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Formação de nanoporos em folhas de policarbonato pelo método de track etchingSouza, Cláudia Telles de January 2009 (has links)
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Previous issue date: 2009 / The process of ion track-etching was applied to the production of nanopores in polycarbonate foils with thicknesses of 12 and 40 μZm. This process is divided into two stages. The first stage involves irradiation of polymer foils with high-energy ions at low doses, and the second the etching of polymer foils in a suitable chemical solution, to promote the removal of the part damage by the ions with the consequent formation of cavities or pores. In this context, the objectives of this study were, firstly, to develop an efficient chemical process to produce pores with diameters a hundred a few nanometers, secondly two study the influence of pre-irradiation with protons in the pore size and shape produced. For this, purpose samples of polycarbonate (Makrofol) were irradiated with Au+7 ions of 18 MeV and H+ 2 MeV, in the Tandetron accelerator and 200 MeV Au+14 from Tandar accelerator. Samples with thickness of 40 Zm irradiated with ions of unknown energy hundred of MeV at the accelerator Ganil, were also used. After irradiation, the samples were subjected to a chemical attack with alkaline solution of sodium hydroxide in concentrations of 4, 5, 6, 7, 8 and 9 M during different times, to check the influence of concentration and time in the size of pores formed. The temperature of the etching was fixed at 60 ºC. The characterization of samples was performed by, scanning electron microscopy (SEM), Fourier Transform infrared spectroscopy (FTIR) and gel permeation chromatography (GPC).The results indicate that the ion irradiation induces preferentially chain scission with a consequent reduction in molecular weight of polymer. It was perceived an overall reduction of the IR spectral bands of polycarbonate and its dependence on the irradiation dose. After the chemical attack of the irradiated samples, cylindrical pores are produced with sizes controllable by the concentration of etching solution and the time of attack, and by pre-irradiation with proton beam. It was observed that the concentration threshold for the appearance of pores was 5M. / O processo de “track-etching” foi aplicado para a produção de nanoporos em folhas de policarbonato com espessuras de 12 e 40 μm. Esse processo é dividido em duas etapas. A primeira etapa envolve irradiação de folhas poliméricas com íons de alta energia em doses baixas e, a segunda consiste em submergir a folha polimérica em uma solução química adequada, para promover a remoção das partes sensibilizadas e conseqüente formação de cavidades ou poros. Nesse contexto, os objetivos deste trabalho foram, primeiramente, desenvolver um processo de ataque químico eficiente para produção de poros com algumas centenas de nanômetros, e segundo, realizar um estudo da influência de pré-irradiação com prótons, no tamanho e morfologia dos poros produzidos. Para isso, amostras de policarbonato (Makrofol) foram irradiadas com íons de Au+7 de 18 MeV e H+ de 2 MeV, no acelerador de íons Tandetron, além disso, foram feitas irradiações com íons de Au+14 de 200 MeV no acelerador Tandar. Também foram utilizadas folhas com espessura de 40 Zm já irradiadas com íons desconhecidos de centenas de MeV no acelerador Ganil. Posteriormente à irradiação, as amostras foram submetidas a um ataque químico com solução alcalina de hidróxido de sódio em concentrações de 4, 5, 6, 7, 8 e 9 M durantes diferentes tempos, para verificar a influência da concentração e do tempo de ataque no tamanho de poros formados. A temperatura do ataque foi fixada em 60ºC. A caracterização das amostras foi feita através de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e cromatografia de permeação em gel (GPC). Os resultados indicam que a irradiação iônica induz preferencialmente o processo de cisão das cadeias poliméricas e conseqüente redução da massa moleculares do polímero. Percebe-se também a redução de todas as bandas espectrais no IR do policarbonato e sua dependência com irradiação. Após o ataque químico das amostras irradiadas, poros cilíndricos são produzidos com tamanhos controláveis pela concentração da solução de etching e do tempo de ataque, bem como pela pré18 irradiação com feixe de prótons. Percebe-se ainda que a concentração limiar para o aparecimento dos poros foi de 5M com o tempo de incubação maior que dois minutos para as folhas de 40 Zm, mas inferiores a um minuto para as folhas de 12 μm.
