Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-09T19:39:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Albert Stevens Reyna Ocas.pdf: 14226716 bytes, checksum: 626ce4b48a914f8adcd87579ba5026d1 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-15T22:39:53Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Albert Stevens Reyna Ocas.pdf: 14226716 bytes, checksum: 626ce4b48a914f8adcd87579ba5026d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-15T22:39:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Albert Stevens Reyna Ocas.pdf: 14226716 bytes, checksum: 626ce4b48a914f8adcd87579ba5026d1 (MD5) Previous issue date: 2017-01-17 / CNPq / The nonlinear (NL) optical response of matter to optical fields is described by expressing the induced polarization by a power series of the electric field with NL susceptibilities as coefficients of the series. In the majority of cases reported, the NL behavior of photonic materials is described by the lowest-order susceptibility (second-order in noncentrosymmetric media and third-order in centrosymmetric media). However, even at moderate intensities, the contributions of high-order nonlinearities (HON) are important and their understanding allows the exploitation of new NL effects. This thesis presents a comprehensive study on the origin, fundamentals and measurement procedures of the HON in photonic materials with inversion symmetry. A metal-dielectric nanocomposite (MDNC) and a highly NL solvent, viz. carbon disulfide (CS₂) , were chosen to represent self-defocusing (SDF) and self-focusing (SF) NL media, respectively, both exhibiting HON contributions. For MDNCs, its NL response presents contributions of third- (cubic nonlinearity), fifth- (quintic nonlinearity) and seventh-order (septimal nonlinearity), depending on the properties of the material (volume fraction, environment, size and shape of the nanoparticles) and the incident laser (wavelength, intensity, pulse duration and repetition rate). Based on this statement, it was developed a simple, but effective, nonlinearity management (NM) procedure which enables to control the magnitude and phase of the different high-order susceptibilities by adjusting the light intensity and the volume fraction occupied by the nanoparticles. The NM procedure allowed us to conduct experimental studies of NL effects induced by HON. Experiments based on transverse phenomena such as spatial selfand cross-phase modulation and spatial modulation instability in media with HON, as well as stable propagation of two-dimensional fundamental and vortex solitons, which is only possible in materials with specific HON, are reported in this thesis by using the NM procedure applied to MDNCs. On the other hand, a detailed study of a well-known solvent (liquid CS₂) shows an unusual NL behavior depending on the incident pulse duration. In the picoseconds regime, S₂ behaves as a saturable SF medium, while in the femtoseconds regime, it behaves like a cubicquintic (focusing-defocusing) medium. Characterization, analysis and understanding of both types of NL response allowed to perform important contributions in the field of the optical vortex solitons with attractive applications in all-optical devices and manipulation of light-by-light. All experiments were corroborated by theoretical models and numerical simulations based on the NL Schrödinger equation properly modified to include contributions of HON. / A resposta não linear (NL) da matéria frente aos campos ópticos é descrita expressando a polarização induzida como uma série de potências do campo elétrico, onde as susceptibilidades NLs representam os coeficientes da expansão. Na maioria dos casos reportados, o comportamento NL dos materiais fotônicos é descrito pela susceptibilidade de menor ordem (segunda ou terceira ordem em materiais não centrossimétricos ou centrossimétricos, respectivamente). No entanto, inclusive em intensidades moderadas, as contribuições das não linearidades de altas ordens são importantes e seu entendimento permite a exploração de novos efeitos NLs. Esta tese apresenta um estudo abrangente sobre a origem, fundamentos e procedimentos de medição das não linearidades de altas ordens em materiais fotônicos com simetria de inversão. Um nanocompósito metal-dielétrico (MDNC) e um solvente altamente NL (dissulfeto de carbono-CS₂) foram escolhidos para representar meios NL autodesfocalizadores e autofocalizadores, respectivamente, ambos apresentando contribuições de não linearidades de altas ordens. A resposta NL dos MDNCs apresentam contribuições de terceira, quinta e sétima ordem, dependendo das propriedades do material (fração volumétrica, solvente, tamanho e forma das nanopartículas) e do laser incidente (comprimento de onda, intensidade, duração do pulso e taxa de repetição). Com base nessa afirmação, foi desenvolvido um procedimento simples, porém eficaz, de controlar a resposta NL de MDNCs, permitindo manipular a magnitude e a fase das diferentes susceptibilidades de altas ordens ajustando a intensidade da luz e a fração volumétrica ocupada pelas nanopartículas. O procedimento de controle da resposta NL permitiu conduzir estudos experimentais de efeitos NL sendo induzidos pelas susceptibilidades de altas ordens. Experimentos baseados em fenômenos transversais, tais como automodulação de fase, modulação de fase cruzada e instabilidade da modulação espacial em meios com não linearidades de altas ordens, bem como a propagação estável de solitons fundamentais e solitons vorticais foram estudados nesta tese usando o procedimento de controle da resposta NL aplicado