O objeto desta pesquisa consiste em investigar as propriedades estruturais, magnéticas e hiperfinas dos compostos pseudobinários de fases de Laves: Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 e (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. Para o Hf(Fe(1-x)Cr(x))2, preparamos as amostras como ligas policristalinas e as fundimos por síntese nas concentrações: x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 e 1,0. O mesmo foi feito para as amostras de (Nb(1-x)Zr(x))Fe2 nas concentrações x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 e 0,5. Todas as amostras fundiram-se num forno de fusão de arco, sob atmosfera de argônio ultrapuro (99.999%). Em seguida investigamos a estrutura cristalina das ligas pelo método do pó, com a técnica de difratometria de Raios X (XRD), obtendo-se os parâmetros de rede e confirmando-se a estrutura de fase hexagonal C14 para as amostras Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 nas concentrações 0,0 <= x < 0,9, bem como em todas as outras amostras de (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. Depois, determinamos as propriedades magnéticas das ligas Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 pela técnica de magnetização a baixas temperaturas em baixos campos magnéticos aplicados de 0 a 7 T e em altos campos magnéticos aplicados de 0 a 16 T. As suscetibilidades AC e DC a baixos campos magnéticos com temperaturas de 4,2 K a 300 K, FC e ZFC, nos indicaram que as ligas de concentrações 0,4 <= x < 0,8 apresentam comportamento \'vidro de spin\', sendo que em x <= 0,3 são aglomerados magnéticos com interação de curto alcance e em x = 0,9 é um superparamagnético. Por tanto, os valores dos momentos magnéticos por átomo de Fe foram calculados para todas as amostras. As medidas de spectroscopia Mössbauer das mesmas amostras de Hf(Fe(1-x)Cr(x))2, na temperatura ambiente, apresentam dois sextetos para a mostras com x = 0,2 e dois dubletos quadrupolares para as demais composições, atribuídos aos sítios cristalográficos 2a e 6h do Fe. Por outra parte, os espectros Mössbauer das amostras de (Nb(1-x)Zr(x))Fe2 à temperatura de 4,2 K, sem campo magnético aplicado e com campo magnético aplicado de 6 e 12 T, sugerem que estes compostos se encontram em um balanço em que coexistem as fases ferromagnéticas e antiferromagnéticas. Finalmente, notamos que no composto (Nb0.6Zr0.4)Fe2 há, uma possível existência de comportamento paramagnético nos Fe do sítio cristalino 2a e, ao mesmo tempo, pouca certeza que o valor do momento magnético seja nulo neste sítio cristalino. / The object of this research consists of investigating the structural, magnetic and hiperfine properties of the pseudobinar Laves phases compounds Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 and (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. We prepared polycristaline samples alloys and for synthesis melting in the concentrations: x = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 e 1.0, for the Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 and in the concentrations: x = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 e 0.5 for (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. We melted them in an arc furnace under pure Argon (99.999%) gas atmosphere. We investigated the cristaline structure of the alloys by the powder XRD technique, obtaining lattice parameters and confirming the structure of hexagonal phase C14 for the samples Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 in the concentrations 0.0 <= x <= 0.9 and also in all the other samples produced of (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. We investigate the magnetic properties of Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 alloys bye the technique of magnetization at low temperatures and low magnetic field applied until 7 T and high magnetic field applied until 16 T. The susceptibility AC and DC at low magnetic fields and temperatures of 4.2 K until 300 indicated that alloys of concentrations 0.4 <= x < 0.8 show spin glass behavior, in x <= 0.3 they are magnetic clusters with short range interactions, and in x = 0.9 is superparamagnetic. The values of the magnetic moments for atom of Fe were calculated for all samples. We measured Mössbauer spectra of the same samples of Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 at room temperature, obtaning two sextets for the samples with x < 0.2 and two quadrupolar doublets for the other compositions, that would be attributed to the cristalographic sites 2a and 6h. Also the Mössbauer spectrum of the samples (Nb(1-x)Zr(x))Fe2 at temperature of 4.2 K without magnetic field applied and with magnetic field applied of 6 and 12 T, suggest that those compounds show coexisting ferromagnetic and antiferromagnetic phases. We could note for the compound (Nb0.6Zr0.4)Fe2 a possible existence of the paramagnetic behavior in the Fe of the cristalographic site 2a, but the magnetic moment in this site is not zero.