Submitted by Simone Souza (simonecgsouza@hotmail.com) on 2018-04-20T14:10:44Z No. of bitstreams: 1 DISS_2014_Raffael Chaves Juliano.pdf: 3302347 bytes, checksum: 174e8e990733d7d4d8b7abe09ac51a92 (MD5) / Approved for entry into archive by Jordan (jordanbiblio@gmail.com) on 2018-05-14T16:24:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISS_2014_Raffael Chaves Juliano.pdf: 3302347 bytes, checksum: 174e8e990733d7d4d8b7abe09ac51a92 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-14T16:24:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISS_2014_Raffael Chaves Juliano.pdf: 3302347 bytes, checksum: 174e8e990733d7d4d8b7abe09ac51a92 (MD5) Previous issue date: 2014-11-28 / CAPES / Compostos de metais de transição, como o dióxido de vanadio (VO2), podem apresentar,em determinadas condições, a transição metal-isolante. No VO2, essa transição é acompanhada por uma transformação na sua estrutura cristalina, através da dimerização de átomos de vanadio presentes em sítios distintos. é dessa ligação entre dois sítios que emerge a ideia do dímero de Mott. Neste trabalho, utilizando o método da diagonalização exata, estudamos o modelo de Hubbard em sua versão estendida aplicado ao dimero de Mott, encontrando os seus autovalores e autovetores de energia. Variando os parâmetros do modelo, obtemos os resultados numéricos para os autovalores de energia do sistema. Realizamos ainda uma análise da ocupação eletrônica total e da compressibilidade de carga (densidade de estados) como função do potencial químico. No sentido de compreender melhor o sistema, estudamos o comportamento da dupla ocupação, da energia interna e do calor especifico como função da temperatura, da interação Colombiana local e não local. Além disso, diversas quantidades físicas (dupla ocupação, energia interna,calor especifico, entropia, magnetização e susceptibilidade magnética) do dímero de Mott foram calculadas analiticamente utilizando o método do ensemble canônico. / Compounds based on transition metals such as vanadium dioxide (VO2), present under certain conditions metal-insulator transitions. Regarding to VO2, this transition is accompanied by a change in its cristalline structure through dimerization of two vanadium atoms on di erent sites. Here, it is this bound state between two vanadium atoms that emerges the idea of a Mott's dimer. In this work, using exact diagonalization, we study the Hubbard model in its extended version exploring the physics of Mott's dimer. We obtain explicitly all eigenvalues and eigenvectors of this model. Varying the model parameters, we explore the energy dependence of all eigenvalues of the system. We also performed an analysis of the total electron occupation and the charge compressibility (density of states) as a function of chemical potential. In order to better understand the physical properties of a two-site Hubbard model, we study the behavior of the double occupancy, the total energy and the speci c heat as a function of temperature and the Coulomb interaction parameters. Moreover, various physical quantities (double occupancy, internal energy, speci c heat, entropy, magnetization and magnetic susceptibility) of dimer's Mott were calculated analytically using the method of the canonical ensemble.

