The PHD project has two main goals. The first one is specifically related to investigations on molecular dynamics, structural conformations and packing of polyfluorene-based polymers. For this purpose, Wide Angle X-Ray Diffraction (WAXD), Solid-State Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and Dynamical-Mechanical Thermal Analysis (DMTA) are being used as the main techniques. The second goal is to correlate molecular phenomena, as characterized in the first part, with opto-electronic properties of polyfluorene when used as active layer in an electronic device, such as a Polymer Light-Emitting Diode (PLED). In the second part, fabrication of devices and their electrical characterization as a function of temperature are the main objectives. Impedance Spectroscopy, Current-Voltage characterization of the devices and Time-Of-Flight (TOF) techniques are among the main techniques to be used in the second part of the project. Therefore, the project combines fundamental studies on molecular dynamics with technological performance of organic electronic. / O projeto de doutorado entitulado \"Correlação das Propriedades Óticas e Elétricas com a Estrutura Física e Dinâmica Molecular de Filmes e Dispositivos de Polifluorenos e Derivados\". O primeiro é especificamente ligado a investigação da dinâmica molecular, conformação estrutural e empacotamento de polímeros derivados do polifluoreno. Para isso, Difração de Raio-X de Alto Ângulo (WAXD)1, Ressonânica Magnética no Estado Sólido (RMN) e Análise Térmica Dinâmico Mecânica (DMTA) serão utilizadas como técnicas principais. O segundo objetivo é o de correlacionar, os fenômenos observados na primeira parte do projeto, com as propriedades opto-eletrônicas dos filmes poliméricos sendo utilizados como camada ativa em dispositivos eletrônicos do tipo Diodo Polimérico Emissor de Luz (PLED). Na segunda parte, a fabricação dos dispositivos e sua caracterização como função da temperatura serão os principais objetivos. Espectroscopia de Impedância, Corrente-Voltagem, Tempo de Vôo (TOF) e Photo-CELIV serão as principais técnicas de caracterização utilizadas. Dessa forma, o projeto combina estudos fundamentais de aspectos moleculares com o desempenho tecnológico de dispositivos optoeletrônicos.

Este trabalho é dividido em duas partes. Na primeira parte são estudadas moléculas isoladas, na segunda, moléculas em meio solvente. Em sua primeira parte, métodos de mecânica quântica de alto nível de correlação são utilizados para caracterizar o estado fundamental da molécula de CaC. Propriedades elétricas e óticas desta molécula, como também da molécula de MgH, são obtidas usando-se o método de campo finito. O estudo dessas moléculas é de interesse para a Astrofísica. A segunda parte deste trabalho foca o estudo teórico do solvatocromismo da molécula de 4-[(4-dimethylamino)phenyl)imino]-2, 5-cyclohexadien-1-one, ou DIA (Dimethylaminoindoaniline). Esta molécula apresenta também uma grande variação da sua primeira hiperpolarizabilidade medida em solução. Sabe-se que ela existe em solução como uma combinação de duas formas extremas: a forma com separação de cargas eno e a forma neutra ceto. Após otimizarmos teoricamente as estruturas dessas duas formas, realizamos uma simulação Monte Carlo em um número de moléculas de solventes polares e apoiares. A análise da estrutura do solvente, em torno de cada soluto, é realizada usando-se funções de distribuição radial de pares. É feita, também, a análise das pontes de hidrogênio para cada estrutura eno ou ceto. Estruturas supermoleculares, envolvendo o soluto com as moléculas mais próximas e, em separado. com as moléculas ligadas por pontes de hidrogênio, são usadas como entrada para cálculos semi-empíricos de mecânica quântica da primeira transição eletrônica de absorção e da primeira hiperpolarizabilidade. Apenas superestruturas estatisticamente descorrelacionadas foram usadas no cálculo. Os resultados são analisados e comparados com resultados experimentais em solução e com resultados teóricos em fase gasosa. Todas as interpretações sugerem que a estrutura eno é responsável pelos espectros experimentais de absorção UV-visível, tanto em solvente polares quanto em apoiares. A estrutura eno tem também uma primeira hiperpolarizabilidade calculada que concorda adequadamente com aquelas observadas em alguns solventes. Para clorofórmio a primeira hiperpolarizabilidade do DIA é dez vezes maior que em outros solventes. / This work is divided in two parts. In the first part isolated molecules are studied, in the second part the interest is in molecules in solvent media. In the first part of this work, high level quantum mechanical correlation methods are employed to characterise the ground state of the CaC molecule. Electrical and optical properlies of this molecule and also of the MgH molecule are obtained using the finite field method. The study of these molecules is of interest to Astrophysics. The second part of this work focuses on the theoretical study of the solvatochromism of the 4-[(4-dimelhylamino)phenyl)imino]-2, 5-cyclohexadien-1-one molecule, or DIA (Dimethylaminoindoaniline). This molecule also presents a large variation of its measured first hyperpolarizability in solution. It is known that in solution this molecule exists in a combination of two extreme forms, the chargeseparated eno form and the neutral kelo form. After these two structures are theoretically optimised, a Monte Carlo simulation is performed in a number of polar and non-polar solvent molecules. Analysis of1 the solvent structure around each solute is performed using radial distribution function. Hydrogen bonding analysis for each eno or keto structure is also carried out. Supermolecular structures involving the solute and the nearest solvent molecules and, separately, the hydrogen bonded molecules, are used as input to quantum mechanical semi-empirical calculations of the first electronic absorption transition and the first hyperpolarizability. Only statistically non-correlated superstructures were used in the calculation. The results are analysed and compared to experimental results in solution and theoretical results in gas-phase. All interpretations suggest that the eno structure is responsible for the experimental UV-Visible absorption spectrum, both in polar and non-polar solvents. The eno structure has also a calculated first hyperpolarizability that agrees well with that observed for some solvents. For chloroform the first hyperpolarizability of DIA is ten times greater than in other solvents.