a MDNCs. Por outro lado, um estudo detalhado de um bem conhecido solvente NL (CS₂ líquido) mostra uma resposta NL exótica a qual depende diretamente do tempo de duração do pulso incidente e do regime de intensidades utilizado. No regime de picosegundos, CS₂ se comporta como um meio autofocalizador saturável, enquanto que no regime de fentosegundos apresenta não linearidades de terceira e quinta ordem, simultaneamente. A caracterização, análise e compreensão de ambos tipos de resposta NL permitiram introduzir importantes contribuições no campo dos solitons vorticais, com possíveis aplicações em dispositivos totalmente ópticos e procedimentos de manipulação de luz por luz. Todos os experimentos foram corroborados por modelos teóricos e simulações numéricas baseadas na equação de Schrödinger NL adequadamente modificada para incluir as contribuições de altas ordens.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-04-26T18:38:37Z No. of bitstreams: 1 Karina_Sanderson_2017.pdf: 3684654 bytes, checksum: 61d1f7f0f704e49f62966d42bae3ceae (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-26T18:38:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Karina_Sanderson_2017.pdf: 3684654 bytes, checksum: 61d1f7f0f704e49f62966d42bae3ceae (MD5) Previous issue date: 2017-12-13 / Power distribution companies constantly contaminate the environment with dielectric fluids due to power transformer failures and leaks. In this way, these fluids should be studied, as they may entail the vulnerability of the fauna and flora. In this sense, the objective of this work was to investigate the deleterious effects of vegetal and mineral dielectric fluids, through biodegradability, acute toxicity, chemical attributes and soil degradation (oils and greases) tests as well as soybean phytotechnical characteristics evaluation. In the tests of the immediate biodegradability, vegetal dielectric fluids of crambe, W3, W6 and W9 and one based on mineral oil (Lubrax) were studied. For the acute toxicity tests with Danio rerio and Artemia salina and the soil toxicity tests using soybean (Glycine max L.), the W3 and Lubrax dielectric fluid were used. The biodegradability analysis was evaluated by the action of microorganisms that transformed the sample into CO2, being measured by titulometry. For the acute toxicity studies, two distinct experiments were performed, where the organisms were exposed to different concentrations of the W3 and Lubrax dielectric fluids and to the FSA of the fluids. The FSA of W3 and Lubrax used in the Danio rerio assay were subjected to gas chromatography analysis. The acute toxicity tests with Danio rerio and Artemia salina were carried out in order to know the approximate range of fluid toxicity, taking into account the lower dilution that caused lethality in 50% of organisms (LC50). The soil chemical attributes analyzed were: pH, P, K, Ca, Mg, CTC and V. The content of oils and greases of the dielectric fluids was quantified by the Soxhlet type extraction method. For the phytothecnical evaluations, emergence, plant height, stem diameter, root length, root dry matter, number of pods and grains, and the mass of one thousand grains were analyzed. Vegetable dielectric fluids are biodegradable over a period of 14 days, while mineral oil is difficult to biodegrade. In the acute toxicity study, W3 had a lower LC50 than Lubrax, causing higher mortality in the organisms. The LC50 for the Danio rerio was 2.46 gL-1 (Lubrax) and 0.318 gL-1 (W3). For Artemia salina the LC50 was 4.63 gL-1 (Lubrax) and 0.641 gL-1 (W3). In relation to the FSA tests, the Lubrax one caused a greater toxic effect on the organisms, while the W3 had no toxic effect on 50% of organisms. The LC50 values for Lubrax were 4.89% for the Danio rerio and 7.67% for Artemia salina. Chromatographic analysis of FSA of the fluids was not conclusive, it only suggests that the toxicity may be related to the solubility of all the substances present in Lubrax and not only to the solubility of n-alkanes. The chemical attributes of the soil did not change significantly, only the carbon presented increasing variation in relation to the concentrations of the fluids. There was a reduction of the TOG during the agricultural years and the soils in the presence of W3 presented greater degradation than those with Lubrax. The increase in the concentration of the dielectric fluids caused a reduction in the phytotechnical characteristics of the soybean. Plants from soil contaminated with W3 showed better development compared to plants that were in soil contaminated with Lubrax. / As concessionárias de energia, constantemente, contaminam o meio ambiente com fluidos dielétricos, devido a falhas e vazamentos de transformadores de potência. Desta forma, estes fluidos devem ser estudados, pois podem pode implicar na vulnerabilidade da fauna e da flora. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo investigar os efeitos deletérios do fluido dielétrico vegetal e mineral, através de ensaios de biodegradabilidade, toxicidade aguda, ensaios dos atributos químicos e degradação (óleos e graxas) do solo e das avalições das características fitotécnicas da soja. Nos ensaios da biodegradabilidade imediata foram estudados os fluidos dielétricos vegetais de crambe, W3, W6 e W9 e um à base de óleo mineral (Lubrax). Para os ensaios de toxicidade aguda com Danio rerio e Artemia salina e para os ensaios de toxicidade em solo utilizando a soja (Glycine max L.), foram usados o fluido dielétrico W3 e o Lubrax. A análise da biodegradabilidade foi avaliada pela ação de microrganismos que transformaram a amostra em CO2, sendo medido por titulometria. Para os estudos da toxicidade aguda foram realizados dois experimentos distintos, onde os organismos foram expostos às diferentes concentrações de fluido dielétrico W3 e Lubrax e onde foram expostos à FSA dos fluidos. A FSA do W3 e Lubrax utilizado no ensaio com o Danio rerio foram submetida a análise de cromatografia gasosa. Os ensaios de toxicidade aguda com o Danio rerio e a Artemia salina foram realizados com o intuito de se conhecer a faixa aproximada de toxicidade dos fluidos, levando em consideração a menor diluição que causou letalidade em 50% dos organismos (CL50). As análises dos atributos químicos do solo foram: pH, P, K, Ca, Mg, CTC e V. O teor de óleos e graxas dos fluidos dielétricos foi quantificado pelo método de extração em aparelho tipo Soxhlet. Para as avaliações fitotécnicas da soja analisou-se a emergência, altura de planta, diâmetro do caule, comprimento radicular, matéria seca radicular, número de vagens e de grãos e a massa de mil grãos. Os fluidos dielétricos vegetais são biodegradáveis num período de 14 dias, enquanto o óleo mineral é difícil de ser biodegradado. No estudo da toxicidade aguda o W3 apresentou uma CL50 menor do que o Lubrax, causando maior mortalidade nos organismos. A CL50 para o Danio rerio foi de 2,46 gL-1 (Lubrax) e de 0,318 gL-1 (W3). Para a Artemia salina a CL50 foi de 4,63 gL-1 (Lubrax) e 0,641 gL-1 (W3). Em relação aos ensaios com a FSA, o Lubrax causou maior efeito tóxico aos organismos. O W3 não apresentou efeito tóxico a 50% dos organismos. Os valores da CL50 para o Lubrax foi de 4,89% para o Danio rerio e 7,67% Artemia salina. A análise cromatográfica da FSA dos fluidos não foi conclusiva, apenas sugere que a toxicidade pode estar relacionada com a solubilidade de todas as substâncias presentes no Lubrax e não apenas com a solubilidade dos n-alcanos. Os atributos químicos do solo não sofreram alterações significativas, apenas o carbono apresentou variação crescente em relação às concentrações dos fluidos. Houve redução do TOG durante os anos agrícolas e os solos em presença do W3 apresentaram maior degradação do que os em solos com Lubrax. O aumento da concentração dos fluidos dielétricos ocasionou redução nas características fitotécnicas da soja. As plantas em solo contaminadas com W3 apresentaram melhor desenvolvimento em relação às plantas que estavam no solo contaminado com Lubrax.

Made available in DSpace on 2017-07-21T14:19:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Joao Alexandre Cruz.pdf: 7505097 bytes, checksum: 227ae1f1c6b1c1dd753fb648adc79f93 (MD5) Previous issue date: 2013-09-05 / The knowledge and control of soil properties in gricultural cultivation, obtained from sensors at automated system, extend the possibilities of increasing the results of a culture. This work aims to develop an electrical measure sensor at low cost to determinethe soil moisture, test and evaluate the correlation between the readings and gravimetric soil moisture, considered standard to calibratethe other methods. To achieve the proposed objective, in the first place we sought to study the main aspects of the interaction process water-soil-plant and the existing methods of determination. Subsequently, we performed the fabrication of prototype sensors in different shapes and geometry. We have also developed a measurement and record systemthat enables us to collect the data and to store them in a memory card. Having the operation of the sensors as a beginning, the concept of capacitance is obtained by the effect of the electric field, the charge of two plates insulated by a dielectric material, which, therefore, in this study is the soil moisture. Thus, when there is a variation in the dielectric constant, depending on the amount of water present in it, the capacitance of the system will also vary. Finally, tests were performed to evaluate the sensors and circuitry construction. The results were satisfactory, with a correlation coefficient of 99.14% for a non conventional coplanar plates sensor. / O conhecimento e controle das propriedades do solono cultivo agrícola, obtidos a partir de sensores em sistema automatizado, ampliam as possibilidades de incremento dos resultados de uma cultura. Este trabalho tem por objetivo desenvolver um sensor de medidas elétricas e de baixo custo, para determinação da umidade do solo; testar e avaliar a correlação entre as leituras e a umidade gravimétrica do solo, considerada padrão para a calibração de outros métodos. Para alcançar o objetivo proposto, buscou-se, em primeiro lugar, o estudo dos principais aspectos relacionados ao processo de interação água-solo-planta e os métodos de determinação existentes. Posteriormente, efetuou-se a confecção de protótipos de sensores em diferentes formatos e geometria. Foi também desenvolvido um sistema de medida e registro que permite a coleta dos dados e armazenamento num cartão de memória. Tendo como princípio o funcionamento dos sensores, o conceito de capacitância, que é obtido pelo efeito do campo elétrico, da carga de duas placas isoladas por um material dielétrico, que neste estudo é o solo com umidade. Assim, quando há variação na constante dielétrica, em função da quantidade de água presente nele, a capacitância do sistema também irá variar.Por fim, realizaram-se os ensaios para avaliar os sensores e circuitos construídos. Os resultados obtidos foram satisfatórios, apresentando coeficiente de determinação de 99,14% para um sensor de placas coplanares não-convencional. létrico, capacitância, umidade do solo, sensor, arduino.

