Como conseqüência à necessidade de desenvolver-se projetos cada vez mais otimizados em termos de custos e desempenho, existe uma crescente utilização de aços com melhores características, adequadas a uma ampla variedade de aplicações. Embora em relação ao grande número de projetos de elementos mecânicos realizados com sucesso as falhas mecânicas sejam mínimas, o custo envolvido com a ocorrência das mesmas é enorme. Dentre os diversos modos de falha em metais, a falha por fadiga tem uma especial importância por ser responsável por 50 a 90% das ocorrências sendo que a maioria destas falhas ocorre de forma inesperada. O principal objetivo deste trabalho é explorar a utilização do aço SAE 4340, em uma aplicação anteriormente restrita aos aços ferramenta, e estudar a efetividade da deposição de nitreto de titânio quanto ao aumento da vida em fadiga deste aço. O projeto de experimento desenvolvido para o presente trabalho considera o teste de corpos-de-prova nos estados recozido, temperado / revenido e temperado / revenido e revestido por TiN. Como resultado, são obtidas as curvas S - N para cada condição, sendo possível estudar a aplicabilidade do aço SAE 4340 e a tendência de aumento da vida em fadiga para os corpos-de-prova revestidos.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de ferramentas cerâmicas de SiA1ON aditivado com AlN, Al2O3, Ce2O3 e Y2O3 e revestidas com filme de diamante por CVD para a usinagem de compósito carbono-carbono 2D. Numa primeira etapa, foram confeccionados corpos de prova através de sinterização à pressão atmosférica, caracterizados em seguida quanto às suas propriedades físicas (fases presentes, microestrutura e massa específica) e mecânicas (microdureza e tenacidade à fratura). Posteriormente à etapa de caracterização, foram produzidas ferramentas de corte a partir desses materiais em dimensões padronizadas e revestidas com diamante. Finalmente as ferramentas foram testadas na usinagem do compósito carbono-carbono 2D. A relevância dos compósitos de carbono-carbono (C/C) deve-se a algumas de suas propriedades como: elevadas resistências à ablação e ao choque térmico, boa resistência mecânica, alta rigidez, inércia química e baixa massa específica. Entretanto, os custos associados às etapas de fabricação deste material são muito elevados. Em face de suas propriedades interessantes em altas temperaturas, crescem as aplicações dos compósitos C/C nas indústrias aeronáuticas, aeroespaciais, nuclear, biomédicas e automotivas, e também a necessidade do aprimoramento do seu processo de usinagem. Porém, devido ao seu caráter estratégico, escassa literatura sobre sua usinabilidade, e por ser este material de difícil usinabilidade (devido à grande abrasão das fibras de carbono), torna-se muito importante um estudo da sua usinabilidade desse material. Nos ensaios de usinagem, foram utilizados parâmetros de corte variados para avaliar sua influência no comportamento das ferramentas. Foi utilizada também uma ferramenta comercial sem revestimento para efeito de comparação com uma das ferramentas produzidas, também sem o revestimento. Após os ensaios ficou evidente que as ferramentas cerâmicas sem revestimento, tanto a comercial como a desenvolvida, não suportaram a ação abrasiva do compósito, apresentando altos valores de desgaste para reduzidos tempos de usinagem. Em contrapartida, as ferramentas revestidas apresentaram bom desempenho, com baixos níveis de desgaste para longos períodos de usinagem. As novas ferramentas de SiA1ON revestidas com diamantes desenvolvidas neste trabalho apresentaram um bom desempenho na usinagem do compósito carbono-carbono 2D, com baixos níveis de desgastes permitindo uma vida maior de que as ferramentas se revestimento ( cerca de 41 vezes) alcançando longos comprimentos usinados (7000 m) em altas velocidades de corte.