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Simulação por dinâmica molecular de efeitos induzidos pela irradiação iônica de filmes moleculares ultrafinosGutierres, Leandro Izê January 2015 (has links)
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Previous issue date: 2015 / In this work, molecular dynamics (MD) simulations were carried out to study the ion-irradiation induced effects on ultrathin molecular films. The energy deposited by the ions is computationally simulated using a simple thermal spike with particles interacting via the Lennard-Jones potential. It was investigated the effect of thin and ultrathin (2 – 60 nm) films thickness variation in the dimensions of the defects created on the surface – crater’s diameter (Dc) and depth (Cd) and ridge (rim) volume. Crystalline and amorphous systems were modeled, and different radius and temperature combinations were investigated for the simulated cylindrical track. Qualitative and quantitative results obtained from crystalline and amorphous samples were compared. The analysis of the system’s dynamics after the track energy got transferred into atomic motion allowed to identify the mechanisms responsible for the formation of the surface defects. Crater size is mostly determined by evaporation and melt flow from the hot track, while the rim size is determined both by melt flow and coherent displacement of particles due to the large pressure developed in the excited track. We find a large dependence on the dimensions of the surface defects, and in the number of sputtered particles, with the film thickness (h) below a critical value hcrítico. The critical thickness for the rim volume, more sensitive to the confinement of the film, was found to be higher than the hcrítico for Dc, since mechanisms involved in the formation of both effects are different. Also from a critical h on, the sputtering yield got smaller as the film thickness decreased. The sputtered particles’ depth of origin zorigem was obtained as a function of h. As a result from simulations with amorphous films it was obtained zorigem<h/2. Results from simulations were compared to recent experimental data. / Neste trabalho, simulações por dinâmica molecular (MD) foram empregadas para estudar efeitos induzidos pela irradiação iônica de alta energia em filmes moleculares ultrafinos. A energia depositada pelos íons é computacionalmente simulada usando um modelo simples de thermal spike com partículas interagindo pelo potencial de Lennard-Jones. Foi investigado o efeito da variação da espessura de filmes ultrafinos (2 – 60 nm) nas dimensões dos defeitos criados na superfície - diâmetro (Dc) e profundidade (Cd) da cratera e volume da protuberância (rim). Foram modelados sistemas cristalino e amorfo, e investigadas diferentes combinações de raio e temperatura da trilha de excitação gerada pelos íons. Os resultados qualitativos e quantitativos obtidos usando os sólidos cristalino e o amorfo foram comparados. A análise da dinâmica do sistema após a energia da trilha iônica ser transferida para movimento atômico permitiu identificar os mecanismos responsáveis pela formação dos defeitos de superfície. O tamanho da cratera é determinado principalmente pela ejeção de material e pelo fluxo de material fundido da trilha superaquecida, enquanto o rim tem origem tanto no fluxo de material derretido quanto no deslocamento coerente de um pulso de pressão oriundo do centro da trilha excitada. Foi encontrada uma forte dependência entre as dimensões dos defeitos de superfície, e no número de partículas ejetadas (sputtering), quando a espessura do filme (h) é menor que um valor crítico hcrítico. A espessura crítica para o volume do rim, mais sensível ao confinamento do filme, foi maior que para o Dc, devido aos diferentes mecanismos envolvidos.O sputtering foi cada vez menor com a redução de h a partir também de um valor crítico de h. Também foram obtidas a profundidade de origem zorigem das partículas ejetadas, e o sputtering em função de h. Para os filmes amorfos se obteve zorigem<h/2. Resultados das simulações foram comparados com dados experimentais recentes. Os melhores resultados das simulações obtiveram ótima correlação qualitativa para Dc e para o volume do rim.
