Neste trabalho foram realizadas medidas dos tempos de relaxação nuclear do 19F, em três amostras ternárias, não estequiométricas e que apresentam estrutura fluorita. Na amostra Na0.4Y0.6F2.2 foram medidos o tempo de relaxação spin-spin (T2) em função da temperatura nas fases onde sua estrutura não é fluorita (600K à 900K), e o tempo de relaxação spin-rede (T1), no mesmo intervalo de temperaturas, nas freqüências de Larmor: 20.42 MHz e 34.24 MHz. Obtivemos para as medidas de T1, um comportamento similar ao observado em sistemas com dois sítios inequivalentes. Na amostra Pb0.84Bi0.16F2.16 foram feitas medidas de T2 no intervalo de temperaturas 300K à 830K, dentro de um ciclo térmico de aquecimento e resfriamento, afim de se obter a energia de formação de defeitos. Porém a diferença de energia obtida, de 0.08 eV entre a energia obtida durante o aquecimento e o resfriamento, parece estar associada a mudanças estruturais nos clusters. Na amostra K0.04Bi0.06 F2.2: 2% PbF2 foram realizadas medidas de T2 em um intervalo de temperatura de 300K a 800K, dentro de um ciclo térmico. Não se observou mudança na energia de ativação durante o ciclo. Mediu-se também, no mesmo intervalo de temperaturas, T1 nas freqüências de Larmor: 11.71 MHz, 20.42 MHz e 34.24 MHz. A análise das curvas de T1 parece indicar a existência de dois mecanismos de saltos no material. / The 19F NMR relaxation times T1 and T2 were measured is ternary and nonstoichiometric compounds with the fluorite-type structure. We have studied the Na0.4Y0.6F2.2 crystal in the temperature range 600K to 900K, where the crystal hás not the fluorite structure. The T1 values were measured in two Larmor frequencies: 20.42 MHz and 34.24 MHz. The results for T1 were seem to be qualitatively similar to those measured in the system with two inequivalent sublattices. The T2 measurement, in the Pb0.84Bi0.16F2.16 crystal, were made during temperature cycles in the range of 300K to 830K. The difference in activation energy between cooling and heating half cycles, found to be approximatly 0.08 eV, appear to be associated with the change in the clusters structure and not to the energy of defect formation. Finally, similar T2 measurements during the temperature cycling was made in K0.04Bi0.06 F2.2: 2% PbF2 crystal in the temperature range 300K to 800K, but in this case no difference in the cooling and heating results was observed. We also measured, in the same temperature range, the T1 relaxation time in 3 Larmor frequencies: 11.71 MHz, 20.42 MHz and 34.24 MHz. This results appear to indicate the existence of two hopping mechanism.

Estudos experimentais de sistemas mistos contendo os fluoretos PbF2 e CdF2 vêm revelando o importante potencial tecnológico desses materiais. No entanto, o comportamento tanto estrutural quanto dinâmico desses materiais ainda não é completamente compreendido. A proposta desta tese é a contribuição no entendimento amplo desses sistemas utilizando uma simulação atomística feita por Dinâmica Molecular. Com uso de um potencial efetivo de pares promissor foi possível descrever as propriedades estruturais, dinâmicas e térmicas destes sistemas avaliando-se também a dependência da composição nestas propriedades. As simulações foram realizadas no ensemble NPT (número de partículas, pressão e temperatura constantes) permitindo acompanhar as variações de energia e volume do sistema durante os processos de aquecimento e resfriamento. Foram observadas as descontinuidades nas transições sólido-líquido e líquido-sólido durante estes processos. Esse ensemble aproxima a simulação da realidade experimental uma vez que em geral experimentos são realizados a pressão atmosférica. Na primeira parte dos resultados foram criadas soluções sólidas ideais construídas a partir da rede perfeita do PbF2 onde são escolhidos alguns dos íons de Pb que são substituídos