Orientador: Iakov Veniaminovitch Kopelevitch / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-25T10:44:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_BrunoCury_D.pdf: 12321037 bytes, checksum: 83e565ea9fa63c5cf0f9f7a0fb7be452 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho serão apresentados os principais resultados obtidos peloautor no decorrer de seu doutorado. Os sistemas estudados eram compostos por grafite, grafeno, antimônio e interfaces de grafite/silício. Uma das partes do trabalho consistiu no estudo de efeitos de desordem estrutural sobre oscilações quânticas em grafite. O estudo revelou que a mosaicidade da grafite estudada, largamente utilizada para se determinar a qualidade de amostras de grafite pirolítico altamente orientado (HOPG), não apresenta correlação com a amplitude das oscilações quânticas no material. Ao invés disso, os experimentos mostraram uma clara correlação entre a rugosidade superficial, a mobilidade eletrônica média e a amplitude do efeito de Haas van Alphen no material. Os resultados indicam que deformações da superfície da grafite afetam fortemente a mobilidade eletrônica do material (reduzindo a amplitude de oscilações quânticas) sem reduzir sua anisotropia. No trabalho, também é discutida a possibilidade de que as oscilações quânticas em grafite estejam relacionadas com a existência de interfaces bem definidas na estrutura interna do material. Também foram estudadas propriedades de transporte elétrico interplanar em grafite no limite ultraquântico. Medidas de magnetorresistência interplanar para campos magnéticos de até 60 T acusaram a ocorrência de uma região de magnetorresistência positiva seguida de magnetorresistência negativa (MRN) para campos magnéticos suficientemente altos. O efeito persistia até temperatura ambiente. Ele é explicado considerando-se o tunelamento de férmions de Dirac entre níveis fundamentais de Landau de planos de grafeno adjacentes dentro da grafite. A região de MRN é mais pronunciada em grafites com menor mosaicidade, o que sugere que o alargamento de níveis de Landau seja responsável pela magnetorresistência positiva observada nas medidas ao longo do eixo c da grafite. Além disso, experimentos de magnetorresistência interplanar com campos magnéticos orientados paralelamente à direção dos planos da grafite apresentaram indícios de que o material se torna mais tridimensional com a redução da temperatura. Os resultados sugerem que a integral de overlap interplanar em grafite possui valor ?1 < 7 meV. Esse valor é muito inferior àqueles reportados na literatura considerando-se o modelo mais bem aceito para grafite, segundo o qual ?1 ? 380 meV. Nesta tese também são apresentados resultados inéditos obtidos pelo autor relacionados a efeito Hall quântico em grafeno crescido epitaxial mente sobre substratos de carbeto de silício, efeitos de desordem estrutural sobre as propriedades de transporte elétrico basal da grafite, supercondutividade em heteroestruturas de grafite e silício e supercondutividade em compósitos de antimônio-ouro / Abstract: In this thesis, experimental results obtained by the author during his PhD will be presented. The work consisted on the study of electrical and magnetic properties of Dirac semimetals and related heterostructures. Namely: graphite, graphene, graphite/silicon interfaces and antimony. Part of the work about graphite consisted on the study of the effects of structural disorder on the quantum oscillations in the material. Experimental results in the literature widely regard the mosaic spread in graphite as a good disorder parameter. However, in the present work, we report that the mosaicity of graphite samples does not correlate with their quantum oscillations¿ amplitude. Experiments have revealed a clear relation of surface roughness to the electronic mobility and the amplitude of the deHaas van Alphen effect in the material. The possibility that quantum oscillations in graphite are affected by the presence of sharp interfaces within its stacking structure is also discussed. We have also studied out-of-plane magnetoresistance properties in ultraquantum graphite. Experiments performed at magnetic fields B//c up to 60 T have shown the occurrence of positive c-axis magnetoresistance followed by a region of negative magnetoresistance (NMR). The NMR persists up to room temperature and has been explained in terms of the tunneling of electrons between zero-energy Landau levels of adjacent graphitic layers. The NMR is more evident in samples with low mosaicity, suggesting the positive c-axis magnetoresistance is induced by means of broadening of LL¿s by disorder. In addition, c-axis magnetoresistance measurements with magnetic fields perpendicular to c-axis (B?c) suggest that our samples undergo a 2D to 3D transition with the reduction of temperature. Based on our results, we estimate a value for the interplane hopping energy parameter ?1 < 7 meV. This value is at odds with the most accepted model for graphite, for which ?1 ? 