Orientador: Lisandro Pavie Cardoso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-01T14:18:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DosSantos_AdenilsonOliveira_M.pdf: 734142 bytes, checksum: 80ffdfe1a57c6df0b27f2cc2991646ec (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo:Neste trabalho, a difração múltipla de raios-X (DM) é usada para investigar distorções na rede cristalina induzidas por um campo elétrico externo (E) permitindo a determinação de todos os coeficientes piezelétricos do sal de Rochelle e também mostrando que a técnica é factível na detecção da transição de fase do di-hidrogenofosfato de potássio (KDP). Recentemente (Avanci, Cardoso, Girdwood, Pugh, Sherwood and Roberts, Phys. Rev. Lett. 81, 5426 (1998), a DM foi usada com sucesso como uma nova sonda para o estudo do efeito do campo E no caso de dois cristais orgânicos, que permitiu a determinação de seus coeficientes piezelétricos relacionados com a direção de aplicação de E, através de uma única medida Renninger. São apresentadas as equações que levam em conta a contribuição do campo E, a deformação da rede eij e a variação na posição dos picos secundários de DM para determinar os coeficientes piezelétricos. As varreduras Renniger foram realizadas num difratômetro de monocristais SIEMENS P4 modificado com a inclusão de um longo colimador evacuado que fornece uma baixa divergência do feixe incidente. O campo E aplicado foi gerado por uma fonte variável dc de baixa corrente elétrica e aplicado na face menor do cristal. Todos os coeficientes piezelétricos para o sal de Rochelle foram obtidos assim como o d36 para a amostra de KDP. Os valores encontrados na literatura concordam bem com os determinados pela DM. No estudo da transição de fase do KDP, as medidas de DM foram realizadas no LNLS usando radiação síncrotron. As modificações na geometria estação XRD pela adição de um difratômetro Huber3-eixos (w , f e 2q ) tornaram possível a obtenção de Varreduras Renninger (e também mapeamento do pico Bragg Surface Diffraction (BSD)) com alta resolução, além de permitir a escolha da polarização adequada do feixe incidente para experimentos de difração de 2 feixes. Resultados preliminares indicaram a (080) como a melhor escolha para reflexão primária do KDP e o caso de quatro feixes (440)/(-440) como secundária. Duas reflexões BSD, onde o feixe secundário propaga-se paralelalamente à superfície da amostra, foram medidas neste estudo. Um intervalo de 3,3º em torno da posição f =0º foi medido enquanto o campo elétrico foi aumentado até 6 kV/cm. Neste valor, uma transição foi observada, os picos se tornaram estreitos e houve variação angular de suas posições na varredura Renninger indicando a possível ocorrência de uma transição de fase metaestável, que se mostrou irreversível / Abstract:In this work, the X-ray multiple diffraction (MD) is used to investigate the distortion of crystal lattice induced by an external electric field (E) in order to determine Rochelle Salt piezoelectric coefficients and also to show the feasability of detecting KDP phase transition. Recently (Avanci, Cardoso, Girdwood, Pugh, Sherwood and Roberts, Phys. Rev. Lett. 81, 5426 (1998)) MD has been successfully used as a new probe to study the effect of E in the case of two organic crystals that allowed the determination of their coefficients related to the E direction of application, from just one Renninger measurement. The equations taking into account the contributions from field strength, E, the lattice strain, eij and, the MD secondary peak shifts to determine the coefficients are also presented. The Renninger scans were carried out in a P4 SIEMENS single crystal diffractometer, by adding a long pipe evacuated collimator which provides a low divergence incident beam. The E applied was generated by a variable voltage, low current dc power supply and applied to the samples wires running from the power supply to small bolts attached to the metal tabs of the sample holder. All Rochelle salt piezoelectric coefficient were determined as well as the d36 for the KDP sample. The values found in the literature match well with the determined ones. As to the study KDP phase transition, the MD measurements using synchrotron radiation at LNLS were performed. The modifications in the geometry of the XRD station by adding a Huber three axes (w , f and 2q ) diffractometer makes possible to obtain Renninger scans (and also mapping of Bragg Surface Diffraction (BSD) peaks) with high resolution besides the normal two-beam diffraction experiments by choosing the adequate incident beam polarization. Prior results indicated (080) as the best choice for the KDP primary reflection and the (440)/(-440) four-beam case as the secondary. These two BSD reflections, where the secondary beam is propagated parallel to the sample surface, were involved in this study. An interval of 3.3º around f =0º position was measured while the electric field was increased up to 6 kV/cm. At this value, a