Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-11-30Bitstream added on 2014-06-13T20:14:08Z : No. of bitstreams: 1 lunas_fr_me_ilha.pdf: 2221556 bytes, checksum: 09a4e6c925da4d7d80d38288c167af3d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho foram depositados em substrato vítreo, filmes finos de Óxido de Zinco puro (ZnO) e dopados com alumínio (ZnO:Al) e manganês (ZnO:Mn), utilizando a técnica spray-pirólise. Foram investigadas as propriedades estruturais, ópticas e elétricas dos filmes, assim como, a dependência com a temperatura de deposição e concentração. As temperaturas utilizadas para deposição dos filmes finos foram 400 ºC e 450 ºC, e a concentração de dopantes variaram de 1 a 5 átomo por cento (at%). As técnicas de difração de raios-X e espectroscopia por refletância no infravermelho foram utilizadas para avaliar as características estruturais dos filmes. A Espectroscopia de transmitância na região do UV-Vis foi utilizada como uma das técnicas no estudo das propriedades ópticas, fornecendo valores da banda proibida. A técnica do ângulo de Brewster, foi utilizada com o intuito de avaliar o índice de refração e a espessura dos filmes finos. A avaliação da resistividade foi realizada com a finalidade de estudar a propriedade elétrica, e medidas do efeito Hall para investigar a densidade dos portadores de carga e mobilidade dos filmes semicondutores. A análise dos difratogramas de raio-X, revela picos de difração típicos de uma estrutura policristalina tipo wurtzita. As medidas de refletância especular por FTIR identificam ligações de estiramento do Zn-O na região de 450 cm-1. A técnica do ângulo de Brewster fornece resultados das espessuras dos filmes finos na faixa de 150 a 240 nm. As medidas de espectroscopia de transmitância na região UV-vis é avaliada em torno de 85%. Com os resultados da espessura dos filmes pelo ângulo de Brewster e medidas de transmitância foi calculado na região de forte absorção o coeficiente de absorção destes filmes. O valor do coeficiente de absorção é um parâmetro fundamental para determinação da banda de energia proibida... / In this work were deposited in glass substrate, thin films of pure zinc oxide (ZnO) and doped with aluminum (ZnO: Al) and manganese (ZnO: Mn) used the spray-pyrolysis technique. The structural, electrical and optical properties of thin films were investigated in dependence the concentration and temperatures deposition. The thin films temperatures deposition were 400 °C and 450 º C, and the doping concentration were from 1 at% to 5 at% range. The deposition technique used aims to obtain good adhesion to the substrate and uniformity of the films. The X-ray diffraction spectroscopy and infrared reflectance were used to evaluate the structural characteristics of the films. The UV-Vis transmittance spectroscopy was used in the study of optical properties, providing values of band gap. The other technique for this purpose is the Brewster angle technique in order to evaluate the refractive index and thickness of thin films deposited on a glass substrate. The resistivity and Hall Effect measurements were used for to investigate the charge carriers density and mobility in semiconductor films. The analysis of the X-ray diffraction shows typical peaks of polycrystalline wurtzite structure. Measurements the FTIR specular reflectances identify bond stretching of Zn-O in the region of 450 cm-1. The Brewster angle technique provides results the thin films thickness in the 150 to 240 nm range. The thin films UV/VIS transmittance measurements are valued around 85%. With the results of the thin film thickness by Brewster angle and measures transmittance were calculated the absorption coefficient data values in strong absorption region. The absorption coefficient is an important parameter for determination the band gap energy. These values, for the ZnO semiconductor is in 3.2 eV range. The resistivity’s measurements by Van der Pauw method showed the resistivity of ZnO thin films doped with... (Complete abstract click electronic access below)

