Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:56:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Neste trabalho investigou-se o comportamento sistemático do campo hiperfino magnético nos compostos intermetálicos Gd(Ni,Pd,Cu)In , Tb(Ni,Pd)In, Dy(Ni,Pd)In e Ho(Ni,Pd)In, com a técnica de Correlação Angular γ-γ Perturbada, nos sítios dos elementos terras raras com o núcleo de prova 140Ce e no sítio do In com o núcleo de prova 111Cd. Os resultados obtidos da dependência com a temperatura do Campo Hiperfino Magnético (Bhf) de cada composto foram primeiramente comparados com a teoria do campo molecular por meio da função de Brillouin, da qual foram extrapolados os valores de saturação de Bhf para cada composto estudado. Os valores extrapolados a zero Kelvin de Bhf (Bhf(T=0)) para os compostos estudados neste trabalho foram usados na comparação com valores de Bhf da literatura para outros compostos contendo o mesmo elemento R (R=Terra Rara). O resultado mostrou uma dependência linear com a temperatura de ordenamento magnético, o mesmo previsto pelo modelo RKKY o que indica que a principal contribuição para Bhf vem da polarização dos elétrons de condução (CEP) via interação de contato de Fermi. O comportamento de Bhf saturado para cada família de compostos de terras raras pesados RNiIn e RPdIn como função da projeção do spin 4f do elemento R mostrou também uma relação linear, com exceção dos resultados para os compostos RNiIn obtidos com 111Cd onde foi observado um leve desvio da linearidade. Foi feita uma investigação dos parâmetros hiperfinos elétricos em função da temperatura para os compostos RPdIn e GdNiIn com o núcleo de prova 111Cd, e os resultados mostram que para o composto GdPdIn pode ocorrer desordem Gd-In a altas temperaturas. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:42:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O NbAl3 e algumas ligas intermetálicas do sistema Nb-Ni-AI foram sintetizadas por combustão a partir dos pós de seus elementos constituintes. O efeito de variáveis de processo, como o tamanho de partícula dos pós, a composição química, a pressão de compactação, o tratamento de desgaseificação e a taxa de aquecimento, foram investigados na síntese do NbAl3 na forma de pastilhas cilíndricas. A síntese de ligas do sistema Nb-Ni-AI foi realizada a partir de misturas com as composições Nb10Ni70AI, Nb20Ni65AI e Nb30Ni60AI. A microestrutura das amostras reagidas foi caracterizada por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, EDS e difração de raios-X (método de Rietveld). Foram obtidas pastilhas de NbAl3 com 98,5 % da densidade teórica, superior ao valor encontrado na literatura (95%), mediante o controle de variáveis de processo. Nas pastilhas contendo níquel, a combustão ocorreu nas pastilhas de todas as composições. Fases metaestáveis, presentes na microestrutura das pastilhas baitas de reação, foram transformadas após tratamento térmico, originando ligas trifásicas com diferentes concentrações de fases (NbAl3, NiAI e NbNiAI), conforme a composição inicial do compactado. Algumas propriedades mecânicas de amostras brutas de reação e tratadas termicamente foram determinadas pela técnica da impressão (microdureza e tenacidade). Os resultados obtidos são comparáveis aos da literatura, salvo algumas discrepâncias atribuídas a processos de fabricação distintos. As etapas de reação da síntese do NbAl3 e de ligas Nb-Ni-AI foram posteriormente investigadas mediante interrupção da reação durante sua propagação ao longo de barras paralelepipédicas compactadas. Verificou-se que a síntese do NbAl3 ocorre pela dissolução de nióbio no alumínio fundido, seguida da precipitação do NbAl3. Nas amostras contendo níquel, a síntese ocorre em dois estágios: no primeiro estágio formam-se o Ni2Al3 ou o NiAl3, em quantidades relativas dependentes da composição geral. As reações deste primeiro estágio podem disparar as reações do segundo estágio, referentes à síntese do NbAl3. / Tese(Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:51:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:08:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / No presente trabalho quatro ligas Al-Si hipereutéticas, três das quais foram produzidas por conformação por \"spray\" e a outra por fundição, foram caracterizadas quanto a textura, dureza, microestrutura e resistência à corrosão em meio de condensado sintético automotivo (CSA). Duas das ligas conformadas por \"spray\" foram retiradas de camisas de cilindro e a outra de um pré-formado obtido em laboratório. A conformação por \"spray\" envolve a atomização de uma liga e a deposição de gotículas em um substrato, antes mesmo que todas se encontrem no estado sólido. Este processo permite a obtenção de materiais que se caracterizam por uma microestrutura livre de macrossegregações e bastante refinada, implicando melhor trabalhabilidade