O aquecimento por micro-ondas (MO) é uma tecnologia emergente para o processamento térmico contínuo de alimentos líquidos. A taxa d aquecimento e a profundidade de penetração das MO dependem das propriedades dielétricas (PD) do alimento (permissividade elétrica relativa e fator de perda dielétrica ). As PD de água de coco verde e de sucos de frutas cítricas (laranja, limão e tangerina) foram estudadas empregando a técnica de cabo coaxial. As medições foram realizadas em 101 frequências na faixa de 500 MHz até 3000 MHz e em temperaturas entre 0 °C e 90 °C, o que permitiu estudar o efeito da frequência e da temperatura. A profundidade de penetração foi calculada com uma expressão derivada das equações de Maxwell para eletromagnetismo. O trabalho experimental começou com as PD de: água de coco verde simulada, água destilada, solução de açúcares e sais da água de coco verde e água de coco verde natural. Resultados foram comparados para avaliar a contribuição de cada componente (água, açúcares e sais). PD de sucos de diferentes variedades de laranjas, tangerinas e limões, assim como misturas de sucos de duas variedades de laranja, foram também avaliadas. A condutividade elétrica das amostras foi medida nas diferentes temperaturas e o seu efeito sobre o fator de perda foi analisado. Os resultados foram comparados nas frequências comerciais de 915 MHz e 2450 MHz. O comportamento dielétrico das amostras estudadas foi caracterizado por dois mecanismos principais: a condução iônica de sais dissolvidos e a rotação dipolar da molécula de água, os quais têm predominância variável dependendo da frequência e da temperatura. A permissividade elétrica relativa de todas as amostras decresceu com o incremento da temperatura e da frequência, enquanto que o comportamento do fator de perda com a temperatura e frequência foi determinado pela composição. Os sais apresentaram maior efeito que os açúcares sobre as PD da água de coco verde. A profundidade de penetração foi maior na frequência de 915 MHz, associada com o aumento no comprimento de onda. Correlações polinomiais foram ajustadas nas frequências comerciais para representar a dependência com a temperatura. / Microwave (MW) heating is an emergent technology for thermal processing of liquid food products. Heating rate and MW penetration depth depending on dielectric properties (DP) of food material (relative electrical permittivity () and dielectric loss factor ()). DP for green coconut water (GCW) and citrus fruits juices (orange, tangerine and lemon) were studied by open-ended coaxial line probe technique. The measurements were carried out for frequencies between 500 MHz and 3000 MHz at 101 points in this range and temperatures from 0 °C to 90 °C, which allowed studying temperature and frequency effect. The power penetration depth was calculated using an expression derived from the Maxwell equations for electromagnetism. Experimental work started with DP measurement for: simulated (GCW), distilled water, sugars and salts solutions of (GCW) and natural (GCW). Results were compared in order to evaluate the each component contribution (water, sugars and salts). DP for juices from different orange, tangerine and lemon varieties as well as mixtures of orange juice from two varieties, were also evaluated. Electrical conductivity was measured and its effect on dielectric loss factor was analyzed. Obtained results were compared at commercial frequencies of 915 MHz and 2450 MHz. Dielectric behavior of studied samples was characterized by two main mechanisms: ionic conduction of dissolved salts and dipole rotation of water molecules, which presented variable predominance, depending on frequency and temperature. Relative electrical permittivity decreased with increase on both temperature and frequency for all tested samples, whereas dielectric loss factor behavior with temperature and frequency was determined by composition. Salts showed higher effect than sugars on dielectric properties of GCW. Penetration depth was higher at 915 MHz, associated to increasing wave length. Polynomial correlations for DP were adjusted at commercial frequencies in order to illustrate the temperature dependence.