Este trabalho descreve um estudo sistemático da influência da adição do átomo de lantânio na estrutura da fase Bi4Ti3O12 (BIT) e do átomo érbio na fase Bi3,25La0,75Ti3O12 (BLT075) no que tange seu processo de síntese e suas propriedades estruturais, microestruturais e elétricas. Cerâmicas de composição nominal Bi4-xLaxTi3O12 (BLTx) com 0 x 2 mol % e Bi3,25La0,75Ti3O12 (BLT075) com substituição no sítio do La3+ (BLExT) e no sítio do Ti4+ (BLTEx) com 0 x 0,06 mol %, foram preparadas através do método de síntese por reação do estado sólido. Os dados de difração de raios X (DRX) das amostras BLTx mostram a formação de uma solução sólida para todas as amostras, exceto para amostra contendo 2 mol% de La3+. Verificou-se que a adição de La3+ leva a um aumento da temperatura de sinterização e diminui o tamanho médio dos grãos, alterando sua morfologia de grão na forma de placas para uma forma mais esférica. Quanto às propriedades dielétricas, amostras BLTx com x 1 mol% apresentam um comportamento característico de um ferroelétrico normal, enquanto que quando x > 1 mol%, observa-se um pequeno deslocamento da temperatura de máximo da permissividade dielétrica (Tm) com a freqüência, indicando a existência de um comportamento típico de materiais ferroelétricos relaxores. Os resultados de espectroscopia Raman sugerem que os íons La3+ tendem a ocupar preferencialmente o sítio do Bi3+ das camadas peroviskitas quando x < 1,0 mol %, enquanto que quando x >1,0 mol %, o processo de incorporação também ocorre no sítio do Bi3+ nas camadas de Bi2O2. De acordo com a analise dos espectros XANES e XPS, a estrutura local e eletrônica dos átomos de Ti, Bi e La, não são afetadas de forma significativa pela adição de lantânio.Em relação às amostras dos sistemas BLExT e BLTEx, os dados de DRX mostram somente a presença de fases secundárias nas composições x= 0,04 e 0,06 mol% do sistema no BLTEx. A sinterização à 1115oC possibilitou obter amostras apresentando uma densidade relativa superior a da amostra não dopada BLT075. A adição de Er3+ causa mudanças na morfologia, diminuindo o tamanho médio dos grãos no sistema BLExT e aumentando no sistema BLTEx. Através de medidas elétricas, foi observado um decréscimo no valor Tm em ambos os casos. Quando x > 0,02 mol%, o comportamento de Tm é dominado pelo limite de solubilidade para o sistema BLExT. De acordo com os dados de XAS, a estrutura local e eletrônica dos átomos de Ti e Er não são afetadas de forma significativa pela adição de érbio. / This work describes a systematic study of the influence of the lanthanum atom addition in the Bi4Ti3O12 (BIT) phase and the erbium atom addition in the Bi3,25La0,75Ti3O12 (BLT075) phase in terms of their synthesis process and its structural, microstructural and electrical properties. Ceramics of nominal composition Bi4-xLaxTi3O12 (BLTx) with 0 x 2 mol% and Bi3,25La0, 75Ti3O12 (BLT075) with Er3+ replacing the La3+ atoms (BLExT) and replacing Ti4+ atoms (BLTEx) with 0 x 0, 06 mol%, were prepared by the solid state reaction method. X-ray diffraction (XRD) data of BLTx samples shows the formation of a solid solution for all samples, except for sample containing 2 mol% of La3+. It was found that the addition of La3+ leads to an increase in the sintering temperature, a decrease in the average size of grains and a modification on the grain from plates to a more spherical morphology. The dielectric properties of BLTx samples with x 1 mol% show a behavior characteristic of a normal ferroelectric whereas when x> 1 mol%, there is a small displacement of the temperature of maximum dielectric permittivity (Tm) with the frequency, indicating the existence of a typical behavior of a relaxor ferroelectric material. The Raman spectroscopy results suggest that La3+ ions tend to preferentially occupy the Bi3+ site in the peroviskite layer when x <1.0 mol%, whereas when x> 1.0 mol%, the process of incorporation occurred also in the Bi3+ site of the Bi2O2 layer. According to the analysis of XANES and XPS spectra, the local structure of atoms and electronic structure of Ti, Bi and La atoms of BLTx samples are not affected significantly by the addition of lanthanum. For samples of BLExT and BLTEx systems, the XRD data shows only the presence of a secondary phase in the x = 0.04 and 0.06 mol% compositions of the BLTEx system. The sintering at 1115 °C allowed to obtain samples presenting a relative high density than the sample BLT075 undoped sample. The addition of Er3+ induces significative changes in grain morphology by decreasing the average size of grains in the BLExT system and by increasing the BLTEx system. Through electrical measurements, it was observed a decrease in the Tm value in both cases. In the BLExT system, when x> 0.02 mol%, the behavior of Tm is dominated by the solubility limit. According to the XAS data, the local and electronic structure of Ti and Er atoms are not affected significantly by the addition of erbium.

