Filmes finos de óxido de nióbio têm sido usados em muitas aplicações tecnológicas. Existem pelo menos três óxidos estáveis de nióbio: NbO, NbO2 e Nb2O5 e cada um deles tem propriedades específicas. O Nb2O5 é a forma termodinamicamente mais estável e apresenta propriedades físicas e químicas únicas, como alto índice de refração, band gap largo, excelente estabilidade química e resistência à corrosão, baixa absorção óptica no campo da luz visível até regiões próximas ao infra-vermelho, sendo amplamente utilizados como filtros de interferência óptica de alta qualidade. Neste trabalho foram depositados filmes de óxido de nióbio por meio da técnica de sputtering reativo sobre substratos de silício e borossilicato. Os filmes finos foram obtidos com vazão de oxigênio variando entre 15 e zero sccm. O objetivo deste trabalho foi a caracterização das propriedades ópticas dos filmes. Foram avaliados o índice de refração e a espessura pela técnica de elipsometria, o band gap pelo método de Tauc e a razão atômica e a densidade superficial por meio de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS). Foram obtidos espectros de transmitância e refletância por Espectrofotometria UV/Vis/NIR e o coeficiente de extinção foi calculado pelo método de Hong. Todos estes parâmetros são importantes para aplicação em dispositivos ópticos. Nos filmes depositados com vazão de oxigênio de 15 sccm foi observado que o índice de refração aumenta com o aumento da espessura dos filmes e que o composto formado foi Nb2O5. Para uma vazão de 2,0 sccm foi encontrado o composto NbO2 e o filme apresentou alta absorção ótica. Os resultados sugerem que outros óxidos de nióbio ou nióbio metálico foram incorporados nos filmes conforme o fluxo de oxigênio foi diminuído. Foi observada uma relação direta entre a diminuição da vazão de oxigênio durante a deposição e um aumento da quantidade de nióbio nos filmes, acompanhados de um aumento do índice de refração e da densidade superficial. / Niobium oxide thin films have been used in many technological applications. There are at least three stable niobium oxides: NbO, NbO2 and Nb2O5 and each one has specific properties. The Nb2O5 is the most stable thermodynamically form having unique physical and chemical properties such as high refractive index, wide band gap, excellent chemical stability and corrosion resistance, low optical absorption in the field of visible light to near the infrared regions, being widely used as high quality optical interference filters. In this work niobium oxide thin films were deposited by reactive sputtering technique on silicon and borosilicate substrates. The films were obtained by using oxygen flow rates varying from 15 up to zero sccm. The objective of this work was the optical characterization of niobium oxide films. The refractive index and the thickness were evaluated by ellipsometry technique, the band gap by TAUC method and the atomic ratio and the surface density by means of Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Spectral transmittance and reflectance spectrophotometry by UV / Vis / NIR curves were obtained and the extinction coefficient was calculated by the method of Hong. All of these parameters are important for application in optical devices. In the films deposited with oxygen flow of 15 sccm it was observed that the refractive index increases with increasing thickness of the films and analyzes indicated that Nb2O5 forms for when a flow rate of 15 sccm is used. For a flow rate of 2.0 sccm it was found NbO2 and a high optical absorption. As the flow of oxygen used in the deposition of the films was decreased, there were signs that were incorporated in the films other oxides of niobium or niobium metal itself. A direct relationship between decreased of oxygen flow during deposition and a increase in niobium quantity in the films, accompanied by an increase in the refractive index and surface density was observed.

