Orientador: Maria Aparecida Zaghete Bertochi / Banca: Rodrigo Fernando Costa Marques / Banca: Elaine Cristina Paris / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, POSMAT, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais em diversos campi / Resumo: Materiais cerâmicos são utilizados em muitas aplicações, tais como: capacitor de multicamadas, transdutores, sensor piroelétrico, dispositivos elétricos e eletro-ópticos. Nos últimos anos, tem havido uma crescente demanda por materiais de melhor desempenho e funcionalidade. Esta demanda tem acelerado o desenvolvimento de técnicas de síntese para produzir pós com partículas bem definidas em tamanho, forma e cristalinidade. Dentre as técnicas utilizadas até o momento, o método dos precursores poliméricos e o método sol-gel têm sido considerados ideiais para a preparação destes materiais. Porém, apesar dos recentes avanços, muitos aspectos ainda podem ser melhorados para obtenção de titanatos com propriedades físico-químicas otimizadas. Além do método de síntese, as propriedades dos materiais podem ser melhoradas pela inserção de dopantes. Este trabalho visou introduzir Eu3+ e Tb3+ em La0,5Li0,5TiO3 e estudar as propriedades estruturais e ópticas dos pós obtidos pelos métodos Pechini e sol-gel, bem como a aceleração de tais estudos com as propriedades elétricas do material. As caracterizações estruturais revelaram a cristalinidade e a morfologia do titanato de lítio e lantânio nominamente puro e dopado com Eu3+e Tb3+. As caracterizações ópticas e elétricas forneceram informações para melhor entendimento da condutividade desses compostos / Abstract: Ceramic materials have been used in many applications such as multilayer capacitor, transducer, piezoelectric sensor, electrical and electro-optics devices. In recent years there has been a growing demanda for better materials performance and functionality. This demand has accelerated the development of synthesis techiques to produce powders with well-defined particle size, shape and crystalllinity. Among the techniques used so far, the polymeric precursor method and sol-gel method have been considered idel for the preparation of these materials. However, despite recent advances, many aspects can still be improved to obtain titanates with optimized physicochemical properties. The properties of materials can be improved too by insertion of doping. This work aimed to introduce Eu3+ and Tb+3 in La0,5Li0,5TiO3 and to study the structural and optical properties of the obtained powders by Pechini and sol-gel method as well as the correlation of such studies with the electrical properties of the material. The structural characterizations revelated the crystallinity and morphology of lithium lanthanum titanate nominally pure and doped with Eu3+and Tb3+. The optical and electrical characterizations provide information for better understanding of the conductivity of these compounds / Mestre

Orientador: Alexys Bruno Alfonso / Banca: Ricardo Wagner Nunes / Banca: Jeverson Teodoro Arantes Junior / Banca: Julio Ricardo Sambrano / Banca: Andre Luiz Malvezzi / Resumo: São calculadas e analisadas funções de Wannier de elétrons num potencial periódico com ênfase nas funções de Wannier generalizadas de máxima localização. A máxima localização das funções calculadas é a sua propriedade mais relevente para as aplicações em Ciência dos Materiais. Inicialmente, é apresentado um procedimento analítico para calcular funções de Wannier generalizadas de localização máxima de cristais unidimensionais com simetria de inversão. O método consiste em combinar linearmente as funções de Bloch de duas bandas consecutivas com o intuito de se obter quase funções de Bloch. As funções de Wannier generalizadas são obtidas através do valor médio das quase funções de Bloch sobre a primeira zona de Brillouin. São apresentados resultados analíticos e numéricos para um modelo diatômico do tipo Kroning-Penney. A fim de verificar os resultados analíticos, são apresentados também os resultados numéricos conseguidos através do operador de posição projetado nas bandas consideradas. Posteriormente, funções de Wannier de localização máxima de super-redes diatômicas com simetria de inversão são calculadas e analisadas e analisadas. As funções de Wannier de cada banda são obtidas mediante a classificação das bandas de energia segundo a simetria das funções de Bloch nos pontos de simetria do cristal. Investiga-se também como a largura de uma das camadas da super-rede na classificação das bandas de energia e na escolha apropriada da fase das funções de Bloch. As funções de Wannier de bandas simples são comparadas com as funções de Wannier generalizadas, e suas relações com orbitais moleculares e atômicos são discutidas. Finalmente, são apresentadas expressões concisas e gerais que permitem obter funções de Wannier de localização máxima de elétrons em sistemas com... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The Wannier functions of an electron in a periodic potential are investigated, with emphasis on the generalized Wannier functions of maximal localization. The maximal localization of the calculated functions is their most important property for applications in Materials Science. We first present and analytical procedure to calculate maximally localized generalized Wannier functions in one-dimensional crystals with inversion symmetry. The method consists in linearly combiniting of Bloch functions of two consecutive bands, in order to obtain quasi-Bloch functions. The generalized Wannier functions are obtained by the mean value of quasi-Bloch functions over the first brillouim zone. We present analytical and numerical results for the a diatomic Kroning-Penney model. In order to verify the analytical results, we also present numerical results obtained using the method of the band-projected position operator. Then, maximally localized Wannier functions of diatomic superlattices with inversion symmetry are calculated and analyzed. Wannier functions of each band are obtained by classifying the energy bands according to the symmetry of the Bloch functions at the symmetry points of the crystal. It is also investigated how the width of one of the layers of the superlattice influences the energy-band classification and the appropriate phase choise for the Bloch functions. We compare the Wannier functions of simple bands with generalized Wannier functions, and discuss their relations with molecular-like and atomic-like orbitals. Finally, we present concise and general expressions for the calculation of maximally localized Wannier functions in systems presenting different types of dimensionality and periodicity. For the cases... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Eduardo Carlos Bianchi / Coorientador: Anselmo Eduardo Diniz / Banca: Amauri Hassui / Banca: Nilson Cristino da Cruz / Resumo: O uso do fluído de corte é imprescindível para processos de usinagem em que há elevada geração de calor, principalmente no processo de retificação. A utilização de fluido de corte, no entanto, causa uma série de complicações, especialmente nos aspectos ambientais, econômicos e com relação à saúde dos operadores de máquinas. Assim, intensificaram-se estudos para novos métodos de aplicação e otimização do fluido de corte visando a sua redução, bem como os problemas ocasionados por esse. Sobre essa tendência, este trabalho analisa o comportamento de um método recente, até então aplicado somente em processos de usinagem com ferramenta de geometria definida, que consiste na adição de água no método da mínima quantidade de lubrificante (MQL). Foram avaliados três tipos de proporção na mistura óleo-ar e água (1:1, 1:3 e 1:5 parte de óleo de água). Para uma melhor avaliação desse método, os resultados obtidos foram comparados com outros dois métodos de lubri-refrigeração, a lubri-refrigeração convencional (fluído em abundância) e o MQL tradicional (óleo-ar). Os métodos de lubri-refrigeração foram avaliados com base nos resultados das variáveis de saída: rugosidade, circularidade, desgaste diametral do rebolo, tensão residual e microdureza. Os resultados obtidos para o método MQL com adição de água consuzem a melhorias significativas com relação ao método da MQL tradicional e estes resultados são bem próximos aos obtidos com a lubri-refrigeração convencional, para os resultados de rugosidade, circularidade e desgaste diametral do rebolo, além da isenção de danos térmicos às peças / Abstract: The use of cutting fluid is essential for the grinding process where there is high temperature, as in the grinding process. The use of cutting fluid, however causes a series of complication, especially in the environmental and economical aspects and in relation to the health of the machine operators. Therefore, there were more studies to develop new methods of application and optimization of fluid, aiming at the reduction, as well as the problems caused by the fluids. Regarding this trend, this paper has as an objective the analyzes of the behavior of a recent method, applied only to the grinding process with tools with defined geometry, it consists of the addition of water in the minimum quantity of lubrication method (MQL). This paper has analyzed three types of proportion in the mixture oil-air and water (1:1; 1:3 and 1:5). For a better assessment of this method, the obtained results were compared to other two lubri-cooling methods, the conventional method (fluid in abundance) and the traditional MQL (oil-air). The methods of the lubri-cooling studied were analyzed through the output of the variables of the grinding process: roughness, roundness, wear of the grinding wheel (relation G) and microhardness. The obtained results show that the minimum quantity of lubrification (MQL) with addition of water have a significant improvement in relation to the conventional method and these resuls are close to the obtained results with the conventional lubri-cooling (in abundance), for the results of roughness, roundness and wear of the grinding wheel, as well as examption of the thermal damage of pieces / Mestre