Este trabalho apresenta a preparação de filmes nanoestruturados de óxido de manganês e de vanádio por diferentes técnicas e a sua caracterização eletroquímica utilizando diferentes líquidos iônicos como eletrólito. Os filmes de óxido de manganês foram preparados por automontagem camada-por-camada e por eletrodeposição assistida por molde de nanoesferas de poliestireno. Os filmes de óxido de vanádio foram preparados também por automontagem camada-por-camada e por deposição eletroforética. Diversos aspectos relacionados ao uso dos líquidos iônicos como eletrólitos foram discutidos: os resultados obtidos para os filmes de óxido de manganês por automontagem camada-por-camada mostraram que os íons do líquido iônico participam do processo de compensação de carga superficialmente e que o cátion do líquido iônico, apesar de mais volumoso, apresenta coeficiente de difusão maior que o Li+, formando uma barreira à intercalação dos mesmos na estrutura do material. A partir dos resultados obtidos para os filmes de óxido de manganês por eletrodeposição assistida por nanoesferas de poliestireno, foi possível verificar que o desempenho do sistema depende da natureza do líquido iônico utilizado, sendo possível obter desempenho superior aos solventes orgânicos convencionais com um dos líquidos iônicos utilizados do ponto de vista da ciclabilidade. Desempenho superior aos eletrólitos convencionais também foi observado para os filmes de óxido de vanádio obtidos por automontagem camada-por-camada. Por fim, a caracterização eletroquímica em líquidos iônicos dos filmes de óxido de vanádio obtidos por deposição eletroforética mostrou que não apenas o uso de nanopartículas, mas também o modo de deposição das mesmas influencia no desempenho eletroquímico do sistema. De maneira geral, os resultados obtidos mostraram que o uso de filmes nanoestruturados e de líquidos iônicos como eletrólitos constituem alternativas promissoras para a obtenção de dispositivos de armazenamento e conversão de energia de alto desempenho e segurança. / This work presents the preparation of manganese and vanadium oxides nanostructured films by different techniques and their electrochemical characterization in different ionic liquids based electrolytes. Manganese oxide films have been prepared by self-assembly layer-by-layer and by electrodeposition assisted by polystyrene nanospheres template. Vanadium oxide films have been also prepared by self-assembly layer-by-layer deposition and by electrophoretic deposition. Several aspects related with the use of ionic liquids as electrolytes have been discussed: the obtained results from layer-by-layer deposition of manganese oxide have shown that ionic liquid ions also participate in the charge compensation process, but only superficially; in spite of ionic liquid cation been larger than Li+, it moves faster, achieving the electrode surface before, being a barrier for Li+ intercalation. From the results obtained for the manganese oxide prepared by template assisted electrodeposition, it was possible to notice that electrochemical performance is dependent on the ionic liquid structure, being possible to achieve higher performance than with conventional organic solvent electrolyte with one of the studied ionic liquid. Superior performance in comparison with conventional electrolyte has also been achieved for vanadium oxide films prepared by layer-by-layer deposition from the point of view of cyclability. Finally, the electrochemical characterization of vanadium oxide films prepared by electrophoretic deposition in ionic liquids has shown that not only the use of nanoparticles but also the deposition method employed influences the electrochemical performance. To conclude, the obtained results have shown that the use of nanostructured films and ionic liquids as electrolytes are promising alternatives for the obtention of high performance energy storage and conversion devices.

Um estudo refinado dos filmes derivados do gel de pentóxido de vanádio foi realizado por meio de técnicas espectroscópicas e microscópicas visando compreender melhor as características deste material na escala microscópica. Foi demonstrado que o gel de pentóxido de vanádio é uma suspensão de nanopartículas anisotrópicas que se mantêm estáveis mesmo em altas concentrações. As propriedades estruturais e espectroscópicas destas nanopartículas foram revistas e discutidas no estado da arte. Em paralelo foi possível investigar fenômenos como a transição de fase induzida por laser e desenvolver aplicações tecnológicas em áreas como litografia e sensoriamento de gases. Ficou destacada nesta tese o grande potencial de investigação da microscopia Raman confocal na área de nanomateriais. / A refined study of films derived from vanadium pentoxide gel was carried out based on spectroscopic and microscopic techniques, aiming a better understanding of this material on a microscopic scale. It was demonstrated that the vanadium pentoxide gel consists of a suspension of anisotropic nanoparticles which remains stable even at high concentrations. The structural and spectroscopic properties of such nanoparticles were reviewed and discussed, providing new insights at the state of the art. It was also investigated the occurrence of some relevant phenomena, such as the laser induced phase transition, and to develop new technological applications in areas such as gas sensing and lithography. The collection of results described in thesis highlighted a great research potential of confocal Raman microscopy, in the field of nanomaterials.

