Thesis (Ph.D.) -- McMaster University, 2002. / Adviser: Anthony Petric. Includes bibliographical referernces. Also available via World Wide Web.

Thesis (M.S.)--Boise State University, 2009. / Includes abstract. Includes bibliographical references (leaves 124-131).

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 1998. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 258-270). Available also in a digital version from Dissertation Abstracts.

Thesis (M.S.)--Boise State University, 2009. / Title from t.p. of PDF file (viewed June 1, 2010). Includes abstract. Includes bibliographical references (leaves 124-131).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-12-15Bitstream added on 2014-06-13T20:40:35Z : No. of bitstreams: 1 estevam_gp_dr_ilha.pdf: 1286143 bytes, checksum: 9434d98559bc4397efde69672bf77fe5 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Apresenta-se nesse trabalho a preparação, caracterização e aplicação de um compósito na forma de filme com três concentrações diferentes de cerâmica, objetivando observar seu comportamento quando submetido a radiação ionizante (raios X) e não ionizante (infravermelho). Os compósitos são constituídos da cerâmica titanato de chumbo modificado com cálcio (PTCa) imersa em uma matriz polimérica constituída de poliéter éter cetona (PEEK). Os filmes foram obtidos por prensagem a quente. O compósito foi caracterizado com a medida do coeficiente piezoelétrico (d33), variando a concentração de cerâmica, a temperatura de polarização, a intensidade de campo aplicado e o tempo de polarização. Posteriormente, foi medido o coeficiente piroelétrico, perda dielétrica e permissividade dielétrica, para as três concentrações de cerâmica proposta. Para a amostra com 60% de cerâmica foi determinado a figura de mérito piroelétrica (FOM) e finalmente, nessa fase de caracterização, foi determinado o campo coercivo e a polarização remanescente através da curva de histerese ferroelétrica. Os resultados obtidos revelaram que a atividade piezo e piroelétrica do compósito são compatíveis com outros compósitos existentes e cerâmicas. Após a caracterização, o compósito foi submetido à radiação infravermelha próximo e à radiação X na faixa de ortovoltagem. Os resultados encontrados revelaram que o compósito responde na faixa de radiação ionizante e não ionizante revelando uma opção interessante como sensor. / The present work is regarding to preparation and characterization of a ceramic/polymer composite film with three different ceramic loadings. The target was to observe the composite behavior when ionizing (X-ray) and non-ionizing (infrared) radiations was applied on it. The composites were made of calcium modified lead titanate (PTCa) ferroelectric ceramic immersed in poly(ether-ether-ketone) (PEEK) polymer matrix by hot pressing the powders mixture. Characterization was made using the longitudinal piezoelectric coefficient (d33) measurement as a function of ceramic content, poling temperature, poling electric field and poling time. Pyroelectric coefficient, dielectric permittivity and dielectric loss, coercive field and remanent polarization were also measured. The pyroelectric figure of merit (FOM) for sample with 60 vol% of ceramic was determined. The values of piezo and pyroelectric coefficient obtained for this composite indicates that it is comparable with other composites reported in literature. The application of the composite as thermal transducer for near infrared and X-ray radiation showed a real possibility to use PTCa/PEEK composite film as radiation detector in a wide range of energy.