Este trabalho investigou a deposição dos filmes finos de ferritas de lantânio dopado com estrôncio e cobalto La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ (LSCF) através da técnica de spray pirólise empregando precursores inorgânicos e silício como substrato. Foram utilizados água e etanol na proporção de (3:1) como solvente na preparação da solução a ser aspergida. As deposições foram realizadas em diferentes temperaturas: 130ºC, 150ºC, 170ºC e 200ºC. Os filmes de LSCF antes e após o tratamento térmico foram analisados por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O spray de deposição dos filmes em função das soluções com diferentes proporções de etanol (0%, 50%, 75% e 100%) foi investigado utilizado uma câmera rápida de alta resolução e um laser com comprimento de onda 532 nm. Os resultados evidenciaram que a temperatura de ebulição do solvente e de deposição são parâmetros importantes na determinação da morfologia dos filmes. Maiores teores de etanol promovem um aumento nos valores do ângulo de cone e que a propriedade da tensão superficial exerce significativamente maior influência nos aspectos que envolvem a estrutura do spray, a atomização do líquido, formação de gotas e no ponto de ruptura das soluções Os resultados de DRX apresentaram a fase cristalina majoritária de LSCF após o tratamento térmico a 750°C por 2 horas e a fase secundária de La2O3. As imagens de MEV evidenciaram a formação de filmes para as distâncias de deposição de 120 mm, embora apenas na temperatura de 200°C apresentasse uma estrutura porosa antes e após o tratamento térmico. A presença de interdifusão e microporosidade foi observada para esse filme. Para as diferentes composições de LSCF nas condições de 120 mm e a 200°C, apenas as composições de La1-xSrxCo0,2Fe0,8 com x = 0,6, 0,9 e 0,7 apresentaram estrutura porosa após o tratamento térmico. O filme de La0,8Sr0,2Co0,2Fe0,8 apresentou maior condutividade iônica/elétrica e energia de ativação. A presença de fases secundárias (La2O3, SrO2 e La2CoO3) contribuiu para a redução da condutividade elétrica e iônica e a energia de ativação. / This work investigated the deposition conditions of thin lanthanum ferrite films doped with strontium and cobalt – La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ (LSCF) through the spray pyrolysis technique using inorganic precursors and silicon as a substrate. Water and ethanol were used in the proportion (3:1) as solvent in the preparation of the solution to be sprinkled. The depositions were carried out at different temperatures: 130°C, 150°C, 170°C and 200°C. The films of LSCF were analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy before and after thermal treatment. The XRD results showed the obtainment of crystalline phase of LSCF after thermal treatment at 750°C/2hours and secondary phase of La2O3. The sprays of solutions with different proportions of ethanol (0%, 50%, 75% and 100%) were analyzed using a fast high-resolution camera and a laser with a wavelength of 532nm.The results showed those deposition temperature and solvente boiling points are important parameters to determine the thin morphology Higher ethanol levels promote an increase in the cone angle values and that the property of the surface tension exerts significantly greater influence on issues involving the structure of the spray, the atomization of the liquid, the droplets formation and the breaking point of the solutions. The XRD results showed the obtainment of majority crystalline phase of LSCF after thermal treatment at 750°C/2 hours with the presence of secondary phase of La2O3. The SEM images showed formation of films for the distance of 120 mm, although only at the temperature of 200°C it presents porous morphology before and after thermal treatment. The presence of interdiffusion and microporosity was observed for this film. For different LSCF compositions under the conditions of 120 mm and 200°C, the films of La1-xSrx Co0,2Fe0,8 with x = 0,6; 0,9 and 0,7 presented porous morphology after thermal treatment. Otherwise, the film of La0,8Sr0,2Co0,2Fe0,8 showed the highest ionic/electrical conductivity. The presence of secondary phase (La2O3, SrO2 and La2CoO3) evidenced by XRD promoted a decrease in ionic/electrical conductivity and in the activation energy.

