Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. [85]-86. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Univ., Diss.--Köln, 1997.

The doctoral thesis deals with the experimental study of the low-temperature plasma designated for the preparation of thin films using the method of physical sputtering. It describes measurements which were realized on two types of devices - on the low-pressure plasma jet sputtering system and on the planar magnetron. The plasma diagnostics in the discharge excited in the pulse regime represent the main theme of the thesis. The discharge in the low-pressure plasma jet was studied by means of an electrostatic Langmuir probe, in the case of the planar magnetron, mass spectroscopy with energetic as well as time resolution was used. To understand the results achieved in the pulse generated plasma good knowledge of the basic continuous DC regime of the discharge excitation is essential. Therefore a considerable part of the thesis deals purely with the continuous DC discharge. In the case of the low- pressure plasma jet, the attention was focused also on the characteristic property of this plasma source, which is the flow from the jet.

Neste trabalho estudamos a interação feixe-plasma aplicando a teoria de turbulência fraca. Primeiramente fazemos uma introdução `a teoria cinética de plasmas, estudando aspectos fundamentais como: a abordagem estatística das equações do plasma, o tratamento a ser dado `as funções de correlação que aparecem nessa abordagem, e o sistema de equações de Vlasov-Maxwell. Em seguida estudamos a aproximação de Vlasov e a solução do sistema de Vlasov- Maxwell na aproximação linear, enfocando a descrição de ondas no plasma e o amortecimento de Landau. Ao longo desse desenvolvimento fazemos uma apresentação relativamente detalhada dos procedimentos introduzidos por Landau ao tratar o sistema Vlasov-Maxwell como um problema de valor inicial, incluindo uma discussão sobre a resolução de integrais no plano complexo, com polos no denominador, e a solução da relação de dispersão para encontrar os modos normais de oscilação no plasma. Apresentamos também uma breve revisão a respeito da aproximação quase-linear do sistema de Vlasov- Maxwell, na qual abordamos a obtenção da equação quase-linear de difusão no espaço das velocidades para partículas e estudamos suas propriedades de conservação. Nesse contexto da teoria quase-linear, apresentamos uma revisão a respeito da evolução temporal do amortecimento de Landau no caso de distribuição de velocidades Maxwelliana e da instabilidade que pode ocorrer no caso de uma função distribuição com um feixe de partículas. Depois dessa introdução `a aproximação linear e `a teoria quase-linear, abordamos a teoria de turbulência fraca num plasma não magnetizado, incluindo interações não lineares entre ondas e partículas. O formalismo apresentado inclui efeitos como emissão espontânea e induzida, decaimento e espalhamento de ondas. O sistema de equações acopladas da teoria de turbulência fraca é então reduzido a uma aplicação a um sistema considerando duas dimensões, depois reescrito em termos de coordenadas polares e adaptado para solução numérica. Apresentamos então uma descrição do código numérico desenvolvido usando linguagem Fortran, abordando um plasma com elétrons descritos por uma função distribuição Maxwelliana com um feixe tênue, e íons descritos por uma função distribuição Maxwelliana. Finalmente, comparamos nossos resultados com outros obtidos por outros autores em trabalhos anteriores, desenvolvidos usando coordenadas cartesianas, avaliando nosso trabalho. Por último, discutimos algumas perspectivas para o desenvolvimento futuro do trabalho. / In the present work we study the beam-plasma interaction using the weak turbulence theory. We start with an introduction to the kinetic theory of plasmas, studying fundamental features, like the statistical approach to the plasma equations, the procedures to be employed to deal with the correlation functions appearing in the statistical approach, and the system of Vlasov-Maxwell equations. In the sequence we discuss the Vlasov approximation and the solution of the Vlasov- Maxwell system in the linear approximation, emphasizing the description of waves in the plasma and the Landau damping. Along the development we present a relatively detailed description of the procedures introduced by Landau to treat the Vlasov-Maxwell system as an initial value problem, including a discussion about the resolution of integrals in the complex plane, with poles in the denominator, and the solution of the dispersion relation to find the normal mode of oscillations in the plasma. We also present a short review about the quasilinear approximation of the Vlasov-Maxwell system, in which we discuss the derivation of the quasilinear diffusion equation in the space of particle velocities, and study its properties of conservation. In the context of the quasilinear theory, we present a short review about the time evolution of the Landau damping in the case of Maxwellian velocity distribution, and about the instability which can occur in the case of a distribution function with a beam of particles. After the introduction to the linear approximation and to the quasilinear theory, we present the equations of weak turbulence theory for a unmagnetized plasma, including non-linear interactions between waves and particles. The formalism which is presented includes effects and spontaneous and induced emission, decay and scattering of waves. The system of coupled equations of the weak turbulence theory is then reduced to application to a bi-dimensional case, and then re-written in terms of polar coordinates and adapted to numerical solution. We then present a description of the numerical code developed using Fortran language, suitable to describe a plasma with electrons described by a Maxwellian distribution function with a tenuous beam, and ions described by a Maxwellian distribution. Finally, we compare our results with results obtained by other authors in previous works, developed using cartesian coordinates, as a validation of our work. Lastly we discuss some perspectives for future developments.

