The 'high-pressure' atmospheric (TIG) arc plasma is studied by means of a multi-Langmuir probe system. In order to determine the appropriate regime of operation, definitions of the plasma parameters for the description of the argon arc are considered and evaluations are presented. A description of the probe basic techniques is followed by an in-depth discussion of the different regimes of probe operation. The emphasis is put on atmospheric and flowing (arc) regimes. Probe sheath theories are compared and “Nonidealities” like cooling due to plasma-probe motion and probe emission mechanisms are then described. The extensive literature review reveals that the existing probe theories are inappropriate for a use in the TIG arc, because of ‘high’ pressure (atmospheric), broad range of ionization across the arc, flowing conditions, and ultimately, to the uncertainty about onset of Local Thermodynamical Equilibrium. The Langmuir probe system is built to operate in floating and biased conditions. The present work represents the first extensive investigation of electrostatic probes in arcs where the experimental difficulties and the primary observed quantities are presented in great detail. Analysis methodologies are introduced and experimental results are presented towards a unified picture of the resulting arc structure by comparison with data from emission spectroscopy. Results from different measurements are presented and comparison is made with data on TIG arcs present in literature. Probe obtained temperatures are lower than the values obtained from emission spectroscopy and this ‘cooling’ is attributed to electron-ion recombination. However, it is believed that probes can access temperatures regions not attainable by emission spectroscopy. Only axial electric potential and electric field are obtained because of the equipotential-probe requirement. Estimations of the sheath voltage and extension are obtained and a qualitative picture of the ion and electron current densities within the arc is given.

Submitted by Simone Souza (simonecgsouza@hotmail.com) on 2017-06-23T16:07:51Z No. of bitstreams: 1 DISS_2014_Alexandre da Silva.pdf: 7060762 bytes, checksum: ea9d2edd290fb861a336952dbd88f77e (MD5) / Approved for entry into archive by Jordan (jordanbiblio@gmail.com) on 2017-06-26T15:48:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISS_2014_Alexandre da Silva.pdf: 7060762 bytes, checksum: ea9d2edd290fb861a336952dbd88f77e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T15:48:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISS_2014_Alexandre da Silva.pdf: 7060762 bytes, checksum: ea9d2edd290fb861a336952dbd88f77e (MD5) Previous issue date: 2014-02-18 / Neste trabalho, são apresentados os resultados de um estudo feito junto a estudantes do ensino médio de uma escola pública localizada na cidade de Cuiabá-MT. O trabalho foi realizado no ano de 2012 durante o período do terceiro bimestre letivo da escola, sendo utilizado um material instrucional, composto por um organizador e um objeto de aprendizagem, sendo que o organizador fez a parte introdutória do assunto e o objeto trabalhou as partes específicas. O assunto escolhido foi à eletrostática, o organizador elaborado trata-se de uma apresentação de slides com características de movimento em cada quadro da animação. Com o uso do organizador foram apresentados diversos conceitos físicos relacionados a eletrostática. Posteriormente, foi utilizado um objeto de aprendizagem desenvolvido em flash, usado nas aulas posteriores. As simulações foram organizadas em três arquivos e desenvolvidas de tal maneira a obedecer a uma organização conceitual previamente estabelecida, favorecendo os processos de diferenciação progressiva e reconciliação integradora fundamentada pela teoria de aprendizagem de Ausubel. Ao todo, foram sete aulas, sendo que a primeira e a última foram utilizadas para aplicação dos testes, para posterior comparação dos resultados. Os resultados foram usados para verificar em quais dos assuntos trabalhados dentro do conteúdo da eletrostática, o objeto de aprendizagem (Simulação) se mostrou eficiente e em quais seria necessário um outro material complementar. O material utilizado foi elaborado como material de apoio para ser utilizado em meio as aulas expositivas, ou em slides, mas também em conjunto com outros tipos de materiais instrucionais, como experimentos, maquetes e ainda outras simulações com o objetivo de promover a aprendizagem e despertar o interesse dos alunos. / In this paper are presented the results of a research done with the high school students of a public school located in the Cuiabá - MT City. The research was conducted in 2012 during the third quarter of the school that an instructional material, consisting of an organizer and a learning object, where the organizer did the introduction about the subject and the object showed about specific parts used. The subject chosen was to electrostatic, the organizer developed it is a slideshow with motion characteristics in each frame of the animation. With the use of the organizer, several physical concepts related to electrostatic were presented. Subsequently, a learning object developed in flash, used in subsequent classes was used. The simulations were organized into three files and developed in such a way as to comply with a previously established conceptual organization, favoring the process of progressive differentiation and integrator reconciliation that is based by the learning theory of Ausubel. Altogether, there were seven classes, with the first and last were used for the tests, for later comparison of results. The results were used to verify which of the subjects shown within the content of electrostatics, the learning object (Simulation) was efficient and in which subjects will be needed another complementary material. The material used was prepared as material support for to be used in lectures, or slides, but also in conjunction with other types of instructional materials such as experiments, mockups and others simulations with the goal of promoting learning and awakening student interest.