A técnica de injeção de cargas por feixe eletrônico em materiais poliméricos pode ser utilizada como uma importante ferramenta no estudo das propriedades elétricas destes materiais. Fenômenos tais como a emissão eletrônica secundária, o transporte e armazenamento de portadores de carga no volume do material, fenômenos de injeção e condutividade induzida por radiação podem ser observados em películas finas de dielétricos lançando mão desta poderosa técnica. Neste trabalho, utilizamos um canhão de elétrons de energia variável (O a 10 keV) na irradiação de amostras de polianilinas, por nós sintetizadas, para o estudo da emissão secundária e de transporte no volume. Alguns experimentos foram também realizados com o poli(fluoreto de vinilideno), que é um polímero bem mais resistivo que as polianilinas. As medidas de emissão eletrônica foram feitas em circuito aberto, enquanto as medidas de transporte foram obtidas em circuito fechado. Neste segundo tipo de configuração, procuramos fazer uma análise do comportamento da corrente através da amostra pela observação de transientes rápidos (da ordem de 10 ms) de corrente gerados pela injeção de pacotes de carga de penetração bem definida a partir da superfície bombardeada. Propriedades elétricas intrínsecas como a condutividade do material e a permissividade elétrica, e extrínsecas como a condutividade na região irradiada foram utilizadas como parâmetros no ajuste dos resultados experimentais. / Charge injection in polymeric materials by electron beam is a powerful technique in the study of electrical properties of such materials. Secondary emission, transport and storage phenomena, as well as radiation-induced conductivity are among the subjects related to dielectrics that can be investigated. At present work we used an electron beam system (O to 10 keV) to irradiate polyaniline films, synthesized in our laboratory, and to perform studies of secondary emission and transport phenomena. Some experiments were also carried out with poly(viny1idene fluoride), a more resistivity polymer. Secondary emission measurements were carried out in an open-circuit configuration while the transport ones used a short circuit mode. Fast transient phenomena (about 10 ms) were also studied in details. Intrinsic electric properties, such as conductivity and dielectric constant, and extrinsic ones, like the induced conductivity in the irradiated region of the sample, were obtained in the fitting between the model and the experimental results.

