No presente trabalho, investigamos algumas propriedades e aplicações para imagens de diferença de polarização (PDI\'s) propondo dois sistemas de aquisição destas imagens como alternativas à arquitetura proposta por Tyo (1996). O primeiro sistema aqui abordado faz uso de duas câmeras e dois polarizadores para a obtenção de PDI\'s. A redundância, em termos de elementos de aquisição de imagens, visa suprir uma deficiência do sistema supracitado, qual seja a sua impossibilidade de operar em tempo real. O segundo projeto propõe a utilização de filtros polarizadores baseados em implementações de estruturas Fabry-Perot utilizando-se filmes finos birrefringentes de TiOx, como elemento principal de um dispositivo que possa ser produzido na forma de um microssistema integrado de aquisição de imagens completamente compatível com as tecnologias de produção CMOS disponíveis hoje em dia. Dadas as possibilidades envolvendo esse último projeto, definimos como objetivo principal deste trabalho a obtenção de filtros polarizadores baseados em tecnologia de filmes finos birrefringentes, que foram obtidos por deposição física num equipamento de Sputtering DC. Na etapa de análise dos dados, foram feitas caracterizações ópticas (espectrofotometria) e RBS tanto dos filtros finais quanto dos filmes de TiOx, que foram ensaiados previamente para a extração de parâmetros necessários para o projeto dos filtros de interferência. Conclui-se o trabalho comprovando a possibilidade de se obter filtros polarizadores que possam ser utilizados em sistemas integrados de aquisição de imagens, mas ressalva-se que o equipamento de Sputtering DC empregado não é o ideal para essa aplicação, sugerindo-se o uso de equipamentos capazes de monitorar espessura e índices de refração durante o processo de deposição dos filmes (um exemplo seria um sistema de deposição por e-beam acoplado a um elipsômetro de transmitância) / In the present work, it was investigated some properties and applications for polarization-difference images (PDI\'s), what led us to the proposition of two acquisition systems for such images as alternatives to the architecture proposed by Tyo (1996). The first system here discussed uses two cameras and two polarizers in the attainment of PDI\'s. The image elements redundancy is supposed to overcome a deficiency of the above-mentioned system that is its inability to operate in real time. The second project proposes the use of polarizing filters based on Fabry-Perot structures obtained with birefringent thin films of TiOx. Such filters are the key elements in a device that can be implemented as an integrated microsystem, fully compatible with the CMOS production technologies, available nowadays. Given the possibilities associated with this last project, it was defined as the main goal of this work, the attainment of polarizing filters based on birefringent thin films technology, physically deposited by a DC Sputtering equipment. During the phase of data analysis, it was carried out optical characterizations (spectrofotometry) as well as RBS analysis, both for the filters itself and for the TiOx films, that were previously investigated in order to determine the required parameters for the design of the interference filters. This work is concluded by proving the possibility of using polarizing filters in integrated image acquisition systems, but a remark ismade stating that the employed equipment is not the ideal one for such applications and it is suggested the use of deposition set up capable to monitor thickness and refractive indexes during the run (an example would be an e-beam equipment connected to a transmittance ellipsometer).