No cenário atual, com a sociedade em busca de energias alternativas economicamente viáveis, ambientalmente corretas e socialmente sustentáveis, a conversão de energia solar em eletricidade usando células fotoeletroquímicas possui destacada importância, devido ao baixo custo de fabricação e por não produzirem subprodutos poluentes, tóxicos ao homem e ao meio ambiente. Além disso, utilizam uma fonte de energia disponível em todo o mundo, evitando problemas de relações políticas entre as nações, diferentemente das fontes de energia fósseis, como é o caso do petróleo. Para a fabricação dos filmes finos necessários para o funcionamento dessas células solares, são empregadas diferentes técnicas, normalmente envolvendo processos químicos. A tecnologia de plasma surge como uma alternativa, pois permite maior controle no processo de fabricação, permitindo a obtenção de filmes com diferentes propriedades, além de garantir boa reprodutibilidade. Nesse trabalho foram obtidos e caracterizados filmes finos de oxinitreto de titânio (TiOxNy) pela técnica de magnetron sputtering. Os filmes foram caracterizados quanto as suas propriedades ópticas, químicas e morfológicas, a fim de se encontrar parâmetros de deposição que possibilitem a produção de filmes com características otimizadas para aplicação em células solares fotoeletroquímicas. Também foi desenvolvido neste trabalho, uma técnica auxiliar de injeção de gases, conhecida como gas pulsing technique [1,2,3], que possibilita a injeção dos gases de forma pulsada no reator. Com esta técnica desenvolvida no laboratório, foi possível obter filmes de TiOxNy com band gap reduzido, aproximadamente 1,91 eV, o que implica em um significativo aumento na região de absorção do espectro solar pelos filmes produzidos.

Corpos-de-prova de nitreto de silício reforçado com um concentrado de terras raras (obtido a partir da calcinação de um carbonato de terras raras, com alta concentração de ítrio) e nitreto de alumínio foram prensados isostaticamente a frio e sinterizados sem pressão assistida em atmosfera de nitrogênio. A relação entre matriz de nitreto de silício e aditivos foi variada de maneira a serem obtidas quatro composições diferentes. Os corpos-de-prova foram ensaiados quanto a sua fluência por compressão em atmosfera normal. As taxas de fluência secundária foram correlacionadas com a composição dos corpos de prova. A análise da composição criatalográfica e química, e a análise de microestrutura das peças sinterizadas foram realizadas por meio de difratometria de raios X, microscopia eletrônica de transmissão e microscopia eletrônica de varredura. Uma mudança de fases ocorre após tratamento térmico das amostras. Esta mudança está associada à alteração em composição das fases intergranulares, provocada pela difusão dos elementos que compõem as terras raras, com a subsequente cristalização das fases vítreas remanescentes. A amostra com menor teor de Si3N4 apresentou a fase intergranular cristalina Y2Si2O7 na sinterização, demonstrando a potencialidade do CTR na formação desta fase, quando utilizado em quantidade suficiente. As demais composições não apresentaram fases intergranulares cristalinas na sinterização, pelo menos ao nível de resolução dos difratômetros de raios X empregados. Já após o tratamento térmico, simulando as condições a que estariam sujeitas as amostras durante a fluência, a composição com menor concentração de Si3N4 apresentou a fase intergranular refratária Yb2Si2O7, originária do concentrado de terras raras, promovendo para esta mistura o maior valor de resistência à fluência, dentre as composições analisadas. As imagens por microscopia eletrônica de transmissão, além de mostrarem os grãos prismáticos hexagonais do nitreto de silício, confirmam a presença destas fases intercristalinas distribuídas na matriz de forma dispersa, escurecidas em função do alto número atômico dos elementos que as compõem, à base de terras raras. Seria necessária a utilização de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução, para possibilitar a visualização de fases vítreas intergranulares para essa composição. As análises por EDS nas amostras que apresentaram melhor desempenho a temperaturas elevadas (75% de Si3N4) mostraram, nas diversas regiões analisadas, concentração dos elementos Al, Si, Y e Yb, e concentrações mínimas dos contaminantes Fe e Ca. As amostras com pior desempenho em fluência mostram presença mais acentuada dos referidos contaminantes, reconhecidamente prejudiciais às propriedades mecânicas do Si3N4 em temperaturas elevadas. Os valores do expoente de tensão (n) próximo à unidade nas amostras analisadas indicam que o material se deforma de maneira contínua durante a fluência, com tensões localizadas atuando como forças motrizes para ativação do mecanismo de solução-reprecipitação do Si3N4, controlado pelas taxas das reações de solução-reprecipitação nas interfaces cristal-fase vítrea, ou pela taxa de transporte através da fase intergranular. Os resulatdos experimentais obtidos permitem considerar o concentrado de terras raras em conjunto com AIN como aditivos adequados para preparação de peças sinterizadas de Si3N4 com resistência sensível à fluência compressiva em atmosfera normal. A fase intergranular formada possui propriedades de resistência mecânica, química e à oxidação, potencialmente úteis para aplicações em temperaturas elevadas.