O aluminato de magnésio (MgAl2O4; espinélio) apresenta propriedades mecânicas superiores quando comparado aos materiais cerâmicos tradicionais, tais como elevados módulo elástico (273 GPa) e resistência à flexão (110 MPa), associadas à baixa densidade (3,58 g/cm3), baixo índice de reflexão (1,736), índice de transmissão óptica elevado no espectro visível e espectros no infravermelho com comprimentos de onda médios (0,2 - 5,5 µm), além da ausência de anisotropia óptica, devido à sua estrutura cúbica. No entanto, MgAl2O4 é utilizado principalmente como material refratário, apesar de possuir grande potencial em aplicações que exijam blindagem transparente leve. Nanopartículas de espinélio já foram preparadas anteriormente por diferentes métodos. Contudo, o domínio de um processo industrial contínuo, escalonável e versátil para a preparação de MgAl2O4 dopado ainda permanece como um desafio para expandir as aplicações deste material. Dentre as vias de síntese habituais utilizadas para produzir nano-óxidos, a Pirólise de Spray gerado por Pulverização Ultrassônica (PSPU) tem sido utilizada com sucesso para sintetizar nanopartículas esféricas, nanofios, nanofitas e nanovaretas. Neste contexto, o presente trabalho confirma o potencial da PSPU para produzir espinélio dopado em um processo contínuo. A influência dos parâmetros envolvidos na síntese do aluminato de magnésio por meio desta técnica, assim como o efeito da presença do cálcio e do fluoreto de lítio sobre a morfologia e a estrutura das partículas, foram investigadas por fluorescência de raios X, difração de raios X, espectroscopia no infravermelho, granulometria por difração laser, microscopia eletrônica de varredura e adsorção de N2. Finalmente, as propriedades mecânicas do produto final sinterizado foram avaliadas visando estabelecer uma correlação com as condições de síntese. O processo de síntese de aluminato de magnésio por meio do sistema de PSPU desenvolvido nas dependências do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo demostrou-se eficaz para a produção de amostras de aluminato de magnésio puro após a etapa de sinterização, desde que respeitada a estequiometria do composto após a etapa de síntese. Por meio desta técnica, esferas micrométricas de MgAl2O4 dopadas com Ca(NO3)2 e LiF, apresentando tamanhos médios de cristalito na faixa de 3,5 - 7,0 nm e áreas de superfície específicas de 20 a 40 m2/g, foram produzidas como aglomerados esféricos de aproximadamente 2,5 µm. Durante o processo, as partículas permaneceram a temperaturas elevadas durante um curto período de tempo (de 35 a 70 segundos), permitindo a estabilidade de fases e aumento do tamanho de grãos limitado. Destaca-se ainda que as condições de síntese e/ ou incorporação de aditivos devem ser ajustados para a obtenção de amostras com maior área de superfície específica após a PSPU, o que acarretará em um produto final sinterizado com maior teor de densificação e dureza. Dessa forma, os melhores resultados foram obtidos a maiores temperaturas de pirólise e com incorporação do aditivo LiF, demonstrado a necessidade de futuros estudos mais aprofundados a respeito dos limites máximos destas variáveis para a obtenção de um produto final otimizado. Finalmente, as propriedades balísticas das amostras também foram analisadas através da aplicação de fórmulas empíricas para avaliação da fragilidade (B) e da habilidade do material dissipar energia balística (critério D), onde se observou que as amostras sintetizadas sem aditivos apresentaram boa concordância em relação aos valores reportados na literatura para a alumina. A amostra aditivada com LiF, no entanto, apresentou um incremento no critério D de cerca de 43% em relação à alumina com 99,7% de pureza, evidenciando o efeito deste aditivo nas propriedades balísticas do aluminato de magnésio produzido pela PSPU. / Magnesium aluminate (MgAl2O4; spinel) possesses superior mechanical properties when compared to traditional ceramic materials, such as high elastic modulus (273 GPa) and flexural strength (110 MPa), associated with low density (3.58 g/cm3), low reflection index (1.736), high optical transmission in visible and mid-wavelength infrared spectra (0.2 - 5.5 µm), and no optical anisotropy due to its cubic structure. However, MgAl2O4 is primarily used as a refractory material, despite its great potential as a transparent lightweight armor. Spinel nanoparticles have been previously prepared by different methods. Nevertheless, a continuous, scalable, and versatile process for the preparation of doped MgAl2O4 still