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Antonio Augusto Couto / Banca: José Eduardo Spinelli / Resumo: A busca dos materiais que possuam determinadas características e atendam certas funcionalidades e aplicações é motivo de pesquisa em Ciência de Materiais. Dentre os materiais metálicos com aplicações na indústria aeroespacial, indústria química e aplicações médicas, o titânio e suas ligas tem se destacado por atender a requisitos necessários para estas aplicações. Um sitema bastante estudado para aplicações como biomaterial é o de ligas binárias Ti-Mo. Neste trabalho foram preparadas ligas de titânio com concentração de molibdênio acima de 20% em peso, com o objetivo de analisar a microestrutura, as propriedades mecânicas e o comportamento do elemento intersticial oxigênio. As ligas Ti-25Mo e Ti-30Mo foram preparadas por meio de um forno a arco voltaico. Posteriormente, as ligas foram submetidas a um tratamento térmico de homogeneização e depois foram laminadas, recozidas, e submetidas a tratamentos térmicos em atmosfera de oxigênio com o intuito de variar a quantidade deste elemento. As ligas foram caracterizadas por análise química, espectroscopia por energia dispersiva (EDS), medidas de densidade, difração de raios X, com análise por Rietveld microscopias ópticas e eletrônica de varredura, microdureza e módulo de elasticidade. Os resultados indicam que as ligas possuem boa homegeneidade química e microestructural, possuindo estrutura cúbica de corpo centrado. As amostras de Ti30Mo possuem durezae maior módulo de elasticidade em relação a Ti-25Mo. A microdureza das ligas não foi afetada pelas variações de oxigênio, e sim pelas condições de processamento. O módulo de elasticidade não sofreu variação significativa com relação ao oxigênio e ao processamento / Abstract: The search for materials that possess certain characteristics and meet certain features and applications is a cause of research in materials science. Among the metallic materials with applications in the aerospace and chemical industry, and medical applications, titanium and its alloys deserve attention meet the necessary requirements for these applications. A quite studied system for applications such as biomaterial is the binary Ti-Mo. In this work, titanium alloys, were prepared with molybdenum concentration higher than20 wt%, with the purpose of analyzing the microstructure, mechanical properties and the behavior of interstitial oxygen. Ti-25Mo and Ti-30Mo alloys were prepared using ar-furnace in argon atmosphere. Later, the ingots were subjected to homogenization heat treatment and cold-work (rolling), new amnealing, and to heat treatments in oxygen atmosphere in order to vary the amount of this element. The samples were characterized by chemical analysis, energy-dispersive spectroscopy (EDS), density, x-ray diffraction with analysis by Rietveld method, optical and scanning electron microscopies, microhardness and elastic modulus. The results indicate that the alloys have good chemical and microstructural homogeneity, with body-centered cubic structure. Ti-30Mo samples have lower microhardness values and elastic modulus than Ti-25Mo alloy. The microhardness of the alloys was not affected by oxygen content variations, but by processing conditions. The elastic modulus was not affected by other oxygen presence or processing / Mestre

Neste trabalho, estudamos o processo de nanoestruturação de superfícies por microscopia de força atômica. O processo de indução mecânica de deformações foi abordado sob o enfoque de duas técnicas: a aragem dinâmica e a aragem estática. Essas técnicas foram aplicadas para nanoestruturar diferentes materiais (polímeros e metais). Investigamos a influência dos parâmetros de controle (pausa e setpoint) na criação dos padrões. A influência de fatores como o formato e desgaste da sonda, a reprodutibilidade do processo e outros efeitos instrumentais foram concomitantemente analisados. Verificamos que o processo de aragem dinâmica tem um melhor desempenho durante processos de SPL, pois os parâmetros de controle podem ser modificados de maneira simplificada. Além disso, o emprego deste método evita problemas de torção da haste que produzem irregularidades nos padrões. Outro fator verificado foi que o diâmetro das bordas pode ser diminuído com a utilização de filmes mais finos (menores que 10nm). A aplicação dos padrões formados em processos de nanolitografia, como a transferência de padrões para outros substratos foi demonstrada por deposição física de vapor e ataques químicos. / In this work we study the process of surfaces patterning based on an atomic force microscope. The mechanical indentation process was performed using two techniques: dynamic plowing and static plowing. These techniques have been applied to induce deformation in different materials (polymers and metals). We also proceed with the study of the controlling parameters (pause and setpoint) in the creation of the patterns. The influence of factors such as tip effects, tip degradation and structures replication had also been analyzed and the scanner effect verified. The Dynamic Plowing achieved best results against the static plowing because the controlling parameters can be easily controlled. The using of Dynamic Plowing avoids bending of the cantilever which may lead to pattern irregularities. Another study verified that thin films with width below 10nm are better suitable for SPL application, since the borders can be minimized. The application of these techniques in nanolithography processes such as pattern transfer was executed by physical vapor deposition and wet-chemical etching.