transition was observed and the peaks became narrower and changed their Renninger scan position indicating the occurrence of a possible metaestable ferroelectric phase that turned out to be irreversible / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Lisandro Pavie Cardoso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-25T18:48:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Avanci_LuisHumberto_D.pdf: 3551057 bytes, checksum: ebe9b4e52b745a1feb023962a4d34a2d (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Munemasa Machida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-14T11:17:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Collares_MagnoPinto_M.pdf: 954533 bytes, checksum: b4a775a72e806d301c387d84149fdce3 (MD5) Previous issue date: 1986 / Resumo: Foram montadas sondas de pressão, utilizando cerâmicas piezoelétricas, como uma forma de diagnóstico de plasma em máquinas pulsadas. O método usado para a calibração da sonda de pressão foi com o tubo de onda de choque, o qual além de determinar a relação entre a pressão aplicada e a tensão gerada no piezoelétrico, possibilitou a determinação da resolução temporal da sonda de pressão, que é de aproximadamente 1 mseg. Os resultados que foram obtidos com a medição de fugas de partículas pelas extremidade da máquina linear de confinamento magnético de plasma (Tupã I), utilizando a sonda de pressão, foram comparados com os valores teóricos e apresentaram uma boa concordância entre eles / Abstract: Have been constructed pressure probes using piezoelectrics ceramics as a tool for the plasma diagnostics on the pulsed machines. A shock tube has been used for the method of calibration and determination of relationship between the applied pressure and the voltage generated by the piezoelectric. The rise time of the signal and theoretical calculations estimated the response time of the probe in ~ 1 mseg. As the preliminary test, the probe has been coupled to the Tupã I, linear Theta-Pinch machine at Unicamp, and the results obtained compared with theoretical calculations showed a good agreement / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Sergio Santos Muhlen / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-20T10:50:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arnold_FranciscoJose_D.pdf: 4148143 bytes, checksum: bf1c3ee421ff073dbff869fa80753194 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Os transdutores piezoelétricos empregados na geração de ultra-som de alta potência são compostos de cerâmicas piezoelétricas e peças metálicas. Eles são pré-tensionados mecanicamente a fim de que a cerâmica não frature sob forças de tração. O pré-tensionamento mecânico produz modificações nos domínios da cerâmica e, conseqüentemente, as propriedades físicas e o desempenho são afetados. Este trabalho apresenta as variações dos coeficientes das equações piezoelétricas, do fator de acoplamento piezoelétrico e das perdas relacionadas ao pré-tensionamento mecânico. Os resultados experimentais são comparados com as simulações baseadas em um modelo linear, unidimensional e isento de perdas. Através destas comparações é possível explicar alguns efeitos comportamentais da cerâmica e fornecer informações para um futuro projeto de transdutor de ultra-som / Abstract: The pieroelectric transducers employed in the generation of high power ultrasound are composed of pieroelectric ceramic and metallic parts. They are mechanically pre-stressed in order to avoid ceramic fracture on tensile forces. The mechanical pre-stressing yields changes in the domains of the ceramic and, consequently, their physical properties and performance are affected. This work shows the variations on the pieroelectric equations coefficients, pieroelectric coupling facto r and losses related to mechanical pre-stressing. The experimental results are compared with the simulations based in an uni-dimensional, linear and lossless modelo This comparisions help in explaining some effects of the ceramic behaviour and provi de information for a future design of high power ultrasound transducer / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Vicente Lopes Junior / Banca: Ricardo Tokio Higuti / Banca: Marcus Antônio Viana Duarte / Resumo: A crescente utilização de materiais compósitos nos projetos de engenharia tem trazido vários avanços, viabilizando e aperfeiçoando estruturas com características superiores que as encontradas nas ligas metálicas que são largamente utilizadas durante muitos anos e que atualmente estão sendo substituídas de forma parcial ou integral em aplicações onde se espera alto desempenho. A aplicação deste tipo de material tem sido significativa em vários segmentos de engenharia, como na área de transportes (aeronáutica, aeroespacial, naval, ferroviário, automobilística, etc.), construção civil, artigos esportivos, entre outras. Uma grande vantagem dos materiais compósitos é a possibilidade de compor, através da grande variedade de matrizes e reforços, um