Neste trabalho desenvolvemos um potencial empírico para descrever as ligações químicas entre os átomos de silício, nitrogênio e hidrogênio usando a forma funcional de Tersoff. Exploramos as propriedades estruturais do nitreto de silício amorfo (a-SiNx:Hy) via simulação Monte Carlo e comparamos com dados experimentais. A boa descrição do sistema a-SiNx:Hy, para uma faixa de valores da concentração de nitrogênio (0<x<1,5) e da concentração de hidrogênio (0<y<40%) mostra que o modelo é realístico. Dependendo da concentração de nitrogênio, o hidrogênio possui preferência química diferente para ligar-se ao nitrogênio ou ao silício, o que é corroborado por resultados experimentais. Além do que, a incorporação do hidrogênio reduz consideravelmente a concentração de átomos subcoordenados no material. A estrutura eletrônica do amorfo e defeitos pontuais no nitreto de silício cristalino foram estudadas usando cálculos de primeiros princípios resolvendo as equações de Kohn-Sham. Para tal estudo as configurações inicialmente foram criadas via modelo empírico e serviram como entrada para o cálculo ab initio da energia total e das forças. Nossos resultados mostram que o hidrogênio tem um papel importante nas propriedades estruturais e eletrônicas do nitreto de silício amorfo. Em particular, demonstramos que o hidrogênio remove parcialmente níveis do gap de energia devido a saturação de ligações pendentes. / In this work we developed an empirical potential to describe the chemical bond among silicon, nitrogen and hydrogen atoms using the Tersoff functional form. We explored the structural properties of amorphous silicon nitride (a-SiNx:H,) through the Monte Carlo simulations and compared with experimental data. The good description of the a-SiNx:Hy, systems for a wide range of nitrogen contents (0<x<1.5) and hydrogen contents (0<y<40%) show the reliability of this model. Depending on nitrogen content, hydrogen has a different chemical preference to bond to either nitrogen or silicon, which is corroborated by experimental finding. Besides, hydrogen incorporation reduced considerably the concentration of undercoordinated atoms in the material. Electronic structure of amorphous and point defects in crystalline silicon nitride were studied using first-principles calculations solving the Kohn-Sham equations. For such study the configurations were created initially by empirical model as input for the ab initio total energy and forces calculations. Our results show that hydrogen plays an important role in the structural and electronic properties of amorphous silicon nitride. In particularly we demonstrated the role played by hydrogen to remove partially the levels in the energy gap due saturation of the dangling bond.