Cette thèse résume les travaux concernant les essais de fiabilité des commutateurs RF MEMS capacitifs et ohmiques développé par le CEA-Leti.Dans le premier chapitre les mesures de raideur par la technique de nano-indentation sur des commutateurs MEMS réels sont complétées par des observations AFM, MEB et FIB pour expliquer le comportement électrique des différents lots de commutateurs de type ohmique.Le deuxième chapitre présente les résultats de la caractérisation des propriétés structurales et physiques des diélectriques, qui sont généralement utilisés dans nos commutateurs RF MEMS ohmiques et capacitifs. Les analyses élémentaires confirment que tous les nitrures SiNx et oxydes SiO2 fabriqués par la technique PECVD ont une qualité inférieure par rapport à leurs homologues synthétisés à haute température.Les mécanismes de conduction sont identifiés dans SiNx et SiO2 PECVD en mesurant des courbes I-V sur les condensateurs MIM. Pour les deux nitrures SiNx, qui sont déposés en haute (HF) et fréquence mixte (MF), le mécanisme de conduction de type Poole-Frenkel. Pour le SiO2 le mécanisme de conduction est plus susceptible d'être contrôlé par émission Schottky. Les mesures I-V révèlent que tous ces matériaux piègent des charges parasites, il y a en effet une forte hystérésis entre les parties aller et retour de la courbe I-V.Pour étudier la cinétique de piégeage de charge des condensateurs MIM sont utilisés. Pour identifier les propriétés des pièges la technique d'injection à courant constant est utilisée. Le diélectrique SiNx PECVD montre une dépendance logarithmique de la cinétique de piégeage, tandis que le SiO2 montre une dépendance exponentielle. La concentration totale de pièges ne montre aucune dépendance pour les SiNx HF et SiO2 MF, ou une dépendance faible en fonction du champ pour le SiNx MF. La section efficace de capture dépend du champ pour les deux types de nitrures, ce qui est cohérent avec le modèle de piégeage à effet répulsif. Pour le SiO2, où un modèle de piégeage du premier ordre a été utilisé, la section efficace de capture est indépendante du champ. Dans le chapitre 4, les dérives de tension expérimentales sont mesurées lors des tests de stress à tension constante, pour différents niveaux de contrainte de tension. Dans la partie suivante, nous proposons une approche originale de modélisation de la dérive de la tension de "pull-in" basée sur le mécanisme de conduction et les propriétés de piégeage des diélectriques. Nous démontrons que grâce a notre modèle, il est possible d'expliquer les dérives de tension mesurée en termes de propriétés diélectriques bien identifiées. Cette procédure donne des résultats simulés en bon accord avec les mesures pour tous les matériaux, et permet de prédire les résultats de n'importe quelle séquence de vieillissement électrique. Nous utilisons ensuite notre modèle pour étudier l'effet des propriétés diélectriques et de la conception du commutateur sur le comportement à long terme de nos commutateurs MEMS. / This thesis summarizes the work concerning reliability testing of electrostatic capacitive- and ohmic-type RF MEMS switches developed by the CEA-Leti. In the first chapter the measurement of stiffness by the nanoindentation technique on real MEMS switches are completed by AFM, SEM and FIB observations in order to explain the electrical behavior of different wafers of the ohmic-type switches. The second chapter presents the results of the characterization of the structural and physical properties of the dielectrics, which are typically used in our ohmic- and capacitive-type RF MEMS switches. Elemental analyses confirm that all SiNx and SiO2 samples fabricated by the PECVD technique have inferior quality compared to their high-temperature counterparts.The conduction mechanism are identified in PECVD SiNx and SiO2 by measuring I-V curves on MIM capacitors. For both SiNx materials, that is deposited in high- (HF) and mixed-frequency (MF) mode, the conduction process is controlled by Poole-Frenkel mechanism. For the MF SiO2 the conduction mechanism is most likely to be controlled by Schottky emission. The