aleatoriamente por íons de Cd. Os resultados da caracterização estrutural destes sistemas foram comparados com medidas de EXAFS mostrando excelente acordo e validando o potencial proposto. Uma vez que o potencial mostrou-se coerente na descrição das interações destes três íons, foram analisados os efeitos da temperatura nestes sistemas. Tanto o PbF2 quanto o CdF2 são sólidos condutores superiônicos onde os íons de flúor apresentam alta mobilidade iônica. O sistema misto composto por estes dois fluoretos, CdxPb1xF2, também é um material superiônico. As propriedades superiônicas do sistema binário foram obtidas pelas simulações mostrando excelente acordo com os dados experimentais. A fusão desses sistemas considerando-se diferentes concentrações dos fluoretos, apresentou um diagrama de fase com menor temperatura de fusão para as composições em torno de 35% de CdF2 , o que está em perfeito acordo com o observado experimentalmente. Sistemas essencialmente diferentes quanto à organização estrutural e homogeneidade, foram obtidos a partir da fusão seguida de diferentes taxas de resfriamento. O resfriamento do líquido feito com taxas rápidas levou a formação de vidros homogênos. Taxas mais lentas de resfriamento Levam a formação de vidros que passam a exibir regiões mais ricas em PbF2 e outras em CdF2 . Taxas de resfriamento ainda mais lentas levam a cristalização dos líquidos, a qual ocorre com tendência de separação de fases e geração de defeitos. Os vidros homogêneos foram aquecidos novamente e apresentaram separação de fase seguida da devitrificação. Essencialmente devido aos defeitos gerados durante os processos de vitrificação, cristalização e devitrificação os vidros e os cristais apresentam maiores mobilidades dos íons fluoretos que os sistemas ideais primeiramente avaliados. Os cristais com separação de fases apresentam também composições que possuem menores valores de temperatura de transição iônica-superiônica. O comportamento de máxima mobilidade em função da temperatura é observado para as composições em torno de 30% de CdF2 em acordo com dados experimentais. A simulação clássica realizada permitiu o acesso microscópico do sistema sugerindo uma descrição para esses sistemas que é de grande valia e nem sempre possível experimentalmente / Experimental studies of binary systems of PbF2 and CdF2 display important technological potential of these materials. Besides that, its structural and dynamical behavior is not well understood. The aim of this theses is to bring a contribution for understand these materials through molecular dynamics simulations. With an adequate interatomic pair potential it was possible to describe the structural, dynamical and thermal properties of the pure systems as well as for solid solutions. All simulations were performed in NPT ensemble (constant number of particle, pressure, and temperature) which allows observing and analyses the energy and volume variation during process of heating and cooling. Solid-liquid and liquid-solid transitions discontinuity were observed during these process. This ensemble resembles experimental reality, once in general experiments are done at atmospheric pressure. Initially, ideal solid-solutions were obtained from perfect PbF2 lattice, where Pb ions were randomly replaced by Cd ions. The molecular dynamics structural characterizations were compared with EXAFS results in excellent agreement, which validates the proposed interatomic potential. Further, thermal effects were also analyzed. Both PbF2 and CdF2 are super ionic solid conductors, where the F ions shows high ionic mobility, The binary system, CdxPb1xF2, is also a super ionic conductor. The super ionic properties for the binary system were simulated displaying excellent agréments with experimental available data. Melting temperature as a function of the CdF2 concentration