Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:44:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340631.pdf: 2852546 bytes, checksum: 93be31473dfe55365b70319831ca2449 (MD5) Previous issue date: 2016 / Nesta dissertação foram desenvolvidos compósitos de poliuretano derivado do óleo de mamona (PU) com aditivos condutores nanoestruturados de montmorilonita/polipirrol (MMt-PPy) visando à utilização em blindagem eletromagnética. Os aditivos condutores nanoestruturados foram preparados a partir da polimerização oxidativa in situ do pirrol na presença da montmorilonita (MMt) em uma solução aquosa contendo ácido dodecil benzeno sulfônico (DBSA) como surfactante. O aditivo condutor nanoestruturado foi incorporado na matriz de PU para a obtenção de compósitos de PU/MMt-PPy.DBSA. A fim de realizar um estudo comparativo, foram desenvolvidas blendas de PU contendo como aditivo condutor apenas o polipirrol dopado com DBSA (PPy.DBSA). A morfologia e as propriedades mecânicas, térmicas e elétricas dos compósitos foram avaliadas e comparadas com as blendas contendo apenas PPy.DBSA. Verificou-se que à medida que aumentou-se a concentração mássica do aditivo condutor nanoestruturado, houve um aumento significativo da tensão na ruptura (s), e do módulo de elasticidade (E) e tenacidade, indicando que o aditivo MMt-PPy.DBSA atuou como agente de reforço. Além disso, verificou-se que a condutividade elétrica apresentou um aumento de até 15 ordens de grandeza com relação ao PU puro, chegando a valores próximos ao do aditivo condutor nanoestruturado puro. Os compósitos também apresentaram atenuação da radiação eletromagnética, sendo que a magnitude da resposta foi influenciada pela fração mássica de MMt-PPy.DBSA e espessura das amostras, chegando-se a um valor máximo de -77 dB para compósitos com 25%m de MMt-PPy.DBSA e 8 mm de espessura. A partir deste estudo foi possível concluir que os compósitos apresentaram melhor dispersão e distribuição do aditivo na matriz de PU, melhores propriedades mecânicas, maiores valores de condutividade elétrica e maior eficiência de blindagem quando comparado às blendas. Este comportamento está relacionado à morfologia lamelar do aditivo condutor nanoestruturado, que apresenta maior razão de aspecto, possibilitando a formação de uma estrutura intercalada/parcialmente esfoliada, com grande interação entre aditivo e matriz. Desta forma, os compósitos de PU/MMt-PPy.DBSA desenvolvidos neste trabalho são materiais promissores para serem utilizados na blindagem eletromagnética.<br> / Abstract: In this work it was developed polyurethane composites derived from castor oil (PU) with nanostructured conductive additives of montmorillonite/polypyrrole (MMt-PPy) with the purpose of using in electromagnetic shielding. The nanostructured conductive additives were prepared from the oxidative in situ polymerization of pyrrole in the presence of montmorillonite (MMt) in an aqueous solution containing dodecyl benzene sulfonic acid (DBSA) as surfactant. Different concentrations of the nanostructured conductive additives were incorporated into polyurethane matrix derived from castor oil (PU), for obtaining composites of PU/MMt-PPy.DBSA. In order to perform a comparative study, PU blends containing neat polypyrrole doped with DBSA (PPy.DBSA) as conductive additive were developed. The morphology and the mechanical, thermal and electrical properties of the composites were evaluated and compared with blends containing neat PPy.DBSA. It was found that when the mass concentration of the nanostructured conductive additive was increased, there was a significant increase in the tensile stress (s) and modulus of elasticity (E), indicating that the additive MMt-PPy.DBSA acted as a reinforcing agent. Furthermore, it was found that the electrical conductivity increased by up to 14 orders of magnitude, when compared to pure PU, reaching values close to the pure nanostructured conductive additive. The composites also showed attenuation of the electromagnetic radiation, and the magnitude of the response was influenced by the mass fraction of MMt-PPy.DBSA and thickness of the samples, reaching a maximum value of -77 dB for composites containing 25%m MMt-PPy.DBSA and 8 mm of thickness. From this study, it was concluded that the composites showed better distribution and dispersion of the additive in PU matrix, better mechanical properties, higher electrical conductivity values and higher shielding effectiveness when compared to blends. This behavior is related to the lamellar morphology of the nanostructured conductive additive, which has a higher aspect ratio, allowing the formation of an intercalated / partially exfoliated structure with a strong interaction between the additive and matrix. Thus, the composites PU/MMt-PPy.DBSA developed in this study are promising materials for electromagnetic shielding applications.