380 meV. In this thesis, we also present unpublished results on the occurrence of quantum Hall effect in graphene grown epitaxially in silicon carbide substrates, on the effects of structural disorder in the basal electric properties of graphite / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Iakov Veniaminovitch Kopelevitch / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-19T07:21:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Merlo_RafaelBorges_M.pdf: 2866064 bytes, checksum: f84ae56edecef43c0c046f5d592e5baa (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Evidências experimentais e teóricas recentes de que a supercondutividade nas várias formas alotrópicas do carbono pode ocorrer em temperaturas próximas ou até acima da temperatura ambiente, desencadearam um grande interesse científico. Resultados do presente trabalho demonstraram a ocorrência de supercondutividade em compósitos de carbono vítreo-enxofre (CV-S) a T = 3 K. Nossas medidas revelaram que a supercondutividade ocorre em uma pequena fração da amostra, e que a grafitização do carbono amorfo parece ser uma condição necessária para disparar a supercondutividade. Apresentamos também evidências de supercondutividade à temperatura ambiente em sanduíches de grafite/Si, e demonstramos que a supercondutividade está associada à interface grafite/silício. O comportamento encontrado é semelhante ao conhecido para estruturas supercondutoras de baixadimensionalidade. Em particular, observamos oscilações do tipo Josephson em curvas características de corrente-tensão (I-V), bem como sua supressão pela aplicação de campo magnético. Além disso, o campo magnético perpendicular transforma as curvas características I-V do tipo supercondutor para tipo isolante, assemelhando-se à transição supercondutor-isolante induzida por campo magnético em redes de junções Josephson. Todos estes resultados indicam que a interface grafite/silício pode ser um material promissor para o desenvolvimento de dispositivos microeletrônicos sem dissipação à temperatura ambiente / Abstract: Recent both experimental and theoretical evidence that superconductivity in various allotropic forms of carbon can occur at temperatures near or even above room temperature, triggered a broad scientific interest. Results of the present work demonstrated the occurrence of superconductivity in carbon glassy-sulfur composites (CV-S) at T = 3 K. Our measurements revealed that the superconductivity occurs in a small fraction of the sample, and that the graphitization of the amorphous carbon seems to be a necessary condition to trigger the superconductivity. We also present evidence for the room temperature superconductivity in graphite/Si sandwiches and demonstrate that the superconductivity is associated with the graphite/silicon interface. The found behavior is similar to that known for low-dimensional superconducting structures. In particular, we have observed Josephson-type oscillations in current-voltage (I-V) characteristics as well as their suppression by applied magnetic field. Moreover, the perpendicular magnetic field transforms the superconducting-like to insulating-like I-V characteristics resembling the magnetic-field-driven superconductor-insulator transition in Josephsonjunction-arrays. All these results indicate that graphite-silicon interface can be a promising material for the development of microelectronic devices without dissipation at room temperature / Mestrado / Supercondutividade / Mestre em Física

Orientador: Yakov Kopelevich / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-02T06:08:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Torres_JoseHenriqueSpahn_D.pdf: 5364307 bytes, checksum: 44e67178d370c766c3590449819c50e7 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Nesta tese de doutorado estudamos a dinâmica e as propriedades de aprisionamento de vórtices em supercondutores de alta temperatura crítica. Encontramos o desaparecimento com a diminuição do tamanho da amostra do efeito chamado segundo pico na magnetização, um aumento na largura do "loop" de magnetização em função do campo magnético aplicado. Mostramos que este efeito pode ser explicado pela teoria da