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.

[pt] Aerossóis na troposfera influenciam o clima da Terra. A habilidade dos aerossóis de ativarem ou agirem como um núcleo de condensação de nuvens induzindo a transformação em uma gota de chuva depende de suas propriedades físico-químicas. Nessa dissertação, filmes mistos de Langmuir de ácido esteárico e aminoácidos são utilizados como modelos para a superfície de partículas de aerossóis atmosféricos. Os aminoácidos utilizados nos experimentos foram: L-Fenilalanina, L-Triptofano, L-Leucina, L-Isoleucina, L-Metionina, L-Lisina e L-Histidina, escolhidos devido às suas diferentes características de hidrofobicidade e de solubilidade em água, além de possuírem diferentes grupos R, em termos de polaridade. O presente estudo teve como objetivo compreender como os aminoácidos afetam a pressão de superfície (pi) e o potencial de superfície ( delta V) dos filmes de Langmuir de ácido esteárico na interface ar-solução aquosa, induzindo mudanças morfológicas nos mesmos. A caracterização dos filmes foi realizada por meio de experimentos de pressão de superfície e de potencial de superfície dos filmes mistos, que foram realizados em uma cuba de Langmuir minimicro acoplada a uma balança de Wilhelmy e com um sensor de potencial de superfície. De acordo com os resultados obtidos nos experimentos de pressão de superfície e de potencial de superfície, observou-se que a presença desses aminoácidos em filmes de ácido esteárico provocou diminuição da pressão de colapso do filme de ácido esteárico. Nos filmes formados com L-Fenilalanina e L-Lisina foi observada histerese em todas as compressões. L-Leucina, L-Isoleucina L-Histidina, L-Metionina e L-Triptofano não apresentaram histerese. / [en] Aerosols in the troposphere influence the Earth s climate. The ability of aerosols to activate or act as a cloud condensation nucleus inducing the transformation into a raindrop depends on their physicochemical properties. In this dissertation, mixed Langmuir films of stearic acid and amino acids are used as templates to the surface of atmospheric aerosol particles. The amino acids used in the experiments were: L-Phenylalanine, L-Tryptophan, L-Leucine, L-Isoleucine, L-Methionine, L-Lysine and L-Histidine. They were chosen due to their different characteristics of hydrophobicity, water solubility, and polarity. This study aimed to understand how amino acids affect the surface pressure (pi) and the surface potential (delta V) of Langmuir films of stearic acid in aqueous solution-air interface, inducing morphological changes. The characterization of the films was performed by experiments of surface pressure and surface potential of the mixed film, which were carried out in a Langmuir minimicro trough coupled to a Wilhelmy balance and a surface potential sensor. According to the results obtained in the surface potential and surface pressure experiments, it was observed that the presence of these amino acids stearic acid film decreases the collapse pressure of the stearic acid film. In the films formed with L-Phenylalanine and L-Lysine, hysteresis was observed in all compressions. On the other hand, L-Leucine, L-Isoleucine, L-Histidine, L-Methionine and L-Tryptophan showed no hysteresis.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-07-03Bitstream added on 2014-06-13T18:09:30Z : No. of bitstreams: 1 mouta_er_me_jabo.pdf: 836375 bytes, checksum: 9e40dfed6bf9b224b9d0e227e8808906 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A informação sobre a adsorção de selênio (Se) em solos da região tropical é restrita e existem poucos parâmetros numéricos disponíveis para a definição de estratégias de remediação de áreas contaminadas. Os objetivos deste trabalho foram: avaliar a retenção de Se por amostras superficiais (0-0,2 m) de 30 solos representativos do Estado de São Paulo, pela quantificação de parâmetros de adsorção (Kd, Koc, Adsmáx, KL, Kf e n); gerar modelos de regressão e correlacionar os atributos químicos e físicos dos solos com os parâmetros de adsorção. Os experimentos de adsorção de Se foram conduzidos de acordo com o método “batch”. Isotermas de adsorção foram construídas a partir dos resultados experimentais e comparadas com as isotermas ajustadas pelos modelos de Langmuir e de Freundlich. A adsorção de Se foi representada por isotermas tipo L (exponencial) e tipo C (linear) e a equação de Langmuir ajustou melhor os resultados de adsorção de Se do que a isoterma de Freundlich. Os valores médios dos parâmetros de adsorção foram: Kd = 133 L kg-1, Koc = 2927 L kg-1, Adsmáx = 976 mg kg-1, KL = 0,04 L kg-1, Kf = 46 L kg-1 e n = 0,45. Os valores de Kd estiveram correlacionados principalmente com os teores de argila (r = 0,72*), enquanto Kf se correlacionou com teores de argila (r = 0,67***) e de óxidos de Fe livres (FeDCB; r = 0,69***) e amorfos (Feox; r = 