Este trabalho concentra-se na preparação e caracterizações estrutural e espectroscópica de materiais nanoestruturados à base de SiO2-Nb2O5 dopados e codopados com íons Er3+, Yb3+ e Eu3+ na forma de pós e guias de onda planares. Os nanocompósitos foram preparados através de uma nova rota sol-gel utilizando óxido de nióbio como precursor em substituição ao alcóxido de nióbio. A correlação estrutura propriedades luminescentes foi estudada por difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho, espectroscopia vibracional de espalhamento Raman, análise térmica, reflectância difusa e especular, espectroscopia de fotoluminescência e acoplamento M-line. Inicialmente foi avaliado a influência da concentração de nióbio nas propriedades estruturais e luminescentes de nanocompósitos (100-x)Si-xNb dopados e codopados com íons Er3+, Yb3+ e Eu3+ tratados termicamente a 900 °C por 3h. A cristalização do Nb2O5 foi dependente da concentração de Nb na matriz, com a distribuição dos íons lantanídeos preferencialmente no Nb2O5, afetando as propriedades luminescentes. Para os nanocompósitos codopados com íons Er3+ e Yb3+ foram obtidos valores de largura de banda a meia altura (FWHM) da ordem de 70 nm na região de 1550 nm e tempos de vida de até 5,2 ms. A emissão na região do visível, decorrente de processos de conversão ascendente, revelou-se dependente da concentração de nióbio. Foi verificada emissão preferencial na região do verde para menores concentrações de Nb. Enquanto que, para as maiores concentrações, processos de relaxação cruzada levaram a um aumento relativo na intensidade de emissão na região do vermelho. A eficiência quântica de emissão dos nanocompósitos (100-x)Si-xNb dopados com Eu3+ variou com o comprimento de onda de excitação, refletindo os diferentes sítios de simetria ocupados por este íons nesta estrutura complexa. A influência da temperatura de tratamento térmico no processo de cristalização do Nb2O5 em nanocompósitos 70Si:30Nb codopados com íons Er3+ e Yb3+ foi avaliada. Material amorfo foi obtido a 700 °C enquanto que a 900 e 1100 °C foram identificas as fases ortorrômbica (fase T) e monoclínica (fase M) do Nb2O5. Intensa emissão na região de 1550 nm com valores de FWHM de 52 e 67 nm e tempos de vida de 5,6 e 5,4 ms foram verificados a 700 e 900 °C sob excitação em 977 nm, respectivamente. Por fim, foram obtidos guias de onda planares com excelentes propriedades ópticas e com grande potencial de aplicação em dispositivos de amplificação óptica. Especificamente, materiais fotônicos com banda larga de emissão na região do infravermelho foram preparados, indicando fortemente a potencialidade para a aplicação em telecomunicações envolvendo não somente a banda C como também as bandas L e S em materiais contendo somente íons Er3+ como centros emissores. / This work focuses on the preparation and structural and spectroscopic characterization of nanostructured materials based on Er3+-, Yb3+-, and Eu3+-doped and co-doped SiO2-Nb2O5 as powders and planar waveguides. A new sol-gel route based on niobium oxide instead of niobium alkoxide was used to prepare the nanocomposites. X ray diffraction, transmission electron microscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, TGA/DSC analysis, Diffuse and specular reflectance, photoluminescence spectroscopy, and M-line coupling helped to evaluate the correlation between structure and luminescent properties. Initially, the influence of the Nb content on the structural and luminescent properties of Er3+-, Yb3+-, and Eu3+-doped and co doped (100-x)Si-xNb nanocomposites annealed at 900 °C for 3 h was examined. Nb2O5 crystallization depended on the Nb content; with the lanthanide ions occupied the Nb2O5-rich environment preferentially, which affected the luminescent properties. For the Er3+/Yb3+ co-doped nanocomposites, the full width at half maximum (FWHM) and the lifetime values were as high as 70 nm and 5.2 ms, respectively. The visible emission originating from upconversion processes also depended on the Nb content. For lower Nb concentrations, emission occurred in the green region, whereas cross-relaxation led to emission in the red region for higher Nb concentrations. The emission quantum efficiency of the Eu3+- doped (100-x)Si-xNb nanocomposites changed with the excitation wavelength, showing that these ions occupied different symmetry sites. The effect of the annealing temperature on the Nb2O5 crystallization process was also assessed for the Er3+/Yb3+ co-doped 70Si:30Nb nanocomposites. An amorphous material emerged at 700 °C, whereas the orthorhombic (T-phase) and monoclinic (M-phase) Nb2O5 phases arose at 900 °C and 1100 °C. The nanocomposite emitted in the 1550 nm region under 977-nm excitation. FWHM values of 52 and 67 nm and lifetime values of 5.6 and 5.4 ms were verified at 700 °C and 900 °C, respectively. In conclusion, planar waveguides with excellent optical properties and potential use in optical amplification devices were achieved. More specifically, photonic materials exhibiting an NIR broadband emission were developed. These waveguides are potentially applicable in telecommunication, and materials containing only Er3+ as emitter center should cover not only the C band but also the S and L bands.