a quente. A caracterização da microestrutura das quatro ligas hipereutéticas revelou a presença de porosidades na liga obtida em laboratório, e microestrutura com distribuição homogênea de precipitados primários nas três ligas conformadas por \"spray\". A microestrutura de uma das ligas apresentou-se muito diferenciada, com a presença de eutético, sugerindo que esta foi fabricada por fundição. Nas camisas de cilindro foram feitas medidas de rugosidade, e em todas as ligas foram realizados ensaios de microdureza. A liga conformada por \"spray\" e obtida em laboratório foi laminada a quente e a frio. Foram realizados também estudos de textura, para tentar estabelecer uma correlação entre todas as ligas quanto ao processo de fabricação. A avaliação da textura indicou que a presença de fases de silício primário, finamente distribuídas impedem o aparecimento de texturas típicas de deformação de ligas de alumínio, mesmo após severas deformações, como as necessárias para a transformação de pré-formados em tubos que originam as camisas de cilindro. As medidas de rugosidade indicaram características próprias do acabamento superficial usado para a produção das camisas, por brunimento ou por ataque químico. Os ensaios de microdureza apresentaram variações de acordo com as rotas de fabricação sendo que a liga eutética apresentou os maiores valores de microdureza em comparação às ligas conformadas por \"spray\". Todas as ligas foram avaliadas quanto a resistência à corrosão por ensaios de espectroscopia de impedância eletroquímica em dois meios, CSA com pH 3,3 e CSA com pH 11. As quatro ligas hipereutéticas estudadas apresentaram mecanismo de corrosão similar em condensado sintético automotivo (CSA) pH 3,3. Em todas ocorreu o ataque intenso da matriz de alumínio e as partículas de silício primário atuaram como regiões catódicas. A liga 2 apresentou maior resistência à corrosão entre todas as ligas ensaiadas, tanto em CSA pH 3,3 como em pH 11. Neste último meio, uma camada de produtos de corrosão formou-se sobre todas as ligas, e os resultados indicaram mecanismos diferentes para o ataque da matriz de Al e para o crescimento da camada depositada na superfície das ligas estudadas. O ataque da matriz da liga 2 neste meio foi aparentemente mais lento do que sobre as demais ligas, com a formação de uma camada mais compacta de produtos de corrosão, estabelecendo um controle por difusão dos processos interfaciais para maiores períodos de ensaio. A camada formada sobre as demais ligas neste meio apresentou-se mais defeituosa, e nestas ocorreu também menor controle da velocidade das reações interfaciais por processos difusionais. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Neste trabalho investigou-se a obtenção do composto TiFe a partir da moagem de alta energia de misturas de pós de TiH2 e Fe, seguida de aquecimento sob vácuo para a reação de síntese. No lugar do Ti, o TiH2 foi escolhido como precursor em razão de sua fragilidade, benéfica para a diminuição da aderência dos pós ao ferramental de moagem. Foram preparados dois lotes de misturas obedecendo-se a relação Ti:Fe de 50:50 e 56:44. Ambos foram processados em um moinho do tipo planetário por tempos que variaram de 5 até 40 horas, sob atmosfera de argônio de elevada pureza. Em todos os experimentos foram mantidos constantes a velocidade de rotação do prato do moinho, a quantidade de amostra, o diâmetro e o número de bolas. As amostras moídas foram caracterizadas por calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e fluorescência de raios X por dispersão de energia (EDXRF). Apenas TiH2 e Fe foram observados nas amostras moídas, com um grau crescente de mistura em função do tempo de moagem. O composto TiFe nanoestruturado (12,5 a 21,4nm) foi obtido de forma majoritária em todas as amostras após a reação de síntese promovida pelo tratamento térmico a 600ºC (873K). As amostras reagidas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de transmissão (MET) e DRX. Um equipamento do tipo Sievert, operando sob um fluxo constante (modo dinâmico), foi utilizado para levantar as curvas termodinâmicas de absorção e dessorção de hidrogênio. Todas as amostras absorveram hidrogênio à temperatura ambiente (~298K) sem a necessidade de ciclos térmicos de ativação. Os melhores resultados foram obtidos com as amostras moídas por 25 e 40 horas, de composição não estequiométrica 56:44. Tais amostras absorveram e dessorveram hidrogênio à temperatura ambiente, sob os platôs de aproximadamente 6,4 e 2,2bar (~0,6 e 0,2MPa), respectivamente. A capacidade máxima de armazenamento foi de 1,06% em massa de hidrogênio (H:M~0,546), sob pressão de até 11bar (1,1MPa), com reversão de até 1,085% em massa de hidrogênio (H:M~0,559), sob pressão de até 1bar (0,1MPa). Estas amostras também apresentaram maior cinética de absorção e dessorção de hidrogênio com fluxos de 1,23 (25h) e 2,86cm3/g.min. (40h). Tais resultados são atribuídos à variação composicional da fase TiFe e à maior quantidade de TiH2 livre. / In this work high-energy ball milling from TiH2 and Fe powder mixtures, followed by post-heating under vacuum, were performed for the reaction synthesis of TiFe compound. TiH2 was used instead of Ti due to its brittleness, preventing strong particles adhesion to the grinding balls and vial walls. Two mixtures batches were prepared following Ti:Fe ratios of 50:50 and 56:44. Both of them were dry-milled in a planetary mill for times ranging from 5 to 40 hours, under high purity argon atmosphere. The speed of main disk rotation, the amount of sample, number and diameter of the balls were kept constant in all experiments. As-milled samples were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TG), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray fluorescence (EDXRF). As-milled materials presented only Fe and TiH2 phases showing increased mixture degree with the milling time. After heat treatment at 600ºC (873K), nanostructured TiFe compound (12.5 to 21.4nm) was mostly formed in all samples. Reacted samples were characterized by transmission electron microscopy (TEM) and XRD. Hydrogen absorption and desorption thermodynamics curves were determined in a Sievert-type apparatus operating at constant flow (dynamic mode). All samples absorbed hydrogen at room temperature (~298K) requiring no thermal activation cycles. Best results were seen on samples milled at 25 and 40 hours, with non-stoichiometric composition 56:44. Those samples absorbed and desorbed hydrogen at plateaus of 6.4 and 2.2bar (~0.6 and 0.2MPa), respectively. Maximum hydrogen storage capacity was 1.06 wt% (H:M~0,546) at 11bar (1.1MPa), with reversion of 1.085 wt% (H:M~0,559) at 1bar (0.1MPa). Higher hydrogen absorption and desorption kinetics were observed in those samples, as well, with flows of 1.23 (25h) and 2.86cm3/g.min. (40h). Such results were assigned to the compositional variation of TiFe phase and to the largest amount of free TiH2.

O objetivo dessa tese é contribuir para o entendimento da precipitação de compostos intermetálicos e da reversão da martensita por meio de modelos cinéticos, tanto em experimentos isotérmicos no aço maraging 350 (350B) como em estudos não-isotérmicos nos aços maraging 300 (300A), maraging 350 (350C). Além da cinética das transformações de fase, foram estudadas também as mudanças da microestrutura e dos mecanismos de endurecimento decorrentes de tratamentos térmicos de envelhecimento para o aço maraging 350B. Para estas finalidades, foram usadas diversas técnicas complementares de caracterização microestrutural, como microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia por dispersão de energia de raios X (EDS), microdureza Vickers, difração de raios X (DRX) e ferritoscopia. Já a calorimetria exploratória diferencial (DSC) foi usada para estudar a precipitação de compostos intermetálicos e reversão da martensita em experimentos não-isotérmicos. Os resultados dos experimentos não-isotérmicos de DSC com os aços maraging 300 e 350 evidenciaram que a precipitação ocorre em duas etapas. A primeira relacionada à difusão de soluto no volume com energia de ativação próxima da difusão do níquel e molibdênio na ferrita, enquanto a segunda acontece por meio da difusão de soluto ao longo das discordâncias com energia de ativação menor que a difusão do níquel e do molibdênio na ferrita. Observou-se também que a reversão da martensita pode ocorrer em duas etapas. A primeira etapa foi associada à difusão de soluto, enquanto a segunda foi relacionada ao mecanismo de cisalhamento. Já as observações microestruturais, por meio de microscopia óptica e de microscopia eletrônica de varredura, evidenciaram que a austenita revertida formou-se nas regiões de interface, como os contornos de grão, contornos de pacote e contornos de ripas da estrutura martensítica para temperaturas a partir de 520 °C, enquanto a austenita revertida encontrada no interior das ripas da martensita formou-se a partir de 560 °C. O estudo da cinética de precipitação e do comportamento da curva de envelhecimento em um aço maraging 350 (350B), para tratamentos isotérmicos entre 440 e 600 °C, mostrou que as medidas de microdureza podem ser muito úteis para estudos dessa natureza nesses aços. A análise cinética da precipitação, realizada por meio do ajuste dos dados experimentais aos modelos JMAK e Austin-Rickett, mostrou que eles se ajustam bem a esses modelos com coeficiente de correlação próximo de 1. Entretanto, a interpretação dos valores de n, obtidos pela equação Austin-Rickett, mostrou que eles têm maior concordância com as mudanças microestruturais observadas nos aços maraging, em estudos anteriores, se comparados com aqueles estimados por meio da equação JMAK. A interpretação das constantes n, usando