Este trabalho apresenta uma revisão de técnicas para medir propriedades térmicas de lmes, seguida de enfoque na termo-re etância transiente (TTR). Dentre as tecnologias existentes para medir propriedades térmicas, métodos ópticos são preferidos devido à sua natureza não-destrutiva, potencial de alta resolução temporal e espacial e calibração independente de contato físico. A implementação experimental deste método é apresentada, assim como a teoria da linha de transmissão utilizada para tratamento por Transformada de Laplace da equação de Fourier unidimensional do calor. Para facilitar o cálculo de invers ão desta Transformada, uma aproximação numérica, empregando o método Stehfest, foi usada. Experimentalmente, a evolução temporal da temperatura normalizada é mostrada para um lme de Au sobre Si e para lmes de Cu sobre substratos de vidro e Si, assim como foram utilizadas técnicas complementares de caracterização dos lmes (per lometria, elipsometria, microscopia de força atômica, eletrônica de varredura e de transmissão). Para o filme de ouro com espessura de 4:6µm, a teoria apresenta boa concordância com os resultados experimentais, já que o valor encontrado para a condutividade térmica do ouro está entre 230W/m.K e 280W/m.K, próximo e abaixo do valor da condutividade térmica do Au em volume (318W/m.K), indicando a validade do método implementado. Para lmes de cobre, porém, os resultados iniciais não apresentam a mesma concordância, e possíveis causas são discutidas. Futuramente, a TTR implementada poderá ser utilizada para determinação da condutividade térmica de lmes nos dielétricos ou semicondutores, e possivelmente na caracterização da componente transversal em filmes anisotrópicos. / This work presents a review of techniques to measure thermal properties off films, followed by a focused attention to the transient termo-re ectance (TTR). Amongst the existing technologies to measure thermal properties, optical methods are preferred due their nondestructive nature, high potential of spacial and temporal resolution, and independence from physical contact. The experimental implementation of this method is presented, as well as the theory of the transmission line theory used in the Laplace Transform treatment of the Fourier one-dimensional heat conduction equation. To facilitate the calculation of the Transform inversion, a numerical method, using the Stehfest method, was used. Experimentally, evolution of the normalized temperature is shown for a lm of Au on Si and for films of Cu on glass and Si substrates, whereas complementary techniques were used for film characterization (pro lometry, ellipsometry, atomic force microscopy, scanning and transmission eletron microscopy). For the Au film 4:6µm thick, the theory presents good agreement with the experimental results, and the value found for the thermal conductivity of the gold film is between 230W/m.K and 280W/m.K, near and below the bulk Au thermal conductivity (318W/m.K), indicating the validity of the method implementation. For Cu films, however, the initial results do not present the same agreement, and possible causes are discussed. In the future, the implemented TTR could be used for determination of the thermal conductivity of dielectric or semicondutors thin films, and possibly in the characterization of the transversal component in anisotropic films.