Esta tese tem como foco o desenvolvimento de procedimentos analíticos automáticos, visando as determinações fotométricas de vanádio e de estanho em águas e em alimentos empregando o processo de multicomutação em fluxo. Um microcontrolador da família PIC e um programa escrito em linguagem Visual Basic 6.0 foram empregados para controle dos dispositivos e aquisição de dados. A unidade de detecção foi construída empregando LED de alto brilho e celas de fluxo com longo caminho óptico (50-200 mm) para ganho em sensibilidade. O módulo de análises, empregando bombas solenoide como propulsores de fluido e o fotômetro foram integrados, formando uma unidade compacta. A determinação de vanádio em águas, mineral e de rio, foi baseada na redução do V(V) à V(IV) com ácido ascórbico e posterior complexação com Eriocromo Cianina R (ECR). Empregando uma cela de 150 mm, o sistema apresentou resposta linear de 0,02 a 1,00 mg L-1, limite de detecção estimado em 13 ?g L-1, coeficiente de variação de 0,87% (n=10) e frequência analítica de 47 determinações por hora. Recuperações entre 89 e 109% foram obtidas para adição de V(V) nas amostras de águas. O procedimento para a determinação de estanho em alimentos foi desenvolvido empregando bomba de multi-seringa como unidade de propulsão de fluidos, cela de fluxo com caminho óptico de 200 mm e parada de fluxo de 50 s. Baseado na reação do Sn(IV) com o violeta de pirocatecol (PCV) na presença de surfactantes, o sistema apresentou resposta linear de 0,10 a 1,25 mg L-1, limite de detecção estimado em 0,04 mg L-1, coeficiente de variação de 1,30% (n=10) e frequência analítica de 49 determinações por hora. Recuperações entre 95 e 115% foram obtidas com a adição de Sn(IV) às amostras de alimentos. / Automatic analytical procedures for photometric determinations of vanadium in water and tin in foods were developed using the multicommutation flow analysis process. A microcontroller of the PIC family and a software written in Visual Basic 6.0 language were used for devices control and data acquisition. Detection unit was designed to use high brightness LED and long optical pathlength flow cells (50-200 mm) to improve sensitivity. The flow analysis module using solenoid mini-pumps as fluid propelling devices and the photometer were integrated in order to form a compact unit. The determination of vanadium in mineral and river waters was based on the reduction of V(V) to V(IV) with ascorbic acid and subsequent complexation with Eriochrome Cyanine R (ECR). Employing flow cell of 150 mm, the system presented linear response between 0.02 and 1.00 mg L-1, detection limit of 13 ?g L-1, variation coefficient of 0.87% (n=10) and sampling throughput of 47 determinations per hour. Recoveries between 89 and 109% were attained for vanadium spiked to mineral and river water. The procedure for determination of tin in foods was development employing a multi-syringe pump as fluid propelling device, a flow cell with optical pathlength of 200 mm and stop flow of 50 s. The procedure was based on the reaction of Sn(IV) with pyrocatechol violet (PCV) in the presence of surfactants, presented linear response between 0.10 and 1.25 mg L-1, detection limit of 0.04 mg L-1, variation coefficient of 1.30% (n=10) and sampling throughput of 49 determination per hour. Recoveries between 95 and 115% were attained for tin spiked samples

Em ultimas décadas, a conversão de alcanos leves em suas correspondentes olefinas tem sido objeto de intensas pesquisas, impulsionadas inclusive pelo aumento crescente da demanda do propileno como um importante produto petroquímico. A desidrogenação oxidativa (ODH) do propano representa uma via alternativa promissor para a produção de propeno, ao apresentar-se como uma reação exotérmica e não limitada termodinamicamente. Diferentes óxidos suportados ou mistos têm sido desenvolvidos com a finalidade de aumentar a atividade e seletividade em relação as olefinas. Metais alcalinos são importantes agentes promotores que proporcionam uma melhor seletividade as olefinas devido a redução da acidez e aumento da basicidade da superfície do catalisador. A proposta deste presente trabalho foi desenvolver metodologias de síntese de catalisadores de