Materiais eletromagnéticos são extensamente usados em uma variedade de aplicações, que vão de núcleo de transformadores até componentes de satélites. A extração da permeabilidade ( ) e permissividade ( ) complexas de placas e filmes utilizam os modos transversal eletromagnético e quase transversal eletromagnético, empregando os dispositivos stripline e microstrip, respectivamente, como porta-amostra. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo a confecção de um porta-amostra inovador que pode ser usado para extrair a e utilizando o modo transversal eletromagnético. O porta-amostra possui uma geometria no formato de semicírculo operacional na faixa de frequência de 40Hz até 3GHz. A sua principal vantagem é a facilidade na conexão e robustez, igual a de uma linha coaxial de ar com terminações do tipo N. Ainda, ele foi desenvolvido para facilitar o acesso para posicionar ou implantar amostras: A área útil de medição é constituída de parte móvel para deposição de filme ou fixar laminas de amostras. O porta-amostra foi estudado em função da razão entre os condutores e desta forma pode ser redimensionado para suportar amostras com espessuras superiores a 1,85mm ou conectar a analisadores que possuem impedância de entrada diferente de 50 ?. Para avaliar a sensibilidade eletromagnética foram analisados os seguintes materiais: PVC, PMMA, PE, filme de ferrita (Co0,5Cu0,5Fe2O4 e resina epóxi), compósito (cimento Portland CP-V e ferrita Cu0,9Co0,1Fe2O4) e compósito (ferrita NiZn e silicone). Em baixa frequência (40Hz até 110MHz), os valores de e das amostras de PVC, PE e PMMA com espessura de 1,85mm estão em conformidade com os dados obtidos na literatura. O filme de ferrita caracterizado pelo porta -amostra apresentou um comportamento típico de Debye, que é uma característica da ferrita estudada. O valor de diminuiu com o aumento da ferrita no compósito (cimento Portland CP-V e ferrita Cu0,9Co0,1Fe2O4), isto mostra a sensibilidade do porta-amostra semicírculo na presença de uma variação na composição química. O compósito (ferrita NiZn e silicone) apresentou os mesmos valores de e quando caracterizados pelo porta-amostra semicírculo e pelo porta-amostra coaxial. Em alta frequência (50MHz até 3GHz), a convergência ocorreu acima de 2,5GHz para as amostras de PVC, PMMA e PE.

Devido às suas propriedades magnéticas e alta resistividade (>105 Om) em altas freqüências, os materiais magnéticos cerâmicos têm sido largamente usados, nas últimas décadas, em aplicações de RF, absorvedores de microondas, transdutores em transformadores de pulso e supressores de ruído. Estes materiais estão entre os principais constituintes de equipamentos utilizados nas indústrias aeronáutica, automobilística, etc. Desde meados de 1970, vários métodos foram desenvolvidos para medir a permeabilidade magnética (m) e a permissividade elétrica (e) destes materiais. Neste trabalho foi empregado o algoritmo de Nicolson, Ross e Weir (NRW), que de forma explícita relaciona os parâmetros de espalhamento S medidos numa linha coaxial de ar, utilizada como porta-amostra, com os valores de mr* e er* complexos. A rotina computacional desenvolvida em ambiente MATLAB V6.5 foi validada em duas etapas de testes, para garantir a confiabilidade dos resultados gerados na faixa de freqüência de 50 MHz a 200 MHz. Na primeira etapa, o processo de validação envolveu o uso de dados de parâmetros S gerados a partir de expressões analíticas - dados virtuais. Na segunda etapa, dados de parâmetros S medidos nas duas portas de uma linha coaxial, preenchida com uma amostra de Ni-Zn, foram submetidos à execução da rotina computacional desenvolvida e, os dados de mr* e er* gerados foram comparados com os obtidos de um programa computacional comercial da Agilent Co., considerado o estado da arte. A partir dos dados de mr* e er* dessa amostra de ferrita, discutem-se as soluções para ampliar a faixa de freqüência do ensaio, as divergências e multiplicidades das soluções geradas pelo algoritmo e os efeitos nas variações de planos de referências para as medidas dos parâmetros S.