No presente trabalho, investigamos algumas propriedades e aplicações para imagens de diferença de polarização (PDI\'s) propondo dois sistemas de aquisição destas imagens como alternativas à arquitetura proposta por Tyo (1996). O primeiro sistema aqui abordado faz uso de duas câmeras e dois polarizadores para a obtenção de PDI\'s. A redundância, em termos de elementos de aquisição de imagens, visa suprir uma deficiência do sistema supracitado, qual seja a sua impossibilidade de operar em tempo real. O segundo projeto propõe a utilização de filtros polarizadores baseados em implementações de estruturas Fabry-Perot utilizando-se filmes finos birrefringentes de TiOx, como elemento principal de um dispositivo que possa ser produzido na forma de um microssistema integrado de aquisição de imagens completamente compatível com as tecnologias de produção CMOS disponíveis hoje em dia. Dadas as possibilidades envolvendo esse último projeto, definimos como objetivo principal deste trabalho a obtenção de filtros polarizadores baseados em tecnologia de filmes finos birrefringentes, que foram obtidos por deposição física num equipamento de Sputtering DC. Na etapa de análise dos dados, foram feitas caracterizações ópticas (espectrofotometria) e RBS tanto dos filtros finais quanto dos filmes de TiOx, que foram ensaiados previamente para a extração de parâmetros necessários para o projeto dos filtros de interferência. Conclui-se o trabalho comprovando a possibilidade de se obter filtros polarizadores que possam ser utilizados em sistemas integrados de aquisição de imagens, mas ressalva-se que o equipamento de Sputtering DC empregado não é o ideal para essa aplicação, sugerindo-se o uso de equipamentos capazes de monitorar espessura e índices de refração durante o processo de deposição dos filmes (um exemplo seria um sistema de deposição por e-beam acoplado a um elipsômetro de transmitância) / In the present work, it was investigated some properties and applications for polarization-difference images (PDI\'s), what led us to the proposition of two acquisition systems for such images as alternatives to the architecture proposed by Tyo (1996). The first system here discussed uses two cameras and two polarizers in the attainment of PDI\'s. The image elements redundancy is supposed to overcome a deficiency of the above-mentioned system that is its inability to operate in real time. The second project proposes the use of polarizing filters based on Fabry-Perot structures obtained with birefringent thin films of TiOx. Such filters are the key elements in a device that can be implemented as an integrated microsystem, fully compatible with the CMOS production technologies, available nowadays. Given the possibilities associated with this last project, it was defined as the main goal of this work, the attainment of polarizing filters based on birefringent thin films technology, physically deposited by a DC Sputtering equipment. During the phase of data analysis, it was carried out optical characterizations (spectrofotometry) as well as RBS analysis, both for the filters itself and for the TiOx films, that were previously investigated in order to determine the required parameters for the design of the interference filters. This work is concluded by proving the possibility of using polarizing filters in integrated image acquisition systems, but a remark ismade stating that the employed equipment is not the ideal one for such applications and it is suggested the use of deposition set up capable to monitor thickness and refractive indexes during the run (an example would be an e-beam equipment connected to a transmittance ellipsometer).

Este trabalho estuda as fases presentes na solda de Inconel 625 utilizadas para unir tubos de uma serpentina de forno de uma refinaria de petrÃleo, fabricada com material de aÃo liga tipo 9Cr-1Mo e revestida internamente com alumÃnio. Para a realizaÃÃo do estudo, foi fabricado um corpo dee prova em conformidade com os procedimentos de fabricaÃÃo da serpentina tubular do forno. Amostras da junta soldada foram cortadas e submetidas a ensaios de microdureza, estudos da variaÃÃo da composiÃÃo quÃmica pelo EDS, avaliaÃÃo de fases por difraÃÃo de raios-X e pela tÃcnica por difraÃÃo de elÃtrons retroespalhados (EBSD), assim como detalhes da microestrutura foram observados por microscopia Ãtica e microscopia eletrÃnica de varredura. Os resultados mostram a provÃvel presenÃa de carbonetos de Ti, Nb e fase Laves na solda de Inconel 625. A quantidade de fase Laves à maior no revestimento de Inconel do que no passe raiz. Foram observados tambÃm descontinuidades e defeitos. Um destes defeitos estava localizado na interface entre o Inconel 625 e o primeiro passe com eletrodo AWS E-505, em regiÃo provavelmente rica em precipitados de fase Laves. Os resultados indicam a necessidade de uma melhor avaliaÃÃo do processo de soldagem, incluindo um estudo do comportamento do Inconel 625 na temperatura de operaÃÃo do forno entre 500 e 700ÂC. / This work studies the phases present in Inconel 625 weld used to join tubes of a coil of furnace oil refinery, made ​​of alloy steel material type 9Cr-1mo and lined with aluminum. For the study was made ​​a test dee body in accordance with the manufacturing procedures of the tubular coil of the furnace. Samples of the weld were cut and subjected to microhardness tests, studies of variation of chemical composition by SDS evaluation phase diffraction X-ray diffraction technique, and backscattered electrons (EBSD) as well as details of the microstructure was observed by optical microscopy and scanning electron microscopy. The results show the probable presence of carbides of Ti, Nb and Laves phase in Inconel 625 weld. The amount of Laves phase in the coating is greater than Inconel the root pass. It was also observed discontinuities and defects. One of these defects was located at the interface between the Inconel 625 and the first electrode pass AWS E-505 in rich region probably Laves phase precipitate. The results indicate the need for better assessment of the welding process, including a study of the behavior of Inconel 625 in the temperature of the furnace between 500  and 700  C.