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Currently, several research groups have been devoted to the production of superconducting films. This interest lies on the facility of their manipulation, on the understanding of basic concepts of the superconductivity and, especially, in the possibility of reducing them to dimensions compatible to their application as devices. Therefore, there is a great technological and academic interest in this issue. The most used material in superconducting devices is the niobium (Nb) and its alloys. Although Nb has been known as superconductor since 1930, the interest in excellent films of this material still remains. In this work, using a DC magnetron sputtering technique, we have developed an experimental method that allows one to produce superconducting Nb films of good quality - transition temperature of 9.1 K and transition width of 0.2 K. Therefore, we performed a systematic study of the setup parameters that influences the structural and superconducting properties of the films. In particular, we have analyzed the evolution of the lattice parameter, average grain size crystalline and critical temperature. Such values have been compared in a diagram. Nb films exhibit flux avalanches at certain values of field and temperature. We have detected and visualized the occurrence of avalanches of magnetic flux in Nb films and, in order to suppress the abrupt flux penetration, we have coupled to the films of thickness of 200 nm, thick metal layers of aluminum, silver and copper of different thicknesses, so called hybrid systems - Superconductor/Normal Metal. In this work piece, two experimental techniques have been employed: magnetometry and magneto-optical imaging. A partial suppression of avalanches in the hybrid systems has been observed. / Atualmente, diversos grupos de pesquisa têm se dedicado à fabricação de filmes supercondutores. O interesse reside na facilidade de manipulação, no entendimento de conceitos básicos do fenômeno da supercondutividade e, principalmente, na possibilidade de reduzi-los a dimensões compatíveis à aplicação como dispositivos. Portanto, há um grande interesse acadêmico e tecnológico nesta área. O material mais utilizado na construção de dispositivos supercondutores é o nióbio (Nb) e suas ligas. Apesar do Nb ser conhecido como supercondutor desde 1930, o interesse em excelentes filmes desse material ainda persiste. Neste trabalho, utilizamos a técnica de magnetron sputtering DC, com a qual estabelecemos uma rotina experimental que possibilitou produzir filmes supercondutores de Nb de boa qualidade - temperatura crítica de 9,1 K e largura de transição de 0,2 K. Para tanto, realizamos um estudo sistemático de como os valores dos parâmetros experimentais influenciam nas propriedades estruturais e supercondutoras dos filmes. Em particular, analisamos a evolução do parâmetro de rede, do tamanho médio dos grãos cristalinos e da temperatura crítica com os valores das variáveis de deposição e, por conseguinte, comparamos esses valores em um diagrama. Filmes de Nb exibem avalanches de fluxo magnético quando submetidos a certos valores de campo e temperatura. Detectamos e visualizamos a ocorrência de avalanches de fluxo magnético nos filmes de Nb produzidos e, com o intuito de suprimir as penetrações abruptas de fluxo, acoplamos a filmes de 200 nm de espessura camadas metálicas de alumínio, prata e cobre de diferentes espessuras, denominados sistemas híbridos - Supercondutor/Metal Normal. Este estudo foi conduzido por meio de duas técnicas experimentais: magnetometria volumétrica e imageameto magneto-ótico. Observamos uma supressão parcial das avalanches de fluxo magnético nos sistemas híbridos.

O objeto desta pesquisa consiste em investigar as propriedades estruturais, magnéticas e hiperfinas dos compostos pseudobinários de fases de Laves: Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 e (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. Para o Hf(Fe(1-x)Cr(x))2, preparamos as amostras como ligas policristalinas e as fundimos por síntese nas concentrações: x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 e 1,0. O mesmo foi feito para as amostras de (Nb(1-x)Zr(x))Fe2 nas concentrações x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 e 0,5. Todas as amostras fundiram-se num forno de fusão de arco, sob atmosfera de argônio ultrapuro (99.999%). Em seguida investigamos a estrutura cristalina das ligas pelo método do pó, com a técnica de difratometria de Raios X (XRD), obtendo-se os parâmetros de rede e confirmando-se a estrutura de fase hexagonal C14 para as amostras Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 nas concentrações 0,0 <= x < 0,9, bem como em todas as outras amostras de (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. Depois, determinamos as propriedades magnéticas das ligas Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 pela técnica de magnetização a baixas temperaturas em baixos campos magnéticos aplicados de 0 a 7 T e em altos campos magnéticos aplicados de 0 a 16 T. As suscetibilidades AC e DC a baixos campos magnéticos com temperaturas de 4,2 K a 300 K, FC e ZFC, nos indicaram que as ligas de concentrações 0,4 <= x < 0,8 apresentam comportamento \'vidro de spin\', sendo que em x <= 0,3 são aglomerados