shows a phase diagram in which the melting temperature has a minimum around 35% of CdF2 , in accord with experimental data. Using different cooling rates, cooling from the melt, result in systems with different structural organization and homogeneity. Cooling from the liquid, with fast cooling rates, results in homogeneous glass. Slow cooling rates produce glass in which there is regions rich in PbF2 and other rich in CdF2 . Slower cooling rates results in the crystallization of the liquid, which large tendency of phase separation and defects. Homogeneous glasses were re-heated resulting in a phase separated system followed by devitrification. Due to the presence of defects during the process of vitrification, crystallization and devitrification, glasses and crystals display greater mobility of F ions than the initial solid solution initially analyzed. The ionic-super ionic temperature occurs for smaller temperatures for some composition of the crystals with phase separation. Maximum mobility as a function of temperature was observed for composition around 30% CdF2 , in agreement with experiments. The classical simulation performed allows detailed microscopic description of the system in which, in general, are not possible experimentally

Neste trabalho foram realizadas medidas dos tempos de relaxação nuclear do 19F, em três amostras ternárias, não estequiométricas e que apresentam estrutura fluorita. Na amostra Na0.4Y0.6F2.2 foram medidos o tempo de relaxação spin-spin (T2) em função da temperatura nas fases onde sua estrutura não é fluorita (600K à 900K), e o tempo de relaxação spin-rede (T1), no mesmo intervalo de temperaturas, nas freqüências de Larmor: 20.42 MHz e 34.24 MHz. Obtivemos para as medidas de T1, um comportamento similar ao observado em sistemas com dois sítios inequivalentes. Na amostra Pb0.84Bi0.16F2.16 foram feitas medidas de T2 no intervalo de temperaturas 300K à 830K, dentro de um ciclo térmico de aquecimento e resfriamento, afim de se obter a energia de formação de defeitos. Porém a diferença de energia obtida, de 0.08 eV entre a energia obtida durante o aquecimento e o resfriamento, parece estar associada a mudanças estruturais nos clusters. Na amostra K0.04Bi0.06 F2.2: 2% PbF2 foram realizadas medidas de T2 em um intervalo de temperatura de 300K a 800K, dentro de um ciclo térmico. Não se observou mudança na energia de ativação durante o ciclo. Mediu-se também, no mesmo intervalo de temperaturas, T1 nas freqüências de Larmor: 11.71 MHz, 20.42 MHz e 34.24 MHz. A análise das curvas de T1 parece indicar a existência de dois mecanismos de saltos no material. / The 19F NMR relaxation times T1 and T2 were measured is ternary and nonstoichiometric compounds with the fluorite-type structure. We have studied the Na0.4Y0.6F2.2 crystal in the temperature range 600K to 900K, where the crystal hás not the fluorite structure. The T1 values were measured in two Larmor frequencies: 20.42 MHz and 34.24 MHz. The results for T1 were seem to be qualitatively similar to those measured in the system with two inequivalent sublattices. The T2 measurement, in the Pb0.84Bi0.16F2.16 crystal, were made during temperature cycles in the range of 300K to 830K. The difference in activation energy between cooling and heating half cycles, found to be approximatly 0.08 eV, appear to be associated with the change in the clusters structure and not to the energy of defect formation. Finally, similar T2 measurements during the temperature cycling was made in K0.04Bi0.06 F2.2: 2% PbF2 crystal in the temperature range 300K to 800K, but in this case no difference in the cooling and heating results was observed. We also measured, in the same temperature range, the T1 relaxation time in 3 Larmor frequencies: 11.71 MHz, 20.42 MHz and 34.24 MHz. This results appear to indicate the existence of two hopping mechanism.