remains a challenge for expanding applications. Among the usual synthesis routes used to produce nano-oxides, Ultrasonic Spray Pyrolysis (USP) has been successfully employed to synthesize nanoparticles as spheres, nanowires, nanoribbons and nanorods. In this context, the present work confirms the potential of USP to produce doped spinel in a continuous setup. The influence of the parameters involved in the synthesis of magnesium aluminate through this technique, as well as the effect of the presence of calcium and lithium fluoride on the morphology and structure of the particles, were investigated by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, infrared spectroscopy, laser diffraction for particle size analysis, scanning electron microscopy and N2 adsorption. Finally, the mechanical properties of the sintered product were evaluated in order to establish a correlation with the synthesis conditions. The magnesium aluminate synthesis process through the USP system developed at the Department of Metallurgical and Materials Engineering of the Polytechnic School of the University of São Paulo was effective for the production of pure magnesium aluminate samples after the sintering stage, if the stoichiometry of the compound after the synthesis step is observed. Through this technique, micrometric spheres of Ca(NO3)2 and LiF doped MgAl2O4 with crystallite size in the range from 3.5 - 7.0 nm and specific surface areas varying from 20 to 40 m2/g, were produced as spherical agglomerates of approximately 2.5 µm. During the process, the particles stay at high temperatures for a short period (from 35 to 70 seconds), allowing phase stability and limited coarsening. It should also be noted that the synthesis conditions and / or the incorporation of additives must be adjusted in order to obtain samples with greater specific surface area after the USP, which will result in a sintered final product with a higher densification and hardness. Therefore, the best results were obtained at higher pyrolysis temperatures and with the incorporation of LiF additive, demonstrating the need for further studies on the maximum limits of these variables to obtain an optimized final product. Finally, the ballistic properties of the samples were also analyzed by the application of empirical formulas to evaluate the brittleness (B) and the ability of the material to dissipate ballistic energy (criterion D), where it was observed that the samples synthesized without additives showed good agreement with the values reported in the literature for alumina. The sample containing LiF additive, however, showed an increase in the D criterion of about 43% in relation to alumina with 99.7% purity, evidencing the effect of this additive on the ballistic properties of magnesium aluminate produced by USP.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, nickel oxide films were prepared from the Spray Pyrolysis Technique, due to its wide application in the manufacture of various electronic devices and intense study of its semiconducting properties. The films were obtained from a precursor solution containing 0.2 mol / L NiCl2 dissolved in distilled water containing sucrose as a chelating agent, deposited on a glass substrate temperature of 450 ° C. The sucrose concentration in the solution ranged from 0 to 10 × 10-3 mol/L and its effects on structural, morphological and optical properties were studied using the techniques of X-ray diffraction, scanning electron microscopy and UV-vis spectroscopy. It was observed that, before the concentration of sucrose, the films have different optical characteristics (transparent or opaque) for amorphous or crystalline films. / Neste trabalho, foram preparados filmes de óxido de níquel, a partir da Técnica Spray Pirólise, devido à sua grande aplicação na fabricação de diversos dispositivos eletrônicos e intenso estudo de suas propriedades semicondutoras. Os filmes foram obtidos a partir de uma solução precursora contendo 0,2 mol/L de NiCl2 dissolvido em água destilada, contendo a sacarose como agente quelante, depositados sobre um substrato de vidro a temperatura de 450°C. A concentração de sacarose na solução variou de 0 a 10×10-3 mol/L e seus efeitos nas propriedades estruturais, morfológicas e ópticas foram estudadas através das técnicas de Difração de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia UV-vis. Observou-se que, diante da concentração de sacarose, os filmes apresentam diferentes características ópticas (transparentes ou opacos) para filmes amorfos ou cristalinos.