magnéticos com interação de curto alcance e em x = 0,9 é um superparamagnético. Por tanto, os valores dos momentos magnéticos por átomo de Fe foram calculados para todas as amostras. As medidas de spectroscopia Mössbauer das mesmas amostras de Hf(Fe(1-x)Cr(x))2, na temperatura ambiente, apresentam dois sextetos para a mostras com x = 0,2 e dois dubletos quadrupolares para as demais composições, atribuídos aos sítios cristalográficos 2a e 6h do Fe. Por outra parte, os espectros Mössbauer das amostras de (Nb(1-x)Zr(x))Fe2 à temperatura de 4,2 K, sem campo magnético aplicado e com campo magnético aplicado de 6 e 12 T, sugerem que estes compostos se encontram em um balanço em que coexistem as fases ferromagnéticas e antiferromagnéticas. Finalmente, notamos que no composto (Nb0.6Zr0.4)Fe2 há, uma possível existência de comportamento paramagnético nos Fe do sítio cristalino 2a e, ao mesmo tempo, pouca certeza que o valor do momento magnético seja nulo neste sítio cristalino. / The object of this research consists of investigating the structural, magnetic and hiperfine properties of the pseudobinar Laves phases compounds Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 and (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. We prepared polycristaline samples alloys and for synthesis melting in the concentrations: x = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 e 1.0, for the Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 and in the concentrations: x = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 e 0.5 for (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. We melted them in an arc furnace under pure Argon (99.999%) gas atmosphere. We investigated the cristaline structure of the alloys by the powder XRD technique, obtaining lattice parameters and confirming the structure of hexagonal phase C14 for the samples Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 in the concentrations 0.0 <= x <= 0.9 and also in all the other samples produced of (Nb(1-x)Zr(x))Fe2. We investigate the magnetic properties of Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 alloys bye the technique of magnetization at low temperatures and low magnetic field applied until 7 T and high magnetic field applied until 16 T. The susceptibility AC and DC at low magnetic fields and temperatures of 4.2 K until 300 indicated that alloys of concentrations 0.4 <= x < 0.8 show spin glass behavior, in x <= 0.3 they are magnetic clusters with short range interactions, and in x = 0.9 is superparamagnetic. The values of the magnetic moments for atom of Fe were calculated for all samples. We measured Mössbauer spectra of the same samples of Hf(Fe(1-x)Cr(x))2 at room temperature, obtaning two sextets for the samples with x < 0.2 and two quadrupolar doublets for the other compositions, that would be attributed to the cristalographic sites 2a and 6h. Also the Mössbauer spectrum of the samples (Nb(1-x)Zr(x))Fe2 at temperature of 4.2 K without magnetic field applied and with magnetic field applied of 6 and 12 T, suggest that those compounds show coexisting ferromagnetic and antiferromagnetic phases. We could note for the compound (Nb0.6Zr0.4)Fe2 a possible existence of the paramagnetic behavior in the Fe of the cristalographic site 2a, but the magnetic moment in this site is not zero.

Nanocompósitos de matriz de alumina (Al2O3) reforçada com uma segunda fase nanométrica apresentam melhores propriedades mecânicas, especialmente dureza, tenacidade à fratura e resistência ao desgaste, quando comparado à matriz monolítica. O carbeto de nióbio (NbC) possui propriedades que o tornam um material de reforço ideal em cerâmicas de matriz Al2O3, como alto ponto de fusão e dureza, baixa reatividade química e coeficiente de expansão térmica similar à Al2O3, prevenindo o aparecimento de trincas que diminuem a resistência do material. As maiores reservas de nióbio estão localizadas no Brasil e o estudo em torno do seu aproveitamento é importante para o país. Assim, o objetivo deste trabalho foi obter e caracterizar nanocompósitos de matriz de Al2O3 contendo 5% em volume de inclusões nanométricas de NbC obtidos por moagem reativa de alta energia, usando sinterização convencional, Spark Plasma Sintering (SPS) e micro-ondas. Para isso, os pós nanométricos precursores de Al2O3-NbC foram obtidos por moagem reativa de alta energia, realizada por 330 minutos em moinho tipo SPEX, desaglomerados, lixiviados com ácido clorídrico, adicionados à matriz de Al2O3 na proporção de 5% em volume e secos sob fluxo de ar. Os pós de Al2O3-5%vol.NbC foram sinterizados por diferentes métodos: convencional em atmosfera de argônio, micro-ondas e SPS, usando diferentes temperaturas. Os pós precursores foram caracterizados por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e medida de tamanho de partículas. Os nanocompósitos sinterizados convencionalmente e por SPS foram caracterizados quanto a sua microestrutura, densidade aparente em relação a densidade teórica e dureza por nanoindentação. Os nanocompósitos sinterizados por SPS foram caracterizados quanto ao módulo de Young por nanoindentação, tenacidade à fratura