número ilimitado de combinações destes elementos, tornando cada combinação uma peça com características única, sendo capaz de atender necessidades específicas de cada projeto. Neste trabalho é proposto um método de detecção e localização de danos em compósitos que compõe a estrutura de uma fuselagem de avião, podendo ser utilizado independentemente da temperatura atuante no avião. O método é baseado nas ondas de Lamb e se caracteriza por ser um método não-destrutivo, NDE (do inglês Nondestructive Evaluation). Os testes experimentais foram realizados para diferentes condições de danos em uma faixa de temperatura que variou de -45°C a 105°C. Para a aplicação do sinal de atuação e para a aquisição dos sinais foram utilizados transdutores piezelétricos (PZT), que são indicados para este tipo aplicação por possuírem grande eficiência em altas frequências e por ser versátil, servindo tanto como atuador quanto sensor. Para auxiliar a detecção e localização automática dos danos na estrutura foi utilizada a técnica de Redes Neurais Artificiais que possuem ótima robustez e capacidade de generalização para isolar o efeito da temperatura na... / Abstract: The increasing use of composite materials has brought many beneficial advances for engineering design, improving structure features when comparing with traditional metallic alloys. Although these alloys has been used for centuries, in many applications composite materials are substituting them partially or completely. The use of this kind of materials has produced a great impact in several areas of engineering, as transportation (aeronautics, aerospace, naval, railroad, automobile, etc.), civil construction, sport equipments, etc. An important advantage of composite materials is the possibility of compose an unlimited number of combinations of this elements thought the wide variety of matrix and reinforcements. Each combination becomes a piece with unique characteristics, able to attend specific requirements in a project. In this study, a carbon fiber plate, material used as component of the fuselage in aircrafts, is used in the experimental tests for developing a damage identification and locating method that is able to be used during the flight. The method is based on Lamb waves and it is a non-destructive evaluation (NDE). The tests were done in different conditions for a temperature range from de -45oC to 105oC. The sensing and actuation were based on piezoelectric materials (PZT), which are a versatile smart material indicated to this work since it can be utilized either as actuator or as sensor and because is very efficient at high frequencies. The process automation is realized through the application of Artificial Neural Network, since this technique has optimum robustness and capability of generalization, which are important characteristics to achieve the objective / Mestre

Soluções analíticas para uma teoria de placas laminadas com efeitos piezelétricos são apresentadas neste trabalho. Supõe-se uma distribuição para o campo de deslocamentos conforme a teoria de placas de Reissner-Mindlin e para o potencial elétrico, uma variação linear ao longo da espessura de cada camada piezelétrica. As equações que descrevem o problema e as condições de contorno, em termos das componentes do deslocamento e do potencial, são obtidas consistentemente pelo princípio dos deslocamentos virtuais. Os métodos de Navier e de Lévy são aplicados na obtenção de soluções analíticas de laminados retangulares com atuadores ou sensores incluídos. Todos os resultados apresentados graficamente são também mostrados em forma de tabelas, fornecendo uma base de comparação para outras teorias ou modelos numéricos aproximados.

Esse trabalho pretende prover as bases para a simulação e projeto de sistemas ativos para supressão de vibrações de estruturas flexíveis utilizando sensores e atuadores piezoelétricos. Uma abordagem por elementos finitos é utilizada para modelagem da resposta estática e dinâmica de vigas de Euler-Bernoulli que sofrem movimentos de corpo rígido e deformações elásticas. A viga pode conter sensores/atuadores piezoelétricos ligados a ela e estar sujeita a carregamentos mecânicos e/ou elétricos. A formulação é derivada de um princípio variacional que inclui a energia potencial total da estrutura e a energia potencial elétrica do material piezoelétrico, envolvendo variáveis mecânicas e elétricas. Um código computacional foi desenvolvido para verificar a formulação proposta usando o algoritmo de Wilson-';teta'; para integração das equações de movimento. O software foi utilizado para modelar uma viga flexível com amortecimento ativo induzido por atuadores piezoelétricos. Excelente concordância com resultados da literatura foi obtida para o caso usado como teste. Uma estratégia simples de controle (PD) foi implementada para amortecer ativamente a vibração da viga devido à rotação do cubo. O sistema amorteceu com sucesso a vibração tanto de rotação prescrita como de torque aplicado.