instabilidade termo-magnética, onde o movimento tipo avalanche dos vórtices causa um aumento local da temperatura, que quando não dissipado, resulta em uma diminuição da magnetização irreversível. Através de medidas de resistência não local identificamos correlações vórtice-vórtice acima da fronteira de transição de primeira ordem. Identificamos esta fronteira como uma transição de desancoramento da rede de vórtices da rede atômica, ou seja, uma transição entre um estado de vórtices menos ordenado e um estado mais ordenado dos vórtices. Identificamos também que a transição de fusão da rede de vórtices pode ocorrer bem acima da fronteira de transição de primeira ordem. Medidas da magnetização e resistência basal em função da temperatura e campo magnético em grafite mostraram evidências da ocorrência de instabilidades supercondutoras. Transição induzida por campo magnético entre um comportamento tipo metálico para um comportamento tipo semicondutor da resistência basal acontece em um campo Hc~1 kOe aplicado paralelo ao eixo-c cristalográfico. A análise dos dados usando uma teoria de escala revelou uma grande similaridade entre esta transição e a medida em filmes finos supercondutores e outros sistemas 2D, porém esta transição em grafite é observada em temperaturas duas ordens de grandeza maiores / Abstract: In this thesis we have studied dynamics and pinning properties of the vortex matter in high temperature superconductors. It is found that the second magnetization peak (SMP) effect, an increase in the magnetization hysteresis loop width in Bi2212 single crystals vanishes with decreasing the crystal size. We showed that this effect is not related to the critical current enhancement but can be well explained within a framework of the thermomagnetic instability theory, where the avalanche-like motion of the vortices causes a local increase of the temperature, that if not dissipated, results in a decrease of the irreversible magnetization. Through non-local in-plane resistance measurements we have concluded on vortex-vortex correlations above the first order transition (FOT) boundary. We identified the FOT with a decoupling transition of the flux line lattice from the atomic lattice, that is the transition from a relatively disordered vortex state to a more ordered vortex lattice state. Our results suggest also that the melting transition of the flux line lattice can occur well above the first order transition boundary. Basal plane resistance Ra ( H, T) and magnetization M ( H, T) measurements performed on graphite provide evidence for superconductivity instability occurring in this material. In particular, we have found a magnetic-field-induced transition from metallic- to semiconductor-type resistance behavior. The analysis of the data using a scaling theory revealed a striking similarity between this transition and that measured in thin-film superconductors and other 2D systems. However, in contrast to those materials, the transition in graphite is observable at almost two orders of magnitude higher temperatures / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Peter Hammer / Banca: Assis Vicente Benedetti / Banca: Katia Jorge Ciuffi / Resumo: Revestimentos anticorrosivos híbridos siloxano-PMMA reforçados por nanotubos de carbono, óxido de grafite e óxido de grafite reduzido foram sintetizados utilizando-se o processo sol-gel. Inicialmente as nanoestruturas de carbono foram caracterizadas por espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X (XPS), espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Os híbridos siloxano-PMMA foram preparados a partir da polimerização radicalar do monômero metacrilato de metila (MMA) com o 3-metacriloxipropiltrimetoxisilano (MPTS), utilizando o iniciador térmico peróxido de benzoíla (BPO), seguida da hidrólise e condensação do tetraetoxisilano (TEOS) catalisada por ácido. Os nanotubos de carbono de parede única foram dispersos utilizando-se o surfactante dodecil sulfato de sódio (SDS) e ácido palmítico, e então foram adicionados na concentração molar de C/Si = 0,018%. O óxido de grafite (GO) foi adicionado tanto na forma de pó quanto na forma de solução disperso em água/etanol, nas concentrações 0,01%, 0,05%, 0,1% e 0,5% (razão molar C/Si). A amostra contendo 0,05% de solução dispersa de óxido de grafite foi utilizada para estudo da redução do óxido de grafite, utilizando o agente redutor ácido ascórbico em três concentrações (razão molar ácido ascórbico/GO: 0,24, 2,4 e 24). A análise estrutural e morfológica dos híbridos foi realizada por ressonância magnética nuclear de 29Si (RMN), espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X (XPS), espectroscopia Raman, microscopia de força atômica (AFM) e medidas de molhabilidade. Termogravimetria foi realizada para análise das propriedades térmicas e medidas de microdureza e microscratch para análise das propriedades mecânicas dos híbridos. Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foi usada para avaliar a eficiência anticorrosiva dos... / Abstract: Anticorrosive coatings siloxane-PMMA hybrid reinforced by carbon nanotubes, graphite oxide and reduced graphite oxide were synthesized using the sol-gel process. Initially, the carbon nanostructures were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The siloxane-PMMA hybrids were prepared from the radical polymerization of methyl methacrylate monomer (MMA) with 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPTS) using the thermal initiator benzoyl peroxide (BPO), followed by hydrolysis and condensation of tetraethoxysilane (TEOS) acid catalyzed. The single-walled carbon nanotubes were dispersed using the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and palmitic acid, and then they were added in a molar concentration of C/Si = 0.018%. Graphite oxide (GO) was added both in powder form and in the form of dispersed solution in water/ethanol at 0.01%, 0.05%, 0.1% and 0.5% concentrations (molar ratio C/Si). The sample containing 0.05% of dispersed graphite oxide solution was used to study the reduction of graphite oxide using the ascorbic acid reducing agent in three concentrations (molar ratio of ascorbic acid/GO: 0.24, 2.4 and 24). The structural and morphological analysis of the hybrids were performed by 29Si nuclear magnetic resonance (NMR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Raman spectroscopy, atomic force microscopy (AFM) and wettability measurements. Thermogravimetric analysis was performed for analysis of thermal properties, and hardness measurements and microscratch for analysis of mechanical properties of the hybrids. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to evaluate the coatings anticorrosion efficiency after long-term exposure in saline environment. The presence of low concentrations of graphite oxide and carbon nanotubes led to increased thermal stability, hardness, scratch... / Mestre

Este trabalho visa avaliar a possibilidade da utilização de um laser de CO2 de 50 W para realizar o tratamento térmico superficial do aço AISI M2. Para minimizar a reflexão do aço ao feixe de luz incidente, aplicou-se na superfície do aço, uma fina camada de grafita que atua como um absorvedor da radiação incidente, e em seguida, transfere parte do calor absorvido a superfície do aço. As alterações micro-estruturais, ocorridas no aço, em conseqüência da troca térmica com a grafita, foram avaliadas através de microscopia ótica (MO) e análise de microdureza (Hv). Por MO, observou-se na secção transversal da região tratada por laser, à presença de uma camada mais clara que o núcleo da amostra, com espessura da ordem de 40 micrometros e por Hv constatou-se que esta camada apresenta uma dureza cerca de 30% maior que as regiões sem tratamento com o laser. Utilizando-se um difratômetro de raios X (DRX) avaliou-se as transformações de fase decorrentes do aquecimento e resfriamento rápido do aço. Por meio de ensaios tribológicos sobre o revestimento de grafita, após a irradiação com o laser, observou-se que o coeficiente de atrito foi reduzido em cerca de 70%.

Neste trabalho, são apresentados os resultados da avaliação tribológica da aplicação de lubrificantes sólidos, no caso grafita, sobre a superfície do aço AISI 52100 via laser de CO2. O trabalho surgiu da busca pela melhoria das propriedades superficiais dos materiais que têm solicitações diferenciadas na superfície. A utilização do laser para tratamentos de superfícies, por exemplo, aplicação de lubrificantes sólidos em atmosfera ambiente, tem possibilitado grandes avanços nesta área. No entanto, determinar quais parâmetros operacionais do laser e a resultante destas influências sobre as propriedades tribológicas dos materiais tem sido uma busca incessante. Os resultados deste trabalho confirmam que existe uma faixa de processamento laser eficaz na redução do atrito e do desgaste. Sendo que as energias necessárias variam de 3 a 11 J/m2. Ainda, verifica-se que as amostras tratadas com laser, apresentam um coeficiente de atrito da ordem de 0,3 enquanto, amostras sem tratamento laser o atrito é da ordem e 0,7. As análises químicas por EDX e EDS demonstram uma difusão atômica de curto alcance nas zonas tratadas com o laser.