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Filmes finos de SiO2 nanoporosos produzidos por irradiação iônica: dependência com a energia de irradiação e propriedades refletorasDallanora, Arícia Oliveira January 2007 (has links)
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Previous issue date: 2007 / lons of different atomic number and with energies between 1 to 2200 MeV were used to bombard at low fluences, vitreous Si02 films thermally grown onto Si wafers. After the irradiation, the films were etched in aqueous HF solutions, producing conical holes, with openings that varied from 30 to ≈150 nm. The films were imaged by atomic force microscopy and transmission electron microscopy. The diameter of the conical cavities, the cone angle, and the size dispersion were determined as a function of the stopping power (dE/dx), for a fixed etching condition. The cavities are observed in the irradiated samples, only when the eletronic stopping power (dê/dx), is larger than 200 eV/Å. This threshold is independent of the value of the nuclear stopping power of the incident ion. lnitially, for low energies in the threshold regime, the pores have ill-define contours and a distribution relatively large size distribution (15 - 20%). With increasing eletronic stopping power, the pores increasing size until a saturation value is reached. The cone angle and hole size dispersion strongly in a narrow band of dE/dX (between 250 - 400 eV/Å). In this transition region, the half cone angle changed from ≈ 85° to 20°, and the dispersion of the hole size decrease from ≈20% to 4%. For (dE/dX) ≥450 eV/Å, the variation of the cavities diameter, cone angle and size dispersion are srnall, indicating that the damage tracks are continuous and the similar sizes in this regime. The evolution of the form and size of the cavities with stopping power is associated with the modifications in the damage structure along the ion tracks that changes from discontinuous to continuous with increase stopping powers. At low energies, defect clusters are not formed and the damage tracks are not etchable. At intermediate energies, fluctuations in the energy deposition occur, resulting in the formation of discontinuous tracks and a large size dispersion of the processed cavities. Calculations based on the thermal spike model reproduced satisfactorily the values found for (dE/dx)thresholdif, the formation of a melt zone throughout the ion tracks is used as the criterion for the production of an etchable track. The reflectance of the nanostructure Si02/Si layers was investigated in the spectral region of 350 - 1300 nm. Preliminary results indicated that the reflectances of the porous layers are smaller than the unprocessed Si02 films, reaching values dose to 15%. / Íons de diferentes números atômicos e com energias entre 1 e 2200 MeV foram usados para bombardear em fluências baixas, filmes de SiO2 crescidos termicamente sobre substrato de silício. Após a irradiação, os filmes foram submetidos a um ataque químico em solução aquosa de HF, produzindo buracos cônicos nesses filmes, com abertura que variaram de poucos nanômetros até ≈150 nm. Os filmes foram analisados sobre microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de transmissão. O diâmetro das cavidades cônicas, o ângulo de cone, e a dispersão foram determinados em função da energia depositada pelos íons por unidade de comprimento (dE/dx) para uma condição de ataque fixa. As cavidades são observadas nas amostras irradiadas, apenas quando o poder de freamento eletrônico (dE/dx)e é maior que 200 e V/Å. Este limiar independe do valor do poder de freamento nuclear (dE/dx)n dos íons incidentes. Inicialmente, para energias baixas na zona do limiar, os poros têm contornos pouco definidos e uma distribuição de tamanhos relativamente grande (15 - 20%). Com o aumento do poder de freamento eletrônico, os poros aumentam de tamanho até um valor de saturação. O ângulo de cone dos poros e a distribuição de tamanhos modificam-se fortemente numa estreita faixa de dE/dx (entre 250 - 400 eV/Å). Nessa região de transição, o ângulo de abertura dos cones passa de ≈85º para 20º, e a dispersão de tamanhos baixa de ≈20% para 4%. Para (dE/dx)e ≥ 450 eV/Å a variação no tamanho, ângulo de cone e dispersão das cavidades é pequena, indicando que nesse regime as trilhas de danos são contínuas e de igual tamanho. A evolução da forma e tamanho das cavidades com o poder de freamento, esta associada com as modificações na estrutura de danos ao longo das trilhas iônicas, que passa de descontínua para contínua com o aumento do poder de freamento. Em baixas energias, aglomerados de defeitos são pouco prováveis e a trilha de danos não é revelável (isto é, não gera poro). Em energias intermediárias, flutuações na deposição de energia ocorrem, resultando na formação de trilhas descontínuas e uma alta dispersão de tamanhos nas cavidades processadas. Cálculos baseados no modelo "thermal spike" reproduziram satisfatoriamente os valores encontrados para os (dE/dx)limiar, se a formação de uma zona fundida ao longo da trilha iônica é usada como critério de produção de trilhas reveláveis. As propriedades refletoras das camadas de SiO2/Si nanoestruturadas por bombardeio iônico foram investigadas na região espectral de 350 - 1300 nm. Resultados preliminares indicam valores de refletância menores que as camadas sem poros e próximos de 15%.