Submitted by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2015-02-13T14:53:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_EstudoInfluenciaDefeitos.pdf: 3902755 bytes, checksum: 3a98a1433ed84c0f44aaf4f80c9a6ffa (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2015-02-19T12:20:10Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_EstudoInfluenciaDefeitos.pdf: 3902755 bytes, checksum: 3a98a1433ed84c0f44aaf4f80c9a6ffa (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-19T12:20:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_EstudoInfluenciaDefeitos.pdf: 3902755 bytes, checksum: 3a98a1433ed84c0f44aaf4f80c9a6ffa (MD5) Previous issue date: 2014 / Os nanotubos de carbono e nitreto de boro são nano estruturas unidimensionais que apresentam comportamento tanto metálico quanto semicondutor, dependendo da sua quiralidade, exceto para os nanotubos de nitreto de boro que apresentam sempre características semicondutoras, caso não estejam dopados. Devido suas características eletrônicas, os nanotubos apresentam grandes possibilidades de aplicação em dispositivos de nanoeletrônica, tais como nanodiodos, nanotransistores e como elementos de interconexão, dentre outros. Por esta razão, é importante compreender como fatores externos agem sobre as propriedades de tais materiais. Um desses fatores externos é a introdução de defeitos nos nanotubos. Tais defeitos são a ausência de um ou mais átomos de carbono, pertencente ao nanotubo de carbono e, de nitrogênio ou boro, para os nanotubos de nitreto de boro, ou ainda, a substituição de átomos de carbono, nitrogênio ou boro por diferentes átomos na estrutura dos correspondentes nanotubos. Este trabalho apresenta um estudo teórico dos efeitos da introdução de defeitos, por substituição, nas propriedades eletrônicas dos nanotubos de carbono e nitreto de boro, via simulação ab-initio. Avaliam-se as estruturas de banda de energia e densidade de estados de nanotubos de carbono semicondutores e metálicos tipos armchair e zig-zag e apenas do tipo armchair para os nanotubos de nitreto de boro usando o método LACW – método das ondas cilíndricas linearizadas aumentadas. Além disso, devido a crescente importância dos nanotubos de nitreto de boro, fazemos um estudo sistematizado da estrutura eletrônica desses nanotubos, para uma supercélula formada por três células unitárias, usando dopagem intrínseca, bem como uma análise quantitativa, baseada na energia total e banda proibida, de estabilidade dessas estruturas. / The carbon and boron nitride nanotubes are one-dimensional structures which exhibit behavior both as metallic and semiconductor, depending on their chirality, except for the nanotubes of boron nitride which always have semiconductor characteristics, for pristine nanotubes. Due to their electronic characteristics, the nanotubes have great potential for application in nanoelectronic devices, such as nanodiodes, nanotransistors, interconnection elements, etc. For this reason, it is important to understand how external factors influence on the properties of such materials. One such factor is the introduction of external defects in the nanotubes. Such defects are the absence of one or more carbon atoms belonging to carbon nanotube and nitrogen or boron for boron nitride nanotubes, or the substitution of carbon, nitrogen or boron atoms by different ones in the structure of the corresponding nanotubes. This work presents a theoretical study of the effects of the introduction of a substitutional defects in the electronic properties of carbon and boron nitride nanotubes, via ab-initio simulation. The energy band and density of states structures was evaluated for both semiconducting and metallic carbon nanotube armchair and zig-zag types respectively and for boron nitride nanotube only armchair type using the method LACW - linearized augmented cylindrical waves. Furthermore, due to the boron nitride nanotubes are growing in importance, we make an additional systematic study of the electronic structure for these nanotubes, for a super cell formed by three unit cells, using intrinsic doping as well as quantitative analysis about relative stability based on the total energy and band gap value of these structures.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Materiais, na Faculade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Professores Doutores Rui Ramos Ferreira e Silva e José Manuel Ramos Gomes