a equação Austin-Rickett, permitiu estabelecer diversas etapas para a precipitação. Na primeira ocorre a precipitação nas discordâncias para 440 °C, seguida pelo crescimento de cilindros longos e finitos em comparação com a distância de separação deles para 480 °C e, por fim, o crescimento de precipitados partindo de dimensões pequenas com taxa de nucleação zero para 520 e 560 °C. Já o estudo do comportamento da curva de envelhecimento para diversos tempos entre 440 e 600 °C em aço maraging 350 (350B) mostrou que esse aço apresenta uma etapa de endurecimento e outra de amolecimento. Essa etapa de endurecimento, comumente atribuída à formação de fases intermetálicas coerentes e semicoerentes, pode subdividir-se em dois estágios para as temperaturas de envelhecimento de 440 e 480 ºC ou apresentar um único estágio para 520 e 560 ºC. Já a etapa de amolecimento é associada não somente ao mecanismo clássico de superenvelhecimento em que a queda na resistência mecânica ocorre em virtude da perda de coerência e do engrossamento de precipitados, mas também como consequência da formação de austenita revertida a partir da martensita, especialmente, para temperaturas entre 520 e 600 ºC. / The purpose of this thesis is to contribute to the understanding of precipitation of intermetallic compounds and reversion of martensite through kinetic models, as in isothermal experiments in maraging 350 steel (350B) as in non-isothermal studies in maraging steels 300 (300A) maraging 350 (350C). In addition to kinetics of phase transformation, they were also investigated both the changes of the microstructure and the mechanisms of hardening due to aging heat treatments for the maraging steel 350B. For these purposes, we used several complementary techniques for microstructural characterization, such as optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Vickers hardness, X-ray diffraction (XRD) and feritscope, while differential scanning calorimetry (DSC) was used to study the precipitation of intermetallic compounds and reversion of martensite in non-isothermal experiments. The results of the non-isothermal DSC experiments with the maraging steel 300 and 350 showed that precipitation occurs in two steps. First stage related to the diffusion of solute in bulk with activation energy next to nickel diffusion and molybdenum in the ferrite, while second stage occurs through the solute diffusion along dislocations with lower activation energy than the diffusion of nickel and molybdenum in ferrite. It was also observed that the reversion of the martensite can occur in two steps. First stage was associated with the solute diffusion, while the second stage is related to the shear mechanism. Microstructural observations by optical microscopy and scanning electron microscopy showed that austenite reverted was formed in the interface regions, such as grain boundaries, packet boundaries and lath boundaries of martensitic structure for temperatures from the 520 °C, while the reverted austenite found within the martensite laths formed from 560 °C. Study of the kinetics of precipitation and aging hardening behavior in a 350 maraging steel (350B), by isothermal treatments between 440 and 600 °C, showed that the microhardness measurements can be very useful for such studies in these steels. Kinetics of precipitation analysis was carried out by adjusting the experimental data to JMAK and Austin-Rickett models. It showed that they fit well to these models with a correlation coefficient close to 1. However, the interpretation of the n values, obtained by Austin-Rickett equation, they have showed higher agreement with the observed microstructural changes in the maraging steel, in previous studies, when compared with those estimated by JMAK equation. The interpretation of the constants, using the Austin-Rickett equation, revealed several steps to precipitation. In the first precipitates on dislocations for 440 °C followed by growth of long and finite cylinders in comparison with the distance their separation for 480 °C and, finally, the growth of precipitates starting from small dimensions with nucleation rate zero for 520 and 560 °C. Study of aging hardening behavior curve for various times between 440 and 600 °C in maraging steel 350 (350B) showed that the steel has a hardening step and another softening. This step of hardening, commonly attributed to the formation of intermetallic phases coherent and semicoerentes, it can be divided into two stages to the aging temperatures of 440 and 480 °C or present a single stage 520 and 560 °C. Since the softening stage is associated not only to classic overaging mechanism in which a drop in mechanical strength occurs due to loss of coherence and precipitate coarsening, but also as a consequence of austenite formation reverted from the martensite especially to temperatures between 520 and 600 °C.