Nowadays, a lot of studies are concentrate on graphene and graphene-like preparation, due to the broad application area of these materials. Preparation of high quality graphene with less impurities and defects is essential for graphene performance on electric, optics and bio-devices. The first study developed in this thesis contribute for high quality CVD graphene growth with continuous surface and impurities-free. Therefore, it was proposed an optimization on PMMA-based transfer process. Results showed that adding a second PMMA layer properly diluted (15% in anisole, which resulted in a 1.35% PMMA layer) produces higher quality graphene with fewer PMMA residues, non-cracked surface and lower sheet resistance. In the second study we reported investigations regarding ALD and spray technique deposition of Al2O3 to produce patterned graphene through area-selective CVD growth. ALD deposition was carried out using 120 and 200 cycles with 30 and 45 seconds of purging time. Al2O3 layers deposited with 200 cycles were stable and higher quality when compared with Al2O3 layers deposited with 120 cycles. Higher quality graphene was grown on copper substrate patterned using 45 seconds of purging time. It was observed that lower purging time lead to copper contamination by by-products which contaminated graphene during growth step. Results regarding AlCl3 spraying in order to deposit Al2O3 layers indicated that precursor concentration and deposition time had great influence on graphene and passivation layer final properties. The optimum concentration was found at 5mg/mL; lower concentration led to deposition of incomplete Al2O3 layers and higher concentration led to solid formation which hindered the precursor solution adhesion on copper foil. High quality graphene was grown on passivated copper using lower deposition times. Finally graphite and graphene-like structures were synthesized from double process which consisted of prior hydrothermal carbonization at 250 .C with subsequent pyrolysis at 500-1500.C. Results showed the determinant role of hydrothermal carbonization on graphitic structures formation with onion-like and graphene- like morphology. Direct pyrolysis of coconut coir dust led to an amorphous carbon material independently of pyrolysis temperature. / Atualmente muitos estudos se concentram na obtenção de grafenos e materiais grafeno-like devido a vasta área de aplicação destes materiais. A preparação de grafenos de melhor qualidade, com menor presença de impurezas e defeitos é crucial para que estes materiais tenham bom desempenho em dispositivos elétricos, ópticos e bio-dispositivos. O primeiro estudo desenvolvido nesta tese pretende contribuir para a obtenção, por deposição química em fase vapor (CVD), de grafenos com superfície contínua livre de trincas e impurezas e melhores propriedades elétricas. Por isso, foi proposto a otimização da rota de transferência baseada em PMMA, via adição de uma segunda camada do polímero diluído em 15% em anisol, o que resultou em uma camada de PMMA 1.35%. Observamos que a adição de uma segunda camada corretamente diluída resultou em um filme de grafeno com maior continuidade, menos impurezas proveninentes do polímero e menor resistência da folha. No segundo estudo reportamos o crescimento de grafeno CVD em substrato de cobre pré-passivado por deposição de camada atômica (ALD) e técnica de spray. Para a técnica de ALD foram feitas deposições com 120 e 200 ciclos com 30 e 45 segundos de purga. As camadas de Al2O3 depositadas com 200 ciclos foram de maior qualidade e resistiram ao processo de transferência. Já o grafeno de maior qualidade foi obtido em substrato no qual o tempo de purga foi realizado com 45 segundos. Observamos que com tempo de purga menor (30segundos) o substrato de cobre sofreu contaminação durante o processo de deposição o que levou a contaminação do grafeno. Pela técnica de spray os resultados indicaram que a concentração da solução do precursor e o tempo de desposicao foram determinantes na qualidade da camada passivante e do grafeno. A concentracao otima encontrada foi de 5mg/mL; concentracoes menores levaram a deposicao de camadas de Al2O3 incompletas e concentracoes maiores levaram a formacao de solido prejudicando a adesao da solucao no substrato. Os grafenos crescidos nos substratos passivados com menor tempo de deposicao apresentaram maior qualidade. Por fim estudamos a obtencao de estruturas grafite/grafeno-like a partir de um processo que consistiu de carbonizacao hidrotermica a 250.C com posterior pirolise de 500-1500.C. Os resultados mostraram o papel determinante da carbonizacao hidrotermica na obtencao de estruturas grafiticas com morfologia onion-like e grafeno-like pirolisadas a 1500.C enquanto que a pirolise direta do po de coco levou a formacao de um material predominantemente amorfo independente da temperatura de tratamento.