Deformation and annealing texture in the cold rolled low carbon steels is important for sheet metal forming operations and service performance. The aim of this study is to non-destructively investigate the effect of texture on magnetic anisotropy. Various samples having different textures and residual stress states, due to different % reduction in thickness, annealing and stress relieving treatment, were prepared. Texture maps were obtained by Magnetic Barkhausen noise measurements performed with 100 steps between the ranges of 00-3600 on the surface. Microstructure investigation by optical &amp / scanning electron microscopy / hardness and tension tests were performed / and texture was determined by X-Ray diffraction method. The results were compared, evaluated and discussed to establish relationship between texture and magnetic Barkhausen Noise emission.

Avec la demande sans cesse renouvelée de matériaux éco-compatibles pour l’électronique de demain, les polymères conducteurs se sont imposés comme une alternative intéressante aux matériaux déjà existants. Ils doivent leur popularité principalement à leurs propriétés électriques, optoélectroniques, thermo-chromiques, luminescentes et mécaniques, couplées à leur bonne processabilité et leur faible impact environnemental. Parmi eux, le poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) est certainement le plus connu est le plus utilisé. De nombreuses études se sont focalisées sur l’optimisation de sa conductivité électrique et des progrès remarquables ont été réalisés. Cependant, la compréhension fine de la relation structure/propriétés de ce matériau reste à élucider. C’est ainsi que dans le cadre de cette thèse nous avons décidé de plusieurs objectifs qui sont (1) la synthèse de PEDOT hautement conducteurs à structure contrôlée et optimisée, (2) l’étude des propriétés électriques, structurales et de transport électroniques dans ces PEDOT, (3) l’étude de leurs propriétés thermoélectriques et (4) l’étude de leur stabilité sous différentes conditions afin de valider leurs potentielles applications. Ainsi, après une revue de la littérature sur le PEDOT, nous étudions l’amélioration de la conductivité électrique du PEDOT:OTf et du PEDOT:Sulf, qui atteint dorénavant des valeurs à hauteur de 5400 S cm-1. Différentes techniques de caractérisation nous ont permis de mener une étude exhaustive de leurs propriétés électriques et structurales ainsi que des mécanismes de transport électronique qui en découlent. Nous nous sommes ensuite intéressés à deux de leurs propriétés thermoélectriques, l’effet Joule et l’effet Seebeck, le premier pour des applications en chauffage et le deuxième pour la récupération d’énergie. L’utilisation pour la première fois du PEDOT comme film chauffant flexible transparent est d’ailleurs présentée. On démontre par exemple que PEDOT:Sulf présente une résistance carrée de 57 Ω sq-1 pour 87.8 % de transparence et qu’une température de 138 °C peut être atteinte lorsqu’on applique 12 V. Cette thèse se conclut sur l’étude de la stabilité de nos matériaux de PEDOT sous différentes atmosphères ainsi que l’étude des mécanismes de dégradation. / With the rising demand of flexible, low cost and environmentally friendly materials for future technologies, organic materials are becoming an interesting alternative to already existing inorganic ones. Organic photovoltaics, organic light emitting diodes, organic field effect transistors, organic thermoelectricity, organic transparent electrodes are all evidences of how organic materials are sought for tomorrow. Materials which can fulfill the requirements specifications of future technologies are conducting polymers, which owe their popularity to their outstanding electrical, optoelectronic, thermochromic, lighting and mechanical properties. Moreover, they exhibit good processability even on flexible substrates and low environmental impact. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) is certainly the most known and most used conducting polymer because it is commercially available and shows great potential for organic electronics. Studies dedicated to PEDOT films have led to high conductivity enhancements. However, an exhaustive understanding of the mechanisms governing such enhancement is still lacking, hindered by the semi-crystalline nature of the material itself. In such a context, this thesis has four objectives which are (1) the synthesis of PEDOT materials with an optimized and controlled structure to enhance the electrical properties, (2) the thorough characterization of the as-synthesized PEDOT in order to understand the charge transport mechanisms, (3) the study of their thermoelectric properties and (4) the study of their stability under different environments and stresses. Thus, after a literature review on PEDOT materials, we present the enhancement of the electrical conductivity of PEDOT:OTf and PEDOT:Sulf up to 5400 S cm-1 via a structure and dopant engineering, and then thoroughly study their electrical and electronic transport properties. Subsequently, two thermoelectric properties of PEDOT are investigated, namely its resistive Joule heating ability and its Seebeck effect, for both heating and energy harvesting applications. A novel application of PEDOT as flexible transparent heater is demonstrated in the first case. PEDOT:Sulf for example exhibited a sheet resistance of 57 Ω sq-1 at 87.8 % transmittance and reached a steady state temperature of 138 °C under 12 V bias. Finally, this thesis is concluded with the ageing and stability of our PEDOT based materials under different environmental stresses. While PEDOT is stable under mild conditions, heavy degradations can occur under harsh conditions. The degradation mechanisms are then investigated in this last part.

O processamento em escala laboratorial de soluÃÃes sÃlidas, procedentes dos sistemas Fe2O3/CuO/TiO2 e Fe2O3/Cr2O3, dos seus compÃsitos, e o estudo das propriedades estruturais e de transporte estabelecem o tema principal do trabalho. As granadas ferrimagnÃticas despertam manifesto interesse quanto ao seu emprego em dispositivos aplicÃveis a sistemas de telecomunicaÃÃo operantes nas microondas, sobretudo, em funÃÃo das propriedades dielÃtricas e magnÃticas adequadas. Devido à semelhanÃa estequiomÃtrica, e com a finalidade de se obter materiais com propriedades similares, foram elaborados dois meios magneto-dielÃtricos: (Fe1/4Cu3/8Ti3/8)2O3, um titanato de cobre e ferro, e (Fe5/8Cr3/8)2O3, um Ãxido especÃfico de ferro e cromo. Estas soluÃÃes sÃlidas substitucionais foram sintetizadas por reaÃÃo de estado sÃlido. O processamento avanÃou envolvendo tratamentos mecÃnico e tÃrmico. Foram preparados espÃcimes pulverulentos e com configuraÃÃo definida. A estrutura cristalina dos espÃcimes foi identificada por difraÃÃo de raios-X. Os dados de difraÃÃo de raios-X por policristais foram refinados pelo emprego do mÃtodo de Rietveld. Fez-se uso da espectroscopia MÃssbauer para realizar a sondagem do ferro presente na estrutura cristalina. A morfologia dos espÃcimes, dispostos como peÃas cilÃndricas rÃgidas, foi explorada por Microscopia EletrÃnica de Varredura, assistida por microssonda EDX, para anÃlise quÃmica elementar. Por espectroscopia dielÃtrica foram investigadas as propriedades dielÃtricas permissividade dielÃtrica relativa e fator de perda dielÃtrico e a propriedade de transporte condutividade elÃtrica. As propriedades dielÃtricas e de transporte foram analisadas em funÃÃo da freqÃÃncia, a temperatura ambiente, numa faixa