O NbAl3 e algumas ligas intermetálicas do sistema Nb-Ni-AI foram sintetizadas por combustão a partir dos pós de seus elementos constituintes. O efeito de variáveis de processo, como o tamanho de partícula dos pós, a composição química, a pressão de compactação, o tratamento de desgaseificação e a taxa de aquecimento, foram investigados na síntese do NbAl3 na forma de pastilhas cilíndricas. A síntese de ligas do sistema Nb-Ni-AI foi realizada a partir de misturas com as composições Nb10Ni70AI, Nb20Ni65AI e Nb30Ni60AI. A microestrutura das amostras reagidas foi caracterizada por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, EDS e difração de raios-X (método de Rietveld). Foram obtidas pastilhas de NbAl3 com 98,5 % da densidade teórica, superior ao valor encontrado na literatura (95%), mediante o controle de variáveis de processo. Nas pastilhas contendo níquel, a combustão ocorreu nas pastilhas de todas as composições. Fases metaestáveis, presentes na microestrutura das pastilhas baitas de reação, foram transformadas após tratamento térmico, originando ligas trifásicas com diferentes concentrações de fases (NbAl3, NiAI e NbNiAI), conforme a composição inicial do compactado. Algumas propriedades mecânicas de amostras brutas de reação e tratadas termicamente foram determinadas pela técnica da impressão (microdureza e tenacidade). Os resultados obtidos são comparáveis aos da literatura, salvo algumas discrepâncias atribuídas a processos de fabricação distintos. As etapas de reação da síntese do NbAl3 e de ligas Nb-Ni-AI foram posteriormente investigadas mediante interrupção da reação durante sua propagação ao longo de barras paralelepipédicas compactadas. Verificou-se que a síntese do NbAl3 ocorre pela dissolução de nióbio no alumínio fundido, seguida da precipitação do NbAl3. Nas amostras contendo níquel, a síntese ocorre em dois estágios: no primeiro estágio formam-se o Ni2Al3 ou o NiAl3, em quantidades relativas dependentes da composição geral. As reações deste primeiro estágio podem disparar as reações do segundo estágio, referentes à síntese do NbAl3. / NbAl3 and Nb-Ni-AI intermetallic alloys have been obtained by pressureless combustion synthesis from elemental powders. The effects of process variables as powder particle size, composition, compaction pressure (green density), degassing treatment and heating rate on the combustion (thermal explosion mode) of NbAl3 cylindrical pellets were studied. Combustion synthesis of Nb-Ni-AI alloys was performed on powder mixtures with nominal compositions Nb10Ni70AI, Nb20Ni65AI and Nb30NI60AI. The microstructure of reacted samples was characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy, EDS and X-ray diffraction (Rietveld method). It was shown that careful control of the processing conditions allowed near full (98,5%) dense pellets of NbAl3. In the nickel containing pellets, reaction occurred for all the compositions investigated. Metastable phases were seen to be present in the as reacted pellets, which were transformed after a heat treatment, producing a three phase alloy (NbAl3, NiAI and NbNiAI) with different phase concentrations, depending on the initial compact composition. Some mechanical properties, like microhardness and tenacity were measured by microidentation technique on the as reacted and heat-treated samples. The results are comparable with the literature, excepted for some discrepancies caused by different fabrication processes. The reaction sequence for both cases (NbAl3 and Nb-Ni-AI alloys) was further investigated by DSC analysis and also by interrupting the reaction during its propagation along compacted parallelopipedal bars. It was found that the NbAl3 synthesis occurs through niobium dissolution in molten aluminum and precipitation of NbAl3. In the nickel containing samples, synthesis occurs as two-stage reaction: Ni2Al3 or NiAl3 are formed in the first stage, with relative amounts depending on the general composition. This first stage reaction can trigger the second one, related to the formation of NbAl3.

Orientador: Carlos Manuel Giles Antunez de Mayolo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:39:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mardegan_JoseRenatoLinares_D.pdf: 36952737 bytes, checksum: f4575564084534b7dbe8742d9ea0a7b8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Nesta tese foram investigados as propriedades eletrônicas e magnéticas de diversos compostos que apresentam suas estruturas formadas por gaiolas na qual estas apresentam átomos hospedes no seu interior. Os compostos estudados foram o clatrato tipo-I Eu8Ga16Ge30, o composto fase cúbica de Remeika Eu3Ir4Sn13 e por m os compostos de GdT2Zn20 com T = Fe e Co. As propriedades destes materiais foram investigadas através do uso de medidas macroscópicas como resistividade elétrica, susceptibilidade magnética e também por medidas microscópicas como técnicas de absorção e espalhamento de raios-X e difração de nêutrons. O clarão Eu8Ga16Ge30, formado por dois tipos de gaiolas (X20 - dodecaedral e X24 - tetrakaidecaedral), foi principalmente investigado por difração e absorção de raios-X. Essas técnicas foram conciliadas com a aplicação de altas pressões na qual observou-se uma transição de fase irreversível cristalina-amorfa ao redor de Pa = 18 GPa. Concomitantemente a mudança estrutural, observou-se também através do dicroísmo circular magnético um colapso do ordenamento ferromagnético (FM) sob pressão. A diminuição do sinal magnético em altas pressões pode ser explicado por um estado paramagnético ou de "spin glass\", já que o íon de Eu permanece com valência 2+. Essa transição de fase estrutural foi vinculada a uma instabilidade