O aluminato de magnésio (MgAl2O4; espinélio) apresenta propriedades mecânicas superiores quando comparado aos materiais cerâmicos tradicionais, tais como elevados módulo elástico (273 GPa) e resistência à flexão (110 MPa), associadas à baixa densidade (3,58 g/cm3), baixo índice de reflexão (1,736), índice de transmissão óptica elevado no espectro visível e espectros no infravermelho com comprimentos de onda médios (0,2 - 5,5 µm), além da ausência de anisotropia óptica, devido à sua estrutura cúbica. No entanto, MgAl2O4 é utilizado principalmente como material refratário, apesar de possuir grande potencial em aplicações que exijam blindagem transparente leve. Nanopartículas de espinélio já foram preparadas anteriormente por diferentes métodos. Contudo, o domínio de um processo industrial contínuo, escalonável e versátil para a preparação de MgAl2O4 dopado ainda permanece como um desafio para expandir as aplicações deste material. Dentre as vias de síntese habituais utilizadas para produzir nano-óxidos, a Pirólise de Spray gerado por Pulverização Ultrassônica (PSPU) tem sido utilizada com sucesso para sintetizar nanopartículas esféricas, nanofios, nanofitas e nanovaretas. Neste contexto, o presente trabalho confirma o potencial da PSPU para produzir espinélio dopado em um processo contínuo. A influência dos parâmetros envolvidos na síntese do aluminato de magnésio por meio desta técnica, assim como o efeito da presença do cálcio e do fluoreto de lítio sobre a morfologia e a estrutura das partículas, foram investigadas por fluorescência de raios X, difração de raios X, espectroscopia no infravermelho, granulometria por difração laser, microscopia eletrônica de varredura e adsorção de N2. Finalmente, as propriedades mecânicas do produto final sinterizado foram avaliadas visando estabelecer uma correlação com as condições de síntese. O processo de síntese de aluminato de magnésio por meio do sistema de PSPU desenvolvido nas dependências do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo demostrou-se eficaz para a produção de amostras de aluminato de magnésio puro após a etapa de sinterização, desde que respeitada a estequiometria do composto após a etapa de síntese. Por meio desta técnica, esferas micrométricas de MgAl2O4 dopadas com Ca(NO3)2 e LiF, apresentando tamanhos médios de cristalito na faixa de 3,5 - 7,0 nm e áreas de superfície específicas de 20 a 40 m2/g, foram produzidas como aglomerados esféricos de aproximadamente 2,5 µm. Durante o processo, as partículas permaneceram a temperaturas elevadas durante um curto período de tempo (de 35 a 70 segundos), permitindo a estabilidade de fases e aumento do tamanho de grãos limitado. Destaca-se ainda que as condições de síntese e/ ou incorporação de aditivos devem ser ajustados para a obtenção de amostras com maior área de superfície específica após a PSPU, o que acarretará em um produto final sinterizado com maior teor de densificação e dureza. Dessa forma, os melhores resultados foram obtidos a maiores temperaturas de pirólise e com incorporação do aditivo LiF, demonstrado a necessidade de futuros estudos mais aprofundados a respeito dos limites máximos destas variáveis para a obtenção de um produto final otimizado. Finalmente, as propriedades balísticas das amostras também foram analisadas através da aplicação de fórmulas empíricas para avaliação da fragilidade (B) e da habilidade do material dissipar energia balística (critério D), onde se observou que as amostras sintetizadas sem aditivos apresentaram boa concordância em relação aos valores reportados na literatura para a alumina. A amostra aditivada com LiF, no entanto, apresentou um incremento no critério D de cerca de 43% em relação à alumina com 99,7% de pureza, evidenciando o efeito deste aditivo nas propriedades balísticas do aluminato de magnésio produzido pela PSPU. / Magnesium aluminate (MgAl2O4; spinel) possesses superior mechanical properties when compared to traditional ceramic materials, such as high elastic modulus (273 GPa) and flexural strength (110 MPa), associated with low density (3.58 g/cm3), low reflection index (1.736), high optical transmission in visible and mid-wavelength infrared spectra (0.2 - 5.5 µm), and no optical anisotropy due to its cubic structure. However, MgAl2O4 is primarily used as a refractory material, despite its great potential as a transparent lightweight armor. Spinel nanoparticles have been previously prepared by different