Atualmente, o setor produtivo vem impulsionando o interesse da comunidade científica no estudo das técnicas de transmissão/reflexão (T/R) para a caracterização de propriedades eletromagnéticas de amostras sólidas de materiais em amplas faixas de frequências. Tais propriedades são aplicáveis, por exemplo, no desenvolvimento de projetos de circuitos de micro-ondas, estudos biológicos e de materiais absorvedores de radiação eletromagnética. Neste contexto, este trabalho tem por objetivo o estudo do algoritmo de Nicolson-Ross-Weir (NRW), que associa os parâmetros de espalhamento, medidos com o auxílio de Analisadores de Redes Vetoriais (VNA), com os valores de permissividade e permeabilidade relativas complexas para amostras toroidais inseridas dentro de linhas coaxiais de ar. A metodologia de estudo consiste na implementação de uma rotina NRW computacional, desenvolvida em ambiente VEE 8.0, e validada por meio de comparação de seus resultados com aqueles obtidos de programas comerciais. O programa Agilent Co. foi empregado na extração de permissividade e permeabilidade complexas relativas para uma amostra experimental de Ferrita Mn-Mg, estudada de 50MHz a 500MHz. Modelos eletromagnéticos de simulação para uma linha coaxial de ar preenchida com amostras de Teflon, Madeira e Ferrita Virtual, estudados até 5GHz, são desenvolvidos com a ferramenta CST Microwave Studio 2008 (MWS) para auxílio no processo de validação das rotinas de correções de erros provenientes da existência de lacunas de ar longitudinais e transversais, situadas entre as extremidades das amostras e dos portas-amostra. As simulações permitem ainda o estudo de instabilidade do método NRW em faixas de frequências próximas àquelas onde o comprimento da amostra torna-se múltiplo de meio comprimento de onda do sinal eletromagnético que se propaga através dela. A conclusão do trabalho discute as divergências encontradas entre os resultados alcançados por meio da rotina implementada e os das ferramentas comerciais (Agilent Co, e MWS 2008), e também apresenta sugestões para trabalhos futuros.

Atualmente, empregam-se ferramentas computacionais para o desenvolvimento de estruturas eletromagnéticas, com o objetivo de eliminar os altos custos de prototipagem e de ensaios de conformidade. Para se garantir a confiabilidade dos resultados gerados nas simulações computacionais, faz-se necessária a submissão de bancos de dados com as propriedades eletromagnéticas dos materiais empregados. O Grupo de Sistemas Eletromagnéticos (GSE) do CNPq/IEAv realiza pesquisas na área de aplicações de materiais cerâmicos eletromagnéticos em sensores aeroespaciais, em especial para transdutores de pulso de corrente, de presença de rádio frequência (RF) e magnetoelásticos. De acordo com a literatura, as ferritas de cobalto têm potencial para aplicações nesses três tipos de sensores. No entanto, não são encontrados dados suficientes que possam cumprir as exigências de projeto para os seus desenvolvimentos. Dessa forma, o objetivo desse trabalho foi o estudo da dispersão eletromagnética dessas cerâmicas. Foram confeccionadas amostras de ferrita de cobalto em três diferentes temperaturas de sinterização: 1100 C, 1200 C e 1300 C. Medidas de DRX dessas amostras confirmaram a presença da esperada estrutura espinélio inverso. Foram realizadas medidas de permeabilidade magnética ( ) e da permissividade elétrica ( ), na faixa de frequência de 50 MHz a 5 GHz. Foi possível determinar a influência da temperatura de sinterização nas frequências de relaxação das amostras, cujos valores encontrados foram 3,35 GHz, 2,51 GHz e 2,92 GHz, respectivamente. O valor de foi menor que 2, e o valor de foi menor que 13. As perdas magnéticas ( ) foram desprezíveis, e as perdas dielétricas ( ) atingiram 12,07. A curva de dispersão dielétrica das amostras apresentou um comportamento típico de resposta de relaxação de Debye. Também são apresentadas curvas de histerese e medidas de magnetostricção.