Nowadays, a lot of studies are concentrate on graphene and graphene-like preparation, due to the broad application area of these materials. Preparation of high quality graphene with less impurities and defects is essential for graphene performance on electric, optics and bio-devices. The first study developed in this thesis contribute for high quality CVD graphene growth with continuous surface and impurities-free. Therefore, it was proposed an optimization on PMMA-based transfer process. Results showed that adding a second PMMA layer properly diluted (15% in anisole, which resulted in a 1.35% PMMA layer) produces higher quality graphene with fewer PMMA residues, non-cracked surface and lower sheet resistance. In the second study we reported investigations regarding ALD and spray technique deposition of Al2O3 to produce patterned graphene through area-selective CVD growth. ALD deposition was carried out using 120 and 200 cycles with 30 and 45 seconds of purging time. Al2O3 layers deposited with 200 cycles were stable and higher quality when compared with Al2O3 layers deposited with 120 cycles. Higher quality graphene was grown on copper substrate patterned using 45 seconds of purging time. It was observed that lower purging time lead to copper contamination by by-products which contaminated graphene during growth step. Results regarding AlCl3 spraying in order to deposit Al2O3 layers indicated that precursor concentration and deposition time had great influence on graphene and passivation layer final properties. The optimum concentration was found at 5mg/mL; lower concentration led to deposition of incomplete Al2O3 layers and higher concentration led to solid formation which hindered the precursor solution adhesion on copper foil. High quality graphene was grown on passivated copper using lower deposition times. Finally graphite and graphene-like structures were synthesized from double process which consisted of prior hydrothermal carbonization at 250 .C with subsequent pyrolysis at 500-1500.C. Results showed the determinant role of hydrothermal carbonization on graphitic structures formation with onion-like and graphene- like morphology. Direct pyrolysis of coconut coir dust led to an amorphous carbon material independently of pyrolysis temperature. / Atualmente muitos estudos se concentram na obtenção de grafenos e materiais grafeno-like devido a vasta área de aplicação destes materiais. A preparação de grafenos de melhor qualidade, com menor presença de impurezas e defeitos é crucial para que estes materiais tenham bom desempenho em dispositivos elétricos, ópticos e bio-dispositivos. O primeiro estudo desenvolvido nesta tese pretende contribuir para a obtenção, por deposição química em fase vapor (CVD), de grafenos com superfície contínua livre de trincas e impurezas e melhores propriedades elétricas. Por isso, foi proposto a otimização da rota de transferência baseada em PMMA, via adição de uma segunda camada do polímero diluído em 15% em anisol, o que resultou em uma camada de PMMA 1.35%. Observamos que a adição de uma segunda camada corretamente diluída resultou em um filme de grafeno com maior continuidade, menos impurezas proveninentes do polímero e menor resistência da folha. No segundo estudo reportamos o crescimento de grafeno CVD em substrato de cobre pré-passivado por deposição de camada atômica (ALD) e técnica de spray. Para a técnica de ALD foram feitas deposições com 120 e 200 ciclos com 30 e 45 segundos de purga. As camadas de Al2O3 depositadas com 200 ciclos foram de maior qualidade e resistiram ao processo de transferência. Já o grafeno de maior qualidade foi obtido em substrato no qual o tempo de purga foi realizado com 45 segundos. Observamos que com tempo de purga menor (30segundos) o substrato de cobre sofreu contaminação durante o processo de deposição o que levou a contaminação do grafeno. Pela técnica de spray os resultados indicaram que a concentração da solução do precursor e o tempo de desposicao foram determinantes na qualidade da camada passivante e do grafeno. A concentracao otima encontrada foi de 5mg/mL; concentracoes menores levaram a deposicao de camadas de Al2O3 incompletas e concentracoes maiores levaram a formacao de solido prejudicando a adesao da solucao no substrato. Os grafenos crescidos nos substratos passivados com menor tempo de deposicao apresentaram maior qualidade. Por fim estudamos a obtencao de estruturas grafite/grafeno-like a partir de um processo que consistiu de carbonizacao hidrotermica a 250.C com posterior pirolise de 500-1500.C. Os resultados mostraram o papel determinante da carbonizacao hidrotermica na obtencao de estruturas grafiticas com morfologia onion-like e grafeno-like pirolisadas a 1500.C enquanto que a pirolise direta do po de coco levou a formacao de um material predominantemente amorfo independente da temperatura de tratamento.