VASQUES, R. B. Avaliação da resistência à corrosão do aço carbono com revestimento nanocerâmico à base de zircônio. 2016. 59 f. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-03-21T16:48:46Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_rbvasques.pdf: 3577982 bytes, checksum: e3a1d1eb4d6fd68217c2845c3f1c567b (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-04-24T18:27:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_rbvasques.pdf: 3577982 bytes, checksum: e3a1d1eb4d6fd68217c2845c3f1c567b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T18:27:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_rbvasques.pdf: 3577982 bytes, checksum: e3a1d1eb4d6fd68217c2845c3f1c567b (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / Classical industrial pre-treatment systems based on phosphate and chromates are used to improve corrosion resistance and provide good adhesion properties for organic coatings. However, they have several drawbacks for environment because they produce a lot of solid waste with organic matter and heavy metals. To reduce the impacts, new process are being studied. Among there, there are obtained by dipping metal substrate in solutions containing ions of zirconium, and they are usually named as nanoceramic due to its ceramic properties and thickness in order of nanometers. In this context, the present study evaluated the corrosion resistance of carbon steel with a commercial nanoceramic conversion coating based on zirconium (0,6% and 3,5%) and compared with phosphate and carbon steel without treatment. The study was carried out by corrosion tests (salt spray, humidity and immersion). The corrosion process was monitored by electrochemical impedance spectroscopy. Additionally, characterization tests by scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy, adhesion test (Pull-off test) and scanning vibrating electrode were carried out. The nanoceramic coatings showed better anti-corrosion performance. However, only the NT1® improved paint adhesion to the carbon steel substrate. The highest concentration of hexafluoroziconium acid did not contribute significantly to the corrosion protection and adhesion properties. The application of pre-treatment hinders the electrolyte spread under the paint film, but they have not self-healing properties. / Os clássicos sistemas de pré-tratamentos industriais são a fosfatização e a cromatização, aplicados para melhorar a resistência à corrosão do substrato metálico e para conferir melhor propriedades de aderência da tinta ao substrato. Entretanto, esses sistemas geram uma grande quantidade de resíduos ricos em matéria orgânica e metais pesados que trazem diversos danos ao meio ambiente. Para reduzir esses impactos, novos processos de tratamentos têm sido estudados, entre esses, destacam-se os revestimentos obtidos pela imersão em soluções metálicas contendo íons de zircônio, denominados de nanocerâmicos devido à sua característica cerâmica e espessura na ordem de nanômetros. Com isso, no presente trabalho foi realizada a avaliação da resistência à corrosão do aço carbono com revestimento de conversão nanocerâmico comercial à base de zircônio em duas concentrações (0,6% e 3,5%) e a comparação com a fosfatização e o aço carbono sem tratamento. O estudo foi realizado por meio de ensaios de corrosão (névoa salina, umidade saturada e imersão). O monitoramento da corrosão foi realizado por meio da técnica de impedância eletroquímica. Adicionalmente, foram realizados testes de caracterização por microscopiaeletrônica de varredura acoplado com a espectroscopia de energia dispersiva, aderência (pull-off test) e ensaios de varredura por eletrodo vibratório em parceria com o Laboratório de Eletroquímica e Corrosão da Universidade de São Paulo.Os revestimentos nanocerâmicos obtidos apresentaram melhor desempenho anticorrosivo, não havendo uma diferença significativa entre as camadas convertidas, NT1®-M e NT1®. No entanto, apenas o NT1® melhorou a aderência da tinta ao substrato de aço carbono, mostrando que a maior concentração da solução de ácido hexafluorozircônio não contribuiu consideravelmente para as propriedades de proteção anticorrosiva e aderência. A aplicação dos tratamentos de superfície dificultou a permeação do eletrólito sob o filme de tinta, porém, não possuem propriedade autoreparadora.