Apresentamos neste trabalho uma técnica alternativa para a obtenção de filmes finos de silício amorfo hidrogenado (&#945-Si:H). Nós depositamos &#945-Si:H em um sistema de deposição que utiliza descarga luminescente a baixas freqüências (60Hz). Para tanto, nós projetamos todo o reator para que este objetivo pudesse ser atingido. Os filmes obtidos por nós mostram propriedades ópticas e eletrônicas bastante próximas aquelas dos filmes produzidos pela técnica convencional de descarga luminescente a radiofreqüência (13,56 MHz). A temperatura do substrato ótima para a técnica de descarga luminescente a baixas freqüências está na faixa 150-170&#176C, em torno de 100&#176C menor do que aquela usada para radiofreqüência. Neste trabalho nós apresentamos medidas das propriedades dos filmes, incluindo condutividade no escuro, fotocondutividade, comprimento de difusão ambipolar, absorção no infra-vermelho, gap óptico, e densidade de defeitos de níveis profundos. Para realizar parte destas medidas, nós construímos sistemas experimentais de caracterização exclusivos para o &#945-Si:H. / In this work we present an alternative technique for producing hydrogenated amourphous silicon thin films (&#945-Si:H). We deposited &#945-Si:H in a low-frequency (60 Hz) glow-discharge deposition system. For this purpose, we designed completely the reactor. The films we produced show electronic and optical properties nearly equivalent to those of films prepared by the conventional radio-frequency (13,56 MHz) glow-discharge technique. The optimal substrate temperature for the low-frequency glow-discharge technique is 150-170&#176C, about 100&#176C lower than that radio-frequency. In this work, we report measurements of film properties, including dark conductivity, photoconductivity, ambipolar diffusion lenght, infrared absorption, optical band gap, and deep defect density. To do these measurements, we assembled experimental systems used to characterize &#945-Si:H.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JulianeCiorcero.pdf: 6092625 bytes, checksum: d6ae5b000ef3bf54c409ce74be787173 (MD5) Previous issue date: 2011-12-19 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work studied systematically the substitution of Nb2O5 by Sb2O3 in composition of a ternary varistor system and study of calcination of binary and multi-component systems and their relationship microstructure-electric property. In part I of the work, study of substitution of Nb2O5 by Sb2O3, the compositions were prepared by conventional ceramic processing and dried by "spray-dryer" Pellets were produced at 25 MPa and sintering was produced at 1350ºC/ 2h.Increasing the concentration of Sb2O3, the nonlinear behavior of ceramics was reduced, accompanied by the reduction of the breakdown electric field and increased leakage current. With increasing concentration of 0.05% Sb2O3 to 0.5% (mol%), the samples were more porous, suggesting that higher concentrations of Sb2O3 decreases the rate of sintering. This decrease was linked to the increased concentration of tin vacancies that leads to nondensifying processes. In part II, was studied the influence of calcination (700oC, 1000oC and 1200oC) of binary and multi-component systems. The compositions were prepared by the conventional method, with the addition of the calcination process. The samples were comformed at 75 MPa and sintered at 1300oC for systems calcined at 1200oC and 1300oC, and at 1350oC for systems calcined at 700oC and 1000oC. Some studied systems have showed cassiterite phase associated to the SnO phase. With the addition of dopants, there was an increase in density of the systems, and the increase in temperature of sintering also led to a slight increase in density. The addition of chromium to systems calcined at 700oC and 1000oC led to a decrease in the breakdown electric field, with the exception of the systems 99.5% +0.5% Sb2O3 + 0.5% Co3O4 e 99.5% +0.5% Sb2O3 + 0.5% Co3O4 (excess) + 0.05% Cr2O3 (excess), where there was a decrease of breakdown electric field with the addition of chromium, and this can be explained because of their densities. All samples calcined at 1200oC regardless of the composition, showed very similar microstructure, high porosity and small grain size. The sample that presented the best varistor behavior with the lower leakage current was the FCC25% (75% of varistor formulation, 99,4%SnO2. 0,5%Co3O4. 0,05%Nb2O5. 0,05%Cr2O3 and 25% of conductive formulation, 99,0%SnO2. 0,5%Co3O4. 0,5%Sb2O3). / Neste trabalho estudou-se sistematicamente a substituição do Nb2O5 por Sb2O3 na composição de um sistema varistor ternário e estudo da calcinação de sistemas binários e multicomponentes e sua relação microestruturapropriedade elétricas. Na Parte I do trabalho, estudo da substituição do Nb2O5 por Sb2O3, as composições foram preparadas via processamento cerâmico convencional e secadas via “spray-dryer”. A conformação foi realizada a 25 MPa e a sinterização foi realizada a 1350C por 2 horas. Com o aumento da concentração de Sb2O3 o comportamento não linear da cerâmica foi reduzido, acompanhado da redução do campo elétrico de ruptura e aumento da corrente de fuga. Com o aumenta da concentração de Sb2O3 de 0,05% para 0,5% em mol, as amostras apresentaram-se mais porosas, sugerindo que concentrações mais elevadas de Sb2O3 diminuem a taxa de sinterização. Esta diminuição foi associada ao aumento da concentração de vacâncias de estanho que conduz a processos não densificantes. Na parte II, estudou-se a influência da calcinação (700oC, 1000oC e 1200oC) de sistemas binários e multicomponentes. As composições foram preparadas pelo método convencional, com a adição do processo de calcinação. As amostras foram conformadas a 75 MPa e sinterizados a 1300oC para os sistemas calcinados a 1200OC e 1300OC e 1350OC por 2 horas para os sistemas calcinados a 700OC e 1000OC. Alguns sistemas estudados apresentaram a fase cassiterita associada a fase SnO. Com a adição de dopantes ocorreu um aumento na densidade dos sistemas e o aumento da temperatura de sinterização também levou a um leve aumento na densidade. A adição de cromo aos sistemas calcinados a 700OC e 1000OC levou a uma diminuição do campo elétrico de ruptura, com exceção dos sistemas, 9,5%+0,5%Sb2O3 + 0,5% Co3O4 e 99,5%+0,5%Sb2O3 + 0,5% Co3O4 (excesso) + 0,05% Cr2O3 (excesso), onde ocorreu a diminuição do campo elétrico de ruptura com a adição de cromo, podendo isto ser explicado através de suas densidades. Todas as amostras calcinadas a 1200oC, independentemente da composição, apresentaram microestrutura muito semelhantes, apresentaram alta porosidade e pequeno tamanho de grão. A amostra que apresentou o melhor comportamento varistor, com menor corrente de fuga foi a FCC25% (75% da formulação varistora, 99,4%SnO2.0,5%Co3O4. 0,05%Nb2O5.0,05%Cr2O3 e 25% da formulação condutora, 99,0%SnO2. 0,5%Co3O4. 0,5%Sb2O3).