Neste trabalho, filmes finos e nanotubos (NTs) de Ta3N5 foram sintetizados por termo-nitretação a partir de Ta2O5 amorfo. Filmes finos de Ta2O5 foram preparados por rádio frequência magnetron sputtering e os nanotubos foram preparados por anodização electroquímica. Foram investigadas as propriedades eletrônicas, ópticas, estruturais, superfíciais e, particularmente, as propriedades fotoeletroquímicas dos amostras de Ta3N5. Difração de raios-X e análises de microscopia eletrônica de alta resolução mostraram que filmes finos de Ta3N5 apresentam fase monoclínica, enquanto nanotubos de Ta3N5 estrutura cristalina ortorrômbica. Para os filmes finos de Ta3N5 foram obtidos constantes ópticas por elipsometria espectroscópica. O valor obtido para a constante dielétrica foi de 7–9 na região espectral visível (3,1-1,7 eV). Após o estudo dos filmes finos de Ta3N5 as investigações centraram-se nos nanotubos. Para preservar a morfologia tubular em altas temperaturas de nitretação, o processo de anodização foi otimizado para aumentar a aderência e a espessura da parede dos nanotubos de Ta2O5.O refinamento Rietveld mostrou que o processo de nitretação resulta em defeitos Schottky de nitrogênio e tântalo, além de isso, a amostra apresenta defeitos substitucionais do oxigênio. Utilizando voltametria cíclica, cronoamperometria e espectroscopia de impedância electroquímica foi observado que o desempenho fotoeletroquímico inferior dos nanotubos puros de Ta3N5 é atribuído à presença de estados aprisionados associados a interface dos nanotubos de Ta3N5–electrólito com electrólito padrão. Ainda, mesmo altamente cristalinos os nanotubos puros de Ta3N5 não podem suportar os estados de aprisionamento mencionados, que prejudicam o desempenho do fotoanodo e, assim, necessitam a aplicação de maior polarização externa (> 1,23 V vs RHE). Estes resultados não foram observados no electrólito contendo reagente de sacrifício. A espectroscopia de impedância electroquímica mostrou que o transporte de carga na interface de semicondutores–eletrólito é altamente influenciada pelas condições de nitretação. No entanto, a banda plana de nanotubos de Ta3N5 puro mantem-se inalterada. Verificou-se que para um melhor desempenho fotoelectroquímico das nanotubos de Ta3N5 a temperatura de nitretação deve ser suficientemente elevada para melhorar a cristalinidade, mas o tempo deve ser curto o suficiente para preservar a morfologia tubular. A melhora do desempenho fotoeletroquímico foi relacionada com baixo teor de oxigênio, alta cristalinidade, baixa formação de defeitos e baixa transferência de carga na interface do semicondutor com o eletrólito, obtidos em condições de anodização e nitretação ideais. / In this work thin films and nanotubes (NTs) of Ta3N5 have been synthesized by thermal nitridation of amorphous Ta2O5 starting materials. Ta2O5 thin films were prepared by radio frequency magnetron sputtering; whereas Ta2O5 NTs were prepared by electrochemical anodization. With the aim to investigate electronic, optical structural, surface, and particularly photoelectrochemical properties; the Ta3N5 samples were studied employing thorough characterization techniques. X-ray diffraction and high resolution electron microscopy analyses have shown that Ta3N5 thin films exhibit monoclinic phase whereas Ta3N5 NTs present orthorhombic crystalline structure of Ta3N5. Utilizing Ta3N5 thin films the optical constants were obtained by spectroscopic ellipsometry. The obtained dielectric constant of Ta3N5 thin film was in the range of 7–9 in the visible spectral region (3.1–1.7 eV). After studying Ta3N5 thin films the investigations were focused on the NTs. To preserve the tubular morphology of Ta3N5 NTs at higher nitridation temperatures the anodization was optimized by fine-tuning the adherence and the wall thickness of Ta2O5 NTs. The Rietveld refinement has confirmed that in addition to oxygen substitutional defects the nitridation process results in Schottky defects of nitrogen and tantalum within the crystalline structure. Utilizing cyclic voltammetry, chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy it was observed for the first time that lower photoelectrochemical performance of pristine T3N5 NTs is attributed to the presence of trapping states associated with T3N5 NTs–electrolyte interface in standard electrolyte. Even highly crystalline pristine Ta3N5 NTs could not cope with these trapping states. These states devastate the performance of the photoanode and present the necessity of applying higher biasing (> 1.23 V vs RHE); which is a major drawback of using pristine Ta3N5 NTs for water splitting. These were not observed in the electrolyte containing sacrificial reagent due to its efficient hole scavenging ability. Electrochemical Impedance spectroscopy has shown that the charge transportation at the Semiconductor–Electrolyte interface is highly influenced by the nitridation conditions; however, the flat band of pristine Ta3N5 NTs remained unchanged. It was found that for improved photoelectrochemical performance of Ta3N5 NTs the nitridation temperature should be high enough to improve crystallinity but the time should be short enough to preserve the tubular morphology. The improved photoelectrochemical performance was related to low oxygen content, high crystallinity, low defects formation and low interfacial charge transfer at Semiconductor–Electrolyte interface, obtained at optimum anodization and nitridation conditions.