Orientadores: Peter A. B. Schulz, John T. Chalker / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:00:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_AnaLuizaCardoso_D.pdf: 2880300 bytes, checksum: ffd133973b4bc6e23c91694bc47d8794 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Esse trabalho é dedicado ao estudo de dois problemas de interesse atual em sistemas quânticos de baixa dimensionalidade. Ambos são relacionados ao processo de localização eletrônica no regime Hall quântico. O primeiro problema diz respeito ao destino dos estados estendidos no limite de baixos campos magnéticos ou forte desordem, onde ocorre a transição de líquido de Hall para o isolante de Hall. O problema é abordado através de simulações numéricas, com um modelo de rede bidimensional tratado por um Hamiltoniano tight-binding, considerando-se tanto desordem tipo ruído branco quanto desordem correlacionada com perfil Gaussiano. Nós observamos que à medida que o campo magnético tende a zero ou a desordem é suficientemente aumentada no sistema, os estados estendidos sofrem um deslocamento em relação ao centro das bandas de Landau, indo em direção às mais altas energias e, eventualmente, ultrapassando a energia de Fermi. Esse mecanismo é chamado na literatura de levitação de estados estendidos. Nossos resultados permitem uma análise quantitativa. Identificamos os seguintes parâmetros como sendo os relevantes para mapear a levitação: (i) a razão entre escalas de energia ¿ entre a energia de separação dos níveis de Landau e o alargamento do nível devido à desordem; e (ii) a razão entre escalas de comprimento ¿ entre o comprimento magnético e o comprimento de correlação da desordem. Analisando uma vasta gama de parâmetros, uma expressão de escala descrevendo a levitação de estados estendidos é estabelecida neste trabalho. O segundo problema abordado nesta tese é relacionado ao processo de blindagem do potencial de desordem e ao mecanismo de formação dos estados localizados em sistemas Hall quânticos. O trabalho analítico apresentado aqui é motivado por recentes resultados experimentais, que mostram imagens de microscopia com medidas locais do potencial eletrostático e da compressibilidade desses sistemas, evidenciando como se dá o processo de carga de estados localizados por cargas inteiras ou fracionárias (quase-partículas). Em um regime onde o comportamento é dominado por interações Coulombianas, estabelecemos um modelo eletrostático que descreve o estado localizado como sendo uma região compressível (quantum dot ou antidot) envolta por um plano incompressível, usando a aproximação de Thomas-Fermi para tratar as interações. O potencial eletrostático nas vizinhanças da região compressível é calculado, fornecendo o tamanho dos saltos que ocorrem no potencial à medida que cada carga é adicionada ou removida do estado localizado. Além de mostrar como estes saltos se tornam menores com o aumento do índice de Landau, nossos resultados mostram a dependência deles com a altura de observação do potencial (ou seja, a altura da ponta de prova em relação ao gás de elétrons). O modelo apresentado pode ser usado para tratar estados localizados observados nos platôs do efeito Hall quântico inteiro ou fracionário / Abstract: This work is devoted to the study of two problems of current interest in low dimensional quantum systems. Both are related to the process of electron localization in the quantum Hall regime. The first problem refers to the fate of extended states in the limit of low magnetic fields or strong disorder, where the transition from quantum Hall liquid to Hall insulator takes place. A numerical approach to the problem is used, with a 2D lattice model treated in a tight-binding framework, considering both white-noise and Gaussian correlated disorder. We observe that as the magnetic field vanishes or the disorder is sufficiently increased in the system, the extended states are shifted from the Landau band centers, going to higher energies and, eventually, rising above the Fermi energy. This mechanism is referred in the literature as levitation of extended states. Our results allow a quantitative analysis. We identify the following parameters as the relevant ones to map the levitation: (i) the energy scales ratio - between the energy separation of consecutive Landau levels and the level broadening due to disorder; and (ii) the length scales ratio - between the magnetic length and the disorder correlation length. Analyzing a wide range of parameters, a scaling expression describing the levitation of extended states is established. The second problem considered in this thesis is related to the screening of the disorder potential and to the mechanism of formation of localized states in quantum Hall systems. The analytical work we present here is motivated by recent imaging experiments, which probe locally the electrostatic potential and the compressibility of these systems, showing the charging of individual localized states by integer or fractional charges (quasiparticles). For a regime where the behavior is dominated by Coulomb interactions, we set out an electrostatic model describing the localized state as a compressible region (quantum dot or antidot) embebed in an incompressible background, using the Thomas-Fermi approximation to treat the interactions. The electrostatic potential in the vicinity of the compressible region is calculated, providing the size of potential steps as each charge is added or removed from the localized state. Besides from showing how the potential steps get smaller for higher Landau levels, our results show the dependence of these steps with the height of observation (i.e., the distance from the scanning probe to the electron gas). The proposed model can be used to treat localized states observed on integer or fractional quantum Hall plateaus / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências