Made available in DSpace on 2016-06-02T19:09:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseJFRC.pdf: 4478992 bytes, checksum: 4f9821b5fc063c6231c9f93eaa83d7ab (MD5) Previous issue date: 2003-10-29 / Universidade Federal de Minas Gerais / In the present work, Mg based nanocomposites were developed in the following systems: Mg TM, MgH2 TM, MgH2 MgF2 e MgH2 TM MgF2 (where TM means transition metal). The nanocomposites were processed by high energy ball milling and the obtained powders were characterized by in-situ X-ray diffraction during heating, transmission and scanning electron microscopy and differential scanning calorimetry. The microstructural evolution during heating of the MgH2 + 5%at%Nb was monitored by in-situ X-ray diffraction. It was concluded that the NbH/MgH2 and Nb/MgH2 nanointerfaces play major role on the hydrogen adsorption. These nanointerfaces act as fast diffusion paths or diffusion short circuits. The contribution of the thermodynamic attraction of these interfaces on hydrogen and its influence on sorption are also discussed. Both thermodynamic and kinetic effects accelerated the hydrogen desorption by the Mg-Nb composite. Based on the above, a mechanism for hydrogen desorption by the Mg-Nb by the Mg-Nb nanocomposite was proposed. It was observed that MgF2 greatly improved the desorption kinetics of hydrogen in the MgH2-MgF2 nanocomposite, showing it catalytic effect. The best result concerning the hydrogen desorption kinetics was for the [MgH2]90[MgF2]10 (wt %) nanocomposite. The on set desorption temperature of this nanocomposite was 253ºC. It was concluded that hydrogen diffuses through the MgH2/MgF2 nanointerfaces (fast diffusion paths). In this way, the hydrogen desorption kinetics was improved by the action of these nanointerfaces. / Neste trabalho foram desenvolvidos nanocompósitos para armazenagem de hidrogênio dos sistemas: Mg MT, MgH2 MT, MgH2 MgF2 e MgH2 MT MgF2 (onde MT significa metal de transição). Todos os nanocompósitos foram processados por MAE (moagem de alta energia) e os pós obtidos tiveram suas características morfológicas, estruturais e de dessorção de H2 investigadas por meio das técnicas de difração de raios-X in situ durante o aquecimento da amostra, microscopia eletrônica de varredura e transmissão e calorimetria diferencial de varredura. A evolução microestrutural do nanocompósito MgH2 + 5%at.Nb foi analisada por difração de raios-X in situ durante aquecimento. Foi concluído que as nanointerfaces NbH/MgH2 e Nb/MgH2 agem como caminhos de alta difusão ou curto circuitos difusionais. Além disso, é discutida a termodinâmica do hidrogênio por essas interfaces. A melhoria nas características de dessorção de H2 no nanocompósito Mg-Nb é explicada tanto pelos fatores cinéticos quanto pelos termodinâmicos. A partir daí foi proposto um mecanismo que descreve a dessorção do sistema Mg-Nb. Nos compósitos à base de MgH2 MgF2 foi possível constatar a efetividade catalítica do MgF2 no MgH2. O melhor resultado de cinética de dessorção do hidrogênio foi obtido com o nanocompósito [MgH2]90[MgF2]10 (%em massa). A temperatura de inicio da decomposição do hidreto de Mg foi de 253ºC. Foi concluído que no nanocompósito MgH2-MgF2 o hidrogênio penetra através das nanointerfaces MgH2/MgF2 (caminhos de alta difusividade e livre de óxidos), assim promovendo a aceleração da cinética de dessorção do nanocompósito.

This thesis details the design, fabrication, and testing of two optofluidic platforms, a square fused silica capillary and a MgF2-PDMS microfluidic chip to detect radiation-induced biochemical changes in cells during radiation treatment (radiotherapy). The platforms integrate a near-infrared Raman system of 785 nm excitation and a fiber-based optical trap at 1064 nm in a dual-beam configuration for the manipulation and subsequent examination of single polystyrene beads (5µm) and two breast carcinoma cell lines, MCF-7, and MDA-MB-23 (20-30 µm). Particular attention was paid to the role of MgF2 as a novel substrate for microfluidic fabrication and the device background contributions that could hinder spectral contributions from the samples. Successful optical trapping within the platforms was performed, which allowed the sample immobilization for the entire Raman acquisition time (10-30 s) via an orthogonally positioned objective for the excitation and collection of Raman signal. Data collected in the MgF2-PDMS microchip yielded high-quality spectra with no presence of PDMS characteristic Raman peaks in the spectral region of 450-1800 cm-1. / Graduate / 2023-04-08

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Niedertemperatur Sol-Gel Spin-Coating Verfahren entwickelt, mit dem sich Metalloxide und -fluoride in Form von Nanometer-dicken Schichten abscheiden lassen. Ziel dieses Verfahrens ist die Herstellung von anti- (AR) und hoch reflektierenden (HR) Schichtsystemen, die aus einem alternierenden Aufbau von niedrig brechenden und hoch brechenden Materialien bestehen. Zur Darstellung der Metallfluoride wurde dabei eine neuartige nichtwässrige Sol-Gel Synthese ausgehend von Metallalkoxiden und in Alkoholen einkondensiertem Fluorwasserstoff angewendet. Die abgeschiedenen Schichten, die bei 100 °C getrocknet wurden, sind mit REM, TEM und AFM auf ihre morphologische Struktur, mit EDX und XPS auf ihre chemische Zusammensetzung und mit Ellipsometrie und UV-vis Transmissionsspektroskopie auf ihre optischen Eigenschaften hin untersucht worden. Mit diesem Verfahren gelang die Präparation von homogenen MgF2- und TiO2-Schichten mit geringen Rauheiten (Ra < 2,0 nm) auf Si- und SiO2-Substraten. Die MgF2-Schichten haben einen Brechungsindex von n500 = 1,36. Die TiO2-Schichten weisen einen Brechungsindex von n500 = 2,05 auf. Die Dicken der MgF2- und TiO2-Schichten sind zwischen 25 nm und 500 nm einstellbar. Durch einen alternierenden Aufbau von MgF2- und TiO2-Schichten gelang außerdem erstmalig die Herstellung von Metallfluorid- und Metalloxid-basierten Schichtsystemen über einen Niedertemperatur Sol-Gel Prozess. Mit Hilfe der bestimmten optischen Eigenschaften der MgF2- und TiO2-Einzelschichten wurden einfache AR und HR Designs entwickelt und aufgebaut. Die Transmissionsspektren der Designs und der jeweiligen Schichtsysteme zeigten dabei gute Übereinstimmungen, gleiches galt für die mit Hilfe der Spektralellipsometrie aufgenommenen Reflexionsspektren. In dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass sich das Niedertemperatur Sol-Gel Verfahren prinzipiell zur Herstellung von einfachen AR und HR Schichtsystemen eignet. / This work deals with the development of a low temperature sol-gel spincoating process for thin films with thicknesses in the nanometer range based on metal oxides and metal fluorides. Optical films such as anti-reflective (AR) or high reflective coatings are of much interest and consist of alternating dielectric layers of low and high refractive index materials. Regarding the general procedure for the metal fluorides a novel nonaqueous sol-gel synthesis starting from metal alkoxides and alcohol-dissolved HF was used. The coatings were dried and calcined at 100 °C. The morphology of these films was characterised with REM, TEM and AFM. EDX and XPS were used to indentify the chemical composition and ellipsometry and UV-vis spectroscopy to determine the optical properties of the films. This new process allows the preparation of homogeneous magnesium fluoride and titanium dioxide layers with low roughness (Ra < 2.0 nm) on Si and SiO2 substrates. The thicknesses of the MgF2 and TiO2 single layers were adjustable between 25 nm and 500 nm depending on the number of coating steps and on the concentration of the used sols. The MgF2 layers had a refractive index of n500 = 1.36 and the TiO2 layers a refraction index of n500 = 2.05. For the first time, an alternating metal fluoride and oxide multilayer system was produced with a low temperature sol-gel method (consisting of MgF2 and TiO2). Based on the determined optical constants of the MgF2 and TiO2 single layers, AR and HR multilayer systems were calculated and fabricated. The transmission spectra of the designs and the corresponding multilayer were in good agreement. Similar results were obtained with the reflection spectra determined with spectral ellipsometry. The presented investigations were able to show that the developed low temperature sol-gel process using the spin-coating technique is suitable for the preparation of simple AR and HR multilayer systems.