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Influência da irradiação com íons leves na formação de nanoporos em policarbonato pelo método de track etchingThomaz, Raquel Silva January 2011 (has links)
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Previous issue date: 2011 / Due to the increase reactivity along the tracks of energetic heavy ions on polymers nanometer- to micrometer sized holes can be produces when the bombarded surfaces are exposed to an appropriate etching agent. The effect of proton irradiation on the pore size produced by Au+7 ions in polycarbonate, as well the possible differences due the irradiation order, was investigated into this work. Makrofol KG polycarbonate foil about 12 μm were treated with 2 MeV H+ ions at vacuum (~10-6 Torr) with fluences ranging from 5x1012 to 5x1014 ions/cm2 at room temperature. The samples were irradiated with H+ before or after the 18 MeV Au7+ bombardment. These foils were etched with 6 M NaOH solution at 60±1 °C from 1 to 3 minutes. The results show that proton irradiations at low fluences cause a reduction pore size as compared to samples irradiated only with gold ions. This behavior appears for samples in both irradiation order. The greatest decrease is reached at H+ fluences around 2 to 5x1013 ions/cm2. This reduction is attributed to the existence of two competitive effects that dominate in different fluence regimes. The decrease in pore size at low doses is induced by the increase in crystallinity. Amorphisation and chain scission cause a smooth grow of the pore radii at larger fluences. Then the protons irradiations may be used to control the pore size produced in the polycarbonate. / Cavidades e poros micro e nanométricos podem ser produzidos quando superfícies poliméricas são bombardeadas por íons energéticos e expostas a agentes químicos apropriados. Neste trabalho foi investigado o efeito da irradiação de prótons sobre o tamanho dos poros produzidos por íons de ouro no policarbonato, bem como as possíveis diferenças advindas da seqüência de irradiação. Folhas de 12 μm de policarbonato Makrofol KG foram irradiadas com prótons de 2 MeV em vácuo (~10-6 Torr) com fluências entre 5x1012 e 5x1014 íons/cm2 à temperatura ambiente. As irradiações foram realizadas antes ou após a formação das trilhas iônicas por bombardeio de Au+7 de 18 MeV. As amostras foram atacadas com solução de NaOH 6 M em temperatura de 60±1ºC em diferentes tempos (1-3 min). Os resultados obtidos mostram que a irradiação com prótons em baixas fluências causa uma redução nos diâmetros dos poros, quando comparados com amostras irradiadas apenas por íons de Au. Esse comportamento ocorre independentemente da ordem de irradiação. A redução máxima do diâmetro dos poros acontece para fluências de 2 a 5x1013 íons/cm2. Essa diminuição foi atribuída à existência de dois efeitos competitivos que predominam em diferentes faixas de fluências. O decréscimo do diâmetro dos poros em baixas doses é induzido pelo aumento da cristalinidade. Em fluências mais altas a amorfização e cisão de cadeias são os efeitos dominantes, induzindo um leve crescimento dos poros. Assim, a irradiação com prótons pode ser utilizada para controlar o diâmetro dos poros formados no policarbonato.