ROCHA, J. R. S. Modeling and numerical simulation of fluid flow and heat transfer of a steel continuous casting tundish. 2017. 91 f. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-07-25T11:20:37Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_jrsrocha.pdf: 3666906 bytes, checksum: 42780d960166d0354f84586d96a51b44 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-08-02T18:42:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_jrsrocha.pdf: 3666906 bytes, checksum: 42780d960166d0354f84586d96a51b44 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-02T18:42:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_jrsrocha.pdf: 3666906 bytes, checksum: 42780d960166d0354f84586d96a51b44 (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Currently, the continuous casting process is the most used technique to produce steel. Being an inherently component of the caster machine, the tundish has been designed to be not only an intermediate vessel between the ladle and the mold, but also a device to remove inclusions and a metallurgical reactor. Therefore, the tundish has an important role in the continuous casting process. The physical model for heat transfer and fluid flow into the tundish is very complex, thus analytical solutions are not available. Physical studies might present many difficulties for analyzing the process. Hence, Computational Fluid Dynamics (CFD) emerges as an attractive alternative. CFD is based on numerical approaches that are used to solve several classes of engineering problems. The main goal of the present study is to analyze the fluid flow and temperature fields into an actual tundish configuration that is used in continuous casting processes of a local steelmaker company. Based on the performed simulations, some modifications in the geometry of the tundish are proposed in order to improve the steel quality; these modifications make use of weirs and dams. For solving the governing equations arising from the physical model, the Ansys CFX software, which is based on the Element-based Finite-Volume Method (EbFVM) were used. Simulations were performed using water and steel as working fluids for a turbulent flow in a 3D tundish. The results were presented in terms of velocity and temperature fields and Residence Time Distribution (RTD) curves, which evaluated them qualitatively and quantitatively. / O processo de lingotamento contínuo é o processo mais utilizado na produção de aço atualmente. Sendo um importante componente da máquina de lingotamento, o distribuidor tem sido projetado para atuar não apenas como um reservatório entre a panela e o molde, mas também como um dispositivo para remoção de inclusões e servir como um reator metalúrgico. Logo, o distribuidor assume um papel de relevância no processo de lingotamento contínuo. O modelo físico que rege a transferência de calor e escoamento dentro do distribuidor apresenta grande complexidade, tornando a sua solução analítica indisponível. Estudos físicos podem apresentar várias dificuldades para a análise do processo. Portanto, a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) surge com uma alternativa viável. CFD é baseada em aproximações numéricas as quais são utilizadas para a solução de várias classes de problemas de engenharia. O principal objetivo do presente trabalho é analisar os campos de escoamento e temperatura no interior de um distribuidor o qual é utilizado nos processos de lingotamento contínuo de uma companhia siderúrgica local. Com base nas simulações realizadas, modificações na geometria do distribuidor são propostas com o intuito de aumentar a qualidade do aço. Essas modificações são feitas através do uso de diques e barragens. Para a solução das equações de conservação originadas do modelo físico, o programa Ansys CFX, o qual utiliza o Método dos Volumes Finitos baseado em Elementos (EbFVM), foi utilizado. As simulações foram feitas utilizando-se aço e água como fluidos de trabalho para um escoamento turbulento em um distribuidor tridimensional. Os resultados foram apresentados em termos de campos de velocidade e temperatura e curvas de Distribuição de Tempo de Residência (RTD) as quais serviram para analisá-los qualitativa e quantitativamente.

PEREIRA, M. S. Application of oxide nanoparticles obtained by proteic sol-gel and mechanical alloying in third generation solar cells. 2017. 111 f. Tese (Doutorado em Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-09-04T11:10:34Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_mspereira.pdf: 13402245 bytes, checksum: dd889d251f2150005d41a69d0cf73261 (MD5) / Rejected by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br), reason: Trocar arquivo pelo que enviei on 2017-09-05T17:23:42Z (GMT) / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-09-06T03:47:08Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_mspereira.pdf: 13402371 bytes, checksum: 991134ad6964927221010b9bcb4be35f (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-09-06T13:05:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_mspereira.pdf: 13402371 bytes, checksum: 991134ad6964927221010b9bcb4be35f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-06T13:05:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_mspereira.pdf: 13402371 bytes, checksum: 991134ad6964927221010b9bcb4be35f (MD5) Previous issue date: 2017-08-01 / The development of new energy technologies is crucial to climate stability and security in the planet. Considering the current energy consumption on a global scale it becomes evident the need to develop new alternative energy sources, especially those that are preferentially renewable, clean