A construção de sensor potenciométrico, utilizando Nióbio acoplado a eletrodo de referência de prata/cloreto de prata num mesmo instrumento, possibilita o acompanhamento da variação de potencial que ocorre durante uma reação ácido-base em meio aquoso. Foi utilizado eletrodo de vidro combinado, cuja membrana de vidro foi danificada fisicamente, porém com sua referência interna em pleno funcionamento. O eletrodo de Nióbio foi confeccionado com metal polido ou então com a superfície modificada com óxido eletrodepositado. O crescimento de óxido sobre o Nióbio foi obtido por eletrólise em meio a H3PO4 diluído. O metal ou o par metal/óxido foi fixado no eletrodo de vidro contendo uma solução eletrolítica. O eletrodo de Nióbio não apresenta boa sensibilidade quando utilizado como indicador em potenciometria direta, mas é sensível às variações de potenciais que ocorrem em titulações ácido-base. O eletrodo de Nióbio metálico pode substituir o eletrodo de vidro combinado na determinação do teor de acidez de vinagres. / The construction of potentiometric sensors, using Niobium combined with the reference electrode silver / silver chloride in a single instrument, allows the variation of potential monitoring that occurs during an acid-base reaction in aqueous media. It was used a combined electrode glass, whose glass membrane was damaged physically, but with the internal reference in full operation. The Niobium electrode was made with polished metal or with the surface modified by electrodeposited oxide. The oxide growth was obtained by electrolysis in the H3PO4 diluted media. The metal or metal/oxide was fixed in glass electrode containing a electrolyte solution. The Niobium electrode doesn\'t show sensitivity when used as an indicator in direct potentiometry, but is sensitive to changes of potential that occur in acid-base titrations. The electrode of Niobium metal can replace the glass electrode combined in determining the level of acidity of vinegar.

A construção de sensor potenciométrico, utilizando Nióbio acoplado a eletrodo de referência de prata/cloreto de prata num mesmo instrumento, possibilita o acompanhamento da variação de potencial que ocorre durante uma reação ácido-base em meio aquoso. Foi utilizado eletrodo de vidro combinado, cuja membrana de vidro foi danificada fisicamente, porém com sua referência interna em pleno funcionamento. O eletrodo de Nióbio foi confeccionado com metal polido ou então com a superfície modificada com óxido eletrodepositado. O crescimento de óxido sobre o Nióbio foi obtido por eletrólise em meio a H3PO4 diluído. O metal ou o par metal/óxido foi fixado no eletrodo de vidro contendo uma solução eletrolítica. O eletrodo de Nióbio não apresenta boa sensibilidade quando utilizado como indicador em potenciometria direta, mas é sensível às variações de potenciais que ocorrem em titulações ácido-base. O eletrodo de Nióbio metálico pode substituir o eletrodo de vidro combinado na determinação do teor de acidez de vinagres. / The construction of potentiometric sensors, using Niobium combined with the reference electrode silver / silver chloride in a single instrument, allows the variation of potential monitoring that occurs during an acid-base reaction in aqueous media. It was used a combined electrode glass, whose glass membrane was damaged physically, but with the internal reference in full operation. The Niobium electrode was made with polished metal or with the surface modified by electrodeposited oxide. The oxide growth was obtained by electrolysis in the H3PO4 diluted media. The metal or metal/oxide was fixed in glass electrode containing a electrolyte solution. The Niobium electrode doesn\'t show sensitivity when used as an indicator in direct potentiometry, but is sensitive to changes of potential that occur in acid-base titrations. The electrode of Niobium metal can replace the glass electrode combined in determining the level of acidity of vinegar.