compreendida entre 100 Hz e 40 MHz. Dos dados por difraÃÃo de raios-X, alÃm da identificaÃÃo dos materiais avaliados, foram extraÃdas, apÃs refinamento estrutural, informaÃÃes cristalogrÃficas, no caso das soluÃÃes sÃlidas individuais, e sua quantificaÃÃo, no caso dos compÃsitos por elas constituÃdos. Pela espectroscopia MÃssbauer foram confirmados o estado de oxidaÃÃo do ferro presente nos materiais analisados, a geometria do sÃtio cristalino no qual està presente, a natureza magnÃtica das amostras, e seu provÃvel ordenamento, alÃm da quantificaÃÃo realizada em funÃÃo da quantidade de ferro presente nos compÃsitos. A morfologia dos materiais Ã, em geral, caracterizada pela diversidade de formas e tamanhos dos grÃos, bem como sua disposiÃÃo no artefato explorado. A anÃlise quÃmica elementar forneceu resultados quantitativos acerca dos elementos presentes nos meios investigados. Pela resposta observada na faixa de freqÃÃncia percorrida, ficou evidenciada uma regiÃo de dispersÃo, caracterÃstica do processo de polarizaÃÃo dipolar. Os resultados das propriedades dielÃtricas para as fases sintetizadas mostraram-se parcialmente antagÃnicos: a fase IB100 apresentou a maior permissividade dielÃtrica relativa, porÃm, maior fator de perda dielÃtrica em relaÃÃo à fase IC100, que por sua vez apresentou a menor permissividade dielÃtrica relativa entre todos os materiais investigados. Para os compÃsitos, formados pela mistura aleatÃria de quantidades especÃficas das duas fases sintetizadas, foi evidenciado um comportamento nÃo linear, de forma que estes nÃo representam apenas o reflexo das respostas observadas para as fases individualmente. A fase IB100, em virtude da constante dielÃtrica observada, à o material com maior potencial para aplicaÃÃes em altas freqÃÃncias.

Os estudos focando a otimização do reforço dos tubos de concreto para obras de saneamento são importantes por estes componentes estarem vinculados a grandes necessidades sociais que ainda atingem o Brasil e outros países em desenvolvimento bem como pelo fato destes componentes serem produzidos em série, o que gera economia de escala. Neste sentido, a utilização de fibras como reforço dos tubos trás consigo um grande número de vantagens aplicativas e de desempenho. A tendência internacional de busca por um consenso no dimensionamento e controle do concreto reforçado com fibras (CRF) como material estrutural está sendo direcionada para o fib Model Code 2010. Geralmente, para a caracterização do CRF são utilizados os ensaios de flexão de vigas. Porém, a moldagem desses corpos de prova para o controle do CRF dos tubos apresentou resultados inadequados em estudos anteriores. A definição do reforço ótimo de tubos de CRF através da tentativa e erro no ensaio de compressão diametral do componente deve ser evitada pelos elevados gastos (financeiros, de material e tempo) associados a esta metodologia. O projeto deve ser atingido através de modelos confiáveis que possam otimizar o reforço através da previsão adequada do desempenho do componente. Da mesma forma, deve-se obter procedimentos de controle do material que sejam concatenados com os procedimentos de controle do produto. Neste sentido, esta tese propõe uma metodologia para a caracterização e controle do comportamento mecânico do CRF para a produção de tubos, que permita modelar o comportamento do componente no ensaio de compressão diametral e verificar sua adequação a uma aplicação estrutural. O estudo foi dividido em três fases principais. Na primeira houve a avaliação de um método de ensaio alternativo ao de flexão de prismas para o controle do CRF. Na segunda fase experimental houve a incorporação de modificações no método de ensaio de compressão diametral do componente de modo a aproximá-lo à filosofia do fib Model