mecânica das gaiolas devido a anisotropia criada pelo o íon hospede de Eu que esta deslocado cerca de 0.44 A do centro da gaiola X24. Além disso, a baixa pressão para que o material se transforme amorfo (~18 GPa) em comparação com outros clatratos isoestruturais confirma que o íon hospede no interior das gaiolas tem um forte papel na instabilidade mecânica das gaiolas. A estrutura e o magnetismo do composto tipo fase cúbica de Remeika Eu3Ir4Sn13 foi investigada através do uso do espalhamento de raios-X e nêutrons. A partir dos dados de espalhamento pudemos determinar que a anomalia ocorrida em T* ~ 57.1K observada no calor especifico e na resistividade elétrica e originaria de uma mudança estrutural. Esta distorção causa uma perda de simetria fazendo com que a nova célula unitária seja dobrada em duas direções, na qual pode-se observar picos com um vetor de propagação do tipo q = (0; 1/2 ; 1/2 ) em medidas com monocristais. A distorção estrutural está relacionada com uma forte hibridização dos ons presentes na gaiola de Ir(Sn2)6 o que aumenta a densidade eletrônica mudando a banda próximo do nível de Fermi e é fortemente dependente do metal de transição presente na amostra. A estrutura magnética do composto foi investigada através da difração de nêutrons, na qual abaixo de TN = 10.1 K observaram-se picos magnéticos do tipo ? = (0; 1/ 2 ; 1 /2 ). Com o refinamento das reflexões magnéticas encontramos que os momentos magnéticos dos ons de Eu estão apontados ao longo das direções [110] e [111]. Os compostos cúbicos de GdT2Zn20 com T = Fe e Co também foram investigados a partir de técnicas de difração e absorção de raios-X. Esses materiais tem importantes propriedades e muitas delas são decorrentes das interações que ocorrem entre os elementos terras raras mediadas pelos metais de transição. Tanto os ons de Gd quanto os ons de Co e Fe têm seus primeiros e segundos vizinhos formados por Zn. O composto de GdCo2Zn20 apresentou uma transição de fase de um estado paramagnético (PM) para um estado antiferromagnético (AFM) com uma temperatura de Néel ao redor de TN = 5.72 K. Utilizando a técnica de espalhamento magnético ressonante nos determinamos que os momentos dos ons de Gd estão alinhados perpendicularmente a direção [111], i.e., a representação magnética ?5. Essa direção do momento magnético tem forte influência da simetria do cristal e do fato do Gd ter momento angular nulo. Quando o metal de transição foi substituído por T = Fe, o composto de GdFe2Zn20 apresentou um ordenamento FM com uma alta temperatura crítica ao redor de TC = 86 K. As medidas de dicroísmo circular magnético realizadas ao redor das bordas de absorção L\'s do elemento terra rara e ao redor da borda K dos metais de transição (Fe e Zn) revelaram que tanto os ons de Gd quanto os ons de Zn apresentam momento magnético, entretanto, nenhum sinal magnético foi observado nos ons de Fe. O sinal magnético na borda do Zn ocorre devido à forte polarização entre as bandas 4sp do Zn com as bandas 5spd do íon de Gd. Acreditamos que a alta temperatura de ordenamento observada no composto FM esta correlacionada com uma alta densidade de estados próximo ao nível de Fermi devido aos ons de Fe, já a indução do momento magnético nos ons de Zn se deve a uma forte interação de troca entre os ons de Gd que polariza o meio / Abstract: In this thesis we have investigated the electronic and magnetic properties of several compounds in which they have the structure compose by cages. The compounds studied in this work were the clathrate type-I Eu8Ga16Ge30, the Remeika cubic phase Eu3Ir4Sn13 and the compounds GdT2Zn20 with T = Fe and Co. The electronic and magnetic properties of these materials were investigated using macroscopic measurements such as electrical resistivity and magnetic susceptibility measurements as well as microscopic techniques, such as X-ray absorption and scattering, and also neutron diffraction. The clathrate compound Eu8Ga16Ge30 formed by two types of cages (X20 ¿ dodecahedral X24 - tetrakaidecahedral) was mainly investigated by diffraction and X-rays absorption measurements. To better understand the eletronic and magnetic properties, the compound was investigated under high pressure in which we observed an irreversible crystalline-amorphous phase transition around Pa = 18 GPa. Simultaneously with structural change, it was observed by magnetic circular dichroism a collapse of the ferromagnetic (FM) ordering. This phase transition was associated with a mechanical instability in the cages due to an anisotropy created by the Eu ions rattling and displaced o center. Furthermore, this low pressure amorphization for the Eu8Ga16Ge30 compared with other isostructural clathrate compound confirms that the guest ion inside the cages has a strong role in the electronic and magnetic properties. The structure and magnetism of the Remeika cubic phase Eu3Ir4Sn13 was investigated by X-rays and neutrons scattering measurements. From these measurements we gured out that the anomaly at T 57.1 K observed in the specific heat and electrical resistivity measurements is related to a structural distortion. This distortion causes a loss of symmetry, in which one can observe new structural reflections with a propagation vector type q = (0; 1/2 ; 1/2 ). The structural distortion is related to a strong hybridization between the Ir and Sn2 ions in the Ir(Sn2)6 cages. This hybridization increases the electronic density of states near the Fermi level and it is strongly dependent on the transition metal. The magnetic structure was investigated by neutron diffraction, in which we observed magnetic Bragg peaks with a propagation vector type ? = (0; 1/2 ; 1/2 ) below TN = 