I-V measurements reveal, that all these materials are prone to trapping parasitic charge, which is observed as hysteresis between the ramp-up and ramp-down parts of the I-V curve.For studying the kinetics of charge trapping the MIM capacitors are used. To identify the trapping properties the constant current injection technique is used. The PECVD SiNx dielectric turns out to show logarithmic dependence of the trapping kinetics, while the SiO2 shows an exponential dependence. The total concentration of traps shows no field-dependence for the HF SiNx and MF SiO2 or weak field dependence for the MF SiNx sample. The capture cross section is field dependent for both samples with SiNx, which is consistent with the repulsive trapping model. For the SiO2, where the first order trapping model was used, the capture cross-section is not field dependent.In the chapter 4, experimental voltage drifts are measured during constant voltage stress tests for different voltage stress levels. In the following part we propose an original approach to modeling of the voltage drifts based on the identified conduction mechanism and trapping properties of the dielectrics. We demonstrate that thanks to our model it is possible to explain the measured voltage drifts in terms of the identified dielectric properties. The simulated results are in good agreement with experimental ones for all investigated materials and it allows to predict the voltage drift for any aging conditions. In the next step, we use our model to study the effect of the dielectric properties and the switch design on the long term behavior of RF MEMS switches.

La mise au point d'une cellule de SOFC haute performance de configuration anode support pour un fonctionnement sous méthane pur nécessite l'élaboration d'un film mince d'électrolyte et le développement d'une architecture innovante permettant le reformage d'hydrocarbures. La première partie du travail a consisté en l'élaboration de films minces d'électrolyte de zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium par atomisation électrostatique sur un substrat composite poreux NiO-8YSZ. Cette technique originale a permis l'obtention de films minces, denses et étanches à partir d'une suspension, présentant des propriétés électriques comparables à celles d'un échantillon massif de même composition. La seconde partie du travail a porté sur la mise au point d'une cellule de SOFC optimisée dont l'architecture innovante intégrant une membrane anodique catalytique est basée sur le concept associant le reformage interne progressif et le découplage électro-catalytique. Une séquence d'élaboration établie spécifiquement conditionne l'assemblage des éléments optimisés de la cellule. L'adaptation de la cellule dans un banc de mesures a permis la réalisation de tests électrochimiques sous hydrogène et méthane à haute température. Le fonctionnement stable du dispositif pendant plus de 1000 h sous méthane pur avec un taux d'utilisation optimisé, sans apport extérieur d'eau et sans dépôt de carbone a validé le concept étudié. / The design of a high performance anode supported SOFC operating under pure methane requires the elaboration of a thin film of electrolyte and the development of an original architecture adapted to the reforming of hydrocarbons. The first part of this work was dedicated to the elaboration of yttria stabilized zirconia thin films of electrolyte by ESD onto a NiO-8YSZ porous substrate. This original technique has allowed the fabrication of thin, dense and gas-tight films starting from a suspension, with good electrical properties comparable to that of a bulk sample of the same nature. The second part of this work concerned the design of an optimized SOFC cell with an original architecture integrating an anodic catalytic membrane based on a concept gathering the gradual internal reforming and the electro-catalytic dissociation. The assembly of the optimized components is conditioned by an elaboration sequence specifically established. The adjustment of the cell in a test bench led to the achievement of electrochemical tests in hydrogen and methane at 800°C. The stable operating of the cell fueled by pure and dry methane with optimized faradaic efficiency for more than 1000 h without carbon deposition proved the viability of the studied concept.