O objetivo deste trabalho foi desenvolver e implementar uma metodologia envolvendo a análise de perfis de difração de raios X (X-ray Line Profile Analysis - XLPA) para o estudo e determinação do tamanho médio de cristalitos e microdeformação em materiais. Para isto houve o desenvolvimento de um programa computacional para facilitar o tratamento dos picos presentes em um difratograma e realizar a deconvolução de perfis através do Método de Stokes para se corrigir a contribuição instrumental nos perfis de difração. Os métodos de XLPA de espaço real estudados e aplicados neste trabalho foram os métodos de Scherrer, Williamson-Hall e Single-Line (ou Linha Única) e o método de Warren-Averbach de espaço de Fourier. Além disso, utilizando-se um modelamento matemático foi possível calcular a distribuição de tamanhos de cristalitos para um caso isotrópico, onde considerou-se a distribuição log-normal e cristalitos com forma esférica. Foi possível demonstrar que a teoria proposta pode ser considerada como uma boa aproximação avaliando-se uma razão de dispersão. As metodologias descritas acima foram aplicadas em dois materiais distintos: na liga metálica Zircaloy-4 e em ZnO. / The objective of this work was to develop and implement a methodology of X-ray Line Profile Analysis (XLPA) for the study and determination of the mean crystallite sizes and microstrains in materials. A computer program was developed to speed up the treatment of diffraction peaks and perform the deconvolution utilizing the Stokes method to correct the instrumental contribution in the X-ray diffraction measurements. The XLPA methods used were the Scherrer, Williamson-Hall and Single-Line methods, which can be called real space methods, and the Fourier space method of Warren-Averbach. Furthermore, considering a mathematical modelling it was possible to calculate the crystallite size distribution, considering the log-normal distribution and spherical crystallites. It was possible to demonstrate the proposed theory can provide reliable results evaluating a dispersion parameter. The methodologies described above were applied in two distinct materials: in the alloy Zircaloy-4 and in ZnO.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver e implementar uma metodologia envolvendo a análise de perfis de difração de raios X (X-ray Line Profile Analysis - XLPA) para o estudo e determinação do tamanho médio de cristalitos e microdeformação em materiais. Para isto houve o desenvolvimento de um programa computacional para facilitar o tratamento dos picos presentes em um difratograma e realizar a deconvolução de perfis através do Método de Stokes para se corrigir a contribuição instrumental nos perfis de difração. Os métodos de XLPA de espaço real estudados e aplicados neste trabalho foram os métodos de Scherrer, Williamson-Hall e Single-Line (ou Linha Única) e o método de Warren-Averbach de espaço de Fourier. Além disso, utilizando-se um modelamento matemático foi possível calcular a distribuição de tamanhos de cristalitos para um caso isotrópico, onde considerou-se a distribuição log-normal e cristalitos com forma esférica. Foi possível demonstrar que a teoria proposta pode ser considerada como uma boa aproximação avaliando-se uma razão de dispersão. As metodologias descritas acima foram aplicadas em dois materiais distintos: na liga metálica Zircaloy-4 e em ZnO. / The objective of this work was to develop and implement a methodology of X-ray Line Profile Analysis (XLPA) for the study and determination of the mean crystallite sizes and microstrains in materials. A computer program was developed to speed up the treatment of diffraction peaks and perform the deconvolution utilizing the Stokes method to correct the instrumental contribution in the X-ray diffraction measurements. The XLPA methods used were the Scherrer, Williamson-Hall and Single-Line methods, which can be called real space methods, and the Fourier space method of Warren-Averbach. Furthermore, considering a mathematical modelling it was possible to calculate the crystallite size distribution, considering the log-normal distribution and spherical crystallites. It was possible to demonstrate the proposed theory can provide reliable results evaluating a dispersion parameter. The methodologies described above were applied in two distinct materials: in the alloy Zircaloy-4 and in ZnO.

Neste trabalho foi desenvolvido um conjunto de ferramentas computacionais, em linguagem de programação Python, para a análise de perfis de difração de raios X, tanto para o estudo quanto para obtenção dos valores microestruturais como tamanhos médios de cristalitos e microdeformações, através de dos métodos de: Scherrer, Single-Line, Williamson-Hall e Warren-Averbach. Para aplicar os métodos de análise de perfis, foram também implementados métodos de remoção da contribuição instrumental pelo método de Stokes e ajuste de funções, remoção de ruídos pelo método de Savitzky-Golay, correção da radiação de fundo pelo método de ajuste linear, correção do fator de Lorentz-Polarização e correção do dubleto Kalfa2 . / In this work, a set of computational tools was developed, in the Python programming language, for the analysis of X-ray diffraction profiles, both for the study and for obtaining the microstructural values, as well as the mean values of crystallites and microdeformations, using Scherrer, Single-Line, Williamson-Hall and Warren-Averbach. To apply the methods of profile analysis, methods were also implemented for the removal of instrumental contributions by the Stokes method and adjustment of functions, removal by the Savitzky-Golay method, correction of the background radiation by the linear adjustment method, correction of the factor of Lorentz-Polarization and correction of dubleto Kalfa2 .