10.1 K. Using several magnetic reflections we can determine the magnetic structure. From the refinement we found that the magnetic moments of Eu ions are pointing out along the [110] and [111] directions. The GdT2Zn20 cubic compound with T = Fe and Co were also investigated with diffraction and X-rays absorption measurements. These two compounds have interesting properties and many of them are due to the rare earth and transition metals elements are immersed in a sea of Zn ions. Both rare earth as well as the transition metals (Co and Fe) have the first and second neighbors formed by Zn ions. The GdCo2Zn20 compound showed a phase transition from a paramagnetic state (PM) to an antiferromagnetic state (AFM) with a Neel temperature around TN ~ 5.72 = K. Using x-ray resonant magnetic scattering technique we solved the magnetic structure and we found the magnetic moments of the Gd ions aligned perpendicular to the [111] direction, i.e., IR ?5. When the transition metal was replaced by T = Fe, the GdFe2Zn20 compound has a FM ordering with a remarkably high-temperature ferromagnetic (TC = 86 K) state. The X-ray magnetic circular dichroism measurements performed at the L2;3 absorption edges of the rare earth element and at the Fe and Zn K edges showed that only the Gd and Zn carry magnetic moment in this compound. The magnetic signal at the Zn K edge is due to the strong hybridization between the Zn 4sp states with the Gd 5d states. We believe that the high ordering temperature is related to a high density of states near the Fermi level and the magnetic moment induced at the Zn ions is due to the strong interaction among the Gd ions / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Flávio César Guimarães Gandra / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-30T17:33:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Monteiro_JoseCarlosBotelho_D.pdf: 10216375 bytes, checksum: 06d25402d8c5828939f2e7fa0710efbe (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Esta tese tem como principal objetivo desenvolver, apresentar e justificar a utilização de uma metodologia experimental que permita avaliar o efeito magnetocalórico (EMC), em qualquer tipo de material, de modo que as medidas reflitam a resposta real que a amostra fornece ao ser submetida a ciclos de magnetização similares àqueles que ocorrem em sistemas de refrigeração magnética. Para tal, construímos sistemas de medidas que utilizam dispositivos Peltier como sensores de fluxo de calor, capazes de realizar medidas diretas da quantidade de calor que a amostra absorve ou libera em situações aonde há variação de temperatura, campo magnético ou do ângulo entre direção do cristal e o campo aplicado. Na primeira parte do trabalho, foram realizadas medidas no sistema com dispositivos Peltier desenvolvido para uso no equipamento comercial PPMS - Physical Property Measurement System (Sistema de medidas de propriedades físicas) da Quantum Design. Utilizamos os métodos indiretos de medida do EMC mais comuns na literatura (medidas via curvas de magnetização e calor específico) para comparação com as medidas diretas de fluxo de calor através de varredura de campo obtidas pelo nosso sistema. Esta análise foi feita inicialmente em duas amostras com transições magnéticas de primeira e segunda ordem, consideradas como amostras padrão na área do EMC: Gadolínio e a liga Gd5Ge2Si2. Discutimos as diferenças encontradas e definimos aquele que acreditamos ser o protocolo de medidas mais correto para a avaliação do EMC para fins práticos. A partir desta conclusão, analisamos três outras amostras que apresentam comportamentos não usuais e alto potencial magnetocalórico e discutimos as diferenças. Perdas do EMC por histerese foram obtidas experimentalmente. Na segunda parte, com o auxílio de um calorímetro com o elemento Peltier capaz de realizar um giro de até 80° sob campo constante de até 1,9 T, realizamos o estudo do efeito magnetocalórico anisotrópico (EMC-ani) em amostras monocristalinas da família RAl2, obtidas pelo processo de Czochralski. Primeiramente medidas de calor específico e do EMC convencional foram realizadas nos monocristais, através do protocolo definido como ideal na primeira parte do trabalho, utilizando o sistema Peltier do PPMS. A partir desses dados, fomos capazes de obter o EMC-ani, de modo indireto, pela subtração das curvas obtidas. Por fim utilizamos o sistema Peltier de giro para realizar medidas diretas do EMC-ani em monocristais de DyAl2. Os resultados das medidas indiretas e diretas foram comparados com cálculos obtidos através de um modelo autoconsistente / Abstract: This thesis aimed to develop, present and justify the use of a methodology that allows one to evaluate the magnetocaloric effect (MCE), for any kind of material, such that the results reflects the real behavior of the sample submitted to magnetization cycles similar to those of magnetic refrigeration systems. To do so, we built measurement systems that uses Peltier devices as heat flux sensors to determine the heat absorbed or released by the sample in situations where the temperature, magnetic field, or angle between a given crystal direction and field changes. In the first part of the work, we report measurements using a Peltier device system developed for use with the Quantum Design PPMS (Physical Property Measurement System). We evaluated the indirect MCE measurements by using the most common techniques found in literature (through magnetization or specific heat curves) and compared to the direct heat flux measurements obtained through field sweep scans with our system. This analysis was initially made with two samples that present a first and a second order