En raison de leurs propriétés mécaniques, électriques et thermiques exceptionnelles, les nanotubes de carbone (NTC) ont reçu une importante attention mondiale. Les NTC ont un grand potentiel dans différents domaines d'applications tels que le stockage d'énergie et la microélectronique. Grâce à leur structure unidimensionnelle, leur important facteur d'aspect et leur faible densité, les NTC servent comme charges dans les composites. Par contre, en raison des fortes interactions entre eux, il est difficile de les disperser et de les aligner dans une matrice de polymère.Il est connu qu'une bonne conception d'hybrides, constitués de NTC verticalement lignés sur des substrats, améliore de manière significative la dispersion de ces derniers dans la matrice. Ces hybrides sont préparés par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Une fois, ces hybrides sont dispersés dans la matrice du composite cela conduit à une nette amélioration des propriétés multifonctionnelles de ce composite. Les substrats utilisés dans cette thèse sont les nanoplaquettes de graphite (NPG) pour donner des hybrides NPG-NTC que nous appellerons par la suite GCHs. Les GCHs ont l'avantage d'avoir une faible densité et une structure totalement conductrice qui améliore les propriétés diélectriques et électriques des composites.Dans l'état de l'art, les relations entre l'organisation des GCHs et les conditions de synthèse par CVD et entre l'ajout des GCHs dans les composites et les réseaux conducteur interne dans les composites n'ont jamais été étudiées. Pour cela, dans cette thèse, nous allons soigneusement étudier et discuter ces problèmes mentionnés.Dans le premier chapitre, nous présentons une revue générale de la structure, des propriétés, des applications et de la synthèse des NTC et des NPG. Nous présentons aussi les procédures de l'intégration des nanoparticules dans des matrices polymères et les méthodes de fonctionnalisation des NTC. Nous discutons aussi des états électriques et les caractéristiques (di)électriques des composites en fonction de la quantité de la charge conductrice.Le deuxième chapitre présente tout d'abord la synthèse des NTC sur les NPG par CVD. Ensuite, l'influence des paramètres de la CVD, la température, la composition du gaz et le temps de la réaction, ont été étudié. Les résultats qualitatifs et quantitatifs obtenus d'après les caractérisations des ces hybrides peuvent servir comme base de données pour l'intégration et l'influence des ces hybrides dans les composites.Le troisième chapitre présente les composites binaires polyvinylidene fluoride/GCHs et leurs propriétés diélectriques qui sont nettement améliorées par rapport aux composites ternaires composés de polyvinylidene fluoride/NPG/NTC. Les composites obtenus par dispersion des GCHs dans la matrice à l'aide du procédé d'extrusion-injection, présentent un seuil de percolation fortement réduit (5,53 vol%) et une stabilité thermique relativement élevée. Leurs propriétés diélectriques améliorées peuvent être attribuées à des réseaux sous forme de micro-condensateurs et le changement de la cristallinité de la matrice peut être attribué à la bonne conception des hybrides.Le quatrième chapitre étudie les composites GCHs/polydiméthylsiloxane (PDMS) avec la haute performance piézo-résistive dans une large gamme de température. Le composite présente un seuil de percolation ultra-bas et une grande sensibilité piézo-résistive. En particulier, les autres améliorations des propriétés électriques obtenues dans les composites GCHs/PDMS par rapport à celles des composites à base de NTC/PDMS, de NPG/PDMS ou encore de NTC-NPG/PDMS. Les légers mouvements des doigts peuvent être détectés grâce à l'usage de ces films composites en tant que capteurs de mouvement. / Due to the outstanding mechanical electrical and thermal properties, carbon nanotubes (CNTs) received worldwide attentions and intensive investigations in last decades. CNTs are greatly potential in applications such as energy storage and microelectronics. The one dimensional structure, high aspect ratio and low density, promote CNTs serving as the excellent fillers in composites field. However, due to the strong interactions, CNTs are usually difficult to be dispersed and aligned in a polymer matrix. Designing the CNTs construction reasonably is an effective way to ameliorate the dispersion states of CNTs in matrix. These specific hybrid constructions allowed CNTs arrays synthesized vertically onto the substrates through catalyst chemical vapor deposition method. These CNT arrays effectively overcome the problem of CNTs aggregation and promote the interconnection among CNTs, leading to a considerable improvement of multi-functional properties of composites. Graphite nanoplatelets (GNPs) served as substrate make their synthesizing products-GNP-CNTs