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-21Bitstream added on 2014-06-13T20:08:18Z : No. of bitstreams: 1 gasparotto_g_me_araiq.pdf: 3559380 bytes, checksum: fb3a7ae9b231ef8abae43cc0439f427f (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho consiste no estudo da viabilidade para a obtenção de cerâmicas densas de SnO2 com baixa resistividades, dopados com Zn2+, Nb5+ e Al3+. Os pós cerâmicos foram preparados pelo método químico (método Pechini) e por de mistura de óxidos, usando a sinterização em forno microondas. Fez-se a caracterização do pó por difratometria de raios X (DRX), medidas de área superficial (BET) e termogravimetria e termogravimetria diferencial (TG/DTA). Depois de conformar os pós, fez-se a caracterização microestrutral e elétrica dos compactos. A baixa densificação do material é justificada pela presença de microestruturas em formas de agulhas, constituída pelo agente densificante. Os menores resultados de resistividade à temperatura ambiente foram obtidos para as composições SZ100N e S200ZNA, obtidos pelo método Pechini, cujos valores são, respectivamente, 12,4 e 11,3 Ω.cm. Quando aumentou a temperatura de 50º a 400ºC, os menores resultados de resistividade foram obtidos pelo material preparado por mistura de óxidos com valor próximo a 5 Ω.cm / The present work is to study the viability to obtain high densification of SnO2 with low resistivity doped Zn2+, Nb5+ and Al3+. The ceramic powders were prepared by chemical method (Pechini method) and by solid state reaction, using the microwave sintering. There was the characterization by powder X-ray diffraction (XRD), surface area measurements (BET) and thermogravimetry and differential thermogravimetry (TG/DTA). After conforming the powder, it was the characterization of electrical and microestrutral compact. The low densification of the material is justified by the presence of microstructures in forms of needles constituted of the densifying agent. The lowest specific resistivity at room temperature were obtained for the compositions and S200ZNA SZ100N, obtained by Pechini method, whose values are respectively 12.4 and 11.3 Ω.cm. When the temperature increased from 50 º to 400 º C, the lowest resistivity results were obtained for material prepared by mixing oxides with a value next 5 Ω.cm

Este trabalho concentra-se na preparação e caracterizações estrutural e espectroscópica de materiais nanoestruturados à base de SiO2-Nb2O5 dopados e codopados com íons Er3+, Yb3+ e Eu3+ na forma de pós e guias de onda planares. Os nanocompósitos foram preparados através de uma nova rota sol-gel utilizando óxido de nióbio como precursor em substituição ao alcóxido de nióbio. A correlação estrutura propriedades luminescentes foi estudada por difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho, espectroscopia vibracional de espalhamento Raman, análise térmica, reflectância difusa e especular, espectroscopia de fotoluminescência e acoplamento M-line. Inicialmente foi avaliado a influência da concentração de nióbio nas propriedades estruturais e luminescentes de nanocompósitos (100-x)Si-xNb dopados e codopados com íons Er3+, Yb3+ e Eu3+ tratados termicamente a 900 °C por 3h. A cristalização do Nb2O5 foi dependente da concentração de Nb na matriz, com a distribuição dos íons lantanídeos preferencialmente no Nb2O5, afetando as propriedades luminescentes. Para os nanocompósitos codopados com íons Er3+ e Yb3+ foram obtidos valores de largura de banda a meia altura (FWHM) da ordem de 70 nm na região de 1550 nm e tempos de vida de até 5,2 ms. A emissão na região do visível, decorrente de processos de conversão ascendente, revelou-se dependente da concentração de nióbio. Foi verificada emissão preferencial