magnetic transition, considered as standard samples at MCE research area: Gadolinium and the Gd5Ge2Si2 alloy. We discussed the differences found and defined the measurement protocol that we believe to be correct to the practical evaluation of the MCE. From this conclusion, we analyzed three other samples that present uncommon behavior and high magnetocaloric potential and discussed their differences. MCE hysteresis losses were experimentally obtained. In the second part, with the aid of a calorimeter built with Peltier devices capable of perform an 80° rotation under constant magnetic field up to 1,9 T, we made the study of the Anisotropic Magnetocaloric Effect (MCE-ani) in monocrystalline samples of the RAl2 family grown by the Czochralski method. First, we made specific heat and conventional MCE measurements with the ideal protocol that was defined in the first part of the work, using the PPMS Peltier system. From these data, we were able to calculate indirectly the MCE-ani by subtracting the acquired curves. Finally, we used the Peltier rotation system to perform direct measurements of the MCE-ani in DyAl2 single crystals. The results of the indirect and direct measurements were compared with calculations achieved using a self-consistent process / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 1060137/2011 / CAPES

Electrocatalysis plays a vital role in the transition from fossil fuel to renewable energy infrastructure. Bimetallic systems can provide enhanced electrocatalytic activity and/or selectivity due to their altered electronic and/or crystal structures. These two effects are the main parameters responsible for the enhancement of the catalytic properties of multi-metallic systems. In practice, they are often interrelated and can be difficult to distinguish from one another due to random distribution and segregation of the elements in substitutional alloys. With well-defined crystal and electronic structures, intermetallic compounds provide excellent platform materials for a knowledge-based approach aiming for the evaluation and optimization of structural and/or electronic effects in heterogeneous (electro) catalysis. The present PhD thesis focuses on the investigation of the correlations between electronic, geometric and electrocatalytic properties of anode materials in the methanol oxidation reaction (MOR). This is achieved by substitution of indium (three valence electrons) with tin (four valence electrons) in the isostructural series In1-xSnxPd2, which allows for a systematic variation of the total number of electrons per unit cell with a minor variation of the cell parameters. Geometric effects were evaluated by substitution of indium with gallium in the isostructural Ga1-xInxPd2 series, which allows for a systematic variation of the cell parameters (interatomic distances) with the same number of valence electrons per unit cell. By substitution of gallium with tin in the Ga1-xSnxPd2 series, both effects are combined and addressed simultaneously. Single-phase samples of the isostructural series In1-xSnxPd2, Ga1-xInxPd2 and Ga1-xSnxPd2 (0 ≤ x ≤ 1), were synthesized and characterized by metallography, powder X-ray diffraction, and electron microscopy to establish the phase composition and to determine the variation of the lattice parameters with composition. The MOR current densities show a distinct change in slop as the fraction of tin increases in the In1-xSnxPd2 series with a minimum at x = 0.8 which is attributed to the alteration of the electronic properties of the materials. For the GaxIn1-xPd2 series, the MOR current densities show a maximum at x = 0.5 which is attributed to the alteration of the structural properties of the materials. The Ga1-xSnxPd2 series shows two maxima at x = 0.15 and 0.93. The high activity at x = 0.15 and 0.93 is attributed to a synergy of simultaneous alteration of electronic and geometric influences and the catalytic properties. The results contribute to the knowledge-based development of catalytic materials with direct experimental evidence of fine-tuning of electronic and/or geometric influences using isostructural intermetallic compounds as platform materials. This provides a basis of model catalysts for further studies to advance fundamental, as well as applied research in catalysis for the development of a green, sustainable future for the new generations.

The ground-state properties of f-electron compounds are characterized by strong interactions which lead to a plethora of exotic states. In this thesis we focused on compounds crystallizing in the tetragonal HonCoGa3n+2-type structure. Several new compounds have been synthesized from In-flux; particularly enigmatic are Ce3TIn11 (T = Pd, Pt). These compounds possess two inequivalent Ce-sites and reveal coexistence of antiferromagnetic order and heavy fermion superconductivity at ambient pressure. This coexistence can be explained in the framework of two-Kondo ion lattice model, assuming one Ce-site being completely Kondo screened with the 4f-electron behaving itinerant and participating in superconductivity while the second Ce-site retains its local character giving rise to magnetic order via the RKKY interaction. The influence of crystal electric field on the magnetic ground state has been investigated on the Kondo compound Ce2RhIn8 by means of neutron experiments. U2RhIn8 and URhIn5 behave like transition-metal antiferromagnets, contrary to Ce(4f)-counterparts. The 5f-states are entirely hybridized and Kondo interactions play no role. Neither does it in the investigated RE2CoIn8 (RE = Pr, Nd, Dy) compounds which exhibit strong localized 4f-electron behavior. Here, the influence of strong...