Neste trabalho, filmes finos e nanotubos (NTs) de Ta3N5 foram sintetizados por termo-nitretação a partir de Ta2O5 amorfo. Filmes finos de Ta2O5 foram preparados por rádio frequência magnetron sputtering e os nanotubos foram preparados por anodização electroquímica. Foram investigadas as propriedades eletrônicas, ópticas, estruturais, superfíciais e, particularmente, as propriedades fotoeletroquímicas dos amostras de Ta3N5. Difração de raios-X e análises de microscopia eletrônica de alta resolução mostraram que filmes finos de Ta3N5 apresentam fase monoclínica, enquanto nanotubos de Ta3N5 estrutura cristalina ortorrômbica. Para os filmes finos de Ta3N5 foram obtidos constantes ópticas por elipsometria espectroscópica. O valor obtido para a constante dielétrica foi de 7–9 na região espectral visível (3,1-1,7 eV). Após o estudo dos filmes finos de Ta3N5 as investigações centraram-se nos nanotubos. Para preservar a morfologia tubular em altas temperaturas de nitretação, o processo de anodização foi otimizado para aumentar a aderência e a espessura da parede dos nanotubos de Ta2O5.O refinamento Rietveld mostrou que o processo de nitretação resulta em defeitos Schottky de nitrogênio e tântalo, além de isso, a amostra apresenta defeitos substitucionais do oxigênio. Utilizando voltametria cíclica, cronoamperometria e espectroscopia de impedância electroquímica foi observado que o desempenho fotoeletroquímico inferior dos nanotubos puros de Ta3N5 é atribuído à presença de estados aprisionados associados a interface dos nanotubos de Ta3N5–electrólito com electrólito padrão. Ainda, mesmo altamente cristalinos os nanotubos puros de Ta3N5 não podem suportar os estados de aprisionamento mencionados, que prejudicam o desempenho do fotoanodo e, assim, necessitam a aplicação de maior polarização externa (> 1,23 V vs RHE). Estes resultados não foram observados no electrólito contendo reagente de sacrifício. A espectroscopia de impedância electroquímica mostrou que o transporte de carga na interface de semicondutores–eletrólito é altamente influenciada pelas condições de nitretação. No entanto, a banda plana de nanotubos de Ta3N5 puro mantem-se inalterada. Verificou-se que para um melhor desempenho fotoelectroquímico das nanotubos de Ta3N5 a temperatura de nitretação deve ser suficientemente elevada para melhorar a cristalinidade, mas o tempo deve ser curto o suficiente para preservar a morfologia tubular. A melhora do desempenho fotoeletroquímico foi relacionada com baixo teor de oxigênio, alta cristalinidade, baixa formação de defeitos e baixa transferência de carga na interface do semicondutor com o eletrólito, obtidos em condições de anodização e nitretação ideais. / In this work thin films and nanotubes (NTs) of Ta3N5 have been synthesized by thermal nitridation of amorphous Ta2O5 starting materials. Ta2O5 thin films were prepared by radio frequency magnetron sputtering; whereas Ta2O5 NTs were prepared by electrochemical anodization. With the aim to investigate electronic, optical structural, surface, and particularly photoelectrochemical properties; the Ta3N5 samples were studied employing thorough characterization techniques. X-ray diffraction and high resolution electron microscopy analyses have shown that Ta3N5 thin films exhibit monoclinic phase whereas Ta3N5 NTs present orthorhombic crystalline structure of Ta3N5. Utilizing Ta3N5 thin films the optical constants were obtained by spectroscopic ellipsometry. The obtained dielectric constant of Ta3N5 thin film was in the range of 7–9 in the visible spectral region (3.1–1.7 eV). After studying Ta3N5 thin films the investigations were focused on the NTs. To preserve the tubular morphology of Ta3N5 NTs at higher nitridation temperatures the anodization was optimized by fine-tuning the adherence and the wall thickness of Ta2O5 NTs. The Rietveld refinement has confirmed that in addition to oxygen substitutional defects the nitridation process results in Schottky defects of nitrogen and tantalum within the crystalline structure. Utilizing cyclic voltammetry, chronoamperometry and electrochemical impedance spectroscopy it was observed for the first time that lower photoelectrochemical performance