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2673.pdf: 2958103 bytes, checksum: 0992644491515e2973ed1ac0c87e233c (MD5) Previous issue date: 2009-09-16 / The removal of ultrafine particles is becoming an increasingly important operation due to the occupational problems caused to the environment and to the human health, such as inhalation of particulate matter, as well as by its applications in industrial processes. Among the equipments commonly employed for the removal of particulates from aerosols, the electrostatic precipitator (ESP) is the one capable to remove particles in a large size range with high efficiencies and can be used in the recovery of products of high aggregated value. The aim of this work was to evaluate the influence of operational parameters in the collection efficiency of a plate-wire electrostatic precipitator operating in the removal of nano-sized particles. The experimental system simulated a contamination by polydispersed nanoparticles ranging from 6 to 245 nm in an extra pure air stream. The efficiency for nano-sized particles was obtained by counting of particles before and after the electrostatic precipitator, using an electrical mobility analyzer. This procedure was performed varying the potential is applied to the discharge electrodes. The results shows the ESP presented a high efficiency of removal for nanoparticles of aerosol, where efficiencies larger than 99% were obtained for all velocities studieds (1 to 10 cm/s, with intervals of 1 in 1 cm/s) for electric field from 4 to 5.5 kV/cm. The efficiency increased with the decrease of the diameter particles up to approximately 20 nm, probably due to the higher electrical mobility of smaller particles. For diameters below 20 nm there was a drop in collection efficiency, which may have been caused by the low particles charging. The classical Deutsch-Anderson model didn t adjustment to the experimental data, the theoretical efficiency overestimated the experimental efficiency. / A remoção de nanopartículas de aerossóis é importante devido aos efeitos adversos que estas podem causar ao meio ambiente e a saúde humana e também pelas aplicações em processos industriais. Dentre os equipamentos capazes de operar na remoção de material particulado, tem-se o precipitador eletrostático, que, além de controlar a poluição removendo as partículas de meios gasosos em ampla faixa granulométrica, pode ser utilizado na recuperação de produtos de alto valor agregado. No presente trabalho, avaliou-se o desempenho de um precipitador eletrostático do tipo placa-fio de simples estágio operando na remoção de nanopartículas de um aerossol. O sistema experimental simulava uma contaminação de partículas nanométricas polidispersas de NaCl, produzidas na faixa de 6 a 245 nm. O desempenho do precipitador foi avaliado através da análise da eficiência de remoção das nanopartículas, pela contagem das mesmas antes e após a passagem pelo equipamento, utilizando a técnica de mobilidade elétrica. Tal procedimento foi realizado variando-se o potencial aplicado aos eletrodos de descarga. Os resultados mostraram que o precipitador eletrostático é um equipamento com capacidade para remover partículas nanométricas de um aerossol com elevados valores de eficiência. Foi possível obter eficiência acima de 99% para todas as velocidades estudadas, de 1 a 10 cm/s, com intervalados de 1 em 1 cm/s para campo elétrico de 4 a 5,5 kV/cm. A eficiência do precipitador eletrostático tende a aumentar com o decréscimo do diâmetro das partículas até aproximadamente 20 nm, provavelmente devido à maior mobilidade elétrica das partículas menores. Para diâmetros abaixo de 20 nm houve uma queda na eficiência de coleta, que pode ter sido causada pelo baixo carregamento das partículas. O modelo clássico de Deutsch-Anderson não se ajustou bem aos dados experimentais, a eficiência teórica superestimou a eficiência experimental.