and economical. Among the renewable energy sources currently used, solar energy is an attractive source because it is abundant and free of CO2 . Photovoltaic solar cells are just one of several ways to harness solar energy, converting it directly into electricity. Currently, traditional solar technologies have been used to a limited degree in energy production because of the high costs. However, third generation solar cells offer a potential route for large-scale solar energy deployment because they utilize materials that are abundant in nature and low cost production technologies. Commonly called excitonic solar cells, third generation photovoltaic devices encompass a wide variety of solar cells such as dye-sensitized solar cells and organic solar cells. Both offer a technically and economically reliable alternative to the current concept of photovoltaic devices based on p-n junctions. In this doctoral thesis, nanoparticles of semiconductor oxides and spinel ferrites produced by protein sol-gel and mechanical alloying were applied to dye-sensitized and organic solar cells in order to improve their efficiency and stability. Prior to their application, the nanoparticles had their thermal, structural, optical and magnetic properties characterized. Solar cells efficiency was evaluated by electrical characterization methods such as current–voltage curves and external quantum efficiency measurements, and their stability, when applicable, was studied by accelerated and real outdoor degradation tests. Nanoparticles of semiconduncting SnO2 produced by the proteic sol-gel method were successfully applied as photoanodes in dye-sensitized solar cells. The results confirmed the formation of spherical nanoparticles of rutile SnO2 with an optical absorption band in the ultraviolet region near the visible light range. The performance of the cells was found to be in line with results in the literature. Moreover, nanoparticles of Fe-doped SnO2 diluted magnetic seminconductor and CoFe2O4 spinel ferrite produced by mechanical alloying and proteic sol-gel, respectively, were applied as dopants in the active layer of organic solar cells. An improvement on photovoltaic parameters that may lead to better cell efficiency and stability was observed for devices with doped active layers. The results are indications that the addition of magnetic oxide nanoparticles in the active layer of organic solar cells has the potential to contribute to the extension of lifetime and improvement of efficiency and stability of these devices. / O desenvolvimento de novas tecnologias energéticas é crucial para a estabilidade do clima e segurança do planeta. Considerando o consumo energético atual em escala global torna-se evidente a necessidade do desenvolvimento de novas fontes alternativas de energia, especialmente aquelas que são preferencialmente renováveis, limpas e econômicas. Entre as fontes de energias renováveis usadas atualmente, a energia solar é uma fonte atraente pois é abundante e livre de CO2 . Células solares fotovoltaicas são uma das várias maneiras de aproveitar a energia solar, convertendo-a diretamente em eletricidade. Atualmente, as tecnologias solares tradicionais têm sido utilizadas num grau limitado na produção de energia devido aos custos elevados. Todavia, as células solares de terceira geração oferecem uma rota potencial para implantação de energia solar em larga escala, pois utilizam materiais abundantes na natureza e tecnologias de produção de baixo custo. Comumente denominadas células solares excitônicas, dispositivos fotovoltaicos de terceira geração englobam uma grande variedade de células solares tais como células solares sensibilizadas por corante e células solares orgânicas. Ambas apresentam uma alternativa técnica e economicamente confiável ao conceito atual de dispositivos fotovoltaicos baseados em junção p-n. Nesta tese de doutorado, nanopartículas de óxidos semicondutores e ferritas com estrutura espinélio produzidos por sol-gel proteico e moagem mecânica foram aplicadas em células solares sensibilzadas por corante e orgânicas com o intuito de melhorar sua eficiência e estabilidade. Antes da sua aplicação, as nanopartı́culas tiveram suas propriedades térmicas, estruturais, ópticas e magnéticas caracterizadas. A eficiência das células solares foi avaliada por meio de métodos de caracterização elétrica como a curva corrente-voltagem e eficiência quântica externa enquanto sua estabilidade, quando foi o caso, foi estudada por testes de degradação acelerada e em condições ambientais. Nanopartı́culas de SnO2 semicondutor produzidas pelo método sol-gel proteico foram usadas com sucesso como fotoanodo em células solares sensibilizadas por corante. Os resultados obtidos confirmaram a formação de nanopartı́culas esféricas de SnO2 com estrutura rutı́lio com banda de absorção óptica na região do ultravioleta próximo da faixa de luz visı́vel. O desempenho das células obtidas foi consistente com a literatura. Além disso, nanopartı́culas de óxido semi- condutor magnético diluı́do SnO 2 dopado com Fe e ferrita espinélio CoFe2O4 produzidas por moagem mecânica e sol-gel proteico, respectivamente, foram aplicadas como dopantes na camada ativa de células solares orgânicas. Foi observada uma melhora dos parâmetros fotovoltaicos que pode levar a uma melhor eficiência e estabilidade dos dispositivos com camada ativa dopada. Esses resultados indicam qua a adição de nanopartı́culas de óxidos magnéticos na camada ativa de células solares orgânicas tem o potencial de contribuir para a extensão do tempo de vida e melhoria da eficiência e estabilidade desses dispositivos.