O aquecimento por micro-ondas (MO) é uma tecnologia emergente para o processamento térmico contínuo de alimentos líquidos. A taxa d aquecimento e a profundidade de penetração das MO dependem das propriedades dielétricas (PD) do alimento (permissividade elétrica relativa e fator de perda dielétrica ). As PD de água de coco verde e de sucos de frutas cítricas (laranja, limão e tangerina) foram estudadas empregando a técnica de cabo coaxial. As medições foram realizadas em 101 frequências na faixa de 500 MHz até 3000 MHz e em temperaturas entre 0 °C e 90 °C, o que permitiu estudar o efeito da frequência e da temperatura. A profundidade de penetração foi calculada com uma expressão derivada das equações de Maxwell para eletromagnetismo. O trabalho experimental começou com as PD de: água de coco verde simulada, água destilada, solução de açúcares e sais da água de coco verde e água de coco verde natural. Resultados foram comparados para avaliar a contribuição de cada componente (água, açúcares e sais). PD de sucos de diferentes variedades de laranjas, tangerinas e limões, assim como misturas de sucos de duas variedades de laranja, foram também avaliadas. A condutividade elétrica das amostras foi medida nas diferentes temperaturas e o seu efeito sobre o fator de perda foi analisado. Os resultados foram comparados nas frequências comerciais de 915 MHz e 2450 MHz. O comportamento dielétrico das amostras estudadas foi caracterizado por dois mecanismos principais: a condução iônica de sais dissolvidos e a rotação dipolar da molécula de água, os quais têm predominância variável dependendo da frequência e da temperatura. A permissividade elétrica relativa de todas as amostras decresceu com o incremento da temperatura e da frequência, enquanto que o comportamento do fator de perda com a temperatura e frequência foi determinado pela composição. Os sais apresentaram maior efeito que os açúcares sobre as PD da água de coco verde. A profundidade de penetração foi maior na frequência de 915 MHz, associada com o aumento no comprimento de onda. Correlações polinomiais foram ajustadas nas frequências comerciais para representar a dependência com a temperatura. / Microwave (MW) heating is an emergent technology for thermal processing of liquid food products. Heating rate and MW penetration depth depending on dielectric properties (DP) of food material (relative electrical permittivity () and dielectric loss factor ()). DP for green coconut water (GCW) and citrus fruits juices (orange, tangerine and lemon) were studied by open-ended coaxial line probe technique. The measurements were carried out for frequencies between 500 MHz and 3000 MHz at 101 points in this range and temperatures from 0 °C to 90 °C, which allowed studying temperature and frequency effect. The power penetration depth was calculated using an expression derived from the Maxwell equations for electromagnetism. Experimental work started with DP measurement for: simulated (GCW), distilled water, sugars and salts solutions of (GCW) and natural (GCW). Results were compared in order to evaluate the each component contribution (water, sugars and salts). DP for juices from different orange, tangerine and lemon varieties as well as mixtures of orange juice from two varieties, were also evaluated. Electrical conductivity was measured and its effect on dielectric loss factor was analyzed. Obtained results were compared at commercial frequencies of 915 MHz and 2450 MHz. Dielectric behavior of studied samples was characterized by two main mechanisms: ionic conduction of dissolved salts and dipole rotation of water molecules, which presented variable predominance, depending on frequency and temperature. Relative electrical permittivity decreased with increase on both temperature and frequency for all tested samples, whereas dielectric loss factor behavior with temperature and frequency was determined by composition. Salts showed higher effect than sugars on dielectric properties of GCW. Penetration depth was higher at 915 MHz, associated to increasing wave length. Polynomial correlations for DP were adjusted at commercial frequencies in order to illustrate the temperature dependence.

Pós nanocristalinos de Ba1-xCaxTiO3(0≤ x ≤ 0.30) foram sintetizados pela primeira vez por meio do método dos precursores poliméricos modificados, em temperaturas relativamente baixas (500°C). Para a densificação dos corpos cerâmicos duas técnicas distintas foram utilizadas: a sinterização convencional, utilizando um forno elétrico; e a sinterização a laser, na qual um laser de CO2 foi utilizado como principal fonte de calor. Os corpos cerâmicos sinterizados pelas duas técnicas apresentaram um tamanho médio de grãos em torno de 500 nm, porém uma maior densidade relativa foi obtida nas cerâmicas sinterizadas a laser, chegando a 99%, além de boa transparência, ∼42% a 940 nm para a amostra com 30 mol% de Ca com espessura de 0.5 mm. Também verificamos por meio de simulação numérica, que a equação de condução de calor na aproximação linear, considerando uma fonte de calor com perfil gaussiano, descreve qualitativamente o comportamento observado durante a sinterização a laser no seu estágio final. Por meio da técnica de espectroscopia de impedância foi feita a caracterização dielétrica dos corpos cerâmicos, nos quais três pontos principais foram estudados: i) o efeito do tamanho de grãos; ii) a influência da concentração de Ca; e iii) a influência do método de sinterização. Com a variação do tamanho do grão foram observadas mudanças na intensidade do pico de transição ferro-paraelétrica, na temperatura de Curie e na permissividade relativa à temperatura ambiente. Para concentrações de Ca até 15 mol%, as cerâmicas apresentaram uma transição de Curie estreita semelhante ao BaTiO3,enquanto que para concentrações maiores, uma transição de fase difusa foi observada. A sinterização a laser resultou em corpos cerâmicos com constante dielétrica 30% maior, e menor perda dielétrica do que as cerâmicas sinterizadas convencionalmente. Finalmente, foi proposto um modelo baseando-se na formação de vacâncias de oxigênio para o aumento da condutividade elétrica com a substituição de Ca. / Ba1-xCaxTiO3 (0 ≤ x ≤ 0.30) nanocrystalline powders were successfully synthesized for the first time at relative low temperature (500 °C) by a modified polymeric precursor method. The densification of the ceramics was made by two distinct techniques: conventional sintering using an electric furnace; and by a laser sintering process in which a CO2 laser is used as the main heating source. It was achieved dense ceramics with an average grain size about 500 nm from both techniques. However, the laser sintered ceramics presented a higher relative density (99 %) and a transparency of 42% at 940 nm in the sample with 30 mol% of Ca. By numerical simulation of the thermal conduction equation on the linear approximation case and taking account a thermal source with a gaussian profile, it was possible to describe qualitatively the final stage of the laser sintering process. The dielectric characterization of the ceramic bodies were carried out by the impedance spectroscopy technique and three main effects were studied: i) the grain size effect; ii) the Ca concentration influence; and, iii) the sintering technique influence. Modifying the grain size led to changes in the ferro-paraelectric transition magnitude, on the Curie temperature value and in the relative permittivity at room temperature. For Ca2+ concentrations up to 15 mol% the sintered ceramics presented a sharp Curie transition like BaTiO3,while for higher Ca concentrations a diffuse phase transition was observed. The laser sintered ceramics presented a dielectric constant 30% higher than the conventional sintering and a lower dielectric loss. Finally, we have proposed a model based on the oxygen vacancies formation to explain the conductivity increase with the Ca2+ substitution.