0,56**). Os demais parâmetros de adsorção de Se não apresentaram relação causa-efeito com os atributos dos solos. Na análise conjunta, os teores de FeDCB explicaram 60% da variação dos valores de Kd e 50% da variabilidade de Kf, enquanto os teores de argila responderam por 52% da variação dos valores de KL. / Very limited information is available on selenium (Se) adsorption behavior in tropical soils and there are few numerical parameters related to the phenomena that can be used as references to take decisions on management strategies in contaminated areas. The objectives of this study were to evaluate Se adsorption in topsoil samples (0-0.2 m) from 30 representative soils of the State of São Paulo, Brazil, based on the quantitative adsorption parameters (Kd, Koc, Adsmax, KL, Kf and n) and on its correlation with chemical and physical soil attributes. Adsorption experiments were conducted according to batchwise method. Adsorption isotherms were elaborated from experimental results and compared with the isotherms fitted by Langmuir and Freundlich models. Selenium adsorption isotherms following L-type (exponential) and C-type (linear) pattern and Langmuir equation fitted well to the soil experimental results, when compared with Freundlich model. Arithmetic mean values for adsorption parameters were: Kd = 133 L kg-1; Koc = 2,927 L kg-1; Adsmáx = 976 mg kg-1; KL = 0.04 L kg-1; Kf = 46 L kg-1 and; n = 0.45. Distribution coefficient (Kd) was correlated with clay content (r = 0.72*), while Freundlich coefficient (Kf) was correlated with clay content (r = 0.67***) and with crystalline (r = 0.69***) and amorphous Fe oxyhydroxides (r = 0.56**). No consistent correlations were observed between soil attributes and Adsmaz, KL, n and Koc. In the joint analysis, crystalline Fe oxyhydroxides content explained 60% of the variation in Kd values and 50% of Kf variability, while clay content accounted for about 52% of the KL values.

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Neste trabalho estudamos a interação feixe-plasma aplicando a teoria de turbulência fraca. Primeiramente fazemos uma introdução `a teoria cinética de plasmas, estudando aspectos fundamentais como: a abordagem estatística das equações do plasma, o tratamento a ser dado `as funções de correlação que aparecem nessa abordagem, e o sistema de equações de Vlasov-Maxwell. Em seguida estudamos a aproximação de Vlasov e a solução do sistema de Vlasov- Maxwell na aproximação linear, enfocando a descrição de ondas no plasma e o amortecimento de Landau. Ao longo desse desenvolvimento fazemos uma apresentação relativamente detalhada dos procedimentos introduzidos por Landau ao tratar o sistema Vlasov-Maxwell como um problema de valor inicial, incluindo uma discussão sobre a resolução de integrais no plano complexo, com polos no denominador, e a solução da relação de dispersão para encontrar os modos normais de oscilação no plasma. Apresentamos também uma breve revisão a respeito da aproximação quase-linear do sistema de Vlasov- Maxwell, na qual abordamos a obtenção da equação quase-linear de difusão no espaço das velocidades para partículas e estudamos suas propriedades de conservação. Nesse contexto da teoria quase-linear, apresentamos uma revisão a respeito da evolução temporal do amortecimento de Landau no caso de distribuição de velocidades Maxwelliana e da instabilidade que pode ocorrer no caso de uma função distribuição com um feixe de partículas. Depois dessa introdução `a aproximação linear e `a teoria quase-linear, abordamos a teoria de turbulência fraca num plasma não magnetizado, incluindo interações não lineares entre ondas e partículas. O formalismo apresentado inclui efeitos como emissão espontânea e induzida, decaimento e espalhamento de ondas. O sistema de equações acopladas da teoria de turbulência fraca é então reduzido a uma aplicação a um sistema considerando duas dimensões, depois reescrito em termos de coordenadas polares e adaptado para solução numérica. Apresentamos então uma descrição do código numérico desenvolvido usando linguagem Fortran, abordando um plasma com elétrons descritos por uma função distribuição Maxwelliana com um feixe tênue, e íons descritos por uma função distribuição Maxwelliana. Finalmente, comparamos nossos resultados com outros obtidos por outros autores em trabalhos anteriores, desenvolvidos usando coordenadas cartesianas, avaliando nosso trabalho. Por último, discutimos algumas perspectivas para o desenvolvimento futuro do trabalho. / In the present work we study the beam-plasma interaction using the weak turbulence theory. We start with an introduction to the kinetic theory of plasmas, studying fundamental features, like the statistical approach to the plasma equations, the procedures to be employed to deal with the correlation functions appearing in the statistical approach, and the