na região do verde para menores concentrações de Nb. Enquanto que, para as maiores concentrações, processos de relaxação cruzada levaram a um aumento relativo na intensidade de emissão na região do vermelho. A eficiência quântica de emissão dos nanocompósitos (100-x)Si-xNb dopados com Eu3+ variou com o comprimento de onda de excitação, refletindo os diferentes sítios de simetria ocupados por este íons nesta estrutura complexa. A influência da temperatura de tratamento térmico no processo de cristalização do Nb2O5 em nanocompósitos 70Si:30Nb codopados com íons Er3+ e Yb3+ foi avaliada. Material amorfo foi obtido a 700 °C enquanto que a 900 e 1100 °C foram identificas as fases ortorrômbica (fase T) e monoclínica (fase M) do Nb2O5. Intensa emissão na região de 1550 nm com valores de FWHM de 52 e 67 nm e tempos de vida de 5,6 e 5,4 ms foram verificados a 700 e 900 °C sob excitação em 977 nm, respectivamente. Por fim, foram obtidos guias de onda planares com excelentes propriedades ópticas e com grande potencial de aplicação em dispositivos de amplificação óptica. Especificamente, materiais fotônicos com banda larga de emissão na região do infravermelho foram preparados, indicando fortemente a potencialidade para a aplicação em telecomunicações envolvendo não somente a banda C como também as bandas L e S em materiais contendo somente íons Er3+ como centros emissores. / This work focuses on the preparation and structural and spectroscopic characterization of nanostructured materials based on Er3+-, Yb3+-, and Eu3+-doped and co-doped SiO2-Nb2O5 as powders and planar waveguides. A new sol-gel route based on niobium oxide instead of niobium alkoxide was used to prepare the nanocomposites. X ray diffraction, transmission electron microscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, TGA/DSC analysis, Diffuse and specular reflectance, photoluminescence spectroscopy, and M-line coupling helped to evaluate the correlation between structure and luminescent properties. Initially, the influence of the Nb content on the structural and luminescent properties of Er3+-, Yb3+-, and Eu3+-doped and co doped (100-x)Si-xNb nanocomposites annealed at 900 °C for 3 h was examined. Nb2O5 crystallization depended on the Nb content; with the lanthanide ions occupied the Nb2O5-rich environment preferentially, which affected the luminescent properties. For the Er3+/Yb3+ co-doped nanocomposites, the full width at half maximum (FWHM) and the lifetime values were as high as 70 nm and 5.2 ms, respectively. The visible emission originating from upconversion processes also depended on the Nb content. For lower Nb concentrations, emission occurred in the green region, whereas cross-relaxation led to emission in the red region for higher Nb concentrations. The emission quantum efficiency of the Eu3+- doped (100-x)Si-xNb nanocomposites changed with the excitation wavelength, showing that these ions occupied different symmetry sites. The effect of the annealing temperature on the Nb2O5 crystallization process was also assessed for the Er3+/Yb3+ co-doped 70Si:30Nb nanocomposites. An amorphous material emerged at 700 °C, whereas the orthorhombic (T-phase) and monoclinic (M-phase) Nb2O5 phases arose at 900 °C and 1100 °C. The nanocomposite emitted in the 1550 nm region under 977-nm excitation. FWHM values of 52 and 67 nm and lifetime values of 5.6 and 5.4 ms were verified at 700 °C and 900 °C, respectively. In conclusion, planar waveguides with excellent optical properties and potential use in optical amplification devices were achieved. More specifically, photonic materials exhibiting an NIR broadband emission were developed. These waveguides are potentially applicable in telecommunication, and materials containing only Er3+ as emitter center should cover not only the C band but also the S and L bands.