Using the concept of the build-up cavity for second harmonic generation to produce 243nm laser light, an innovative cavity is theoretically explored using a 15mm length CLBO crystal. In order to limit the losses of the cavity, the number of effective optical surfaces is kept to only four and the use of a MgF2 crystal is adopted to separate the harmonic and fundamental laser beam from each other. The cavity is shown to have an expected round trip loss of five tenths of a percent or better, resulting in a conversion efficiency greater than 65%.

Aluminiumschichten werden durch Kaltgasspritzen auf fünf verschiedene poly- und monokristalline keramische Werkstoffe (Al2O3 , AlN, SiC, Si3N4 , MgF2 ) appliziert. Dabei erfolgt eine Variation der Substrattemperatur und der Partikelgröße. Ausgewählte Proben werden einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen. Die im Fokus der Arbeit stehende Erforschung der an der Grenzfläche zwischen Aluminium und Keramik wirkenden Haftmechanismen erfolgt sowohl mithilfe einer mechanischen Charakterisierung (Stirnzugversuche) als auch durch verschiedene mikroskopische, spektroskopische und hochauflösende Methoden. Die Bewertung der Untersuchungsergebnisse zeigt, dass im Allgemeinen ein Anstieg der Haftzugfestigkeit mit steigender Substrat- und Wärmebehandlungstemperatur sowie mit zunehmender thermischer Effusivität des Substratwerkstoffs zu verzeichnen ist. Eine vergleichbare Auswirkung hat innerhalb bestimmter Grenzen die Zunahme der Partikelgröße. Mit der Heteroepitaxie wird neben der mechanischen Verklammerung ein weiterer wichtiger Haftmechanismus kaltgasgespritzter metallischer Schichten auf keramischen Substraten identifiziert. Die Ausbildung von quasiadiabatischen Scherbändern und statische Rekristallisationsprozesse wirken dabei als wichtige begleitende Mechanismen. Als Nachweis für heteroepitaktisches Wachstum ist die Existenz von (annähernd) parallelen, senkrecht oder geneigt zur Grenzfläche stehenden Ebenenpaaren, die eine geringe Gitterfehlanpassung aufweisen, zu werten. Der Vergleich mit PVD-Schichten zeigt, dass in Bezug auf die Orientierung von Gitterebenen verschiedene Mechanismen der Heteroepitaxie existieren, die von der atomaren Mobilität des Beschichtungswerkstoffs bestimmt werden.

Aluminiumschichten werden durch Kaltgasspritzen auf fünf verschiedene poly- und monokristalline keramische Werkstoffe (Al2O3 , AlN, SiC, Si3N4 , MgF2 ) appliziert. Dabei erfolgt eine Variation der Substrattemperatur und der Partikelgröße. Ausgewählte Proben werden einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen. Die im Fokus der Arbeit stehende Erforschung der an der Grenzfläche zwischen Aluminium und Keramik wirkenden Haftmechanismen erfolgt sowohl mithilfe einer mechanischen Charakterisierung (Stirnzugversuche) als auch durch verschiedene mikroskopische, spektroskopische und hochauflösende Methoden. Die Bewertung der Untersuchungsergebnisse zeigt, dass im Allgemeinen ein Anstieg der Haftzugfestigkeit mit steigender Substrat- und Wärmebehandlungstemperatur sowie mit zunehmender thermischer Effusivität des Substratwerkstoffs zu verzeichnen ist. Eine vergleichbare Auswirkung hat innerhalb bestimmter Grenzen die Zunahme der Partikelgröße. Mit der Heteroepitaxie wird neben der mechanischen Verklammerung ein weiterer wichtiger Haftmechanismus kaltgasgespritzter metallischer Schichten auf keramischen Substraten identifiziert. Die Ausbildung von quasiadiabatischen Scherbändern und statische Rekristallisationsprozesse wirken dabei als wichtige begleitende Mechanismen. Als Nachweis für heteroepitaktisches Wachstum ist die Existenz von (annähernd) parallelen, senkrecht oder geneigt zur Grenzfläche stehenden Ebenenpaaren, die eine geringe Gitterfehlanpassung aufweisen, zu werten. Der Vergleich mit PVD-Schichten zeigt, dass in Bezug auf die Orientierung von Gitterebenen verschiedene Mechanismen der Heteroepitaxie existieren, die von der atomaren Mobilität des Beschichtungswerkstoffs bestimmt werden.