Code 2010. Nesta etapa foram avaliados tubos com reforço de fibras de aço, macrofibras poliméricas e vergalhões para comprovar a pertinência da nova metodologia de ensaio. Na terceira fase do estudo foi realizada uma simulação numérica para previsão de comportamento dos componentes ensaiados utilizando os parâmetros do material caracterizados através do método de ensaio alternativo validado na primeira fase. Os resultados obtidos na modelagem foram comparados com o resultado experimental do ensaio do componente de modo a validar a metodologia proposta. Os resultados demonstraram a adequação do ensaio Barcelona para a caracterização e controle do comportamento mecânico do CRF destinado à produção de tubos. Essa caracterização poderá subsidiar simulações numéricas do comportamento do componente no ensaio de compressão diametral. Com isto, ábacos de projeto de tubos de concreto reforçados com diferentes tipos de fibras poderão ser desenvolvidos, identificando as classes resistentes que serão atendidas dependendo do diâmetro do tubo e do teor de fibras empregados. Esta tese aponta também para a necessidade de uma revisão na normalização vigente, estabelecendo critérios relacionados ao comportamento pós-fissuração que avaliem o estado limite de serviço e o estado limite último. Isto permitirá uma avaliação homogênea do tipo de reforço e tornará mais adequada a comparação entre distintos tipos de reforço (fibras ou convencional). / The international trend for a consensus about the design and control of fibre reinforced concrete (FRC) as a structural material is based on the fib Model Code 2010. Generally, in order to characterize the FRC, bending tests are used. However, the moulding of these control test specimens of the FRC pipes is not quite simple as has been shown by previous studies. The design of FRC pipes through trial and error in the component-crushing test should be avoided. This test shall be limited to the acceptance control or final validation of a new component, designed through reliable models that optimize the reinforcement and the component performance. These models should allow both design and prediction of the component behaviour related to the quality control. In that sense, this thesis proposes a methodology for characterizing and controlling the mechanical behaviour of FRC for the production of pipes. This study allows modelling the component behaviour in crushing test and verifying their suitability for structural application. The methodology considered consisted in three main topics: evaluation of an alternative method of FRC control test; modification of the procedure of the crushing test method in order to approach the fib Model Code 2010 philosophy, and prediction the mechanical behaviour of the components comparing numerical simulation results with experiments results. In this last topic, the characterization of the materials performance by the alternative test method was considered. The results indicated that the Barcelona test is suitable in order to characterize and control the mechanical behaviour of the FRC used for the production of pipes. This characterization is able to support numerical simulations of the component behaviour in crushing test. It allows the development of design tables identifying the pipes resistant classes considering a variety of parameters such as types and contents of fibres and pipes diameters. This thesis also points out the need for a review of the current standards, establishing parameters related to the post-cracking behaviour to assess the serviceability limit state and the ultimate limit state. This allows a homogeneous evaluation of the reinforcement type and makes it more suited to comparing different types of reinforcement (fibre or conventional).