Este trabalho de pesquisa apresenta uma nova abordagem para calibrar uma sonda helicoidal TDR, usada para medir o teor de umidade do solo. Foi empregada uma aproximação tomando em consideração a interpretação física dos valores de constantes dielétricas. As equações de calibração foram determinadas mediante um modelo dielétrico misto, quais relacionam a constante dielétrica da mistura multifase com a constante dielétrica e frações de volumes dessas componentes. Ensaios realizados em laboratório permitirem o desenvolvimento de duas equações de calibração para a avaliação de teor de umidade volumétrico e gravimétrico dos solos. A calibração foi executada com medições de constante dielétrica em diferentes líquidos e solos, usando uma sonda convencional TDR e a sonda helicoidal TDR. As leituras realizadas com as duas sondas foram depois comparadas. O modelo dielétrico das duas fases permitiu descrever a contribuição dos materiais dielétricos do corpo da sonda helicoidal e os materiais investigados. Mostrou-se que o conhecimento das características físicas e geométricas da sonda TDR usada nos ensaios é de crucial para garantir a qualidade das constantes dielétricas lidas, e conseqüentemente a determinação do teor de umidade in situ. / The objective of this work was to calibrate a coiled TDR probe used to measure the water content of soil. It was used an approach that takes into account a physical interpretation of the values of the dielectric constants. The calibration equations were determined by means of a mixed dielectric model, which relates the dielectric constant of a multi-phase mixture with the dielectric constants and volume fractions of its components. Tests carried out in the laboratory allowed development of two calibration equations for the assessment of the volumetric and gravimetric soil water content. Calibration was performed with measurements of dielectric constants in different liquids and soils, using a conventional TDR probe and a coiled TDR. The readings performed with the two probes were then compared. The dielectric model of two phases permitted describing the contribution of the dielectric material of the body of the probe coil and the materials investigated. It has been shown that knowledge of the physical and geometrical characteristics of the TDR probe used in the tests is crucial for the quality of the dielectric constant readings, and consequently the determination of water content in situ.

Pós nanocristalinos de Ba1-xCaxTiO3(0≤ x ≤ 0.30) foram sintetizados pela primeira vez por meio do método dos precursores poliméricos modificados, em temperaturas relativamente baixas (500°C). Para a densificação dos corpos cerâmicos duas técnicas distintas foram utilizadas: a sinterização convencional, utilizando um forno elétrico; e a sinterização a laser, na qual um laser de CO2 foi utilizado como principal fonte de calor. Os corpos cerâmicos sinterizados pelas duas técnicas apresentaram um tamanho médio de grãos em torno de 500 nm, porém uma maior densidade relativa foi obtida nas cerâmicas sinterizadas a laser, chegando a 99%, além de boa transparência, ∼42% a 940 nm para a amostra com 30 mol% de Ca com espessura de 0.5 mm. Também verificamos por meio de simulação numérica, que a equação de condução de calor na aproximação linear, considerando uma fonte de calor com perfil gaussiano, descreve qualitativamente o comportamento observado durante a sinterização a laser no seu estágio final. Por meio da técnica de espectroscopia de impedância foi feita a caracterização dielétrica dos corpos cerâmicos, nos quais três pontos principais foram estudados: i) o efeito do tamanho de grãos; ii) a influência da concentração de Ca; e iii) a influência do método de sinterização. Com a variação do tamanho do grão foram observadas mudanças na intensidade do pico de transição ferro-paraelétrica, na temperatura de Curie e na permissividade relativa à temperatura ambiente. Para concentrações de Ca até 15 mol%, as cerâmicas apresentaram uma transição de Curie estreita semelhante ao BaTiO3,enquanto que para concentrações maiores, uma transição de fase difusa foi observada. A sinterização a laser resultou em corpos cerâmicos com constante dielétrica 30% maior, e menor perda dielétrica do que as cerâmicas sinterizadas convencionalmente. Finalmente, foi proposto um