methods. Nevertheless, a continuous, scalable, and versatile process for the preparation of doped MgAl2O4 still remains a challenge for expanding applications. Among the usual synthesis routes used to produce nano-oxides, Ultrasonic Spray Pyrolysis (USP) has been successfully employed to synthesize nanoparticles as spheres, nanowires, nanoribbons and nanorods. In this context, the present work confirms the potential of USP to produce doped spinel in a continuous setup. The influence of the parameters involved in the synthesis of magnesium aluminate through this technique, as well as the effect of the presence of calcium and lithium fluoride on the morphology and structure of the particles, were investigated by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, infrared spectroscopy, laser diffraction for particle size analysis, scanning electron microscopy and N2 adsorption. Finally, the mechanical properties of the sintered product were evaluated in order to establish a correlation with the synthesis conditions. The magnesium aluminate synthesis process through the USP system developed at the Department of Metallurgical and Materials Engineering of the Polytechnic School of the University of São Paulo was effective for the production of pure magnesium aluminate samples after the sintering stage, if the stoichiometry of the compound after the synthesis step is observed. Through this technique, micrometric spheres of Ca(NO3)2 and LiF doped MgAl2O4 with crystallite size in the range from 3.5 - 7.0 nm and specific surface areas varying from 20 to 40 m2/g, were produced as spherical agglomerates of approximately 2.5 µm. During the process, the particles stay at high temperatures for a short period (from 35 to 70 seconds), allowing phase stability and limited coarsening. It should also be noted that the synthesis conditions and / or the incorporation of additives must be adjusted in order to obtain samples with greater specific surface area after the USP, which will result in a sintered final product with a higher densification and hardness. Therefore, the best results were obtained at higher pyrolysis temperatures and with the incorporation of LiF additive, demonstrating the need for further studies on the maximum limits of these variables to obtain an optimized final product. Finally, the ballistic properties of the samples were also analyzed by the application of empirical formulas to evaluate the brittleness (B) and the ability of the material to dissipate ballistic energy (criterion D), where it was observed that the samples synthesized without additives showed good agreement with the values reported in the literature for alumina. The sample containing LiF additive, however, showed an increase in the D criterion of about 43% in relation to alumina with 99.7% purity, evidencing the effect of this additive on the ballistic properties of magnesium aluminate produced by USP.

Este trabalho investigou a deposição dos filmes finos de ferritas de lantânio dopado com estrôncio e cobalto La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ (LSCF) através da técnica de spray pirólise empregando precursores inorgânicos e silício como substrato. Foram utilizados água e etanol na proporção de (3:1) como solvente na preparação da solução a ser aspergida. As deposições foram realizadas em diferentes temperaturas: 130ºC, 150ºC, 170ºC e 200ºC. Os filmes de LSCF antes e após o tratamento térmico foram analisados por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O spray de deposição dos filmes em função das soluções com diferentes proporções de etanol (0%, 50%, 75% e 100%) foi investigado utilizado uma câmera rápida de alta resolução e um laser com comprimento de onda 532 nm. Os resultados evidenciaram que a temperatura de ebulição do solvente e de deposição são parâmetros importantes na determinação da morfologia dos filmes. Maiores teores de etanol promovem um aumento nos valores do ângulo de cone e que a propriedade da tensão superficial exerce significativamente maior influência nos aspectos que envolvem a estrutura do spray, a atomização do líquido, formação de gotas e no ponto de ruptura das soluções Os resultados de DRX apresentaram a fase cristalina majoritária de LSCF após o tratamento térmico a 750°C por 2 horas e a fase secundária de La2O3. As imagens de MEV evidenciaram a formação de filmes para as distâncias de deposição de 120 mm, embora apenas na temperatura de 200°C apresentasse uma estrutura