A pirólise de aerossóis ou spray pirólise (SP, do inglês Spray Pyrolysis) é uma importante metodologia para a obtenção de luminóforos e diferentes matrizes sólidas em dimensões nano a micrométricas, desde a escala laboratorial ao nível industrial. O arranjo experimental permite o ajuste de uma ampla faixa das temperaturas de pirólise (100 a 1000 °C), possibilitando que sistemas de interesse sejam obtidos em uma única etapa. Contudo, não existe um controle eficiente do ambiente de coordenação do íon emissor e a simetria deste será consequência do ambiente imposto pela estrutura cristalina ou amorfa da matriz sólida final. O tratamento térmico rápido, característico desta metodologia, pode dificultar a total cristalização de determinadas fases e, sendo assim, uma heterogeneidade nos sítios de simetria será obtida. Este trabalho tem como objetivos estudar as propriedades luminescentes de aluminatos dopados com íons terras raras. E nesse sentido, propuseram-se inicialmente metodologias para a obtenção de diferentes matrizes inorgânicas por SP visando o estudo do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Num primeiro momento, foi proposto a metodologia para a obtenção de matrizes inorgânicas por SP mantendo a estrutura do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Nesta estratégia foi escolhido um meio inorgânico estável, protegendo os íons terras raras ativos de perturbações externas, estável tanto do ponto de vista químico e térmico durante o processo de pirólise, YVO4:Eu3+ foi o escolhido por possuir sítios de simetria bem definidos e por ser um composto de grande interesse tecnológico. Ainda dentro dos objetivos, estudou a síntese de aluminatos dopados com íons ítrio visando à formação de sistemas compósitos (-Al2O3 / YAG). Os compostos foram primeiro obtidos pela co-dopagem com íons Eu3+ visando um estudo estrutural, e posteriormente, sistemas contendo Itérbio/Érbio e Itérbio/Túlio foram preparados, visto que são escassos os trabalhos que descrevem a síntese de partículas com propriedades de conversão ascendente de energia pela metodologia de pirólise de aerossol. A fase YAG foi obtida para diferentes proporções de Y3+/Al3+, porém também foi obtido a fase meta estável YAlO3 (YAH) em uma única etapa, sendo que essa fase é reportada na literatura como de difícil obtenção. Os compostos obtidos foram caracterizados principalmente por espectroscopia de fotoluminescência (espectros de emissão/excitação e tempos de vida), espectroscopia vibracional, Difratometria de raios X de pó, microscopia eletrônica e análise térmica / Spray Pyrolysis (SP) is an important methodology to obtain phosphors and different solid matrices in a nano-to-micrometric dimension, ranging from the laboratory scale up to the industrial level. The experimental arrangement allows the adjustment of a wide range of pyrolysis temperatures (100 up to 1000 ° C), which allows the system of interest obtention in a single step. However, there is no efficient control concerning the emitter ion coordination environment, and its symmetry will be a consequence of the environment imposed by the resultant solid matrix crystalline or amorphous structure. The rapid thermal treatment, which is the main characteristic of this methodology, it might hinder the total crystallization of certain phases and, thus, heterogeneity in the symmetry sites will be obtained. This study aims to study the luminescent properties of aluminates doped with Rare Earth (RE) ions. Under this perspective, several methodologies have been initially proposed in order to obtain different inorganic matrices using SP to study lanthanides coordination sites. At first, the methodology for obtaining inorganic matrices through SP maintaining the structure of the lanthanide ion coordination site was proposed. In this strategy, a stable (both chemically and thermally) inorganic medium was chosen, protecting the active rare earth ions from external perturbations during the pyrolysis process. YVO4:Eu3+ was selected for presenting well-defined symmetry sites and for its wide technological appeal. Moreover, the synthesis of aluminates doped with yttrium ions to form composite systems (-Al2O3 / YAG) has been carried out. The compounds were first obtained by co-doping with Eu3+ ions for a structural study. Subsequently systems containing Ytterbium / Erbium and Ytterbium / Yttrium were prepared, since there is a lack of description of these systems in the literature when its considered the synthesis of particles with energy upward conversion properties by aerosol pyrolysis methodology. The YAG phase was obtained using different proportions of Y3+/Al3+, but the stable YAlO3 (YAH) phase was also attained in a single step, even being reported as difficult to achieve in the literature. The compounds synthesized were characterized mainly by photoluminescence spectroscopy (emission/excitation spectra and lifetimes), vibrational spectroscopy, powder X-ray diffraction, electron microscopy and thermal analysis