modelo baseando-se na formação de vacâncias de oxigênio para o aumento da condutividade elétrica com a substituição de Ca. / Ba1-xCaxTiO3 (0 ≤ x ≤ 0.30) nanocrystalline powders were successfully synthesized for the first time at relative low temperature (500 °C) by a modified polymeric precursor method. The densification of the ceramics was made by two distinct techniques: conventional sintering using an electric furnace; and by a laser sintering process in which a CO2 laser is used as the main heating source. It was achieved dense ceramics with an average grain size about 500 nm from both techniques. However, the laser sintered ceramics presented a higher relative density (99 %) and a transparency of 42% at 940 nm in the sample with 30 mol% of Ca. By numerical simulation of the thermal conduction equation on the linear approximation case and taking account a thermal source with a gaussian profile, it was possible to describe qualitatively the final stage of the laser sintering process. The dielectric characterization of the ceramic bodies were carried out by the impedance spectroscopy technique and three main effects were studied: i) the grain size effect; ii) the Ca concentration influence; and, iii) the sintering technique influence. Modifying the grain size led to changes in the ferro-paraelectric transition magnitude, on the Curie temperature value and in the relative permittivity at room temperature. For Ca2+ concentrations up to 15 mol% the sintered ceramics presented a sharp Curie transition like BaTiO3,while for higher Ca concentrations a diffuse phase transition was observed. The laser sintered ceramics presented a dielectric constant 30% higher than the conventional sintering and a lower dielectric loss. Finally, we have proposed a model based on the oxygen vacancies formation to explain the conductivity increase with the Ca2+ substitution.

Este trabalho de pesquisa apresenta uma nova abordagem para calibrar uma sonda helicoidal TDR, usada para medir o teor de umidade do solo. Foi empregada uma aproximação tomando em consideração a interpretação física dos valores de constantes dielétricas. As equações de calibração foram determinadas mediante um modelo dielétrico misto, quais relacionam a constante dielétrica da mistura multifase com a constante dielétrica e frações de volumes dessas componentes. Ensaios realizados em laboratório permitirem o desenvolvimento de duas equações de calibração para a avaliação de teor de umidade volumétrico e gravimétrico dos solos. A calibração foi executada com medições de constante dielétrica em diferentes líquidos e solos, usando uma sonda convencional TDR e a sonda helicoidal TDR. As leituras realizadas com as duas sondas foram depois comparadas. O modelo dielétrico das duas fases permitiu descrever a contribuição dos materiais dielétricos do corpo da sonda helicoidal e os materiais investigados. Mostrou-se que o conhecimento das características físicas e geométricas da sonda TDR usada nos ensaios é de crucial para garantir a qualidade das constantes dielétricas lidas, e conseqüentemente a determinação do teor de umidade in situ. / The objective of this work was to calibrate a coiled TDR probe used to measure the water content of soil. It was used an approach that takes into account a physical interpretation of the values of the dielectric constants. The calibration equations were determined by means of a mixed dielectric model, which relates the dielectric constant of a multi-phase mixture with the dielectric constants and volume fractions of its components. Tests carried out in the laboratory allowed development of two calibration equations for the assessment of the volumetric and gravimetric soil water content. Calibration was performed with measurements of dielectric constants in different liquids and soils, using a conventional TDR probe and a coiled TDR. The readings performed with the two probes were then compared. The dielectric model of two phases permitted describing the contribution of the dielectric material of the body of the probe coil and the materials investigated. It has been shown that knowledge of the physical and geometrical characteristics of the TDR probe used in the tests is crucial for the quality of the dielectric constant readings, and consequently the determination of water content in situ.