Orientador: Cecilia Amelia de Carvalho Zavaglia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T20:34:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cardoso_HugoAnaniasInacio_D.pdf: 8008219 bytes, checksum: ac8d13454298a5718b0e0051a87eb944 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O fosfato tricálcico (TCP) é um dos fosfatos de cálcio mais importantes dentre os utilizados como biomateriais devido à sua biocompatibilidade, bioatividade, biorreabsorbilidade e osteocondutividade. A fase ? (?-TCP) se destaca, principalmente, devido à sua conversão em hidroxiapatita deficiente em cálcio após implantação. Entretanto, é difícil obter ?-TCP de elevada pureza, o que prejudica sua reatividade e seu desempenho in vivo. O objetivo principal deste trabalho é sintetizar ?-TCP de elevada pureza. Para isso, o pó de ?-TCP foi obtido via reação de estado sólido. Os reagentes precursores foram sintetizados em laboratório a fim de se diminuir o nível de impurezas, principalmente o magnésio. Após analisados e validados, os reagentes foram misturados nas devidas proporções e o pó de ?-TCP calcinado sob diversos protocolos: diferentes temperaturas sob mesmo tempo de patamar; mesma temperatura sob diferentes tempos de patamar; mesmo tempo e temperatura de patamar com condições de resfriamento distintas. Analisou-se a influência de cada variável na cinética da reação: tempo, temperatura, resfriamento. Foi obtido pó de ?-TCP (2g) com 100% de pureza sob temperaturas (1265ºC) e tempos (2h) menores que os registrados em literatura, sem a necessidade de choque térmico. O protocolo foi validado também para grandes quantidades de material (50g), em que o nível de pureza também foi de 100% / Abstract: Tricalcium phosphate (TCP) is one of the most important calcium phosphates used as biomaterials due to their biocompatibility, bioactivity, osteoconductivity and bioresorbability. Among them, ?-TCP goes beyond due to its conversion into calcium deficient hydroxyapatite after implantation. However, it is difficult to obtain high purity ?-TCP, which prejudices its reactivity and its performance in vivo. The main purpose of this work is to synthesize high purity ?-TCP. For this, ?-TCP powder was obtained by solid state reaction. The precursor reagents were synthesized in the laboratory in order to reduce the level of impurities, particularly magnesium. After analyzed and validated, reagents were mixed in the proper proportions and ?-TCP powder calcined under various protocols: variable temperature and constant time; constant temperature and variable time; constant time and temperature with different cooling conditions. The influence of each variable on the reaction kinetics was evaluated: time, temperature and cooling. ?-TCP powder (2g) was obtained with 100 % purity at temperatures (1265 °C) and times (2h) lower than those mentioned in the literature without thermal shock. The protocol was also validated for more material mass (50g), wherein the purity level was also 100% / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Jose Ramirez Londono / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T15:09:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GrandoStroppa_Daniel_D.pdf: 7882693 bytes, checksum: 21824c021c6088d93bb5e17e9b0386ff (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O desenvolvimento de tecnologias baseadas em nanoestruturas é dependente da criação de modelos confiáveis que possam suportar a obtenção de materiais com características controladas. Neste contexto, o aprimoramento de técnicas de caracterização quantitativa e com alta resolução espacial é fundamental para o melhor entendimento das correlações entre a configuração de síntese, a morfologia e as propriedades resultantes de materiais nanoestruturados. Esta tese apresenta a avaliação e a aplicação de diferentes técnicas de Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução Quantitativa (QHRTEM) visando a extração de informações relacionadas à estrutura tridimensional e à segregação de espécies dopantes em nanocristais individuais de óxidos semicondutores dopados (Sb:SnO2 e Gd:CeO2). Os resultados experimentais combinados a cálculos teóricos proporcionaram a obtenção de informações referentes à distribuição de energia superficial e aos mecanismos de crescimento de cristais envolvidos na evolução temporal dos sistemas estudados. A descrição de tais aspectos de sistemas nanocristalinos explicita a importância das técnicas QHRTEM, tanto no contexto do desenvolvimento e aplicação do modelamento de nanocristais, quanto para o avanço das teorias fundamentais que descrevem o comportamento dos materiais em escala nanométrica. Neste sentido, os resultados presentes nesta tese constituem significativos avanços para o entendimento das características dos materiais em escala atômica e para a posterior manipulação destas segundo o preceito da engenharia de materiais no desenvolvimento de novas tecnologias / Abstract: Technologies based on nanostructured