hybrids (GCHs) possess distinct merits of all-carbon composition, totally-conductive coupling structure and the low intrinsic density. These GCHs constructions provide a great improvement in the dielectric and electrical properties of composites. However, the relationship between GCHs organization and synthesizing conditions during CVD process and the influence of the addition of GCHs to internal conductive networks have not been reported in detail. These mentioned issues will be investigated and discussed in this thesis, which is divided into four chapters:The first chapter makes a general review of the structure, properties, application and synthesis of CNTs and GNP substrates, and the main procedures of fabricating composites and surface functionalization of CNTs. Moreover, a short introduction of the development of micro-nano hybrids applied to the functional composites is made. Most importantly, the developing electrical states and (di) electrical characteristics of composites with ever-increasing conducting filler loading are reviewed in detail at the last part.The second chapter discusses firstly the synthesis process through the CCVD approach and the relationship between CVD parameters and the corresponding construction of GCHs, where the temperature, gas composition and reaction time were controlled. The constructions CNT arrays are dependent on the synthesis conditions. Furthermore, the results obtained from analysis can provide a structural foundation for the huge application potential of GCHs constructions. The third chapter introduces the poly(vinylidene fluoride)-based nanocomposites containing GCH particles, the dielectric properties of which are improved more greatly than the ternary composites loading equivalent mixture of GNPs and CNTs. The composites achieved by dispersing GCH particles into matrix using the mechanical melt-mixing process, showing a strongly reduced percolation threshold (5.53 vol %) and the relatively high thermal stability. Their improved dielectric properties can be attributed to the formed microcapacitor networks and the change of crystalline formation of matrix, caused by well-designed CNT arrays constructions. The fourth chapter investigates the advanced GCHs/ polydimethylsilicone (PDMS) composites with high piezo-resistive performance at wide temperature range. The synthesized GCHs can be well dispersed in the matrix through the mechanical blending process. The flexible composite shows an ultra-low percolation threshold (0.64 vol%) and high piezo-resistive sensitivity (gauge factor ~103 and pressure sensitivity ~ 0.6 kPa-1). Particularly, the much improvements of electrical properties achieved in GCHs/PDMS composites compared with composites filled with equivalent CNT, GNP or mixture of CNTs/GNPs. Slight motions of finger can be detected and distinguished accurately using the composites film as typical wearable sensor.

Ce mémoire a pour objectif l’étude de la réalisation de nanocomposites polyétherétherkétone (PEEK) /nanotubes de carbone (NTC) par mélange en voie fondue. Il s’est articulé autour de trois axes principaux, qui sont : l’impact du pourcentage de nanotubes de carbone sur les propriétés rhéologiques et électriques, l’influence du procédé d’extrusion bivis sur l’état de dispersion, ainsi que la réalisation du composite hybride renforcé en fibres longues de carbone. Un modèle rhéologique (loi de Carreau-Yasuda à seuil) et un modèle électrique (loi puissance), ont été utilisés pour caractériser quantitativement le seuil de percolation ainsi que le degré de dispersion. L’état de dispersion par le procédé d’extrusion dépend des conditions opératoires (vitesse de rotation N et débit d’alimentation Q). Les relations entre le procédé et l’état de dispersion ont également été étudiées à l’aide de la distribution des temps de séjour, et des énergies mécaniques spécifiques. Enfin, le comportement mécanique et électrique des composites hybrides a été exploré. L’étude des temps de dégradation, de relaxation à permis d’établir une fenêtre de mise en oeuvre du composite hybride. / The aim of this dissertation is the study of the formation of polyetherethercetone (PEEK) / carbon nanotubes (NTC) nanocomposites via melt compounding. It focused on three major part which are the fallowing: the effect of CNT content on rheological and electrical properties, the effect of twin screw extrusion parameters on CNT dispersion, and the manufacture of hybrid composite reinforced with carbon fibers as well. A Carreau-Yasuda rheological model with a yield stress and power law model are used to characterize quantitatively the rheological and electrical percolation threshold and the state of dispersion. The state of dispersion is depending on the operating conditions (screw speed N and feed rate Q). The relationships between processing conditions and the state of dispersion are also investigated, using the residence time distribution and the specific mechanical energy. Finally, the mechanical and the electrical behavior of the hybrid composite have been studied. The degradation time and relaxation time studies drew a process window for the hybrid composite.