oxido de vanádio suportado em aluminas de diferentes fases cristalinas e dopados com sódio ou potássio a fim de avalia-los em testes catalíticos de desidrogenação oxidativa do propano. Para tanto, foram utilizadas as seguintes técnicas de caracterização: volumetria N2, difratometria de raios X (DRX) e redução a temperatura programada (RTP). As características acidas e/ou básicas dos suportes e catalisadores foram avaliadas pelas reações de decomposição de isopropanol. / In recent decades, the conversion of light alkanes to their corresponding olefins has been the subject of intense research, mainly driven by the increasing demand of propylene as an important petrochemical product. Oxidative dehydrogenation (ODH) propane is a promising alternative way to propylene production, which it is presented as an exothermic reaction and not limited thermodynamically. Different supported or mixed oxides have been developed in order to increase the activity and selectivity to olefins. Alkali metals are important promoters, which provide improved selectivity to olefins due to reduction of acidity and increasing basicity of the catalyst surface. The purpose of the present study was to develop synthesis methods of vanadium oxide catalysts supported on alumina of the different crystalline phases and doped with sodium or potassium in order to evaluate them in catalytic tests of propane oxidative dehydrogenation. For in such a way, the following characterization techniques were used: N2 volumetry, X-ray diffractometry (XRD) and temperature programmed reduction (TPR). The properties acid and/or basic of supports and catalysts were evaluated by the isopropanol decomposition reaction.

Em ultimas décadas, a conversão de alcanos leves em suas correspondentes olefinas tem sido objeto de intensas pesquisas, impulsionadas inclusive pelo aumento crescente da demanda do propileno como um importante produto petroquímico. A desidrogenação oxidativa (ODH) do propano representa uma via alternativa promissor para a produção de propeno, ao apresentar-se como uma reação exotérmica e não limitada termodinamicamente. Diferentes óxidos suportados ou mistos têm sido desenvolvidos com a finalidade de aumentar a atividade e seletividade em relação as olefinas. Metais alcalinos são importantes agentes promotores que proporcionam uma melhor seletividade as olefinas devido a redução da acidez e aumento da basicidade da superfície do catalisador. A proposta deste presente trabalho foi desenvolver metodologias de síntese de catalisadores de oxido de vanádio suportado em aluminas de diferentes fases cristalinas e dopados com sódio ou potássio a fim de avalia-los em testes catalíticos de desidrogenação oxidativa do propano. Para tanto, foram utilizadas as seguintes técnicas de caracterização: volumetria N2, difratometria de raios X (DRX) e redução a temperatura programada (RTP). As características acidas e/ou básicas dos suportes e catalisadores foram avaliadas pelas reações de decomposição de isopropanol. / In recent decades, the conversion of light alkanes to their corresponding olefins has been the subject of intense research, mainly driven by the increasing demand of propylene as an important petrochemical product. Oxidative dehydrogenation (ODH) propane is a promising alternative way to propylene production, which it is presented as an exothermic reaction and not limited thermodynamically. Different supported or mixed oxides have been developed in order to increase the activity and selectivity to olefins. Alkali metals are important promoters, which provide improved selectivity to olefins due to reduction of acidity and increasing basicity of the catalyst surface. The purpose of the present study was to develop synthesis methods of vanadium oxide catalysts supported on alumina of the different crystalline phases and doped with sodium or potassium in order to evaluate them in catalytic tests of propane oxidative dehydrogenation. For in such a way, the following characterization techniques were used: N2 volumetry, X-ray diffractometry (XRD) and temperature programmed reduction (TPR). The properties acid and/or basic of supports and catalysts were evaluated by the isopropanol decomposition reaction.