Orientador: Francisco das Chagas Marques / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T00:47:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChampiFarfan_AnaMelva_D.pdf: 65229004 bytes, checksum: 98d3b8d6ecf9c395993d20730f0013f7 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Nesta tese estudamos a influência da incorporação de nitrogênio nas propriedades termomecânicas e estruturais em matrizes de carbono amorfo hidrogenado (a-C:H) e não hidrogenado (a-C). Duas técnicas de deposição foram utilizadas para o crescimento dos filmes. Os filmes hidrogenados foram preparados utilizando um sistema de glow discharge e as não hidrogenadas foram preparadas por IBAD. Um estudo preliminar foi feito em função do bias e a pressão do metano CH4, com o objetivo de escolher duas condições para a incorporação de nitrogênio. Deste primeiro estudo foi observado um aumento do coeficiente de dilatação térnica dos filmes de a-C:H com o aumento das ligações sp2. A partir desta série, uma segunda série de amostras com matriz tipo diamond-like e graphite-like de a-C:H foram estudadas, nas quais observamos que independente da matriz, a incorporação de nitrogênio produz um aumento no coeficiente de dilatação térnica (CTE) de até 9x10-6 C-1 para cerca de 6% de nitrogênio, próximo do valor do CTE do grafite (8x10-6C-1). A influência do nitrogênio no carbono amorfo aumenta a geração das hibridizações sp e sp2, o qual facilita a fornação de clusters grafíticos dentro dos filmes de a-C:H:Nx. O empilhamento dos clusters e a influência destes no CTE dos filmes são amplamente discutidos, para o qual técnicas espectroscópicas como Raman, infravermelho e perda de energia dos elétrons (EELS) são estudadas nesta tese. Por outro lado, para ter uma visão mais clara da influência do N, amostras com matrizes não hidrogenadas de a-C foram preparadas pela técnica de IBAD. Com nesta técnica temos filmes de a-C:Nx com altas concentrações de nitrogênio (até ~30%). Foi observado que mesmo com altas concentrações de N, o CTE dos filmes de a-C:Nx não consegue atingir valores acima de 5xl0-6 C-1. Este fato, faz pensar que o hidrogênio cumpre um papel muito importante no ernpilhamento dos clusters grafíticos. A partir das medidas feitas pela técnica de TIB (o qual foi desenvolvido em nosso laboratório e utilizado para medir o stress, CTE e módulo biaxial dos filmes) e a Nanoindentação obtivemos separadamente o módulo de Young (E) e a razão de Poisson (v), nas três séries de amostras estudadas. Os resultados são discutidos como uma função dos tipos de hibridizações dos filmes de a-C:H, a-C:H:Nx e a-C:Nx / Abstract: In this work, we studied thenno mechanical and structural properties of hydrogenated amorphous carbon (a-C: H), hydrogenated carbon nitride (a-C:H:Nx) and carbon nitride (a-C:Nx) thin films. Two techniques were used to prepare the samples: glow discharge for depositing hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) and carbon nitride (a-C:H:Nx) and ion beam assisting deposition (IBAD) for unhydrogenated amorphous carbon nitride (a-C:Nx) films. The curvature of the film/substrate composites was measured using the thermally induced bending (TIB) technique in order to determine the stress of the films. By varying the temperature and using films deposited in several different substrates one was able to obtain the coefficient of thermal expansion (CTE) and the biaxial modulus (E/(l-v)) of the films. Complementarily to this technique, we perfonned nanohardness measurements, which also allows to obtaining the elastic constant (E/(1-v2)) as well. Using both techniques, TIB and nanohardness, we determined, for the first time, separately the Young's modulus (E) and the Poisson's ratio (v) of a-C:H, a-C:H:Nx and a-C:Nx. These thermomechanical properties were investigated as a function of sp2-bond, or graphite's cluster, concentrations, using the following techniques: EELS, infrared spectroscopy, visible and ultraviolet Raman spectroscopy. The influence of the incorporation of nitrogen in the hydrogenated and unhydrogenated matrixes is discussed. We observed that the CTE of a-C:H depends strongly on the concentration of Sp2 sites approaching the value for graphite as the concentration tends to 100 %. The nitrogen incorporation increases the cluster formation in matrixes, inducing a substantial increase of the CTE of the fi1ms. On the other hand, in the matrix free of hydrogen it was observed that the CTE is not strongly influenced by the nitrogen concentration. These observations indicate that hydrogen plays an important role on the value of the CTE in amorphous carbon nitrogen films / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-10-09T17:08:20Z No. of bitstreams: 2 Nei Carlos Oliveira Sousa.pdf: 4868644 bytes, checksum: 24c3d2e47ac7dfcb5a1d4f8cc23df57f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-10-25T14:52:13Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Nei Carlos Oliveira Sousa.pdf: 4868644 bytes, checksum: 24c3d2e47ac7dfcb5a1d4f8cc23df57f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-25T14:52:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Nei Carlos Oliveira Sousa.pdf: 4868644 bytes, checksum: 