of pristine T3N5 NTs is attributed to the presence of trapping states associated with T3N5 NTs–electrolyte interface in standard electrolyte. Even highly crystalline pristine Ta3N5 NTs could not cope with these trapping states. These states devastate the performance of the photoanode and present the necessity of applying higher biasing (> 1.23 V vs RHE); which is a major drawback of using pristine Ta3N5 NTs for water splitting. These were not observed in the electrolyte containing sacrificial reagent due to its efficient hole scavenging ability. Electrochemical Impedance spectroscopy has shown that the charge transportation at the Semiconductor–Electrolyte interface is highly influenced by the nitridation conditions; however, the flat band of pristine Ta3N5 NTs remained unchanged. It was found that for improved photoelectrochemical performance of Ta3N5 NTs the nitridation temperature should be high enough to improve crystallinity but the time should be short enough to preserve the tubular morphology. The improved photoelectrochemical performance was related to low oxygen content, high crystallinity, low defects formation and low interfacial charge transfer at Semiconductor–Electrolyte interface, obtained at optimum anodization and nitridation conditions.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-11T13:33:18Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2568503 bytes, checksum: df847883585ac25cc1e993ba9c1fcd9f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-11T13:33:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2568503 bytes, checksum: df847883585ac25cc1e993ba9c1fcd9f (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The opening a energy gap in graphene is probably one of the most important and urgent topics in its research currently, since most of the proposed applications for graphene in nanoelectronic devices require the ability to adjust its gap. In materials similar to graphene as BN and BC2N, the tuning of some properties is also indispensable so that they can be used as basic components of future nanoelectronic and spintronic. Graphene nanoribbons are strong candidates in this regard. All these systems have widely tunable properties and there are several theoretical and experimental methods which can be used for this purpose, one of them is to incorporate defects, since these defects have been obtained experimentally in these systems. In this context, using first-principles calculations, based on the density functional theory (DFT), we investigate alterations in the structural, electronic, energetic and magnetic properties due to the inclusion of different types of defects in monolayers and nanoribbons of graphene, BN and hybrid graphene-BC2N. As a result of the controlled inclusion of these defects, a series of new results were observed, as well as the tuning of the structural, electronic, energetic and magnetic properties in these systems. / A abertura de um gap de energia no grafeno é provavelmente um dos temas mais importantes e urgentes em sua pesquisa atualmente, uma vez que, a maioria das aplicações propostas para o grafeno em dispositivos nanoeletrônicos requer a capacidade de ajustar seu gap. Em materiais similares ao grafeno como BN e o BC2N o ajuste de algumas propriedades também é indispensável para que eles possam fazer parte como componentes ativos na nanoeletrônica e spintrônica no futuro. As nanofitas são fortes candidatas nesse sentido. Todos esses sistemas possuem propriedades bastante ajustáveis e existem vários métodos teóricos e experimentais que podem ser usados para este fim, um deles, é a inclusão de defeito, defeitos têm sido obtido experimentalmente nesses sistemas. Neste contexto, usando cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade (DFT), investigamos as mudanças provocadas nas propriedades eletrônicas, energéticas, estruturais e magnéticas devido à inclusão de vários tipos de defeitos em monocamadas e nanofitas de grafeno, BN e híbridas de grafeno-BC2N. Como resultado da inclusão controlada desses defeitos, observamos uma série de novos resultados, bem como o ajuste de várias propriedades para esses sistemas através da inclusão controlada de defeitos.