Filmes finos de óxido de nióbio têm sido usados em muitas aplicações tecnológicas. Existem pelo menos três óxidos estáveis de nióbio: NbO, NbO2 e Nb2O5 e cada um deles tem propriedades específicas. O Nb2O5 é a forma termodinamicamente mais estável e apresenta propriedades físicas e químicas únicas, como alto índice de refração, band gap largo, excelente estabilidade química e resistência à corrosão, baixa absorção óptica no campo da luz visível até regiões próximas ao infra-vermelho, sendo amplamente utilizados como filtros de interferência óptica de alta qualidade. Neste trabalho foram depositados filmes de óxido de nióbio por meio da técnica de sputtering reativo sobre substratos de silício e borossilicato. Os filmes finos foram obtidos com vazão de oxigênio variando entre 15 e zero sccm. O objetivo deste trabalho foi a caracterização das propriedades ópticas dos filmes. Foram avaliados o índice de refração e a espessura pela técnica de elipsometria, o band gap pelo método de Tauc e a razão atômica e a densidade superficial por meio de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS). Foram obtidos espectros de transmitância e refletância por Espectrofotometria UV/Vis/NIR e o coeficiente de extinção foi calculado pelo método de Hong. Todos estes parâmetros são importantes para aplicação em dispositivos ópticos. Nos filmes depositados com vazão de oxigênio de 15 sccm foi observado que o índice de refração aumenta com o aumento da espessura dos filmes e que o composto formado foi Nb2O5. Para uma vazão de 2,0 sccm foi encontrado o composto NbO2 e o filme apresentou alta absorção ótica. Os resultados sugerem que outros óxidos de nióbio ou nióbio metálico foram incorporados nos filmes conforme o fluxo de oxigênio foi diminuído. Foi observada uma relação direta entre a diminuição da vazão de oxigênio durante a deposição e um aumento da quantidade de nióbio nos filmes, acompanhados de um aumento do índice de refração e da densidade superficial. / Niobium oxide thin films have been used in many technological applications. There are at least three stable niobium oxides: NbO, NbO2 and Nb2O5 and each one has specific properties. The Nb2O5 is the most stable thermodynamically form having unique physical and chemical properties such as high refractive index, wide band gap, excellent chemical stability and corrosion resistance, low optical absorption in the field of visible light to near the infrared regions, being widely used as high quality optical interference filters. In this work niobium oxide thin films were deposited by reactive sputtering technique on silicon and borosilicate substrates. The films were obtained by using oxygen flow rates varying from 15 up to zero sccm. The objective of this work was the optical characterization of niobium oxide films. The refractive index and the thickness were evaluated by ellipsometry technique, the band gap by TAUC method and the atomic ratio and the surface density by means of Rutherford backscattering spectrometry (RBS). Spectral transmittance and reflectance spectrophotometry by UV / Vis / NIR curves were obtained and the extinction coefficient was calculated by the method of Hong. All of these parameters are important for application in optical devices. In the films deposited with oxygen flow of 15 sccm it was observed that the refractive index increases with increasing thickness of the films and analyzes indicated that Nb2O5 forms for when a flow rate of 15 sccm is used. For a flow rate of 2.0 sccm it was found NbO2 and a high optical absorption. As the flow of oxygen used in the deposition of the films was decreased, there were signs that were incorporated in the films other oxides of niobium or niobium metal itself. A direct relationship between decreased of oxygen flow during deposition and a increase in niobium quantity in the films, accompanied by an increase in the refractive index and surface density was observed.