Estudos experimentais de sistemas mistos contendo os fluoretos PbF2 e CdF2 vêm revelando o importante potencial tecnológico desses materiais. No entanto, o comportamento tanto estrutural quanto dinâmico desses materiais ainda não é completamente compreendido. A proposta desta tese é a contribuição no entendimento amplo desses sistemas utilizando uma simulação atomística feita por Dinâmica Molecular. Com uso de um potencial efetivo de pares promissor foi possível descrever as propriedades estruturais, dinâmicas e térmicas destes sistemas avaliando-se também a dependência da composição nestas propriedades. As simulações foram realizadas no ensemble NPT (número de partículas, pressão e temperatura constantes) permitindo acompanhar as variações de energia e volume do sistema durante os processos de aquecimento e resfriamento. Foram observadas as descontinuidades nas transições sólido-líquido e líquido-sólido durante estes processos. Esse ensemble aproxima a simulação da realidade experimental uma vez que em geral experimentos são realizados a pressão atmosférica. Na primeira parte dos resultados foram criadas soluções sólidas ideais construídas a partir da rede perfeita do PbF2 onde são escolhidos alguns dos íons de Pb que são substituídos aleatoriamente por íons de Cd. Os resultados da caracterização estrutural destes sistemas foram comparados com medidas de EXAFS mostrando excelente acordo e validando o potencial proposto. Uma vez que o potencial mostrou-se coerente na descrição das interações destes três íons, foram analisados os efeitos da temperatura nestes sistemas. Tanto o PbF2 quanto o CdF2 são sólidos condutores superiônicos onde os íons de flúor apresentam alta mobilidade iônica. O sistema misto composto por estes dois fluoretos, CdxPb1xF2, também é um material superiônico. As propriedades superiônicas do sistema binário foram obtidas pelas simulações mostrando excelente acordo com os dados experimentais. A fusão desses sistemas considerando-se diferentes concentrações dos fluoretos, apresentou um diagrama de fase com menor temperatura de fusão para as composições em torno de 35% de CdF2 , o que está em perfeito acordo com o observado experimentalmente. Sistemas essencialmente diferentes quanto à organização estrutural e homogeneidade, foram obtidos a partir da fusão seguida de diferentes taxas de resfriamento. O resfriamento do líquido feito com taxas rápidas levou a formação de vidros homogênos. Taxas mais lentas de resfriamento Levam a formação de vidros que passam a exibir regiões mais ricas em PbF2 e outras em CdF2 . Taxas de resfriamento ainda mais lentas levam a cristalização dos líquidos, a qual ocorre com tendência de separação de fases e geração de defeitos. Os vidros homogêneos foram aquecidos novamente e apresentaram separação de fase seguida da devitrificação. Essencialmente devido aos defeitos gerados durante os processos de vitrificação, cristalização e devitrificação os vidros e os cristais apresentam maiores mobilidades dos íons fluoretos que os sistemas ideais primeiramente avaliados. Os cristais com separação de fases apresentam também composições que possuem menores valores de temperatura de transição iônica-superiônica. O comportamento de máxima mobilidade em função da temperatura é observado para as composições em torno de 30% de CdF2 em acordo com dados experimentais. A simulação clássica realizada permitiu o acesso microscópico do sistema sugerindo uma descrição para esses sistemas que é de grande valia e nem sempre possível experimentalmente / Experimental studies of binary systems of PbF2 and CdF2 display important technological potential of these materials. Besides that, its structural and dynamical behavior is not well understood. The aim of this theses is to bring a contribution for understand these materials through molecular dynamics simulations. With an adequate interatomic pair potential it was possible to describe the structural, dynamical and thermal properties of the pure systems as well as for solid solutions. All simulations were performed in NPT ensemble (constant number of particle, pressure, and temperature) which allows observing and analyses the energy and volume variation during process of heating and cooling. Solid-liquid and liquid-solid transitions discontinuity were observed during these process. This ensemble resembles experimental reality, once in general experiments are done at atmospheric pressure. Initially, ideal solid-solutions were obtained from perfect PbF2 lattice, where Pb ions were randomly replaced by Cd ions. The molecular dynamics structural characterizations were compared with EXAFS results in excellent agreement, which validates the proposed interatomic potential. Further, thermal effects were also analyzed. Both PbF2 and CdF2 are super ionic solid conductors, where the F ions shows high ionic mobility, The binary system, CdxPb1xF2, is also a super ionic conductor. The super ionic properties for the binary system were simulated displaying excellent agréments with experimental available data. Melting