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Pesquisadores em todo o mundo buscam métodos alternativos que minimizem o tempo de deposição de filmes finos semicondutores cotados como promissores candidatos em aplicações médicas como detectores de raios-X em radiografias digitais. O iodeto de chumbo (PbI2) é considerado, entre outros, como um bom candidato para a fabricação de detectores usados à temperatura ambiente. Outros pesquisadores fabricaram protótipos de detectores usando esse material. Seus experimentos mostraram alta resolução e sensibilidade para imagens em tempo real, mostrando que o material possui potencialidade para aplicações médicas futuramente. Não obstante, uma das desvantagens de seus métodos é o longo tempo necessário para a deposição na fabricação de filmes finos. Este trabalho apresenta uma nova metodologia usada para a deposição de filmes finos de iodeto de chumbo (PbI2). O método alternativo de crescimento dos filmes é chamado de spray pyrolysis. A técnica possui uma vantagem intrínseca pelo fato de a deposição ser facilmente expandida para grandes áreas de substrato que é desejado nas linhas de produção industrial. O pó de iodeto de chumbo foi dissolvido em água deionizada a 100ºC (água em ebulição) onde a solubilidade é maior que à temperatura ambiente. Após a dissolução do pó, a solução foi resfriada até a temperatura ambiente e filtrada para a remoção do excesso de cristais formados. Os filmes foram depositados a partir de solução aquosa sobre substrato de vidro em diferentes temperaturas (de 150 a 270ºC). O tempo total de deposição foi de 2,5 horas levando a uma espessura de . Em adição foram investigadas as propriedades estruturais (Difração de raios-X e espalhamento Raman), eletrônicas (condutividade elétrica no escuro em função da temperatura) e da superfície (por AFM) obtidas com os filmes produzidos. Com o intuito de aumentar o tamanho dos grãos cristalinos após a deposição dos filmes, as amostras originais foram submetidas a tratamento térmico a 350ºC durante 3 horas em atmosfera ambiente e posteriormente em atmosfera controlada (N2). No primeiro caso foi observada a influência do oxigênio com dopante da amostra. Foram analisadas as dimensões dos grãos cristalinos (relativo ao pico principal – 001) para diferentes temperaturas de deposição e de tratamento térmico, bem como a energia de ativação no transporte elétrico. Obteve-se um valor de energia de ativação de aproximadamente 0,50 eV para filmes depositados a 200ºC. Para outras temperaturas de deposição entre 150 e 250ºC foi obtido um mínimo e máximo de energia de ativação de 0,45 e 0,66 eV, respectivamente. Em resumo, as propriedades estruturais e eletrônicas são discutidas e relacionadas com o método de deposição e tratamento térmico. Acreditamos que filmes finos com interessantes propriedades estruturais e eletrônicas podem ser produzidos por spray pyrolysis com baixo tempo de deposição. / Researchers in the whole world search alternative methods that minimize the time of deposition of thin films of promising semiconductor candidates for medical applications, such as X-rays detectors for digital radiography. Lead iodide (PbI2) has been among those as a good candidate for the fabrication of room temperature detectors. Other authors have fabricated prototype detectors using this material. Their experiments show high resolution and sensitivity for real time imaging, thus showing the material potentiality for medical applications in the future. Nevertheless, one of the drawbacks of their methods is the long deposition time needed for the fabrication of the thin films. In this work we present a new experimental methodology used for the deposition of thin films of lead iodide (PbI2). The alternative growth method is called spray pyrolysis. Note that an intrinsic advantage of the technique is the fact that it can be easily expanded for large area