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Modificações induzidas por íons de alta energia em filmes finos de organosilicones sintetizados por PECVD / Modifications induced by high energy ions in organosilicones thin films syntesized by PECVDGelamo, Rogerio Valentim 05 April 2007 (has links)
Orientador: Mario Antonio Bica de Moraes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-09T10:56:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2007 / Resumo: Filmes finos de polisiloxanos, polisilazanos e policarbosilanos, sintetizados por Deposição Química de Vapor Assistida por Plasma (PECVD), foram irradiados com os íons He +, Ne +, Ar +e Kr +, com energia de 170 keV, e fluências de 1x10 14 , 5x10 14 , 1x10 15 , 5x10 15e 1x10 16 íons/cm 2 . A irradiação iônica promoveu modificações significativas na composição elementar, na estrutura química, e consequentemente nas propriedades físicas dos filmes.
Com o uso de espectroscopias de retro-espalhamento Rutherford (RBS) e de recuo frontal (FRS), observou-se que as razões atômicas C/Si, O/Si, N/Si e H/Si sofreram modificações. Em especial, a razão H/Si foi drasticamente diminuída, devido à perda de hidrogênio causada pela irradiação. Oxigênio foi quimicamente incorporado aos filmes, devido à recombinação das ligações pendentes, formadas durante a irradiação, com o ar ambiente. Com relação à estrutura química dos filmes, extinção e formação de novos grupos e de ligações químicas foram observadas com o uso de espectroscopias infravermelha no modo reflexão-absorção (IRRAS) e de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS). A densidade volumétrica dos filmes aumentou significativamente com a irradiação. As constantes ópticas, medidas através de espectroscopia ultravioleta-visível e elipsometria, foram também afetadas. Com o aumento da fluência dos íons, o coeficiente de absorção e o índice de refração aumentaram e o gap óptico diminuiu. Medidas de nanoindentação mostraram notáveis aumentos nas durezas dos filmes. Nas mais altas fluências utilizadas, a dureza chegou a valores comparáveis e até maiores que a dos aços ferramenta. Os filmes são convertidos de polímero para a fase cerâmica e a intensidade da conversão é dependente da fluência dos íons.
Observou-se ainda que, de modo geral, as modificações são fortemente dependentes das massas dos íons, já que as modificações mais significativas são obtidas com o uso de He+ e Ne+ . A explicação referente a esse efeito é dada em função das transferências de energia eletrônica e nuclear / Abstract: Thin films of polysiloxanes, polysilazanes and polycarbosilanes, synthesized by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD), were irradiated with 170 keV He + , Ne + , Ar + and Kr + ions, at 170 keV at fluences of 1x10 14 , 5 x10 14 , 1x10 15 , 5x10 15 and 1 x10 16 ions/cm -2 . The irradiation promoted significant modifications in the atomic composition, chemical structure, and consequently in the physical properties of the films.
Changes in the atomic composition were examined using Rutherford back-scattering spectroscopy (RBS) and forward recoil spectroscopy (FRS). The former was used to determine the C/Si, N/Si and O/Si atomic ratios, while the H/Si ratio was measured by the latter. As a general behavior, these ratios changed with ion irradiation and the decrease in the H/Si ratio was particularly high, as hydrogen was drastically removed by ion bombardment. Oxygen was chemically incorporated into the films due to the reactions involving dangling bonds formed during irradiation, and ambient air. Regarding the chemical structure of the films, extinction and formation of new bonding groups and chemical bonds were observed as a function of the ion fluence using infrared reflection-absorption spectroscopy (IRRAS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The volume density of the films increased significantly with irradiaton. The optical constants, determined using ultraviolet-visible spectroscopy and ellipsometry, were also affected by ion irradiation. With increasing ion fluence, the absorption coefficient and refractive index increased, and the optical gap decreased. From nanoindentation measurements. remarkable increases in surface hardness were determined. For the higher fluences, the surface hardness of the films is in the range, or even higher, of that of martensitic tool steels. Thus, ion irradiation changed the relatively soft polymer film into a high density, hard, ceramic material.