A presente dissertação estuda a dinâmica uni e tridimensional de uma part cula solitária eletricamente carregada sob a ação de uma onda eletrostática de alta frequência lentamente modulada. A onda dota a partícula de energia potencial elétrica e o seu movimento e conhecido através do emprego do formalismo hamiltoniano, onde se faz a consideração de efeitos relativísticos devido as altas velocidades envolvidas no processo. Enquanto a velocidade máxima experimentada pela partícula permanece suficientemente abaixo da velocidade de fase característica da onda que a acelera, sua dinâmica pode ser bem descrita por uma re nada aproximação ponderomotriz. Com esta abordagem, prevê-se corretamente a velocidade média, máxima e m nima desenvolvida pela partícula ao longo de seu movimento através das curvas que permeiam e envelopam o per l de velocidade. Os limites de validade da aproximação são bem estabelecidos e, uma vez ultrapassados, a partícula com velocidade ressonante e capturada pela onda. Sob as adequadas condições calculadas neste trabalho, o mecanismo de captura instala, espontaneamente, a partícula em fase otima relativa a onda e a acelera a velocidades muito próximas da velocidade da luz no vácuo. Em consonância, o processo de aceleração e otimizado com a focagem da partícula em direção ao eixo de propagação da onda durante um certo intervalo de tempo e de comprimento aproveitáveis. / The present dissertation studies the one and three-dimensional dynamics of an electrically charged solitary particle under the action of a slowly modulated high frequency electrostatic carrier wave. The wave gives the particle electrical potential energy and its movement is known through the use of Hamiltonian formalism, where relativistic e ects are considered due to the high velocities involved in the process. Meanwhile the maximum speed experienced by the particle remains su ciently below the characteristic phase velocity of the accelerating carrier wave, its dynamics can be well described by a re ned ponderomotive approach. With this approach, the average, maximum and minimum speed developed by the particle along its movement through the curves that permeate and envelop the velocity pro le. The limits of validity of the approximation are well established and, once exceeded, the particle with resonant velocity is captured by the wave. Under the appropriate conditions calculated in this work, the capture mechanism spontaneously installs the optimum phase particle relative to the wave and accelerates towards the speed of light in the vacuum. At same time, the acceleration process is optimized by focusing the particle towards the wave propagation axis for a certain usable time interval and length.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2018-04-12T13:54:19Z No. of bitstreams: 1 PDF - João Luís Sampaio.pdf: 86050183 bytes, checksum: 3a3a79fbf397d99e1c8249df6a3b8b1d (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2018-05-08T10:27:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - João Luís Sampaio.pdf: 86050183 bytes, checksum: 3a3a79fbf397d99e1c8249df6a3b8b1d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-08T10:36:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - João Luís Sampaio.pdf: 86050183 bytes, checksum: 3a3a79fbf397d99e1c8249df6a3b8b1d (MD5) Previous issue date: 2017-12-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The present work on the use of the History of Science (HS), methodological method, in the school disciplines, mainly in the teaching of Physics. It is noticed that new approaches, distanced from the traditional format, chalk and blackboard, are not easily implemented in the classroom. Among these less contemplated formats are in use of HS. As discussions about the use of the type of approach without teaching of Physics began in the 1950s, but everything in the 1990s was that its presence was verified as an indication of the new parameters within the curriculum, together with the Lei de Diretrizes e Bases de 1996 (Educations Bases and Aims act of 1996). Even with so many works developed within the perspective of the use of HS, the picture is not so satisfactory, since it is a bit for the jobs in question for the students of the High School bringing applications and results. A proposal in our research advocates an application of a project in the classroom, involving a HS in Physics classes. In this perspective, the student must act as protagonist of his own learning. The use of HS, in the midst of the construction of animations and videos, enables the student to become aware of their creativity, criticality and argumentation during the studies of historical episodes and HS. The content of Physics covered in this work is an Electronic with a Physics of Particles, a theme of Modern Physics, which is not addressed in High School. The students got in touch with the subject and produced an animation / video from their research and content studied. / O presente trabalho versa sobre a utilização da História da Ciência (HC), enquanto método motivador, nas disciplinas escolares, sobretudo no ensino de Física. Constata-se que novas abordagens, distanciadas do formato tradicional, giz e lousa, não são facilmente implementadas em sala de aula. Dentre esses formatos menos contemplados está a utilização da HC. As discussões sobre a utilização desse tipo de abordagem no ensino de Física se iniciaram na década de 1950, mas somente na década de 1990 é que se verificou a sua presença como indicação dos novos parâmetros dentro do currículo, junto à Lei de Diretrizes e Bases de 1996. Mesmo com tantos trabalhos desenvolvidos dentro da perspectiva de uso da HC, o panorama não é tão satisfatório, uma vez que apenas alguns poucos trabalhos chegam até os alunos do Ensino Médio trazendo aplicações e resultados. A proposta apresentada nesta pesquisa defende a aplicação de um projeto em sala de aula, envolvendo a HC nas aulas de Física. Nessa perspectiva, o aluno deve atuar como protagonista de seu próprio aprendizado. A utilização da HC, em meio à construção de animações e vídeos, possibilita ao aluno tomar consciência da sua criatividade, criticidade e argumentação durante os estudos de episódios históricos e HC. O conteúdo de Física abordado neste trabalho será a Eletrostática juntamente com a Física de Partículas, um tema de Física Moderna, que pouco é abordado no Ensino Médio. Os alunos tomaram contato com o tema e produziram uma animação/vídeo a partir de suas pesquisas e conteúdo estudado.