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:42:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EliasJL_DISSERT.pdf: 3301731 bytes, checksum: ed73b5da4a7dcfb4e0f473a7c83986b2 (MD5) Previous issue date: 2013-05-28 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The study of polymer blends has been an alternative method in the search field of new materials for obtaining materials with improved properties. In this work blends of poly(methyl methacrylate) (PMMA) and poly(ethylene oxide) (PEO) doped with titanium dioxide (TiO2) were studied. The PEO is a polymer semicrystalline structure varying between, 70 and 84% crystallinity, while the PMMA exhibits behavior amorphous in their structure. The use of TiO2 is related to corrosion-resistant of titanium as well as good heat transfer and other characteristics. The study of these polymer blends doped TiO2 gives the properties junction organic (polymer) and inorganic (oxide) which leads to modification of the properties of the resultant material. The blends were doped TiO2 (POE/PMMA/TiO2) in different proportions of the PMMA with the PEO and TiO2 fixed. The ratios were: 90/10/0,1; 85/15/0, 1; 80/20/0,1, 75/25/0,1 and 70/30/0,1. The resulting material was obtained in powder form and being characterized by Fourier Transformed Infrared (FTIR) Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The infrared spectra (IR) for the blends in different ratios showed a band at 1744 cm-1, characteristic of the C=O stretching, which increases in intensity with increasing PMMA composition, while in the spectrum of pure PEO this band is absent. This may suggest that the interaction is occurring between the polymers. In the micrographs of the blends also observed change in their surfaces with variation of the composition of PMMA, contributing to the change of the electrical properties of the material. The EIS data showed that the material exhibited conductivity of the order of 10-6 S.cm-1. The blend in the ratio B2(85/15/0, 1) showed better conductivity, &#963; = 1.56 x 10-6 S.cm-1. It was observed that the diffusion coefficient for the blends, B5(70/30/0, 1) was the largest, 1.07 x 10-6 m2.s-1. The XRD data showing that, with the variation in the composition of the PMMA blend crystallinity of the material is decreased reaching a minimum B3(80/20/0,1), and then increases again. Thermal analysis suggests that blends made from the material obtained can be applied at room temperature / O estudo de blendas polim?ricas tem sido um m?todo alternativo no campo de pesquisa de novos materiais para obten??o de materiais com melhores propriedades. Neste trabalho blendas de poli(metacrilato de metila) (PMMA) e poli(?xido de etileno) (POE) dopadas com di?xido de tit?nio (TiO2) foram estudadas. O POE ? um pol?mero de estrutura semicristalina com varia??o entre, 70 e 84% de cristalinidade, enquanto o PMMA apresenta comportamento amorfo em sua estrutura. O uso do TiO2 est? relacionado ? alta resist?ncia a corros?o do tit?nio, assim como a boa transfer?ncia de calor, al?m de outras caracter?sticas. Uma das suas aplica??es ? a fotocat?lise. O estudo destas blendas polim?ricas dopadas com TiO2 proporciona a jun??o das propriedades org?nica (pol?meros) e inorg?nica (?xido), o que leva a modifica??o das propriedades do material resultante. As blendas foram dopadas com TiO2 (POE/PMMA/TiO2) em diferentes propor??es do POE e PMMA com o TiO2 fixo. As propor??es foram: 90/10/0,1; 85/15/0,1; 80/20/0,1; 75/25/0,1 e 70/30/0,1. O material resultante obtido foi em forma de p? sendo caracterizado por Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia de Varredura Eletr?nica (MEV), Difra??o de Raios X (DRX), Termogravimetria (TG/DTG) e Espectroscopia de Imped?ncia Eletroqu?mica (EIE). Os espectros de infravermelho (IV) para as blendas em diferentes propor??es apresentaram uma banda em 1744 cm-1, caracter?stica do estiramento C=O, que aumenta de intensidade com o aumento da composi??o do PMMA, enquanto no espectro do POE puro esta banda est? ausente. Isto pode sugerir que est? ocorrendo ? intera??o entre os pol?meros. Nas micrografias das blendas, tamb?m, observa-se mudan?a em suas superf?cies com a varia??o da composi??o do PMMA o que pode contribuir na mudan?a das propriedades el?tricas do material. Os dados de EIE mostraram que o material apresentou condutividade da ordem de 10-6 S.cm-1. A blenda na propor??o B2(85/15/0,1) apresentou melhor condutividade, &#963; = 1,56 x 10-6 S.cm-1. Observou-se que o coeficiente de difus?o para as blendas, a B5(70/30/0,1) foi o maior, 1,07 x 10-6 m2.s-1. Os dados de DRX mostram que, com a varia??o na composi??o de PMMA na blenda a cristalinidade do material vai diminuindo atingindo um m?nimo em B3(80/20/0,1) e, ent?o, volta a aumentar. An?lise t?rmica realizada das blendas sugere que o material obtido pode ser aplicado em temperatura ambiente