It was observed that the most significant modifications occur for He+ and Ne+ ions. An explanation to this finding is offered in terms of the electronic and nuclear energy transfer functions / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências
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Emissao eletrônica de nanoestruturas de carbono produzida por campos elétricos / Electron field emission of carbon nanostructured.Sáez Acuña, José Javier 14 August 2018 (has links)
Orientador: Fernando Alvarez / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T22:51:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre a Emissão Eletrônica de amostras nanoestruturadas de Carbono sobre a ação de um campo elétrico controlado. Particularmente foram estudadas nanoes- truturas de Carbono tipo Nanotubos (CNTs). Com o intuito de aprimorar as propriedades elétricas destas nano~struturas, também são apresentados estudos sobre os efeitos da irradiação com feixes iônicos de 02+ sobre a superfície local dos emissores. Este processo, que por um lado é um pós- tratamento de purificação, ou remoção seletiva dos defeitos estruturais, e, ao mesmo tempo, um pós- tratamento de dopagem da superfície, ajudando assim na emissão eletrônica.
Nos processos de pós-tratamento foram utilizados íons de 02+, N2+, H2+ e combinações destes, todos irradiando com um feixe iônico controlado e in situ após crescimento das nanoestruturas. Sem quebra de vácuo, estas irradiações foram analisadas por espectroscopia de elétrons fotoemitidos por raios-X incidentes, técnica conhecida como XPS. Uma vez as amostras fora do vácuo, elas foram anali- sadas por espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (FEG-SEM) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR- TEM).
Para a análise da Emissão Eletrônica várias complicações indesejáveis foram com sucesso supe- radas, como, por exemplo, efeitos de borda dos eletrodos que nos levam a cálculos errados da área efetiva de emissão; incertezas do número local de pontas emissoras produto do baixo controle do crescimento das nanoestruturas; como também muitas controvérsias sobre a forma correta de se analisar os dados experimentais. Em relação a este último ponto fizemos um experimento chave no discemimento do correto uso do modelo teórico para a Emissão Eletrônica a partir de sua dedução feita por Fowler e Nordheim. Demonstraremos que o campo elétrico limiar (the threshold electric field), o parâmetro usado para comparar os dados experimentais, não é um parâmetro confiável. Isto foi observado ao medirmos uma única amostra mudando apenas a configuração geométrica do eletrodo usado para efetuar as medições. Este estudo detalhado deixou em evidência fenômenos da emissão que antes não eram perceptíveis, e nos permitiu encontrar a forma correta de analisar os dados expe- rimentais. Propomos então uma norma comparativa para a Emissão Eletrôn1ca, a qual utilizamos nesta Tese. Esta norma correlaciona-se muito bem com todas as outras técnicas acima mencionadas / Abstract: This work presents a study of the Electron Field Emission of carbon nanostructured samples on the action of an Electric Field controlled. The Carbon Nanotubes (CNTs) was the nanostructures studied. In order to improve the electrical properties of these nanostructures are also presented studies on the effects of irradiation with O2+ ion beams on the surface emitter. This process, which is a post-purification treatment, or selective removal of structural defects, is also a doping-treatment of the surface helping in electronic properties.
In cases of ion bean post-treatment were used O2+, N2+, H2+ ions and combinations of these, all radiating with an ion beam controlled in situ after growth of the nanostructures. Without breaking vacuum, the samples were analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy, technique known as XPS. Once the samples were outside the vacuum, they were analyzed by Raman spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (FEG-SEM), and high-resolution transmission electron microscopy (HR- TEM).
For the analysis of the Electron Emission properties several undesirable complications have been successfully overcome, such as edge effects of the electrodes that lead to miscalculations of the effective area emission, uncertainties in the local number emitter tips due to poor control of the growth of nanostructures, as well as many controversies about the correct analysis of experimental data. On this last point, we have made a key experiment to discem the proper use of the theoretical model for Electron Emission from the deduction by Fowler-Nordheim. Here we demonstrate that the Threshold Electric Field, the parameter used to compare the experimental data, is not a reliable parameter. This was found when we made our measurements on one single sample, only changing the geometric configuration of the electrode used in the measurement. This performed with meticulous care and detail has left evidence of emission phenomena that were not obvious, and allowed us to find the correct way to analyze experimental data. From here we propose a comparative standard parameter for Electron Emission properties, and that we use in this thesis correlating very well with all the other techniques mentioned above / Doutorado / Física de Plasmas e Descargas Elétricas / Doutor em Ciências
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