos de litografia óptica e corrosão, obtendo-se eletrodos. O processo iterativo proposto inicia-se com os resultados das simulações, em que são definidos os parâmetros de fabricação do filme, da trincheira e dos eletrodos. Após a fabricação desses elementos, o componente é caracterizado e são medidos os parâmetros reais filme e do substrato. Esses valores são realimentados nas simulações para refinar o projeto do componente. O trabalho, além de apresentar todos os passos do processo interativo de simulações, projeto, fabricação e caracterização do componente desejado, indica as dificuldades encontradas na implementação do processo e as atividades futuras a serem desenvolvidas para o aperfeiçoamento do mesmo. / This work presents a method developed by the author to support the project and fabrication of integrated optic waveguides and electro-optic modulators by means of Finite Element Method (FEM) multiphysics simulations, also enabling the electro-optic modulators performance analysis. The technique used for fabricating the optical waveguides was the thermally induced residual stress (ISS). The geometry parameters (film thicknesses and trenches widths) and the film deposition temperature are obtained in the simulations and subsequently used in the integrated optical waveguides fabrication process, which serve as a basic building block for the electrooptic modulators on crystalline cubic lattice substrate. The channel waveguide trenches are built on Bismuth Germanate (BGO Bi4Ge3O12) by depositing a Silicon Nitride (Si3N4) Stress-inducing thin film, being later defined by optical lithography and plasma etching process. Modulators are obtained depositing aluminum on the Si3N4 film followed by the optical lithography and corrosion process, defining electrodes. The proposed iterative process starts with the simulation results that define the fabrication parameters of the film, trench and electrodes. After the fabrication of these elements, the device is characterized and the actual parameters of the film and substrate are measured. These values are fed back into the simulations to refine the component design. The work besides presenting all the simulation-design-fabrication-characterization iterative process for obtaining the devised device also highlights the difficulties encountered in the implementation process along with suggestions of future activities aiming at improving it.

Este trabalho apresenta um método desenvolvido pela autora para, através de simulações multifísicas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), servir como ferramenta de apoio ao projeto e fabricação de guias de onda e moduladores eletro-ópticos em óptica integrada, além de possibilitar a análise da performance de moduladores eletro-ópticos. A técnica adotada para a fabricação dos guias de onda ópticos foi a de tensão mecânica. Os parâmetros de geometria (espessura do filme e larguras das trincheiras) e de temperatura de deposição do filme são definidos nas simulações e utilizados no processo de fabricação de guias de ondas em óptica integrada, que servem de base para a fabricação de moduladores eletro-ópticos em substrato cristalino de retículo cúbico. As trincheiras dos guias de onda do tipo canal são construídas em Germanato de Bismuto (BGO - Bi4Ge3O12), a partir da deposição sobre o substrato de um filme fino indutor de tensão mecânica (stress) Nitreto de Silício (Si3N4) e definidas pelos processos de litografia óptica e corrosão seletiva por plasma. Os moduladores são obtidos através da deposição dos eletrodos de alumínio sobre o filme, seguida de Si3N4 dos processos de litografia óptica e corrosão, obtendo-se eletrodos. O processo iterativo proposto inicia-se com os resultados das simulações, em que são definidos os parâmetros de fabricação do filme, da trincheira e dos eletrodos. Após a fabricação desses elementos, o componente é caracterizado e são medidos os parâmetros reais filme e do substrato. Esses valores são realimentados nas simulações para refinar o projeto do componente. O trabalho, além de apresentar todos os passos do processo interativo de simulações, projeto, fabricação e caracterização do componente desejado, indica as dificuldades encontradas na implementação do processo e as atividades futuras a serem desenvolvidas para o aperfeiçoamento do mesmo. / This work presents a method developed by the author to support the project and fabrication of integrated optic waveguides and electro-optic modulators by means of Finite Element Method (FEM) multiphysics simulations, also enabling the electro-optic modulators performance analysis. The technique used for fabricating the optical waveguides was the thermally induced residual stress (ISS). The geometry parameters (film thicknesses and trenches widths) and the film deposition temperature are obtained in the simulations and subsequently used in the integrated optical waveguides fabrication process, which serve as a basic building block for the electrooptic modulators on crystalline cubic lattice substrate. The channel waveguide trenches are built on Bismuth Germanate (BGO Bi4Ge3O12) by depositing a Silicon Nitride (Si3N4) Stress-inducing thin film, being later defined by optical lithography and plasma etching process. Modulators are obtained depositing aluminum on the Si3N4 film followed by the optical lithography and corrosion process, defining electrodes. The proposed iterative process starts with the simulation results that define the fabrication parameters of the film, trench and electrodes. After the fabrication of these elements, the device is characterized and the actual parameters of the film and substrate are measured. These values are fed back into the simulations to refine the component design. The work besides presenting all the simulation-design-fabrication-characterization iterative process for obtaining the devised device also highlights the difficulties encountered in the implementation process along with suggestions of future activities aiming at improving it.