Orientador: Fernando Galembeck / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T18:39:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Burgo_ThiagoAugustodeLima_M.pdf: 5433149 bytes, checksum: 072a8a59c85a99f30a12ff303fcdb4e1 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho estudou-se o comportamento de potenciais induzidos em celulose pela aproximação de um corpo eletrificado e também a dissipação de cargas (positivas e negativas) em polietileno de baixa densidade (PEBD) geradas por descarga corona. As medidas de determinação do potencial eletrostático foram feitas utilizando eletrodos de Kelvin acoplados a voltímetros eletrostáticos. Os resultados mostraram que a umidade relativa (UR) tem papel decisivo tanto sobre a indução e dissipação de cargas em celulose quanto sobre a dissipação de cargas em polietileno. Nos experimentos de dissipação de carga em PEBD (virgem e oxidado) os potenciais são mais rapidamente dissipados em umidade elevada. O polietileno sempre apresenta um potencial negativo no equilíbrio (¿4,6 ±0,7V), independente do sinal do potencial medido após a eletrização inicial, positivo ou negativo. A atmosfera se mostrou decisiva tanto para a aquisição quanto para a dissipação de cargas nos materiais e os resultados foram interpretados de acordo com um modelo no qual a atmosfera atua como reservatório de cargas uma vez que o equilíbrio da água sob um potencial eletrostático V mostra excesso de concentração de íons H(H2O)n se V < 0 e excesso de concentração de OH(H2O)m se V > 0, de acordo com a definição de potencial eletroquímico. De acordo com este modelo, a atmosfera é um importante e provavelmente decisivo reservatório de íons na eletrização e dissipação de cargas de dielétricos / Abstract: The objective of this study is the verification of a model for electrostatic charge induction and dissipation in dielectrics. Experiments aimed at 1) the determination of electrostatic potential induced and dissipated in cellulose by the approximation of a charged body and 2) the determination of electrostatic potential dissipation by low-density polyethylene (LDPE) charged with corona pulses. Measurements were made using Kelvin electrodes coupled to electrostatic voltmeters with spatial resolution at the macroscopic and nanometric scales. In cellulose, positive and negative charge induction follow the same kinetics with similar time constants but positive corona-induced potentials in LDPE are dissipated faster than negative corona potentials. LDPE surface oxidation causes an increase in the rate of corona potential decay that increases with the degree of oxidation. Relative humidity (RH) is decisive for both charge acquisition and dissipation and the present results cannot be explained by the usual assumption of surface conductivity as the main charge/discharge mechanism. On the other hand, experimental results are interpreted assuming that the atmospheric water is a charge reservoir for dielectrics and charge acquisition and dissipation is the result of adsorption and desorption of H and OH ions from adsorbed water, under the effect of external or internal fields. LDPE in equilibrium under a moist nitrogen atmosphere is not electroneutral, showing an equilibrium potential equal to ¿4.6±0.7 V / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientador: Fernando Galembeck / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T02:26:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Braganca_FabiodoCarmo_D.pdf: 5432342 bytes, checksum: bed10dd45e0418cfb0468e2a4a0df2ae (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho mostra a influência das interações eletrostáticas nas propriedades físicas e morfológicas de nanocompósitos poliméricos com argila preparados a partir de dispersões aquosas, e as características estruturais de laminados nanoestruturados autoadesivos preparados com borracha natural e argila. A preparação dos nanocompósitos envolveu a utilização de argilas produzidas através da troca do sódio por potássio, lítio e cálcio e a mistura destas com um látex estireno-acrílico sintetizado em laboratório. O tipo e o grau de hidratação dos cátions influenciaram de maneira significativa