Neste trabalho foi feito o estudo sobre o efeito de elementos microligantes na composição química, microestrutura e propriedades mecânicas de metais como soldado produzidos por arco submerso com adição de pó de ferro em aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Foram feitos dois cordões de solda utilizando os aços BS - 4360 - 50 e USI - SAC - 50, o arame EM - 12K, o pó de ferro ESAB 400 e o fluxo experimental 10.71P. Utilizando-se a corrente de 600 A, tensão de 34 V, velocidade de soldagem de 30 cm/min e vazão de pó de ferro de 6,7 Kg/h foram produzidos os metais como soldado com um único passe e chanfro em \"V\", que mostraram características de boa temperabilidade e estrutura refinada. O microconstituinte em maior porcentagem nos dois cordões de solda foi a ferrita acicular. Os ensaios mecânicos realizados foram a dureza, tração e impacto. O cordão de solda com nióbio e vanádio obteve maiores valores de dureza e resistência à tração em relação ao cordão com cobre, cromo e níquel. Entretanto os altos teores de manganês presentes fizeram com que o endurecimento por solução sólida reduzisse significativamente a resistência ao impacto dos dois cordões de solda. A natureza das inclusões não metálicas foi investigada por microscopia eletrônica e análise por EDAX. / The study of the effect of microalloying elements in the chemical composition, microstructure and mechanical properties of the as-welded metaIs obtained by submerged are welding with iron powder addition in High Strength Low Alloy (HSLA) steel were done. Two weld metaIs were made using, BS - 4360 - 50 and USI - SAC - 50 steels, EM - 12K wire, ESAB 400 iron powder and 10.71P experimental flux. Using welding current of 600 A, arc voltage of 34 V, travel speed of 30 cm/min and iron powder flow of 6,7 Kg/h were obtained as-welded metals by single pass into V - groove, that showed good hardenability and refined microstructure. The higher percentage microstructure in the two weld metals was the acicular ferrite. The mechanical tests done were hardness, tensile strength and impact. The weld metal with niobium and vanadium achieve better values of hardness and yield strength than with copper, chromium and nickel weld metal. However, the hardening by solid solution, induced by the high levels of manganese, decreased the impact strength of the two weld metaIs. The non - metallic inclusions nature was investigated by electronic microscopy and EDAX analysis.

Neste trabalho foi feito o estudo sobre o efeito de elementos microligantes na composição química, microestrutura e propriedades mecânicas de metais como soldado produzidos por arco submerso com adição de pó de ferro em aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Foram feitos dois cordões de solda utilizando os aços BS - 4360 - 50 e USI - SAC - 50, o arame EM - 12K, o pó de ferro ESAB 400 e o fluxo experimental 10.71P. Utilizando-se a corrente de 600 A, tensão de 34 V, velocidade de soldagem de 30 cm/min e vazão de pó de ferro de 6,7 Kg/h foram produzidos os metais como soldado com um único passe e chanfro em \"V\", que mostraram características de boa temperabilidade e estrutura refinada. O microconstituinte em maior porcentagem nos dois cordões de solda foi a ferrita acicular. Os ensaios mecânicos realizados foram a dureza, tração e impacto. O cordão de solda com nióbio e vanádio obteve maiores valores de dureza e resistência à tração em relação ao cordão com cobre, cromo e níquel. Entretanto os altos teores de manganês presentes fizeram com que o endurecimento por solução sólida reduzisse significativamente a resistência ao impacto dos dois cordões de solda. A natureza das inclusões não metálicas foi investigada por microscopia eletrônica e análise por EDAX. / The study of the effect of microalloying elements in the chemical composition, microstructure and mechanical properties of the as-welded metaIs obtained by submerged are welding with iron powder addition in High Strength Low Alloy (HSLA) steel were done. Two weld metaIs were made using, BS - 4360 - 50 and USI - SAC - 50 steels, EM - 12K wire, ESAB 400 iron powder and 10.71P experimental flux. Using welding current of 600 A, arc voltage of 34 V, travel speed of 30 cm/min and iron powder flow of 6,7 Kg/h were obtained as-welded metals by single pass into V - groove, that showed good hardenability and refined microstructure. The higher percentage microstructure in the two weld metals was the acicular ferrite. The mechanical tests done were hardness, tensile strength and impact. The weld metal with niobium and vanadium achieve better values of hardness and yield strength than with copper, chromium and nickel weld metal. However, the hardening by solid solution, induced by the high levels of manganese, decreased the impact strength of the two weld metaIs. The non - metallic inclusions nature was investigated by electronic microscopy and EDAX analysis.