e resistência a flexão em três pontos. Os nanocompósitos sinterizados convencionalmente e por SPS foram caracterizados quanto à resistência ao desgaste por ensaios esfera no disco, usando esferas de WC-6%Co com cargas de 30 e 60 N e esferas de Al2O3 com cargas de 15 e 30 N. Os resultados mostram que a moagem reativa de alta energia foi completa e efetiva na obtenção de pós nanométricos, com tamanhos de cristalito iguais a 9,1 e 9,7 nm, para Al2O3 e NbC, respectivamente. Além disso, a desaglomeração, após o processo de moagem reativa de alta energia, foi eficaz na dispersão das inclusões de NbC na matriz de Al2O3. No entanto, não foi possível obter nanocompósitos de Al2O3-5%vol.NbC com alta densidade usando os processos de sinterização convencional (92-93 %DT) e micro-ondas (80-90 %DT). No processo de sinterização por SPS, os nanocompósitos apresentaram densidades próximas à teórica (99 %DT) e, consequentemente, melhores durezas e resistência ao desgaste, quando comparadas aos materiais obtidos em forno convencional. Os resultados obtidos na caracterização da resistência ao desgaste confirmaram que esta propriedade é influenciada por diversos fatores, como método e temperatura de sinterização, as esferas utilizadas como contra-materiais e cargas aplicadas durante o ensaio. Os resultados indicaram que nanocompósitos de Al2O3-5%vol.NbC sinterizados por SPS apresentam potencial para aplicações em diversos segmentos industriais, onde se exige materiais de alto desempenho mecânico e de desgaste. / Los nanocomposites de matriz alúmina (Al2O3) reforzados con una segunda fase nanométrica presentan mejores propiedades mecánicas, especialmente de dureza, tenacidad a la fractura y resistencia al desgaste, en comparación con el material monolítico de alúmina. Por otra parte, el carburo de niobio (NbC), como refuerzo de segunda fase, presenta propiedades que lo convierten en un material ideal para las cerámicas de matriz Al2O3, tales como alta temperatura de fusión, alta dureza, baja reactividad química y un coeficiente de expansión térmica similar al material de Al2O3, evitando así la aparición de grietas que disminuyen la resistencia del material. Actualmente, las mayores reservas de niobio se encuentran en Brasil y el estudio sobre su uso es un hito muy importante para el país. Por lo tanto, el objetivo de esta tesis es obtener y caracterizar nanocomposites de matriz de Al2O3 con una segunda fase del 5% en volumen de nanopartículas de NbC obtenidos por molienda reactiva de alta energía y, mediante la sinterización convencional, Spark Plasma Sintering (SPS) y microondas. Para ello, los polvos precursores nanométricos de Al2O3-NbC fueron obtenidos mediante molienda reactiva de alta energía, durante 330 minutos en molino SPEX, desaglomerados, lixiviados con ácido clorhídrico, añadidos a la matriz de Al2O3 en la proporción de 5% en volumen y secado bajo flujo de aire. Los polvos de Al2O3-5vol.%NbC fueron sinterizados por diferentes métodos: convencional bajo una atmósfera de argón, microondas y SPS usando diferentes temperaturas. Los polvos precursores se caracterizaron por difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y la medición del tamaño de partícula. Los nanocomposites sinterizados convencionalmente y mediante SPS se caracterizaron microestructuralmente, se estudió la densidad aparente y la dureza por nanoindentación. Los nanocomposites sinterizados mediante SPS fueron caracterizados mediante el módulo de Young por nanoindentación, la tenacidad a la fractura y la resistencia a la flexión en tres puntos. Por otra parte, los nanocomposites sinterizados convencionalmente y mediante SPS fueron caracterizados respecto a resistencia al desgaste mediante la técnica de \"ball-on-disc\", utilizando esferas de WC-6%Co con cargas 30 y 60 N y esferas de Al2O3 con cargas 15 y 30 N. Los resultados muestran que la molienda reactiva de alta energía ha sido completa y eficaz en la obtención de polvos nanométricos con tamaños de cristalito de 9,1 y 9,7 nm para la Al2O3 y NbC, respectivamente. Además, la desaglomeración, después del proceso de molienda reactiva de alta energía, fue eficaz en la dispersión de las inclusiones de NbC en la matriz de Al2O3. Sin embargo, no ha sido posible obtener nanocomposites de Al2O3-5vol.%NbC con alta densidad usando procesos de sinterización convencional (92-93 %DT) y microondas (80-90 %DT). En el proceso de sinterización mediante SPS, los nanocomposites presentaron densidades cercanas a la teórica (99 %DT) y, en con-secuencia, mejor dureza y resistencia al desgaste en comparación con los materiales obtenidos en un horno convencional. Los resultados correspondientes a la resistencia al desgaste han confirmado que esta propiedad está influenciada por varios factores tales como el método y temperatura de sinterización, las esferas utilizadas como contramaterial y las cargas aplicadas durante el test. Los resultados finales indicaron que los nanocomposites de Al2O3-5vol.%NbC obtenidos mediante SPS tienen un gran potencial para las distintas aplicaciones industriales, las cuales re-quieren materiales de alto rendimiento mecánico y al desgaste.