as propriedades mecânicas dos nanocompósitos. Mapas elementares baseados em espectroscopia por perda de energia de elétrons mostraram que os contra-íons estão presentes nas regiões onde se sobrepõem polímero e argila. Este resultado forneceu subsídios para a proposição de um modelo, onde os contra-íons atuam como uma ponte iônica entre as lâminas de argila e a matriz polimérica, ambas contendo excesso de cargas negativas. O modelo de adesão eletrostática mediada por contra-íons foi aplicado com sucesso na preparação de nanocompósitos com polietileno de baixa densidade e argila em meio aquoso. Os nanocompósitos preparados apresentaram aumento de aproximadamente 40% no módulo elástico frente ao polímero puro, quando 4% em massa de argila foi incorporado à matriz. Para a preparação dos laminados auto-adesivos, filmes nanocompósitos com propriedades mecânicas diferentes, em função da quantidade de argila incorporada à matriz, mas altamente compatíveis por possuírem a mesma matriz polimérica, foram unidos sem a utilização de adesivos ou tratamentos superficiais para aumentar a compatibilidade entre eles. Microtomografias de raios X, ensaios mecânicos e microscopia eletrônica de varredura acoplada a um feixe iônico focalizado (SEM/FIB) permitiram verificar que, sob estresse mecânico e de intumescimento, os filmes rompem no interior permanecendo a interface entre eles fortemente conectada / Abstract: This Thesis demonstrates the influence of electrostatic interactions on the physical and morphological properties of polymer clay nanocomposites prepared in aqueous medium and the characteristics of self-adhesive natural rubber/clay laminate nanocomposites. Na-montmorillonite (Na-MMT) and its ion-exchanged derivatives (K-, Li-, Ca- MMT) were used to make nanocomposites by mixing with a low-Tg styrene-acrylic latex; these materials were used to verify the effects of counterions on nanocomposite morphology and mechanical properties. The monovalent cation clays form exfoliated/intercalated nanocomposites with more than 10-fold increase in modulus, as compared to the pristine polymer, and ~ 200 % increase in tensile strength. Li-MMT nanocomposites mechanical properties are strongly dependent on the extent of drying, as expected considering that these ions are strongly hydrated. Analytical electron micrographs show that the counterions are always accumulated in the domains containing clay and polymer, both carrying excess negative charges. The electrostatic interaction model was applied to making low density polyethylene and clay nanocomposites, in aqueous medium. The nanocomposite elastic modulus increases about 40% as compared to the pure polymer, thus verifying again the model. This result was attained adding 4% of Na-MMT to the polymer matrix. The assemblage of the self-adhesive laminates was made by joining natural rubber/clay nanocomposite films with different mechanical properties without using any adhesive or surface treatment. The joined nanocomposite films showed different properties due to their different clay contents but they show high compatibility since both use the same rubber matrix. X-ray microtomography, mechanical tests and electron microscopy with a focused ion beam showed that, under mechanical and swelling stress, the laminates undergo bulk fracture while keeping the interfaces strongly connected / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Os estudos sobre o plasma na região da borda de máquinas tokamak têm se intensificado nos últimos anos em decorrência da constatação de que o comportamento do plasma na região central da máquina é bastante influenciado por processos que ocorrem na borda da coluna. Neste trabalho feito um estudo experimental das propriedades de transporte do plasma na região da sombra do limitador do TBR-l, um tokamak de pequeno porte em operação no Instituto de Física da Universidade de São Paulo. São também determinados os tempos de confinamento globais de partículas e energia. Três foram os diagnósticos usados neste trabalho. Inicialmente, é abordada a utilização de sondas de Langmuir para a obtenção de perfis radiais e temporais da temperatura de elétrons, densidade e