system of Vlasov-Maxwell equations. In the sequence we discuss the Vlasov approximation and the solution of the Vlasov- Maxwell system in the linear approximation, emphasizing the description of waves in the plasma and the Landau damping. Along the development we present a relatively detailed description of the procedures introduced by Landau to treat the Vlasov-Maxwell system as an initial value problem, including a discussion about the resolution of integrals in the complex plane, with poles in the denominator, and the solution of the dispersion relation to find the normal mode of oscillations in the plasma. We also present a short review about the quasilinear approximation of the Vlasov-Maxwell system, in which we discuss the derivation of the quasilinear diffusion equation in the space of particle velocities, and study its properties of conservation. In the context of the quasilinear theory, we present a short review about the time evolution of the Landau damping in the case of Maxwellian velocity distribution, and about the instability which can occur in the case of a distribution function with a beam of particles. After the introduction to the linear approximation and to the quasilinear theory, we present the equations of weak turbulence theory for a unmagnetized plasma, including non-linear interactions between waves and particles. The formalism which is presented includes effects and spontaneous and induced emission, decay and scattering of waves. The system of coupled equations of the weak turbulence theory is then reduced to application to a bi-dimensional case, and then re-written in terms of polar coordinates and adapted to numerical solution. We then present a description of the numerical code developed using Fortran language, suitable to describe a plasma with electrons described by a Maxwellian distribution function with a tenuous beam, and ions described by a Maxwellian distribution. Finally, we compare our results with results obtained by other authors in previous works, developed using cartesian coordinates, as a validation of our work. Lastly we discuss some perspectives for future developments.

Dispositivos eletroluminescentes poliméricos apresentam alto potencial tecnológico, principalmente devido ao fato de ser possível a obtenção de dispositivos flexíveis e de grande área. Apesar disto, ainda existem alguns fatores que limitam a sua aplicação tecnológica, como por exemplo o tempo de vida e a eficiência na emissão dos dispositivos. Alguns métodos têm sido propostos para o aumento destes fatores, entre os quais estão a inserção de camadas transportadoras de elétrons e buracos. Esta tese teve como objetivo principal a busca por métodos que possibilitassem a melhora das propriedades elétricas e/ou ópticas dos dispositivos eletroluminescentes poliméricos (PLEDs). Neste contexto, filmes Langmuir-Blodgett (LB) da camada emissiva e da camada transportadora de elétrons foram aplicados nos PLEDs, devido a reprodutibilidade e ao grau de organização destes filmes, o que possibilita uma emissão polarizada. Além disso, observou-se aumento na injeção eletrônica nos dispositivos com o uso de ionômeros como camada transportadora de elétrons. Por outro lado, a combinação da POMA e ITO como eletrodo transparente no dispositivo com PPV+DBS como camada ativa (ITO/POMA/PPV+DBS/Al) mostrou a diminuição da tensão de operação quando comparado a um dispositivo convencional (lTO/PPV/Al). Os dispositivos foram caracterizados através de medidas elétricas e opto-elétricas. / Polymer electroluminescent devices are promising for a number of applications, in particular due to the possibility of obtaining large area, flexible displays. There are, however, major stumbling blocks associated with the short lifetimes and limited efficiency and brightness of light-emitting diodes (LEDs) fabricated with organic molecules in comparison with the inorganic ones. Severa1 methods have been proposed to increase brightness and eficiency, which include the use of electron and/or hole transporting layers adjacent to the electrodes. ln this thesis, we report the study of severa1 methods to improve the efficiency of the polymer light emitting diodes (PLEDs). In this context, Langmuir-Blodgett (LB) films were used in PLEDs, as emitting and electron transport layer, due to the high degree of thickness control, low number of defects, and some degree of organization at the molecular scale. Besides, improvements in electron injection into the emissive layer using ionic polymers (ionomers) as electron-transporting layers were observed. Othenvise, the combination of POMA and ITO as transparent electrode and PPV+DBS as active layer (ITO/POMA/PPV+DBS/A1) leads to a decrease in the operating voltage compared with the conventional PLED, ITO/PPV/Al. The devices were characterized by electrical and opto-electrical measurements.