As mudanças microestruturais, causadas pela adição de elementos de liga e pelos tratamentos térmicos, modificam as propriedades mecânicas e tribológicas dos materiais. Foi desenvolvido então um estudo em amostras de um ferro fundido branco de alto cromo com molidbênio e nióbio, procurando determinar os efeitos dos elementos de liga molibdênio e nióbio, na microestrutura deste material, através de medidas de dureza, dilatometria, ataque químico, microscopia eletrônica de varredura e,principalmente, a utilização de metalografia em altas temperaturas. A técnica de metalografia em altas temperaturas permite o estudo das mudanças microestruturais durante os ciclos térmicos, que foram programados, tendo como referência a curva TTT previamente traçada para este material, focalizando regiões onde não ocorrem mudanças de fase. Deste modo foram obtidas as aparências metalográficas em altas temperaturas e feito um estudo comparativo com as outras técnicas usadas. Com isto é possível melhorar o conhecimento sobre a microestrutura do material em questão e obter ligas com propriedades pré-determinadas. / The microstructural changes caused by the addition of alloying elements and by thermal treatments modify the mechanical and tribological properties of the materials. A study was develop on samples of molybdenum and niobium high chromium white cast iron, trying to determine the effects of molybdenum and niobium alloys elements on microstructure of this material through hardness measurements, dilatometry, chemical etching, scanning electron microscopy, and mainly, utilizing metallography at high temperatures. The metallography at high temperatures technic allows the study of microstructural changes during the thermal cyc1es, which were scheduled, having as reference the TTT curve previously traced to this material, focusing regions where changes of fase don\'t occur. So the metallographic appearances at high temperatures were obtained and it was done a comparative study using other technics. Because of that is possible to improve the knowledge of the material microstructure, which it has been studied, and to obtain alloys with predetermined properties.

O uso do peróxido de hidrogênio eletrogerado in situ em Processos Oxidativos Avançados (POAs) é um promissor método para o tratamento de efluentes orgânicos. Neste contexto, o desenvolvimento de materiais mais eficientes para viabilizar a reação de redução do oxigênio (RRO) pelo mecanismo envolvendo a transferência de dois elétrons ainda é de grande importância. O presente estudo objetiva a obtenção e a avaliação da atividade catalítica de nanopartículas de óxidos metálicos, Ta2O5, MoO3, Nb2O5 ou ZrO2, incorporadas em carbono Printex 6L e em grafeno no estudo da redução do oxigênio visando a eletrogeração de peróxido de hidrogênio. A caracterização morfológica e microestrutural desses materiais foi investigada por difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X. O mecanismo da RRO foi analisado pela técnica do eletrodo de disco-anel rotatório. O carbono Printex 6L apresentou uma eficiência de corrente para a eletrogeração de H2O2 (I(H2O2)%) igual a 65,3% em K2SO4 0,1 mol L-1 (pH =2). Após o tratamento térmico desse substrato pelo método dos precursores poliméricos, a eficiência de corrente aumentou 17,1%, ou seja, I(H2O2)% igual a 76,5%. A modificação do carbono Printex 6L com nanopartículas cristalinas de Ta2O5, MoO3, Nb2O5 ou ZrO2 deslocou o potencial de meia-onda para a RRO para valores menos negativos e aumentou a I(H2O2)%. O Nb2O5/C apresentou a maior I(H2O2)%, 87,1%, enquanto o ZrO2/C deslocou o potencial em 137 mV. O estudo comparativo entre três substratos de carbono para a redução do oxigênio, revelou que o óxido de grafeno reduzido apresentou maior atividade para a RRO comparado ao óxido de grafeno e ao carbono Printex 6L, tanto em eletrólito ácido quanto em eletrólito alcalino. A modificação do rGO com Nb2O5 ou ZrO2 pelo método hidrotermal aumentou a atividade catalítica desse substrato para a RRO. A maior eletrogeração de H2O2 foi observada na presença do ZrO2. De fato, um aumento de 73,7% para 88,5% em K2SO4 0,1 mol L-1 (pH =2), e de 72,9% para 83,1% em NaOH 0,1 mol L-1, foi observado em rGO e ZrO2-rGO, respectivamente. Além disso, o ZrO2-rGO apresentou menor sobrepotencial para a RRO comparado ao rGO sem modificador. Portanto, a presença das nanopartículas de óxidos metálicos na matriz condutora de carbono amorfo intensificou a atividade catalítica para a eletrogeração do H2O2, tanto em carbono Printex 6L quanto em óxido de grafeno reduzido, indicando o efeito sinérgico entre as nanopartículas e o subtrato de carbono. Consequentemente, os catalisadores avaliados neste trabalho são promissores para a eletrogeração de espécies oxidantes in situ e sua aplicaçao em POAs. / In situ electrogeneration of hydrogen peroxide has been greatly application in Advanced Oxidation Processes (AOPs) as an effective water treatment technology. In this context, the development of electrode materials that enable the oxygen reduction reaction (ORR) mechanism through a two-electron pathway with high selectivity at low overpotential has a pronounced importance. In the present study, we