temperature as a function of the CdF2 concentration shows a phase diagram in which the melting temperature has a minimum around 35% of CdF2 , in accord with experimental data. Using different cooling rates, cooling from the melt, result in systems with different structural organization and homogeneity. Cooling from the liquid, with fast cooling rates, results in homogeneous glass. Slow cooling rates produce glass in which there is regions rich in PbF2 and other rich in CdF2 . Slower cooling rates results in the crystallization of the liquid, which large tendency of phase separation and defects. Homogeneous glasses were re-heated resulting in a phase separated system followed by devitrification. Due to the presence of defects during the process of vitrification, crystallization and devitrification, glasses and crystals display greater mobility of F ions than the initial solid solution initially analyzed. The ionic-super ionic temperature occurs for smaller temperatures for some composition of the crystals with phase separation. Maximum mobility as a function of temperature was observed for composition around 30% CdF2 , in agreement with experiments. The classical simulation performed allows detailed microscopic description of the system in which, in general, are not possible experimentally

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-06T19:20:38Z No. of bitstreams: 1 WanessaMelo.pdf: 3870140 bytes, checksum: 266e5a05b6c1164e224f978555ddc4d0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-06T19:20:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WanessaMelo.pdf: 3870140 bytes, checksum: 266e5a05b6c1164e224f978555ddc4d0 (MD5) Previous issue date: 2008-05-20 / Fundação de Amparo à Pesquisa e ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Maranhão (FAPEMA) / In this work we have studied possible phase transitions in Na2ThF6 single crystals using Di erential Scanning Calorimetry (DSC), Raman and Impedance spectroscopies and static simulations. The polarized Raman spectroscopy measurements were performed in the temperature range from 10 K up to 770 K and DSC measurements from 298 K up to 823 K. The results indicate that the Na2ThF6 single crystal are structurally stable in the temperature ranging from 50 K up to 770 K. Below 50 K, a mode with A1 symmetry disappear indicating a possible phase transition. Besides, the bandwidth of the main Raman modes increases with the temperature showing a behavior like Ahrrenius with activation energies of 0,17 eV and 0,16 eV. The Impedance spectroscopy measurements were performed in the temperature range between 298K and 773K in the clivage (311) crystalline plane. The results indicate an increase in the ionic conductivity at high temperatures showing a conduction mechanism with activation energy of 0,28 eV. The imaginary part of the dielectric constant and conductivity present an anomaly at around 735 K, possibly associated to a superionic behavior. The static simulations were performed using the GULP code in the hydrostatic pressure range between room pressure and 20 GPa, showing that the z coordinate of the Na+ ion tends to value 1=2 at around 6 GPa, indicating a possible structural phase transition induced by hydrostatic pressure. The ferroic characteristic of this transition was de ned according to the changes observed for the piezoelectric and compliance tensors. / Neste trabalho investigamos possíveis transições de fase no Na2ThF6, utilizando as técnicas de calorimetria diferencial de varredura, Espectroscopias Raman e de Impedância e simulações estáticas. As medidas de espectroscopia Raman polarizadas foram realizados na faixa de temperatura de 10K a 770K e as de calorimetria diferencial de varredura de 298 K a 823 K. Os resultados indicaram que o monocristal de Na2ThF6 é estável do ponto de vista estrutural entre 50 K e 770 K. Abaixo de 50 K, o desaparecimento de um modo na simetria y(zz)¹y indica, possivelmente, uma transição de fase ferróica. Além disso, a largura dos modos mais proeminentes observados têm um comportamento semelhante ao de Ahrenius, indicando energias de ativação de 0,17 eV e 0,16 eV. As medidas de espectroscopia de Impedância, realizadas no intervalo de temperatura entre 298 K e 773 K no plano de clivagem (311) da amostra, revelaram um aumento da condutividade em função da temperatura possuindo um processo condutivo termicamente ativado cuja energia de ativação é de 0,28 eV. Observou-se também uma anomalia na constante dielétrica imáginária e condutividade em 735 K. Esta anomalia é, provavelmente, consequência de um comportamento superiônico do material. As simulações estáticas realizadas através do programa GULP, da pressão ambiente à 20 GPa, evidenciaram que a coordenada z dos átomos de Na do Na2ThF6 migrou para uma posição 1/2 em 6 GPa, indicando deste modo uma possível transição de fase induzida por pressão hidrostática. O caráter ferróico dessa transição foi de nido pelas mudanças nos tensores de constante elástica e coeficiente piezoelétrico observadas na simulação em torno de 6 GPa .