Orientador: Walter Katsumi Sakamoto / Banca: José Antônio Malmonge / Banca: Elson Longo da Silva / Banca: Maria Aparecida Zaghete Bertochi / Banca: Paulo Sérgio Varoto / Resumo: No presente trabalho foram preparados filmes compósitos de PZT/PVDF com PAni por mistura mecânica e posterior prensagem a quente. A PAni foi inserida de duas maneiras distintas no compósito: recobrindo parcialmente os grãos cerâmicos; e disposta separadamente aos grãos. Foram controladas as razões volumétricas dos constituintes dos compósitos e a condutividade da PAni que pode ser controlada pelo seu grau de protonação. A grande vantagem de sistemas com grãos recobertos é garantir a proximidade de canais de condução (ou polarização) com o grão, além de impossibilitar a percolação da fase condutora se o compósito exibir conectividade 0-3. Para o caso das amostras preparadas com PAni (dopada) disposta separadamente do grão, quando o limiar de percolação é alcançado, torna-se impossível o processo de polarização. Para compósitos com grãos recobertos, os melhores resultados em relação às propriedades de eletroatividade (e polarização) são encontrados acima da concentração crítica, onde o padrão de conectividade 0-3 já não é válido. As grandes vantagens obtidas usando compósitos com condutividade controlada são principalmente o tempo mais curto e o campo elétrico inferior usado para a polarização. Os resultados mostraram que é possível obter filmes compósitos com baixo conteúdo de cerâmica recoberta, que apresentem boas propriedades de eletroatividade e flexibilidade. Como uma de suas possíveis aplicações, o compósito mostrou boas propriedades como sensor fototérmico. / Abstract: In the present work composite films of PZT-PAni/PVDF were prepared hot pressing the mixture of components mechanically mixed. The PAni was inserted into the composite by two different ways: partially recovering the ceramic grains; and dispersed separately from the ceramic grains. Volumetric ratio of the single phases of the composite and the electrical conductivity of the PAni were controlled. The advantage of systems with ceramic grains partially recovered is that it allow the neighborhood of conduction channels (or poling) with the ceramic grain, besides to prevent the percolation of the conducting phase if the composite exhibit 0-3 connectivity. For the case of samples prepared with doped PAni dispersed separately from the ceramic grain, the poling process is not able when the limiar of percolation is reached. For composites with partially recovered grains the best results concerned to the electroactive properties (and polarization) are obtained over the critical concentration where the 0-3 connectivity pattern is not valid. The advantages obtained using composite with controlled conductivity are mainly the poling short time of polarization and the lower electric field. The results showed the possibility to obtain composite films with low content of recovered ceramic grain, which shows good electroactive property with flexibility. The composite also showed good properties as photothermal sensor / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-15Bitstream added on 2014-06-13T19:27:02Z : No. of bitstreams: 1 freire_rlh_me_ilha.pdf: 1499812 bytes, checksum: c68dc0f0c8070f1cf78c922fae42e2df (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O titanato zirconato de chumbo dopado com lantânio, dado convencionalmente pela fórmula estequiométrica Pb1− x Lax ( Zry ; Ti1− y ) 1− x / 4 O3 , com x = 0,09 e y = 0,65, também conhecido como PLZT 9/65/35, é um importante sistema ferroelétrico relaxor devido as suas propriedades dielétricas, elétricas e eletroóticas. Sendo um ferroelétrico, exibe, também, propriedades tais como piezo e piroeletricidade, dependendo apenas das proporções em que são preparados. Logo, esse sistema é bastante interessante para uma gama de aplicações tecnológicas. Na forma de filmes finos, a composição PLZT 9/65/35 tem sido amplamente estudada e preparada pelos mais diversos métodos. Neste trabalho propõe-se a síntese de filmes finos ferroelétricos da composição PLZT 9/65/35 pelo método dos precursores óxidos, a fim de se compreender a dinâmica dos processos de cristalização e, também, avaliar suas propriedades físicas, como permissividade elétrica e histerese ferroelétrica. A intenção, assim, é colaborar com as informações presentes na literatura sobre as propriedades de filmes finos de PLZT 9/65/35 / The lead zirconate titanate doped with lanthanum, conventionally given by stoichiometric formula Pb1− x Lax ( Zry ; Ti1− y ) 1− x / 4 O3 , with x=0,09 and y=0,65, also known as PLZT 9/65/35, is an important relaxor ferroelectric system due to its dielectric, electrical and electrooptical properties. Being a ferroelectric material exhibits also properties such as piezo- and piroelectricity, depending upon the extent to which they are prepared. Therefore, this system is very interesting for a range of technological applications. In the thin films format, the composition PLZT 9/65/35 has been widely studied and prepared by several methods. In this project it is proposed the synthesis of thin films of such material by the oxide precursor method in order to understand the dynamics of crystallization process and also to evaluate their physical properties like electrical permittivity and ferroelectric hysteresis. The intention, thus, is collaborate with the information presented in the literature about the properties of PLZT 9/65/35 thin films