As propriedades eletromagnéticas dos materiais são necessárias em diversos campos de pesquisa, como no desenvolvimento de absorvedores eletromagnéticos, e também no setor produtivo, como nas indústrias das áreas de telecomunicações e aeroespacial. Um dos métodos mais utilizados para calcular a permissividade e a permeabilidade dos materiais é o algoritmo de conversão de Nicholson-Ross-Weir. Entretanto, precauções devem ser tomadas para corrigir erros de precisão nos resultados, como os causados pela posição do material dentro do porta-amostra em relação ao plano de referência definido durante o processo de calibração do sistema. Entretanto, o método invariante no plano de referência possibilita a redução das incertezas causadas pela posição da amostra para obtenção das propriedades eletromagnéticas do material estudado de maneira mais precisa. Nesse trabalho foram considerados os conceitos teóricos e o desenvolvimento prático necessários à implementação de uma rotina computacional em ambiente Agilent VEE utilizando o método invariante no plano de referência para determinação da permissividade elétrica e da permeabilidade magnética em amostras do tipo toroidal inseridas em linhas coaxiais de ar através de medidas da transmissão/reflexão. Para validar a rotina, os parâmetros de espalhamento obtidos de uma simulação de uma amostra de teflon foram utilizados como dados de entrada e os resultados comparados com os valores de permissividade da simulação, onde foi observada uma diferença menor que 0,05% entre os resultados e a simulação. A seguir, os resultados de amostras de PVC e ferrita de Co2Ba3Fe24O41 na faixa de frequência de 0,5 a 4 GHz foram comparados com os calculados por uma ferramenta comercial, onde foi observada uma convergência entre os resultados da rotina e o programa comercial. A seguir, foram feitas medições variando a distância entre a amostra e o plano de calibração para demonstrar que a rotina implementada não depende da posição da amostra.

Foi realizado um estudo da técnica de Microscopia de Varredura em Micro-ondas (SMM - Scanning Microwave Microscopy) para caracterização da microestrutura e das propriedades eletromagnéticas locais em amostras, baseando-se em medidas do coeficiente de espalhamento de reflexão (S11) e da topografia, na faixa de frequência de 2-7 GHz. Para compreender as imagens geradas com o arranjo experimental empregado na técnica de SMM, amostras microestruturadas, com propriedades eletromagnéticas conhecidas, foram confeccionadas e analisadas. Foram estudados substratos de mica com deposições de cobre (Cu-mica) e dióxido de titânio (TiO2-mica), estruturas de dióxido de silício depositadas sobre silício de baixa resistividade (grade de calibração) e ferrita Cu0,7Co0,3Fe2O4 (ferrita de cobre-cobalto). A partir das imagens de SMM dessas amostras, foi observado que a condutividade elétrica possui maior contribuição para o contraste das imagens. A variação da amplitude e fase de S11 entre os dois materiais de cada amostra foram comparadas. Para a frequência de 2,36 GHz, as maiores variações da amplitude e fase de S11 ocorreram na amostra Cu-mica, iguais a 0,1 dB e 0,2, respectivamente, e as menores variações, correspondendo a 0,001 dB e 0,004, respectivamente, foram observadas na amostra TiO2-mica, valores estes próximos dos níveis de ruído do sistema de medição. Na caracterização superficial da ferrita de cobre-cobalto foram revelados detalhes de sua microestrutura em função das imagens de topografia e no modo força lateral. Foram identificadas as presenças de fases diferentes, nos contornos e regiões intragranulares, atribuídas à formação de fase líquida de óxido de cobre II (CuO) e de fase policristalina da ferrita, confirmadas também pela distribuição espacial da condutividade elétrica nessas diferentes regiões. Para analisar a penetrabilidade do campo na amostra, compósitos com ferrita manganês-zinco e compósito com nanofibras de carbono foram investigadas. O material particulado magnético na matriz polimérica foi detectado pela técnica de SMM, no entanto, os contrastes nas imagens não foram marcantes, indicando que a resolução geométrica dessas partículas aparentam ser função das áreas de espalhamento e de características de absorção eletromagnéticas. Nas imagens do compósito com nanofibras de carbono, foram observadas com clareza as estruturas condutoras abaixo da superfície, que não são vistas nas imagens de topografia, mas estão presentes nas imagens de distribuição espacial do S11. Artefatos observados nas imagens e limitações da técnica de SMM também são apresentados e discutidos.