An automated ellipsometer was used to study field-induced optical anisotropy in anodic niobium oxide films. The oxide films were found to change from the optically isotropic state to the optically anisotropic state when an electric field was applied normal to the film surface. The anisotropic refractive indices of the oxide films decreased quadratically while the thickness of the films increased quadratically with the applied field. The quadratic electro-optic coefficients were determined. The changes in refractive indices and in thickness of the oxide films were found to be independent of time. Field recrystallization of the anodic niobium oxide films was investigated using a scanning electron microscope. The results are compared with those reported for anodic tantalum oxide films in the published literature. / Applied Science, Faculty of / Electrical and Computer Engineering, Department of / Graduate

The research work presented in this thesis reports for the first time the fabrication of Titanium Niobium complex oxide (TiNb2O7 (TNO)) thin films by employing pulsed laser deposition and their use as the anode material in Li-ion micro batteries. Chapter 1 provides a brief introduction to complex metal oxides as multifunctional materials. In the first section of this chapter, a brief introduction is given about the history of TNO complex oxide material. The complex structure and properties of TNO oxide are also discussed briefly. In the second section, the importance and need of thin film batteries in emerging applications is discussed. Finally, the specific objectives of the current research are outlined in the last section. Chapter 2 gives the details about various experimental methods and characterization tools used in this research. The first part gives a brief overview about the principles and the use of different experimental methods involved in the growth of TNO thin films using pulsed laser deposition. Details, including the laboratory setup designed for PLD growth, also described briefly. In the second part, the different state-of-the-art characterization tools used in this research are described in terms of their principles and their applications such as measuring structural, morphological, chemical and electrochemical properties. Chapter 3 describes the synthesis and characterization of TNO bulk targets prepared via solid state reaction. In the first part, the detailed descriptions of experimental conditions are given. In the second part, the study of as-prepared TNO targets by various characterization tools such as XRD, Raman, SEM and XPS for understanding its structure, morphology and chemical properties are discussed briefly. The emphasis is made on the preparation of a quality target by careful observations. Chapter 4 mainly describes the comprehensive studies carried out on the fabrication and characterization of TNO thin films using PLD. In the first part, the preliminary experimental conditions for the growth of TNO thin films on Pt (200)/TiO2/SiO2/ Si (100) substrates are explained briefly. The importance of primary understanding about target-laser interaction through the structural, morphology changes observed by various characterization tools is discussed. In the latter part of the chapter, the effects of systematic variation of deposition parameters on the properties of the grown TNO thin films are described extensively. Various advanced characterization tools are used to study the changes in as-grown TNO thin films in terms of their structural, morphological and chemical changes by various advanced characterization tools. Chapter 5 is an account of the state-of-the-art characterization tools that are used on the as-grown TNO thin films for determining structural, compositional and elemental information with nanometer spatial resolution. In the first part, the effects of various processing conditions used during FIB are discussed briefly, along with observed results. An attempt has been made to solve the experimental difficulties during FIB for cross sectional sample preparation for HRTEM analysis. Later, the imaging, diffraction and spectroscopic studies carried out on TNO thin films using HRTEM, STEM HAADF, and EDXS elemental mapping are discussed in detail. Finally, obtained results are correlated to the experimental conditions during PLD growth. Chapter 6 focuses on the usage of as-grown TNO thin films as a new anode material in rechargeable Li-ion micro batteries. The various experimental details, battery cell fabrication, etc are described in the first part of the chapter. Then the comprehensive studies are carried out for demonstrating TNO thin films as anode material in micro batteries. Besides this, the basic cyclic voltammogram and charge-discharge tests carried out on a TNO electrode are discussed in detail. The structural, morphological studies are done before and after the electrochemical cell reaction to understand the crystal stability of TNO as an anode electrode. The effects of important experimental parameters on their electrochemical properties are also described briefly. Finally, the observed results are compared with existing literature. Chapter 7 summarizes the present research reported in this thesis and discusses the future research that could give insight into the understanding and optimization of TNO thin films for better usage in battery applications.