investigate the properties of Ta2O5, MoO3, Nb2O5 or ZrO2 nanoparticles supported on Printex 6L carbon and reduced graphene oxide for the electrocatalysis of oxygen reduction to H2O2. The structures and morphologies of these materials were characterized by X-ray diffraction analysis, transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Electrochemical activities toward the ORR were evaluated using a rotating ring-disk electrode system. Printex 6L carbon showed a current efficiency for H2O2 production (I(H2O2)%) of 65.3% in K2SO4 0.1 mol L-1 (pH =2) whereas the carbon heat-treated by the polymeric precursor method displayed 76.5% yield of H2O2 electrogeneration. Carbon Printex 6L modified with Ta2O5, MoO3, Nb2O5 or ZrO2 nanoparticles shifted the half-wave potential for the ORR to less negative potential and increased the I(H2O2)%. The Nb2O5/C showed the highest I(H2O2)%, 87,1%, and the ZrO2/C shifted the potential 137 mV. The comparative study of ORR in acid and alkaline media for the three different conductive carbon pigment showed that the reduced graphene oxide displayed higher activity to oxygen reduction than graphene oxide and Printex 6L carbon. Reduced graphene oxide modified with Nb2O5 or ZrO2 nanoparticles by hydrothermal method increased the catalytic activity of this substrate for ORR which the highest H2O2 electrogeneration was observed for ZrO2-rGO. Indeed, an increase from 73.7% to 88.5% in K2SO4 0.1 mol L-1 (pH =2) and from 72.9% to 83.1% in NaOH 0.1 mol L-1 was obtained for rGO and ZrO2-rGO, respectively. Additionally, the ZrO2-rGO electrocatalyst exhibited overpotential lower than that of rGO unmodified. Therefore, the metallic oxides nanoparticles in both carbon Printex 6L and reduced graphene oxide enhanced the catalytic activity for H2O2 electrogeneration indicating the synergistic effect between the nanoparticles and the amorphous carbon. The catalysts evaluated in this study are promising for in situ electrogeneration of oxidizing agents to be used in the degradation of organic pollutants.

O uso do peróxido de hidrogênio eletrogerado in situ em Processos Oxidativos Avançados (POAs) é um promissor método para o tratamento de efluentes orgânicos. Neste contexto, o desenvolvimento de materiais mais eficientes para viabilizar a reação de redução do oxigênio (RRO) pelo mecanismo envolvendo a transferência de dois elétrons ainda é de grande importância. O presente estudo objetiva a obtenção e a avaliação da atividade catalítica de nanopartículas de óxidos metálicos, Ta2O5, MoO3, Nb2O5 ou ZrO2, incorporadas em carbono Printex 6L e em grafeno no estudo da redução do oxigênio visando a eletrogeração de peróxido de hidrogênio. A caracterização morfológica e microestrutural desses materiais foi investigada por difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X. O mecanismo da RRO foi analisado pela técnica do eletrodo de disco-anel rotatório. O carbono Printex 6L apresentou uma eficiência de corrente para a eletrogeração de H2O2 (I(H2O2)%) igual a 65,3% em K2SO4 0,1 mol L-1 (pH =2). Após o tratamento térmico desse substrato pelo método dos precursores poliméricos, a eficiência de corrente aumentou 17,1%, ou seja, I(H2O2)% igual a 76,5%. A modificação do carbono Printex 6L com nanopartículas cristalinas de Ta2O5, MoO3, Nb2O5 ou ZrO2 deslocou o potencial de meia-onda para a RRO para valores menos negativos e aumentou a I(H2O2)%. O Nb2O5/C apresentou a maior I(H2O2)%, 87,1%, enquanto o ZrO2/C deslocou o potencial em 137 mV. O estudo comparativo entre três substratos de carbono para a redução do oxigênio, revelou que o óxido de grafeno reduzido apresentou maior atividade para a RRO comparado ao óxido de grafeno e ao carbono Printex 6L, tanto em eletrólito ácido quanto em eletrólito alcalino. A modificação do rGO com Nb2O5 ou ZrO2 pelo método hidrotermal aumentou a atividade catalítica desse substrato para a RRO. A maior eletrogeração de H2O2 foi observada na presença do ZrO2. De fato, um aumento de 73,7% para 88,5% em K2SO4 0,1 mol L-1 (pH =2), e de 72,9% para 83,1% em NaOH 0,1 mol L-1, foi observado em rGO e ZrO2-rGO, respectivamente. Além disso, o ZrO2-rGO apresentou menor sobrepotencial para a RRO comparado ao rGO sem modificador. Portanto, a presença das nanopartículas de óxidos metálicos na matriz condutora de carbono amorfo intensificou a atividade catalítica para a eletrogeração do H2O2, tanto em carbono Printex 6L quanto em óxido de grafeno reduzido, indicando o efeito sinérgico entre as nanopartículas e o subtrato de carbono. Consequentemente, os catalisadores avaliados neste trabalho são promissores para a eletrogeração de espécies oxidantes in situ e sua aplicaçao em POAs. / In situ electrogeneration of hydrogen peroxide has been greatly application in Advanced Oxidation Processes (AOPs) as an effective water treatment technology. In this context, the development of electrode materials that enable the oxygen reduction reaction (ORR) mechanism through a two-electron pathway with high selectivity at low overpotential has a pronounced importance. In the present study, we investigate the properties of Ta2O5, MoO3, Nb2O5 or ZrO2 nanoparticles supported on Printex 6L carbon and reduced graphene oxide for the electrocatalysis of oxygen reduction to H2O2. The structures and morphologies of these materials were characterized by X-ray diffraction analysis, transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy. Electrochemical activities toward the ORR were evaluated using a rotating ring-disk electrode system. Printex 6L carbon showed a current efficiency for H2O2 production (I(H2O2)%) of 65.3% in K2SO4 0.1 mol L-1 (pH =2) whereas the carbon heat-treated by the polymeric precursor method displayed 76.5% yield of H2O2 electrogeneration. Carbon Printex 6L modified with Ta2O5, MoO3, Nb2O5 or ZrO2 nanoparticles shifted the half-wave potential for the ORR to less negative potential and increased the I(H2O2)%. The Nb2O5/C showed the highest I(H2O2)%, 87,1%, and the ZrO2/C shifted the potential 137 mV. The comparative study of ORR in acid and alkaline media for the three different conductive carbon pigment showed that the reduced graphene oxide displayed higher activity to oxygen reduction than graphene oxide and Printex 6L carbon. Reduced graphene oxide modified with Nb2O5 or ZrO2 nanoparticles by hydrothermal method increased the catalytic activity of this substrate for ORR which the highest H2O2 electrogeneration was observed for ZrO2-rGO. Indeed, an increase from 73.7% to 88.5% in K2SO4 0.1 mol L-1 (pH =2) and from 72.9% to 83.1% in NaOH 0.1 mol L-1 was obtained for rGO and ZrO2-rGO, respectively. Additionally, the ZrO2-rGO electrocatalyst exhibited overpotential lower than that of rGO unmodified. Therefore, the metallic oxides nanoparticles in both carbon Printex 6L and reduced graphene oxide enhanced the catalytic activity for H2O2 electrogeneration indicating the synergistic effect between the nanoparticles and the amorphous carbon. The catalysts evaluated in this study are promising for in situ electrogeneration of oxidizing agents to be used in the degradation of organic pollutants.

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DaniloS_Dissert.pdf: 5168115 bytes, checksum: 4eef89b1faaafc0dc7f33e05bfdaa190 (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work studied the application of niobium pentoxide (Nb2O5) individually as substrate of microstrip antennas, when processed by powder technology. Powder with a particle size D50 of 40 &#120583;m Nb2O5 was compressed in the pressure of 55 MPa, 111 MPa and 166 MPa and was sintered at temperatures of 800 ° C, 900 ° C, 1000 ° C and 1100 ° C for 4 h. Subsequently, the processed samples were characterized electricaly, physicaly and mechanicaly. In electrical characterization were obtained they loss tangent values and permittivity in two frequency bands (0,2 GHz to 4,0 GHz and 8,2 GHz to 12,4 GHz). In mechanical characterization, the tensile strength limit was calculated indirectly by diametrical compression test. In the physical characterization, their porosity, mass percentage variations and dimensional variations values were calculated. In addition, samples were characterized by the methods of X-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy. Devices were also made with the produced substrates. These were characterized in the frequency range of 2,0 GHz to 14,0 GHz. Subsequently, several observations and conclusions were made. Among the main ones are: all made devices functioned as an antenna; the variation of the parameters of the manufacturing process resulted in changes in the electrical properties of the substrates, and consequently made the operating parameters antennas; all of the substrates produced seemed slightly weak and little mechanically resistant; the values of permittivity and loss tangent were according with the indications of the bibliography / O presente trabalho estudou a aplicação do pentóxido de nióbio (Nb2O5) individualmente como substrato de antenas de microfita, quando processado pela tecnologia do pó. O Pó com granulometria D50 40 &#120583;m do Nb2O5 foi compactado nas pressões de 55 MPa, 111 MPa e 166 MPa e foi sinterizado nas temperaturas de 800 °C, 900 °C, 1000 °C e 1100 °C, durante 4 h. Subsequentemente, as amostras processadas foram caracterizadas elétrica, estrutural e mecanicamente. Na caracterização elétrica, foram obtidos valores da tangente de perdas e da permissividade elétrica em duas faixas de frequência (de 0,2 GHz a 4,0 GHz e de 8,2 GHz 12,4 GHz). Na caracterização mecânica, o limite de resistência à tração foi calculado indiretamente pelo ensaio de compressão diametral. Na caracterização estrutural, foram calculados valores de porosidade e de variações percentuais mássicas e dimensionais. Além disso, as amostras foram caracterizadas pelos métodos de difração de raios-X, de microscopia eletrônica de varredura e de espectroscopia de energia dispersiva. Também foram confeccionados dispositivos com os substratos produzidos. Esses foram caracterizados na faixa de frequência de 2,0 GHz a 14,0 GHz. Dentre as conclusões obtidas, pode-se destacar que todos os dispositivos confeccionados funcionaram como antena; a variação dos parâmetros do processo de fabricação acarretou na variação das propriedades elétricas dos substratos e, consequentemente, nos parâmetros de funcionamento das antenas confeccionadas; os substratos produzidos se mostraram todos frágeis e pouco resistentes mecanicamente; os valores da permissividade elétrica e da tangente de perdas que foram obtidos condisseram com as indicações da bibliografia consultada