materials depend on the development of reliable models which can support the fabrication of nanocrystals with highly controlled features. In this scenario, advances on high resolution quantitative techniques are required in order to improve the description of the nanostructured systems, especially the correlations among the nanocrystals synthesis parameters, the resultant morphology and the system properties. This PhD thesis presents the evaluation and use of different Quantitative High Resolution Transmission Electron Microscopy (QHRTEM) techniques aiming the three-dimensional morphology and the dopant species segregation characterization of individual oxide nanocristals (Sb:SnO2 e Gd:CeO2). In addition, the combined use of such techniques and theoretical calculations provided valuable insights on the surface energy distribution and growth mechanisms present on the analyzed nanocrystalline systems. The obtained high resolution quantitative characterization results indicate that QHRTEM techniques are priceless tools for both the nanocrystal modeling procedures development and application, and for the improvement of fundamental theories that describe the materials features at nanoscale. In this scenario, this thesis presents significant advances on the nanomaterials characteristics description and, consequently, on their further manipulation aiming novel technologies development according to the materials engineering approach / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Two diverse projects illustrate the application of various materials characterization techniques to investigate the structure and properties of nanostructured functional materials formed in both bulk as well as in solutions. In the first project, ordered magnetic nanostructures were formed within polymer matrix by novel metallopolymers. The novel metal-functionalized block copolymers (BCPs) enabled the confinement of cobalt metal ions within nanostructured BCP domains, which upon simple heat treatment resulted in room temperature ferromagnetic (RTFM) materials. On the contrary, cobalt functionalized homopolymer having similar chemical structure and higher loading of metal-ion are unstructured and exhibited superparamagnetic (SPM) behavior at room temperature. Based on a series of detailed investigations, using various materials characterization techniques, it was hypothesized that the SPM cobalt particles within BCP microdomains exhibited a collective behavior due to increased dipolar interactions between them under the nanoconfinement of cylindrical domains in BCP, resulting in RTFM behavior. On contrary, the same SPM cobalt particles formed within homopolymer, without any confinement exhibited SPM behavior either due to lack of interactions or random interactions between them. To further support this hypothesis, a series of BCPs were prepared in which the BCP morphology was varied between the cylindrical, lamellar, and inverted cylindrical phases and their magnetic properties were compared. All these BCPs, which are nanostructured, exhibited RTFM behavior, further supporting the proposed hypothesis. Different dimensionality or degree of nanoconfinement in BCP morphologies affected the magnetization reversal processes in these BCPs, yielding different macroscopic magnetic properties. Most strongly constrained cylindrical morphology has shown best magnetic properties (highest coercivity) among other BCP morphologies. Inverted cylindrical morphology, in which a 3-D matrix is confined between the non-magnetic cylinders, had second highest and lamellar morphology with least confinement among BCPs, exhibited lowest coercivity. The proposed hypothesis was further tested by systematically varying the dipolar interactions between the SPM cobalt nanoparticles by reducing the density of cobalt within the cylindrical domains and varying the dimensions of the cylindrical domains (i.e. diameter). A series of novel ferrocene-cobalt containing block copolymers were developed and cobalt density within the cylindrical domains of BCP was varied by changing the chemical composition of the metal functionalized block. Further, the diameter of the cylindrical domains was varied by varying the molecular weight of the cobalt-containing BCPs. These studies allowed us to understand the fundamental correlations between the self-assembled nanostructures and their macroscopic magnetic properties. In the second part of the thesis, a novel amphiphilic block copolymer (ABC), composed of a hydrophilic zwitterionic block and a hydrophobic PS block, was synthesized by ROMP. The formation of zwitterionic vesicles in an ionic liquid, as well as in PBS buffer, was confirmed by TEM and DLS characterization. The dispersion of vesicles within ionic liquid enabled the usage of conventional, room temperature TEM to visualize them in their solution state. This technique of materials characterization could be extended for the visualization of other hydrophilic soft matter.