Submitted by Rosa Assis (rosa_assis@yahoo.com.br) on 2017-10-02T18:36:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) PRISCILA ROMAGNOLI.pdf: 5679153 bytes, checksum: 33c89deb6013a43a474ebfdd521b2f64 (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2017-10-03T14:48:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) PRISCILA ROMAGNOLI.pdf: 5679153 bytes, checksum: 33c89deb6013a43a474ebfdd521b2f64 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-03T14:48:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) PRISCILA ROMAGNOLI.pdf: 5679153 bytes, checksum: 33c89deb6013a43a474ebfdd521b2f64 (MD5) Previous issue date: 2017-05-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Fundo Mackenzie de Pesquisa / Graphene is a two-dimensional material composed of carbon atoms arranged in a hexagonal lattice with excellent electronic properties, such as high electron mobility, and optical properties, such as wavelength-independent absorption due to the zero electronic bandgap [1]. Novoselov and Geim [2] isolated graphene for the rst time in 2004 and, since then, it has been proving applicable to several areas. In photonics, to date, application as saturable absorbers, polarizers and modulators, among others, have been demonstrated using the nanomaterial on transparent dielectric substrates. This type of substrate becomes necessary for photonic applications, since generally absorption is undesirable. With this requirement in mind, this thesis studies graphene on transparent dielectric substrates, with two main objectives. The rst objective is to increase the optical contrast of graphene on transparent substrates, improving its visualization. The re ectance of silicate glasses covered with graphene, for example, is 4.3% (normal incidence), while the re ectance of glass without graphene is 4.0%, which generates low values of contrast, of the order of 8%. This problem is studied and two solutions to increase the optical contrast are presented. The rst one uses re ected light at the Brewster angle of the substrate, which allows the cancellation of the substrate re ection and, thus, for the observation of re ection only in regions covered with graphene. The technique showed an increase in optical contrast of up to 380 over conventional optical microscopy. The second technique to enhance the contrast explores the unusual fact that re ection on a glass with graphene depends on from which medium light incides (from air or glass). With normal incidence, it was observed that glass substrate incidence generates an increase in optical contrast of 1.3 in relation to air incidence. The technique can be easily implemented in a conventional optical microscope. The second objective of this thesis is to investigate a new method for electrically doping graphene on glass. Doping allows adjustment of the optical and electronic characteristics of graphene. The method consists of exploring the process of thermal poling of silicate glasses. Poling is a known method for recording an electric eld close to the surface in glasses. The doping by poling is investigated by the generated spectral shifts in the Raman G band of graphene and from surface plasmon excitations. It was noted, however, that poling generated a charge concentration in graphene that was lower than expected, 2,9 1012cm􀀀2, which indicates that the recorded eld is neutralized before it reaches graphene. Although the origin of such neutralization is not yet understood, one possibility is the migration of charges from graphene to the substrate, which would screen the electric eld in graphene. The e ects of doping due to interaction with the atmosphere and the substrate are also shown to be important factors that signi cantly in uence the nanomaterials charge concentration. A signi cant reduction in these e ects is demonstrated using a substrate of exfoliated hBN on silica and in an argon atmosphere. / O grafeno é um material bidimensional composto de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal com excelentes propriedades eletrônicas, como a alta mobilidade eletrônica, e ópticas, como a absorção independente do comprimento de onda devido ao gap zero [1]. Novoselov e Geim [2] isolaram o grafeno pela primeira vez em 2004 e, desde então, o grafeno vem demonstrando aplicações nas mais diversas áreas. Na área de fotônica, até o momento, aplicacões como absorvedores saturáveis, polarizadores e moduladores, entre outras, já foram demonstradas utilizando o nanomaterial em substratos transparentes dielétricos. Esse tipo de substrato torna-se necessário em aplicações fotônicas, uma vez que em geral sua absorção da luz pelo substrato é indesejada. Com este requerimento em vista, esta tese de doutorado estuda o grafeno sobre substratos dielétricos transparentes, com dois objetivos principais. O primeiro objetivo é aumentar o contraste óptico do grafeno sobre substratos transparentes, melhorando sua visualização. A refletância de vidros silicatos recobertos com grafeno, por exemplo,é de 4,3% (incidência normal), enquanto a refletância do vidro sem grafeno é de4,0%, o que gera valores de contraste _optico baixos, da ordem de 8%. Este problema é estudado e duas soluções para o aumento de contraste são apresentadas. A primeira utiliza a condição de polarização por reflexão da luz em ângulo de Brewster, que possibilita o cancelamento da reflexão do substrato e a obtenção de reflexão somente onde há grafeno. A técnica proposta mostrou um aumento do contraste óptico de até 380x em relação á microscopia óptica convencional. A segunda técnica de aumento de contraste explora o fato, não muito usual, de que a reflexão no grafeno sobre vidro depende do meio a partir do qual a luz incide (a partir do ar ou vidro). Com incidência normal, foi observado que a incidência pelo substrato de vidro gera um aumento no contraste óptico de 1,3x em relação _a incidência pelo ar. A técnica pode ser facilmente implementada em um microscópio óptico convencional. O segundo objetivo da presente tese consiste em investigar um novo método de dopagem elétrica de grafeno sobre vidros. A dopagem permite o ajuste das características ópticas e eletrônicas do grafeno. O método consiste em explorar o processo de poling térmico de vidros silicatos. O poling é um método conhecido para gravação de um campo elétrico próximo á superfície em vidros. A dopagem gerada pelo poling é investigada a partir dos deslocamentos espectrais gerados na banda G Raman do grafeno e a partir da excitação de plásmons de superfície. Observou-se, entretanto, que o poling gerava uma concentração de portadores no grafeno menor do que a esperada, de ~2,9x1012cm-2, indicando que o campo gravado é neutralizado antes de chegar ao grafeno. Apesar de não se entender ainda a origem de tal neutralização, uma possibilidade é uma migração de cargas do grafeno para o substrato, o que blindaria o campo elétrico no grafeno. Os efeitos de dopagem decorrentes de interação com o ambiente e com o substrato também são mostrados como fatores importantes que influenciam significativamente a concentração de cargas do nanomaterial.É demonstrada uma redução significativa nesses efeitos utilizando-se um substrato de hBN esfoliado sobre sílica e atmosfera de argônio.