O principal objetivo deste estudo é contribuir para uma maior compreensão da interação de aditivos magnéticos com a onda eletromagnética, na faixa de micro-ondas (2-18 GHz), de materiais absorvedores de radiação eletromagnética (MARE). Nesse sentido, este trabalho mostra o comportamento eletromagnético de diferentes tipos de MARE à base de ferrita de MnZn, ferro carbonila e suas misturas em uma matriz de silicone. Ênfase foi dada na determinação dos parâmetros permissividade e permeabilidade complexas, na faixa de 2 a 18 GHz e refletividade entre 8,2 - 12,4 GHz. Para a determinação dos parâmetros complexos foi estabelecida uma metodologia de medidas via técnica de guia de ondas coaxial. A partir dos resultados obtidos observa-se, por exemplo, que no caso da permissividade, a ferro carbonila interage prioritariamente com o campo elétrico da onda incidente, por meio do componente de armazenamento, já que o componente de perdas do campo elétrico é desprezível. Já, a ferrita de MnZn estudada mostra variação dos componentes de armazenamento e de perdas com o aumento da concentração de aditivo no MARE e da frequência de medida. Quanto à permeabilidade, verifica-se que a amostra de MARE à base de ferro carbonila apresenta os maiores valores (1,0 a 2,2), ou seja, este aditivo interage mais intensamente com o campo magnético da onda do que a ferrita MnZn (0,7 a 1,8). Medidas de refletividade de amostras de MARE, experimentais ou simuladas, obtidas pelo uso dos aditivos puros como das suas misturas apresentam bons resultados (70 - 99% de atenuação da radiação incidente). Verifica-se, ainda, que esses materiais comportam-se como absorvedores de micro-ondas do tipo ressonante. Os resultados também confirmam que a atenuação da radiação incidente é dependente da proporção dos aditivos magnéticos, da espessura da amostra e da frequência. Estudos comparativos de medidas de refletividade experimentais e simuladas mostram boa concordância, indicando que a simulação é uma ferramenta de apoio à otimização do processamento de MARE, contribuindo para a redução de custos e de tempo de processamento.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-05-23T14:29:46Z No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 4795148 bytes, checksum: c54fd3a89b2f0d0910af969c83f2d9b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-23T14:29:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivo total.pdf: 4795148 bytes, checksum: c54fd3a89b2f0d0910af969c83f2d9b6 (MD5) Previous issue date: 2015-06-18 / Duplex stainless steels (AID) are characterized for having good mechanical strength and corrosion. However, when subjected to manufacturing processes requiring the material thermal cycles with temperatures above 600 ° C, occurs emergence of fragile phases that compromise his toughness and corrosion resistance. Among these phases there is the presence of σ phase, rich in chromium and high hardness. In this paper we sought to develop a monitoring technique of the formation of σ phase. This technique is based on the study of the interaction between microstructure of the duplex stainless steel and the magnetic field applied to the material. Specimen with different amounts of σ phase were obtained by aging at temperatures of 800 °C and 900 °C. Aged AID was characterized by optical microscopy and scanning electron, hardness tests, impact tests and X-ray diffraction. The volumetric percentage of this phase was estimated by X-ray diffraction and processing of optical microscopy images. The magnetic field measurements were performed with a Hall effect sensor. The results show that the rise of the phase reduced the σ value of the magnetic permeability of the material, indicating that the magnetic properties and permeability measurements, as well as the resultant magnetic field, can be used for monitoring formation of this phase. The study proves to be developed effective technique for monitoring the duplex stainless steel embrittlement. / Os aços inoxidáveis duplex (AID) se caracterizam por apresentarem boa resistência mecânica e à corrosão. Contudo, quando submetidos a processos de fabricação que impõe ao material ciclos térmicos com temperaturas acima de 600 oC, ocorre surgimento de fases fragilizantes que comprometem a sua tenacidade e resistência à corrosão. Entre essas fases destaca-se a presença da fase σ, rica em cromo e de elevada dureza. Neste trabalho buscou-se desenvolver uma técnica de acompanhamento da formação da fase σ. Essa técnica se baseou no estudo da interação entre microestrutura do aço inoxidável duplex e ao campo magnético aplicado ao material. Amostras com diferentes quantidades de fase σ foram obtidas pelo envelhecimento nas temperaturas de 800ºC e 900ºC. O AID envelhecido foi caracterizado por microscopia ótica e eletrônica de varredura, ensaios de dureza, testes de impacto e difração de raios X. O percentual volumétrico dessa fase foi estimado por difração de raios X e processamento de imagens de microscopia óptica. As medidas de campo magnético foram realizadas com um sensor de efeito Hall. Os resultados mostram que o surgimento da fase σ reduziu o valor da permeabilidade magnética do material, indicando que as propriedades magnéticas e que medidas de permeabilidade, bem como do campo magnético resultante, podem ser utilizadas para acompanhamento de formação dessa fase. O estudo comprova ser a técnica desenvolvida eficaz para monitoramento da fragilização de aço inox duplex.