Os dispositivos SAW (SurfaceAcousticWaves) são amplamente empregados em diversas aplicações, tais como a utilização em sistemas de telecomunicações, desde celulares até diversos dispositivos eletrônicos sem fio (wireless), como ressonadores e filtros. Outra aplicação importante, atribuída a esses dispositivos, é a de sensores, podendo atuar na área química, biológica e mecânica. Operam em diversos ambientes e são funcionais em uma vasta faixa de frequências, desde uma escala de centésimos de hertz até centenas de terahertz. Estes dispositivos são constituídos por um substrato recoberto por um material piezoelétrico e estimulados por sinais ondulatórios que se propagam ao longo de sua superfície. Sobre o revestimento piezoelétrico são depositados eletrodos metálicos chamadas de transdutores interdigitais (IDTs), que são responsáveis pelos estímulos ondulatórios e pelo acoplamento eletromecânico do dispositivo. Neste trabalho é apresentado o dispositivo SAW, a sua estrutura, a simulação da propagação ondulatória sobre a superfície de nitreto de alumínio (AlN) e a caracterização elétrica de um dispositivo. As propriedades mecânicas e elétricas do material piezoelétrico foram avaliadas com o intuito de compreender os fundamentos físicos durante a propagação da onda. A propagação ondulatória sobre a superfície de AlN, com diferentes espessuras, foi analisada em simulações utilizando o programa COMSOL Multiphysics. As espessuras de AlN simuladas foram de 5,0 ?m e 1,0 ?m, observando-se que em ambas as simulações a propagação ondulatória ocorre preferencialmente na superfície do material. As respostas de intensidade de sinal (dB) em função da frequência (MHz) de um dispositivo SAW foram obtidas através da análise das caracterizações de perdas de inserção (InsertionLoos - IL) e perdas por retorno (ReturnLoos - RL) e as medidas de frequência de ressonância atingiram valores em torno de 10,0 MHz.

Orientador: Vicente Lopes Junior / Co-orientador: Samuel da Silva / Banca: Joao Antonio Pereira / Banca: Milton Dias Junior / Resumo: Afim de suprir a necessidade por fontes alternativas de energia para a alimentação de sistemas microeletrônicos autônomos, os estudos têm se voltado para a utilização de materiais piezelétricos para a transformação de energia derivadas de vibrações mecânicas em energia elétrica. Como a potência fornecida pelas vigas com materiais piezelétricos é pequena e, geralmente, insuficientes para alimentar dispositivos eletrônico de forma autônoma, técnicas de extração, conversão e armazenamento de energia são utilizadas para otimizar a energia final acumulada. Neste sentido, este trabalho tem por objetivo a otimização de um sistema extrator de energia através de vibrações utilizando material piezelétrico, maximizando a potência extraída e melhorando o rendimento do sistema. Para isto, foram analisadas condições de linearidade e não linearidade no sistema e os respectivos circuitos conversores foram projetados e testados experimentalmente. A melhor configuração eletromecânica para extração de energia, o sistema será utilizada para alimentar um sistema autônomo. Foram projetados dois sistemas de monitoramentos com consumo de energia diferentes, para avaliar as limitações e potencialidades da proposta de sistema para extração de fontes alternativas de energia elétrica / Abstract: In order to meet the need for alternative energy sources to power autonomous microelectronic systems, studies have focused on the use of piezoelectric materials to transform energy derived from mechanical vibrations into electrical energy. Once the power delivered by the cantilever beams with piezoelectric materials are insufficient to power electronic devices autonomously, extraction techniques, conversion and energy storage was used to optimize the final accumulated energy. Considering that, this work aims at the optimization of an extractor system energy through vibrations using piezoelectric material, maximizing the power extracted and improving system performance. To this end, conditions of linearity and non-linearity in the mechanical system, as well as designed and tested converter circuits were analyzed. The best setup for electromechanical energy extraction, was used to feed an autonomous system. Two different power consumption-monitoring systems were designed to assess the limitation and potentialities of the proposed alternative for energy harvesting / Mestre