CERRA FLOREZ, M. A. Estudo comparativo da resistência à corrosão entre aços alto manganês e o aço 9% níquel em soluções aquosas de H2SO4 e NaCl. 2017. 108 f. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-09-13T13:08:35Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_macerraflorez.pdf: 7059370 bytes, checksum: 037d39ae844a1b60cbe1183a10902438 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-09-13T13:09:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_macerraflorez.pdf: 7059370 bytes, checksum: 037d39ae844a1b60cbe1183a10902438 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-13T13:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_macerraflorez.pdf: 7059370 bytes, checksum: 037d39ae844a1b60cbe1183a10902438 (MD5) Previous issue date: 2017-08-08 / Liquefied natural gas volumes which at present have to be stored and/or transported require that the materials engineering constantly develop materials that adapt to the mechanical, chemical and economic needs of the industry. Aluminum alloys, 9% nickel steel alloys and austenitic stainless steels are currently used for cryogenic applications, however, all these materials have disadvantages, such as high cost of production, welding difficulties, corrosion resistance, among others. High manganese steels offer an attractive alternative because manganese and carbon replace nickel as austenite stabilizer; this change also represents a significant decrease in steel fabrication costs. The present study aims to establish a comparative degree of corrosion resistance in two aqueous solutions between four high manganese steels with a content of 28% Mn, 26% Mn, 22% Mn, 20% Mn in relation to the 9% Nickel that is widely used in petrochemical industry. Mass fraction diagrams were performed in Thermo-Calc® software. The steels were characterized using the techniques: Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), Electron Backscatter Diffraction Analysis (EBSD), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Optical Emission Spectroscopy, X-ray Fluorescence. The mechanical properties were evaluated by hardness and microhardness measurements. The corrosion resistance was evaluated in aqueous solutions of NaCl and H 2 SO 4 by Open Circuit Potential (OCP), Linear Polarization Curves and Electrochemical Impedance Spectroscopy. The results obtained in the thermodynamic study helped to predict the phases present in these steels as well as the heat treatment temperature. The microstructural study revealed the influence of the phases on the mechanical properties, showing that the 9% nickel steel presents higher hardness values than the high manganese steels. The corrosion tests showed that the high manganese steels have less corrosion resistance than 9% nickel steel, due to the formation of unstable and poorly compacted oxides that do not provide protection against corrosion; In contrast, the oxides formed by the 9% nickel steel gave it a better protection as observed in the curves that were found. / Os volumes de gás natural liquefeito que na atualidade precisam ser armazenados e/ou transportados requerem que a engenharia de materiais desenvolva constantemente materiais que se adaptem às necessidades mecânicas, químicas e econômicas da indústria. As ligas de alumínio, aço 9% níquel e aços inoxidáveis são utilizadas para aplicações criogênicas, mas todos estes materiais têm desvantagens, como altos custos de produção, dificuldades para a soldagem, entre outras. Os aços alto manganês oferecem uma alternativa – devido ao manganês e o carbono substituírem o níquel como estabilizador da austenita no aço, este câmbio também representa uma diminuição apreciável nos custos de fabricação do aço. O presente estudo visa estabelecer um grau comparativo da resistência à corrosão em duas soluções aquosas entre quatro aços alto manganês com conteúdo de 28%Mn, 26%Mn, 22%Mn, 20%Mn em relação ao aço 9% níquel que é amplamente utilizado na indústria petroquímica. Foram realizados diagramas de fração em massa no software Thermo-Calc ® ; os aços foram caracterizados utilizando as técnicas: Microscopia Óptica, MEV, EBSD, EDS, Espectroscopia de Emissão Ótica e Fluorescência de Raios X; as propriedades mecânicas foram avaliadas por medidas de dureza e microdureza. A resistência à corrosão foi avaliada em soluções aquosas de NaCl e de H 2 SO 4 utilizando as técnicas de monitoramento do Potencial de Circuito Aberto (OCP), as Curvas de Polarização Linear e a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. Os resultados obtidos no estudo termodinâmico ajudaram a prever as fases presentes nestes aços, assim como a temperatura de tratamento térmico. O estudo microestrutural revelou a influência das fases nas propriedades mecânicas, mostrando que o aço 9% níquel apresenta maiores valores de dureza que os aços alto manganês. E os ensaios de corrosão mostraram que os aços alto manganês apresentam menor resistência à corrosão do que o aço 9% níquel, devido à formação de óxidos instáveis e pouco compactos que não provêm proteção contra a corrosão; em contraste com os óxidos formados pelo aço 9% níquel, outorgaram-lhe uma melhor proteção como foi observado nas curvas encontradas.