substrates as desired by the industrial fabrication line. Lead iodide powder was dissolved in deionized water at 100ºC (boiling water) where its solubility is higher than at room temperature. After the dissolution of the powder, the solution is cooled down to ambient temperature and filtered for the removal of the excess of formed crystals. The films were deposited from aqueous solutions on glass substrates sitting at different temperatures (from 150 to 270ºC). The total deposition time is about 2.5 hours leading to a film thickness of . In addition we also investigate the structural (X-ray diffraction and Raman scattering), electronic (dark conductivity as a function of temperature) and atomic force microscopy (AFM) properties of the obtained films. In order to induce crystalline grain growth after the deposition of the films, the original samples were also submitted to thermal treatment at 350ºC during 3 hours either in ambient or under controlled atmosphere (N2). The influence of oxygen doping was only observed in the first case. We analyze the variation of the size of the crystals (relative to the main peak - 001) and the activation energies for electric transport. The activation energy for films deposited at 200ºC is about 0.50 eV. For other deposition temperatures, varying from 150 to 250ºC, it was experimentally measured a minimum and maximum value of activation energy of 0.45 and 0.66 eV, respectively. In summary, the electronic and structural properties are correlated and discussed based on the deposition method, and thermal treatments. It is the present authors belief that thin films with interesting structural and electronic properties can be produced by spray pyrolysis with short deposition time.

Magnetic nanoparticles (MNPs) hold great promise in the fields of biology and medicine. The synthesis of functional MNPs with precisely controlled crystallographic, physicochemical, and magnetic properties on a large scale still remains the challenge today. This thesis reports the exploration of liquid-fed flame spray pyrolysis (FSP) in the synthesis of functional MNPs, their surface modifications, and potential bio-applications. Superparamagnetic and ferromagnetic maghemite (γ-Fe2O3) nanoparticles, and silica-coated maghemite (SiO2/γ-Fe2O3) nanocomposites were synthesised using FSP. The size of γ-Fe2O3 was controllable from 6 to 53 nm, with morphology evolving from a disordered near-spherical shape to fully ordered 2-D hexagonal/octagonal platelet. The saturation magnetisation (Ms) increased from 21 to 74 emu/g with increasing particle size, up to 13 nm when Ms approached the bulk γ-Fe2O3 characteristics. In the case of SiO2/γ-Fe2O3, three distinct morphologies, namely the single segregated γ-Fe2O3 core- SiO2 shell, transitional mixed morphologies, and multi γ-Fe2O3 cores embedded in submicron SiO2 shell, were obtained. The core size, composite size, and morphology of γ- Fe2O3 were tunable by varying %SiO2 loading and the use of a quartz tube enclosure during flame synthesis. The magnetic behaviour correlated well with the crystal microstructure. Following the core particle design, protein adsorption-desorption behaviour on FSP-madeMNPs was studied. Bovine serum albumin (BSA) adsorption was found to follow the Langmuir isotherm, with high binding capacities (150−348 mg BSA/g particle) and fast association constants. Electrostatically governed BSA orientations were proposed for different particle-buffer systems. The adsorbed BSA was effectively recovered by pH-shift using K2HPO4. Subsequently, terminal amine, aldehyde, carboxylic, epoxy, mercapto and maleimide functionality were anchored onto the FSP-made γ-Fe2O3 particles. These versatile functional groups led to conjugation of active trypsin. The immobilised trypsin exhibited superior durability with >60% residual activity after one week, and excellent reusability for >5 cycles. The trypsin-conjugated MNPs are promising carriers in proteomics, demonstrating good substrate specificity with equivalent or better sequence coverage compared to free trypsin in insulin and BSA digestion. In another application, a refined silanisation procedure simultaneously reduced γ-Fe2O3 to Fe3O4, and generated thiol enriched surface for matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) conjugation. The highly active MMP-2-conjugated MNPs could potentially enhance the interstitial transport of macromolecule/nanoparticles in drug delivery.