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-04-24Bitstream added on 2014-06-13T19:21:30Z : No. of bitstreams: 1 souza_ecf_dr_araiq.pdf: 1912726 bytes, checksum: 2307761479da3506d743212298df0f82 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Nesta tese estudou-se a preparação de filmes finos de PZT não dopados e dopados com Nióbio, depositados sobre substratos de Pt/Ti/SiO2/Si para aplicações em memórias não voláteis de acesso randômico (NVRAM) e memórias ferroelétricas de acesso randômico (FeRAM). A dopagem dos filmes de PZT com Nióbio foi realizada visando obter valores ótimos nas propriedades ferroelétricas para a aplicação destes filmes como memórias ferroelétricas. Todavia, problemas como imprint, corrente de fuga e fadiga na polarização, estão presentes nos dispositivos de memórias contendo filmes de PZT sobre substratos platinizados. Para tentar resolver estes problemas, estudamos a produção de eletrodos de LaNiO3 depositados sobre substratos de SiO2/Si, para substituição dos substratos com eletrodos de Pt na preparação de filmes de PZT. Além disso, a dopagem do PZT com Nb levou a uma melhoria na resistência à fadiga em substratos platinizados. Os filmes foram preparados pelo método das soluções precursoras poliméricas. A influência do tratamento térmico, em forno convencional e em forno microondas, nas propriedades microestruturais e ferroelétricas dos filmes também foi avaliada. / In this thesis, we have studied the preparation of non-doped and Nb-doped PZT thin films deposited on Pt/Ti/SiO2/Si substrates for applications in NVRAM and FeRAM devices. Nb doping of PZT films produces good values of ferroelectric properties for the application as ferroelectric memories. PZT films on Pt electrodes present imprint, fatigue and leakage current. We have prepared LaNiO3 films on SiO2/Si substrates to substitute Pt electrodes. Moreover, Nb-doped PZT films deposited on Pt electrodes lead to improved fatigue resistance when compared with non doped PZT films. Non-doped and Nb-doped PZT thin films and LaNiO3 thin films were deposited by the polymeric precursor method. The influence of the thermal treatment in conventional and microwaves oven on the microstructural and ferroelectric properties was evaluated.

Doctor of Philosophy / Department of Chemistry / Jun Li / Electrical energy storage (EES) is crucial in todays’ society owing to the advances in electric cars, microelectronics, portable electronics and grid storage backup for renewable energy utilization. Lithium ion batteries (LIBs) have dominated the EES market owing to their wide use in portable electronics. Despite the success, low specific capacity and low power rates still need to be addressed to meet the increasing demands. Particularly, the low specific capacity of cathode materials is currently limiting the energy storage capability of LIBs. Vanadium pentoxide (V₂O₅) has been an emerging cathode material owing to its low cost, high electrode potential in lithium-extracted state (up to 4.0 V), and high specific capacities of 294 mAh g⁻¹ (for a 2 Li⁺/V₂O₅ insertion process) and 441 mAh g⁻¹ (for a 3 Li⁺/V₂O₅ insertion process). However, the low electrical conductivities and slow Li⁺ ion diffusion still limit the power rate of V₂O₅. To enhance the power-rate capability we construct two core-shell structures that can achieve stable 2 and 3 Li⁺ insertion at high rates. In the first approach, uniform coaxial V₂O₅ shells are coated onto electrospun carbon nanofiber (CNF) cores via pulsed electrodeposition. The materials analyses confirm that the V₂O₅ shell after 4 hours of thermal annealing at 300 °C is a partially hydrated amorphous structure. SEM and TEM images indicate that the uniform 30 to 50 nm thick V₂O₅ shell forms an intimate interface with the CNF core. Lithium insertion capacities up to 291 and 429 mAh g⁻¹ are achieved in the voltage ranges of 4.0 – 2.0 V and 4.0 – 1.5 V, respectively, which are in good agreement with the theoretical values for 2 and 3 Li⁺/V₂O₅ insertion. Moreover, after 100 cycles, remarkable retention rates of 97% and 70% are obtained for 2 and 3 Li⁺/V₂O₅ insertion, respectively. In the second approach, we implement a three-dimensional (3D) core-shell structure consisting of coaxial V₂O₅ shells sputter-coated on vertically aligned carbon nanofiber (VACNF) cores. The hydrated amorphous microporous structure in the “as-deposited” V₂O₅ shells and the particulated nano-crystalline V₂O₅ structure formed by thermal annealing are compared. The former provides remarkably high capacity of 360 and 547 mAh g⁻¹ in the voltage range of 4.0 – 2.0 V and 4.0 – 1.5 V, respectively, far exceeding the theoretical values for 2 and 3 Li⁺/V₂O₅ insertion, respectively. After 100 cycles of 3 Li⁺/V₂O₅ insertion/extraction at 0.20 A g⁻¹ (~ C/3), ~ 84% of the initial capacity is retained. After thermal annealing, the core-shell structure presents a capacity of 294 and 390 mAh g⁻¹, matching well with the theoretical values for 2 and 3 Li⁺/V₂O₅ insertion. The annealed sample shows further improved stability, with remarkable capacity retention of ~100% and ~88% for 2 and 3 Li⁺/V₂O₅ insertion/extraction. However, due to the high cost of Li. alternative approaches are currently being pursued for large scale production. Sodium ion batteries (SIB) have been at the forefront of this endeavor. Here we investigate the sodium insertion in the hydrate amorphous V₂O₅ using the VACNF core-shell structure. Electrochemical characterization was carried out in the potential ranges of 3.5 – 1.0, 4.0 – 1.5, and 4.0 – 1.0 (vs Na/Na⁺). An insertion capacity of 196 mAh g-1 is achieved in the potential range of 3.5 – 1.0 V (vs Na/Na⁺) at a rate of 250 mA g⁻¹. When the potential window is shifted upwards to 4.0 – 1.5 V (vs Na/Na⁺) an insertion capacity of 145 mAh g⁻¹ is achieved. Moreover, a coulombic efficiency of ~98% is attained at a rate of 1500 mA g⁻¹. To enhance the energy density of the VACNF-V₂O₅ core-shell structures, the potential window is expanded to 4.0 – 1.0 V (vs Na/Na⁺) which achieved an initial insertion capacity of 277 mAh g⁻¹. The results demonstrate that amorphous V₂O₅ could serve as a cathode material in future SIBs.