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3378.pdf: 3991405 bytes, checksum: c6b2048415c68c99866303d7c910e05d (MD5) Previous issue date: 2010-08-15 / Universidade Federal de Minas Gerais / Nowadays, the optimized magnetoelectric coupling in particulate composites is based on the optimization of the processing techniques, which support an integrity interface between the phases, and on the novel combinations of the ferroelectric and ferromagnetic phases. In this context, this work suggests the synthesis and characterization of particulate magnetoelectric composites of different ferroelectric systems, of compositions in the morphotropic phase boundary (MPB)- since they show a maximization of the piezoelectric coefficients- coupled with nickel or cobalt ferrites- since they show great magnetoestrictive coefficients. As ferroelectric phases, the lead zirconate titanate, or Pb(Zr0,53Tio,47)O3 (of simple perovskite structure), the lead titanate modified magneion niobate titanate, or 0,675Pb(Mg1/3Nb2/3)- 0,325PbTiO3 (of complex perovskite structure) and the lead barium niobate, or Pb0,61Ba0,39Nb2O6 (of tungsten bronze structure), where choosen. The ferroelectric/ferrite system composites were obtained in the molar ratio 80/20, by the conventional solid state and oxide mixing technique. The ceramic bodies were densified in different conditions, as a function of the time and temperature, by the conventional sintering process, or by the uniaxial hot pressing process. The relationship between the kind/combination of the phases, sintering techniques, and processing parameters, with the densification degree and the phases integrity was determined by structural, microestructural, physical and electrical characterization of the ceramic composites (with attention in those composed by nickel ferrite). As the main result, a processing protocol (validated only for the hot pressed composites, since the conventional sintering process generated conductive ceramics), independent of the constituent phases, which allows the synthesis adequate composites for research and application in the industry, were novelty determined. This protocol were also tested with significant results for composites based on cobalt ferrites. For all the cases of optimized processing conditions, dielectric, magnetic and magnetoelectric characterizations locking for the influences of the ferroelectric and/or magnetic phases in the multiferroic properties were performed. The values of magnetoelectric coefficients (xME) were close or higher than the most of the common particulate composites, and the PMN-PT/NFO shown the highest ratio dxME/dH of the studied materials. A general picture of the relationship between the magnetoelectric response and the research parameters, in this work, is presented, proving the relationship between the high density and integrity of the phases and the maximization of the magnetoelectric coupling. / Atualmente, a otimização do acoplamento magnetoelétrico em materiais compósitos particulados baseia-se na busca por técnicas de processamento que favoreçam uma interface íntegra entre as fases, e por novas combinações composicionais de fases ferroelétricas e magnéticas. Nesse contexto, este trabalho propõe a síntese e caracterização de compósitos magnetoelétricos particulados de diferentes sistemas ferroelétricos, com composições na região de contorno de fase morfotrópico (CFM) por apresentarem maximização dos coeficientes piezoelétricos nessa região combinados com ferritas de níquel ou cobalto por apresentarem relativamente altos coeficientes magnetostrictivos entre as ferritas. Para as fases ferroelétricas, as composições escolhidas foram o titanato zirconato de chumbo, ou Pb(Zr0,53Tio,47)O3 (estrutura perovskita simples), o niobato de magnésio modificado com titanato de chumbo, ou 0,675Pb(Mg1/3Nb2/3)-0,325PbTiO3 (perovskita complexa) e o niobato de bário e chumbo, ou Pb0,61Ba0,39Nb2O6 (estrutura tungstênio bronze). Compósitos dos sistemas ferroelétrico/ferrita foram obtidos na razão molar de 80/20, utilizando o método convencional de mistura de óxidos. Para densificação dos corpos cerâmicos, em diferentes condições de temperatura/tempo, foram utilizadas as técnicas de sinterização convencional e sinterização assistida por pressão (ou no caso, prensagem uniaxial a quente). A relação entre tipo/combinação de fases, técnicas de sinterização, e parâmetros de processamento, com o grau de densificação e de integridade entre as fases foi determinada a partir da caracterização estrutural, microestrutural, física e elétrica dos corpos cerâmicos compósitos (particularmente para aqueles com ferrita de níquel). Como resultado, foi determinado pela primeira vez, um protocolo de processamento (validado apenas para a sinterização assistida por pressão, já que a convencional gerou corpos cerâmicos condutivos) que, independentemente das fases constituintes, possibilita a obtenção de compósitos adequados para investigação e aplicação como multiferróicos magnetoelétricos. Tal protocolo foi testado e bem sucedido para o caso dos compósitos com ferrita de cobalto. Para todos os casos de condições de processamento otimizadas, foram realizadas a caracterização dielétrica, magnética e magnetoelétrica, para a investigação da influência da fase ferroelétrica e/ou magnética nas propriedades multiferróicas. Os valores de coeficiente magnetoelétrico (xME) encontrados foram próximos ou superiores aqueles da maioria dos compósitos particulados já conhecidos, com a combinação PMN-PT/NFO, apresentando a maior razão dxME /dH entre os compósitos estudados. Um quadro geral da dependência da resposta magnetoelétrica em função dos principais parâmetros utilizados para a investigação, neste trabalho, é apresentado comprovando a estreita relação entre alta densidade e integridade de fases com a maximização do acoplamento magnetoelétrico.