potencial de plasma; descreve-se também o arranjo experimental usado para este diagnóstico. A seguir, discute-se o projeto e a construção de uma sonda sensível a íons associada a um sistema eletrônico que permitiu a determinação simultânea das temperaturas locais de íons e elétrons. Finalmente, é discutido o dimensionamento e a implantação de um interferômetro de microondas para medidas de densidade de elétrons na região central da coluna de plasma do TBR-1; o sistema opera em 65 GHz e toda a eletrônica associada foi projetada e construída em nosso Laboratório. Os resultados obtidos com as sondas foram analisados com o ajuda de um modelo não colisional de transporte de partículas e energia para a região da sombra do limitador de máquinas tokamak. A partir dos decaimentos radiais da termperatura de elétrons (\'lâmbda IND. e\' \'APROXIMADAMENTE IGUAL A\' 2,6cm) e da densidade (\'lâmbda IND. n\' \'APROXIMADAMENTE IGUAL A\' 1,4cm), bem como do fator de transmissão de energia para os elétrons (\'delta IND. e\' \'APROXIMADAMENTE IGUAL A\' 4), determinou-se o coeficiente de difusão perpendicular ao campo magnético (\'D IND. 1\' \'APROXIMADAMENTE IGUAL A\' 6 \'m POT. 2\'\'s POT. -1\') e a difusividade térmica dos elétrons (\'qui POT. e IND. 1\' \'APROXIMADAMENTE IGUAL A\' 8 \'m POT. 2\'\'s POT. -1\'), resultados que indicam valores próximos aos previstos pelo modelo de Bohm. As medidas das temperaturas de íons e elétrons mostram um claro desacoplamento térmico entre íons e elétrons (\'T IND. i\'/\'T IND. e\' \'APROXIMADAMENTE IGUAL A\' 2). As medidas de densidade obtidas no centro da coluna, em conjunto com as obtidas na borda, permitiram a determinação dos tempos de confinamento globais de partículas (\'tau IND. p\'\'APROXIMADAMENTE IGUAL A\' 1,8 x \'10 POT. -3\'s) e de energia (\'tau IND. E\'\'APROXIMADAMENTE IGUAL A\' 1,2 x \'10 POT. -4\'s). Os resultados foram comparados com os previstos por várias leis de escala. / The study of the plasma edge in Tokamak machines has increased in recent last years, since the recognition that the behavior of the plasma core is influenced by the Physical processes that occur in the edge region. This work develops an experimental stud) of plasma transport properties in the shadow region of TBR-l limiter. TBR-l is a small Tokamak in operation in the Physics Institute of São Paulo University. We have also determined the global confinement time of particles and energy. We have used three diagnostics: a Langmuir probe, an ion sensitive probe, and a microwave interferometer. Initially we discuss the use of Langmuir probes in Tokamak machines to obtain temporal and radial profiles of electron temperature, plasma density and potential; we show also the experimental arrangement used in the TBR-l for this diagnostic. Then, we discuss the design and construction of an ion sensitive probe associated with an electronic system, that was used to obtain, simultaneously, local ion and electron temperature. Finally we discuss a microwave interferometry system that has been built for the TBR-1. The microwave generator is a reflex Klystron (f = 65 GHz), and with the interferometer we obtained electron density time profiles of the center of TBR-l plasma column. All the electronics associated with the interferometer were designed and built in our laboratory. The results obtained with the probes are discussed with the help of a collisionless model for Tokamak scrape-off plasma. With the radial e-foldings of electron temperature (e 2.6 cm) and density (n 1.4 cm), and the sheath electron transmission coefficient (e 4) we have determined the cross-field diffusion coefficient (D1 6 m2s-1) and the electron cross-field thermal diffusivity (e1 8 m2s-1). These results indicate values near those predicted by the Bohm model. The measurements of electron and ion temperature shows a clear thermal decoupling between ions and electrons (T1/Te 2). The measurements of plasma parameters in the center of the plasma column, with that obtained with the probes permitted the determination of the particle (p 1.8 x 10-3s) and energy (e 1.2 x10-4s) global confinement times. These results were compared with those predicted by scaling laws.