Orientador: Eudes Borges de Araújo / Banca: Marco Antonio Utrera Martines / Banca: José de los Santos Guerra / Resumo: Na última década, cresceu consideravelmente o interesse pela produção de filmes finos ferroelétricos, em virtude do grande potencial que estes materiais apresentam para a produção de dispositivos de memória ferroelétrica não-voláteis. O titanato de bismuto, Bi4Ti3O12 (BIT) é um ferroelétrico com estruturas de camadas de bismuto, conhecido por apresentar elevada temperatura de Curie (Tc), próxima de 650ºC, e excelentes propriedades de fadiga ferroelétrica. Este trabalho teve como objetivo a síntese de filmes finos de BIT e o estudo das suas propriedades estruturais. Os filmes estudados foram preparados a partir de um método químico, similar ao método Pechini, e depositados sobre substratos de Si(100). Os filmes foram cristalizados em forno convencional entre 500°C e 700°C, por períodos entre 1 e 12 horas. As técnicas de difração de raios-X (DRX) e Espectroscopia no Infravermelho por Transformada Fourier (FT-IR), foram usadas como ferramentas de investigação. Para os filmes tratados termicamente entre 400°C e 700°C, observouse a presença das fases cristalinas Bi4Ti3O12 e Bi2Ti2O7 (paraelétrica). Para os filmes tratados termicamente a temperaturas mais elevadas (700°C) e tempos mais prolongados (10 horas), observou-se uma tendência de desaparecer a fase Bi2Ti2O17. Aliados a estes resultados, o aumento da intensidade do pico (117) do BIT e o decréscimo da sua respectiva largura a meia altura, para os filmes cristalizados a 700°C, sugerem que nestas condições são obtidos filmes mais bem cristalizados. Um estudo usando a técnica FT-IR demonstrou a presença de uma banda de absorção claramente evidenciada em torno de 700 cm-1. Esta banda está associada ao modo "stretching" da ligação Ti-O e torna-se consideravelmente mais estreita quando a resina polimérica precursora foi tratada termicamente a temperaturas mais elevadas. Este fato também comprovou que temperaturas em torno de 700°C são favoráveis para a ... / Abstract: In the last decade the interest for the production of ferroelectric thin films increased considerably because of the great potential that these materials present for the production of devices of no-volatile ferroelectric memory. The bismuth titanate, Bi4Ti3O12 (BIT), is a ferroelectric with structures of bismuth layers, known by presenting high temperature of Curie (Tc), close of 650ºC, and excellent properties of ferroelectric fatigue. This work had as objectives the synthesis of thin films of BIT and the study of their structural properties. The studied films were prepared starting from a chemical method, similar to the Pechini method, and deposited on substrata of Si(100). The films were crystallized in conventional oven between 500°C and 700°C for periods between 1 and 12 hours. The techniques of X-ray diffraction (DRX) and Fourier Transform Infrared (FT-IR) Spectroscopy were used as investigation tools. It was observed the presence of the crystalline phases Bi4Ti3O12 and Bi2Ti2O7 (paraelectric) for the films termically treated between 400°C and 700°C. To the films termically treated to higher temperatures (700°C) and more lingering times (10 hours) a tendency of the phase Bi2Ti2O7 to disappear was observed. Allied to these results, the increase of the intensity of the pick (117) of the BIT and the decrease of its respective width to half height, for the crystallized films to 700°C suggests that, in these conditions, better crystallized films are obtained. A study using the FT-IR technique demonstrated the presence of an absorption band clearly evidenced around 700 cm-1. This band is associated to the stretching way of the Ti-O connection and becomes considerably narrower when the precursory polimeric resin was termically treated to higher temperatures. This fact also proved that temperatures around 700°C are favorable for obtaining a mono-crystalline phase of Bi4Ti3O12. / Mestre