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luis Valerio Prandel.pdf: 10631150 bytes, checksum: 0e039282f135a5275af84e3d9bd6d4ee (MD5) Previous issue date: 2015-03-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The soil is a complex and heterogeneous medium containing solid, liquid, gases and several organisms. Its solid phase is composed of minerals that present well defined and highly organized chemical composition. Tropical climate soils, classified as hardsetting, are kaolinitic and present low nutrient and organic matter amounts. Nowadays, there is no consensus about these soils hardsetting characteristics. The characterization of physical and chemical properties of these horizons and their granulometric fractions enables the physical, chemical and mineralogical investigation of five hardsetting soils in this study. Spectroscopic and microscopic techniques, thermal analysis and X-ray diffraction with the Rietveld Method were employed. The RM-XRD made possible to quantify and estimate crystallite average size and mineral micro-deformations. Part of these results was associated to Kaolinite, Halloysite, and Goethite isomorphic substitution. The quantitative XRF analyses revealed the content of chemical elements in the soils under study with higher accuracy. The thermal analysis techniques showed that Kaolinite of weathered soils is susceptible to dehydroxylation at lower temperatures. SEM micrographs revealed the particle typical shapes and these results were confirmed through the AFM that estimated the number of crystallites and the average number of kaolinite layers in the clay fraction. Most of the particles observed through microscopic techniques were ascribed to the Kaolinite, and their micromorphological characteristics could be compared to crystallite size and microdeformations obtained through the RM-XRD. Therefore, based on the results of spectroscopic, microscopic, thermal analyses and X-ray diffraction with Rietveld Method, it was possible to understand the several degrees of crystallinity of minerals which are part of the granulometric fractions of hardsetting horizons in kaolinitic soils. / O solo é um meio complexo e heterogênio de sólidos, líquidos, gases e diversos organismos. A fase sólida é composta de minerais que apresentam composição química definida e altamente ordenada. Solos de clima tropical, classificados como coesos são cauliníticos e apresentam baixa quantidade de nutrientes e matéria orgânica. Atualmente não se chegou a um consenso sobre o caráter coeso desses solos. A caracterização das propriedades físicas e químicas desses horizontes e de suas frações granulométricas possibilita uma investigação física, química e mineralógica de cinco solos coesos de estudo desse trabalho. Para isso foram utilizadas técnicas espectroscópicas, microscópicas, de análises térmicas e Difração de raios X com método de Rietveld. Com os resultados de MR-DRX foi possível quantificar, estimar o tamanho médio de cristalitos e microdeformações dos minerais. Parte desses resultados foram associados com a substituição isomórfica na Caulinita, Haloisita e Goethita. As análises de FRX quantitativas revelaram maior acurácia o teor de elementos químicos nos solos estudados. As técnicas de análises térmicas mostraram que as Caulinitas de solos intemperizados são susceptíveis a desidroxilação a menores temperaturas. Micrografias por MEV revelaram os formatos típicos de partículas e esses resultados foram confirmados por meio da AFM que estimou a quantidade de cristalitos e o número médio de empilhamento das camadas de Caulinita na fração argila. A maior parte das partículas observadas nas técnicas microscópicas foi atribuída a Caulinita, sendo que suas características micromorfológicas puderam ser comparadas com tamanho de cristalitos e microdeformações obtidos pelo MRDRX. Assim, com base nos resultados das análises espectroscópicas, microscópicas, térmicas e de difração de raios X pelo método de Rietveld foi possível compreender os diversos graus de cristalinidade dos minerais que compõem as frações granulométricas de horizontes coesos de solos cauliníticos.

Neste trabalho foi desenvolvido um conjunto de ferramentas computacionais, em linguagem de programação Python, para a análise de perfis de difração de raios X, tanto para o estudo quanto para obtenção dos valores microestruturais como tamanhos médios de cristalitos e microdeformações, através de dos métodos de: Scherrer, Single-Line, Williamson-Hall e Warren-Averbach. Para aplicar os métodos de análise de perfis, foram também implementados métodos de remoção da contribuição instrumental pelo método de Stokes e ajuste de funções, remoção de ruídos pelo método de Savitzky-Golay, correção da radiação de fundo pelo método de ajuste linear, correção do fator de Lorentz-Polarização e correção do dubleto Kalfa2 . / In this work, a set of computational tools was developed, in the Python programming language, for the analysis of X-ray diffraction profiles, both for the study and for obtaining the microstructural values, as well as the mean values of crystallites and microdeformations, using Scherrer, Single-Line, Williamson-Hall and Warren-Averbach. To apply the methods of profile analysis, methods were also implemented for the removal of instrumental contributions by the Stokes method and adjustment of functions, removal by the Savitzky-Golay method, correction of the background radiation by the linear adjustment method, correction of the factor of Lorentz-Polarization and correction of dubleto Kalfa2 .