24c3d2e47ac7dfcb5a1d4f8cc23df57f (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-08-17 / The graphite is an abundant and low-cost precursor for production of graphene materials that include single-layer, few-layer and multi-layers graphene sheets, graphene oxide and reduced graphene oxide. For graphene production from graphite, it is necessary to overcome the van der Waals forces which maintain the carbon nanosheets together in the graphite. Among the several methods used in liquid phase graphite exfoliation, the electrochemical exfoliation methods and, in particular, the anodic exfoliation offers diverse some attractive characteristics such as easy and safety operation, low cost, fast production (≤ 120 minutes), environmentally friendly and suitable for graphene mass production. A disadvantage concerning the anodic exfoliation is related to the oxidation of the carbon lattice which can insert defects or functional groups in the graphene sheets. In this work are described simple and fast procedures (≤ 60 min) for graphene production by using anodic electrochemical exfoliation of graphite electrodes under controlled current and a multifunctional electrolyte. The graphite flakes (area ~ 60 mm2) were exfoliated in two galvanostatic conditions: 10 and 50 mA in electrolytes containing sodium sulfate and phosphate buffer, pH 9.0 and with and without sodium sulfite, utilized to prevent oxidation processes at the graphite electrode. The material characterization by scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy and UV-Vis indicated the production of graphene nanosheets with few layers (N ≤ 5) and lateral size ranging between 5 and 30 μm, typically. The graphene yield increases when increase the sodium sulfate concentration and the intercalation current, while the defect density of graphene does not change significantly among different exfoliated materials. With the addiction of sodium sulfite in the electrolyte, the defect density of graphene sheets increased significantly. The different materials produced with current of 50 mA were used to prepare three-dimensional graphene structures in order to evaluate the specific capacitance (SC) by cyclic voltammetry. The specific capacitance values were significantly elevated and ranged from 357.1 F g-1 in 1.0 mol L -1 Na2SO4 electrolyte to 2,913.2 F g-1 in 1.0 mol L-1 H2SO4 at 1.0 mV s-1 scan rate. The materials with higher values of SC were obtained in sulfite-containing electrolytes, indicating their potentialities for application in energy storage devices. / O grafite é um precursor abundante e de baixo custo para produção de materiais de grafeno e derivados que incluem grafeno monocamada, de poucas ou de várias camadas, óxido de grafeno e óxido de grafeno reduzido. Para a obtenção de grafeno a partir do grafite, há a necessidade de superar as forças de van der Walls que mantém as folhas de carbono unidas na estrutura tridimensional do grafite. Entre os diversos métodos usados na esfoliação de grafite em solução, os métodos de esfoliação eletroquímica e, em particular os processos anódicos de esfoliação oferecem várias características atraentes entre elas, simplicidade e segurança de operação, baixo custo, rapidez na produção (≤ 120 minutos), são pouco agressivos ao meio ambiente e oferecem a possibilidade de produzir grafeno em escala. Uma desvantagem são os processos de oxidação que ocorrem na superfície do eletrodo de grafite e que podem inserir defeitos nas folhas de grafeno e ou grupamentos químicos nas nanoestruturas. Nesta dissertação, descreve-se procedimentos simples e rápidos (≤ 60 min) de obtenção de estruturas de grafeno através da esfoliação eletroquímica anódica de eletrodos de grafita sob corrente controlada e uso de eletrólito multifuncional. As estruturas de grafita (área ~ 60 mm2) foram esfoliados em duas condições galvanostáticas: 10 e 50 mA em meio de eletrólitos contendo sulfato de sódio e tampão fosfato, pH 9,0 na ausência e na presença de sulfito de sódio, utilizado para inibir os processos oxidativos na grafita. A caracterização do material por microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia Raman e UV-Vis indicou a produção de folhas de grafeno com poucas camadas (N ≤ 5) e tamanho lateral que variou de 5 a 30 μm. O rendimento do processo de esfoliação aumentou com o incremento da concentração de sulfato de sódio e com a corrente de intercalação, enquanto a densidade de defeitos não variou significativamente entre os diferentes materiais produzidos. Com a adição de sulfito de sódio ao eletrólito, a densidade de defeitos nas folhas de grafeno aumentou significativamente. Os diferentes materiais de grafeno produzidos sob corrente de 50 mA foram usados na preparação de estruturas tridimensionais para avaliação da capacitância específica (CE) por voltametria cíclica. Os valores de CE foram significativamente elevados e variaram de 357,1 F g-1 em eletrólito de Na2SO4 1,0 mol L-1 a 2.913,2 F g-1 em H2SO4 1,0 mol L-1 sob varredura de 1,0 mV s-1. Os materiais que mostraram valores mais elevados de CE foram obtidos em eletrólitos contendo sulfito, indicando a potencialidade para aplicação em dispositivos de armazenamento de carga.