A exploração de fontes alternativas para a produção de energia e produtos químicos ganha cada vez mais relevância devido à crescente demanda mundial por energia, combustíveis e produtos sintéticos. Nesse contexto, a biomassa lignocelulósica passa a ser importante matéria prima e o uso de catalisadores heterogêneos uma via atrativa para a transformação química da biomassa. A associação do Ni com Nb2O5 é promissora para obtenção de um sistema catalítico multifuncional com propriedades ácidas e de hidrogenação. O Brasil é o maior produtor mundial de nióbio e possui enormes quantidades de biomassa lignocelulósica. Assim, o uso de catalisadores à base de nióbio para valorização da biomassa é uma maneira de se agregar ciência e tecnologia a estas matérias primas abundantes em nosso país. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de catalisadores heterogêneos de Ni/Nb2O5 para a exploração da biomassa lignocelulósica como matéria prima para produção de combustíveis e produtos químicos. Nb2O5 foi preparado por duas rotas de síntese, hidrólise básica (HB) que produziu um material amorfo com partículas sem morfologia definida e a síntese hidrotérmica (HT), que produziu um material cristalino com morfologia de nano-bastões. O método HT gerou uma nióbia estável em condições hidrotérmicas e com propriedades texturais e ácidas bastantes superiores do que HB. Foi depositado Ni (5, 10, 15 e 25% m/m) em Nb2O5 e através de experimentos de redução monitorados in situ por técnicas de luz síncrotron ficaram estabelecidas as condições de ativação como sendo temperatura de 320oC e tempo de isoterma de no mínimo 1 h sob fluxo de H2. Isso para obtenção de cristalitos pequenos de Ni0 (2 a 25 nm) e para preservar as propriedades estruturais do suporte. Os catalisadores foram avaliados em reações de hidrodesoxigenação de éter difenílico e o sistema Ni/Nb2O5(HT) apresentou atividade para hidrogenólise da ligações éter, hidrogenação do anel aromático e hidrodesoxigenação, apresentando conversão completa do substrato e seletividade maior que 99% para cicloexano, além de poder ser reciclado por cinco ciclos de reação. 15%Ni/Nb2O5(HT) foi ativo e apresentou boa estabilidade na hidrodesoxigenação de um substrato real de lignina e produziu uma mistura de cicloalcanos e álcoois cíclicos em fase líquida com potencial para ser utilizada como biocombustíveis devido a sua baixa razão O/C. Experimentos exploratórios de conversão de celulose indicaram que o sistema catalítico Ni/Nb2O5(HT) também apresenta potencial para obtenção de polióis e glicóis a partir da fração de carboidratos da biomassa. / The exploitation of alternative resources for the production of energy and chemical products is gaining more and more relevance due to the growing world demand for energy, fuels and synthetic products. In this context, lignocellulosic biomass become an important raw material and the use of heterogeneous catalysts a very attractive way for biomass chemical transformation. The association of Ni with Nb2O5 is promising for obtaining a multifunctional catalytic system with acidic and hydrogenation properties. Brazil is the world\'s largest producer of niobium and has enormous amounts of lignocellulosic biomass. So, the use of niobium-based catalysts for biomass valorisation is a way for adding science and technology to these abundant raw materials in our country. Thus, the aim of this work is the development of heterogeneous Ni/Nb2O5 catalysts for the exploitation of lignocellulosic biomass as raw material for the production of fuels and chemicals. Nb2O5 was prepared by two routes of synthesis, basic hydrolysis (HB) that produced an amorphous material with particles with non-defined morphology and hydrothermal (HT) synthesis that produced a crystalline material with morphology of nano-rods. The HT method produced a stable niobia in hydrothermal conditions and with textures and acidic properties quite higher than HB. Ni (5, 10, 15 and 25 wt.%) was deposited on Nb2O5 and by in situ experiments of reduction monitored by synchrotron light techniques the activation conditions were established as being temperature of 320oC for at least 1 h under H2 flow. This condition enables the production of small crystallites of Ni0 (2 at 25 nm) and for preserving the structural properties of the support. The catalysts were evaluated in hydrodeoxygenation reactions of diphenyl ether and the Ni/Nb2O5(HT) system showed activity for hydrogenolysis of the ether linkages, hydrogenation of aromatic rings and hydrodeoxygenation, converting the substrate completely with selectivity higher than 99% for cyclohexane and being recyclable for five reaction cycles. 15% Ni/Nb2O5(HT) was active for hydrodeoxygenation of a real lignin substrate and exhibited good stability, producing a mixture of cyclic cycloalkanes and alcohols in a liquid phase with potential to be used as biofuels due to their low O/C ratio. Exploratory experiments of cellulose conversion indicated that the Ni/Nb2O5(HT) catalyst also has the potential for obtaining polyols and glycols from the carbohydrate fraction of the biomass.