Submitted by PPG Engenharia e Tecnologia de Materiais (engenharia.pg.materiais@pucrs.br) on 2018-08-23T14:01:45Z No. of bitstreams: 1 Sandro Fernandes Firmino_TESE.pdf: 4757608 bytes, checksum: 52ddad6a85c21dfa1d36627079848e04 (MD5) / Approved for entry into archive by Sheila Dias (sheila.dias@pucrs.br) on 2018-08-27T11:21:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Sandro Fernandes Firmino_TESE.pdf: 4757608 bytes, checksum: 52ddad6a85c21dfa1d36627079848e04 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-27T11:37:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sandro Fernandes Firmino_TESE.pdf: 4757608 bytes, checksum: 52ddad6a85c21dfa1d36627079848e04 (MD5) Previous issue date: 2018-08-20 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / This work proposes the development of a low cost protocol for the production of TCNTs based on silver nanowires (AgNWs) on rigid substrates, and the improvement of the deposition technique to obtain a higher layer homogeneous, aiming at the optimization of its optical and electrical properties. For this, silver nanowires with length and diameter control were produced, aiming to evaluate the influence of these parameters on the optical and electrical properties of TCTFs. The effects of thermal annealing on the morphology of AgNWs networks and on the electrical and optical properties of TCTFs were also investigated. Studies were carried out to improve the deposition technique to obtain more homogeneous films and, as a result of this study, a new deposition technique (VMCV - Vertical Controlled Mechanical Vibration) was developed with INPI (National Institute of Intellectual Property). Silver nanowires were synthesized through the polyol process, which uses a polymer (N-vinylpyrrolidone) (PVP) as the coating agent. The prepared solutions of AgNWs were deposited on rigid substrates (glass / silicon) for analysis of topological and chemical surfaces, resulting in a random network of nanowires. The networks of AgNWs were characterized by MEV-FEG, UV-Vis, XPS and DSC-TGA techniques. The effect of thermal annealing on the AgNWs networks was investigated by means of in situ measurements of the evolution of the electrical resistances, through the technique of two tips, on a hot plate with temperature control system. Our best results exhibit an optical transparency (~ 83% at 550 nm) equivalent to commercial metal oxide thin films (indium oxide-oxide, ITO or fluoride oxide and tin oxide, FTO) and sheet resistance of ~ 23 ? / ?. / Este trabalho tem como proposta o desenvolvimento de um protocolo de baixo custo para produ??o de TCTFs (Filmes Finos Condutores Transparentes) ? base de nanofios de prata (AgNWs) sobre substratos r?gidos, e o aperfei?oamento da t?cnica de deposi??o para a obten??o de uma camada homog?nea, visando ? otimiza??o de suas propriedades ?pticas e el?tricas. Para isto, foram produzidos nanofios de prata com controle de comprimento e di?metro, visando avaliar a influ?ncia destes par?metros sobre as propriedades ?pticas e el?tricas dos TCTFs. Tamb?m foram investigados os efeitos do recozimento t?rmico na morfologia das redes de AgNWs e sobre as propriedades el?tricas e ?pticas dos TCTFs. Foram realizados estudos para o aperfei?oamento da t?cnica de deposi??o para a obten??o de filmes homog?neos e, como resultado deste estudo, desenvolveu-se uma nova t?cnica de deposi??o (VMCV- Vibra??o Mec?nica Controlada Vertical) registrada junto ao INPI (Instituto Nacional de Propriedade Intelectual). Os nanofios de prata foram sintetizados atrav?s do processo poliol, que utiliza um pol?mero (N-vinilpirrolidona) (PVP) como o agente de cobertura. As solu??es preparadas de AgNWs foram depositadas sobre substratos r?gidos (vidro/sil?cio) para an?lises de superf?cies topol?gicas e qu?micas, resultando em uma rede aleat?ria de nanofios. As redes de AgNWs foram caracterizadas pelas t?cnicas MEV-FEG, UV-Vis, XPS e DSC-TGA. O efeito do recozimento t?rmico sobre as redes de AgNWs foi investigado por meio de medi??es in situ da evolu??o das resist?ncias el?tricas, atrav?s da t?cnica de duas pontas, sobre uma chapa quente com sistema de controle de temperatura. Nossos melhores resultados exibem uma transpar?ncia ?ptica (~ 83% a 550 nm) equivalente a das pel?culas finas de ?xido de metal comercial (?xido de ?ndio-?xido, ITO ou ?xido de fl?or e ?xido de estanho, FTO) e resist?ncia de folha de ~ 23 ?/?.