Made available in DSpace on 2016-12-08T15:56:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz Antonio Alves.pdf: 4887074 bytes, checksum: 2921556dad24ae9311fe651e5a0ccdcf (MD5) Previous issue date: 2014-07-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Titanium nitride (TiN) films with niobium (Nb) addition (TiN[Nb], 0,01 < Nb/Ti < 0,15) were obtained by sputter deposition in a triode magnetron sputtering system from a mosaic target of titanium with niobium inserts at the erosion zone. The effects of Nb/Ti in surface morphology were analyzed by atomic force and confocal microscopy measurements. The reflectivities of the films with niobium incorporation are in agreement with the Drude-Lorentz model. The constants obtained by the fitting show an increase in plasma frequency and relaxation time with increased Nb/Ti ratio, indicating an increase in the number of charge carriers. The color parameters according CIELab system show an increase in L*, a* and b* coordinates. The visual analysis indicates an increased red tone when compared with pure TiN film in agreement with the increased absolute values of a* coordinates. / Filmes de nitreto de titânio com adição de nióbio ((TiN[Nb], 0,01 < Nb/Ti < 0,15) foram depositados pelo processo de pulverização catódica utilizando um sistema Triodo Magnetron Sputtering. A pulverização catódica de Titânio e Nióbio foi feita a partir de um alvo de titânio com insertos de nióbio dispostos na região de erosão. Foram analisados os efeitos da razão Nb/Ti na morfologia superficial do filme através de microscopia de força atômica e confocal. As medidas de refletividade dos filmes de TiN[Nb] obedecem perfeitamente o modelo de Drude-Lorentz. As constantes obtidas pelo modelo de Drude-Lorentz mostram um aumento nos valores da frequência de plasma e tempo de relaxação com o aumento na razão Nb/Ti, indicando que a presença de nióbio aumenta o número de portadores de carga. Os parâmetros de cor segundo o sistema CIELab mostram um aumento nas coordenadas L*, a* e b*. A análise visual das amostras mostra uma tonalidade avermelhada, quando comparadas com o filme contendo somente TiN, em concordância com o aumento absoluto nas coordenadas a*.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This investigated the use of equiangular channel press (ECAP) in samples of pure niobium at room temperature up to 14 passes, using the Bc route, with a matrix with intersection angle between the channels of θ = 90º and 120º, with and curvature angle Ψ = 0°. During ECAP (equal channel angular pressing) deformation a bar is pressed through a rigid matrix consisting of two channels of the same cross-section, which intersect at an angle θ. The microstructure of the deformed samples has been analyzed with the aid of optic microscopy, scanning electron microscopy and Vickers Hardness (HV). With the deformation of pure niobium through ECAP, it was possible to refine the structure and increase the hardness due to the increase of the number of passes and the type of matrix. The results indicated that deformation of the niobium with a pass in the matrices of 90 ° and 120 ° was enough to produce the refinement of the microstructure and practically double the hardness values in relation to the material without deformation. The maximum microstructural refinement, steady state, occurred with 8 passes in the 120 ° matrix and 6 passes in the 90 ° matrix, indicating a higher deformation severity of the last matrix. The microstructures analyzed by scanning electron and optical microscopes revealed the microstructural changes with the increase of the number of passes and the type of matrix. / Este trabalho investigou o uso da prensagem em canais equiangulares (ECAP) em amostras de nióbio puro na temperatura ambiente até 14 passes, utilizando a rota Bc, com matrizes contendo ângulo de intersecção entre os canais de θ = 90º e 120°. Durante a deformação ECAP uma barra é pressionada através de uma matriz rígida consistindo de dois canais de mesma seção transversal, os quais se interceptam a um ângulo θ. A microestrutura das amostras deformadas foi analisada com auxílio de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e dureza Vickers (HV). Com a deformação do nióbio puro através do ECAP foi possível refinar a estrutura e aumentar a dureza em função do aumento do número de passes e do tipo de matriz. Os resultados indicaram que deformação do nióbio com um passe, nas matrizes de 90º e 120°, foi suficiente para produzir o refinamento da microestrutura e praticamente dobrar os valores de dureza em relação ao material sem deformação. O refinamento microestrutural máximo, estado estacionário, ocorreu com 8 passes na matriz de 120° e 6 passes na matriz de 90°, indicando maior severidade de deformação da última matriz. As microestruturas analisadas por microscopias ótica e eletrônica de varredura revelaram as mudanças microestruturais com o aumento do número de passes e com o tipo de matriz. / São Cristóvão, SE