porosa antes e após o tratamento térmico. A presença de interdifusão e microporosidade foi observada para esse filme. Para as diferentes composições de LSCF nas condições de 120 mm e a 200°C, apenas as composições de La1-xSrxCo0,2Fe0,8 com x = 0,6, 0,9 e 0,7 apresentaram estrutura porosa após o tratamento térmico. O filme de La0,8Sr0,2Co0,2Fe0,8 apresentou maior condutividade iônica/elétrica e energia de ativação. A presença de fases secundárias (La2O3, SrO2 e La2CoO3) contribuiu para a redução da condutividade elétrica e iônica e a energia de ativação. / This work investigated the deposition conditions of thin lanthanum ferrite films doped with strontium and cobalt – La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ (LSCF) through the spray pyrolysis technique using inorganic precursors and silicon as a substrate. Water and ethanol were used in the proportion (3:1) as solvent in the preparation of the solution to be sprinkled. The depositions were carried out at different temperatures: 130°C, 150°C, 170°C and 200°C. The films of LSCF were analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy before and after thermal treatment. The XRD results showed the obtainment of crystalline phase of LSCF after thermal treatment at 750°C/2hours and secondary phase of La2O3. The sprays of solutions with different proportions of ethanol (0%, 50%, 75% and 100%) were analyzed using a fast high-resolution camera and a laser with a wavelength of 532nm.The results showed those deposition temperature and solvente boiling points are important parameters to determine the thin morphology Higher ethanol levels promote an increase in the cone angle values and that the property of the surface tension exerts significantly greater influence on issues involving the structure of the spray, the atomization of the liquid, the droplets formation and the breaking point of the solutions. The XRD results showed the obtainment of majority crystalline phase of LSCF after thermal treatment at 750°C/2 hours with the presence of secondary phase of La2O3. The SEM images showed formation of films for the distance of 120 mm, although only at the temperature of 200°C it presents porous morphology before and after thermal treatment. The presence of interdiffusion and microporosity was observed for this film. For different LSCF compositions under the conditions of 120 mm and 200°C, the films of La1-xSrx Co0,2Fe0,8 with x = 0,6; 0,9 and 0,7 presented porous morphology after thermal treatment. Otherwise, the film of La0,8Sr0,2Co0,2Fe0,8 showed the highest ionic/electrical conductivity. The presence of secondary phase (La2O3, SrO2 and La2CoO3) evidenced by XRD promoted a decrease in ionic/electrical conductivity and in the activation energy.

A pirólise de aerossóis ou spray pirólise (SP, do inglês Spray Pyrolysis) é uma importante metodologia para a obtenção de luminóforos e diferentes matrizes sólidas em dimensões nano a micrométricas, desde a escala laboratorial ao nível industrial. O arranjo experimental permite o ajuste de uma ampla faixa das temperaturas de pirólise (100 a 1000 °C), possibilitando que sistemas de interesse sejam obtidos em uma única etapa. Contudo, não existe um controle eficiente do ambiente de coordenação do íon emissor e a simetria deste será consequência do ambiente imposto pela estrutura cristalina ou amorfa da matriz sólida final. O tratamento térmico rápido, característico desta metodologia, pode dificultar a total cristalização de determinadas fases e, sendo assim, uma heterogeneidade nos sítios de simetria será obtida. Este trabalho tem como objetivos estudar as propriedades luminescentes de aluminatos dopados com íons terras raras. E nesse sentido, propuseram-se inicialmente metodologias para a obtenção de diferentes matrizes inorgânicas por SP visando o estudo do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Num primeiro momento, foi proposto a metodologia para a obtenção de matrizes inorgânicas por SP mantendo a estrutura do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Nesta estratégia foi escolhido um meio inorgânico estável, protegendo os íons terras raras ativos de perturbações externas, estável tanto do ponto de vista químico e térmico durante o processo de pirólise, YVO4:Eu3+ foi o escolhido por possuir sítios de simetria bem definidos e por ser um composto de grande interesse tecnológico. Ainda dentro dos objetivos, estudou a síntese de aluminatos dopados com íons ítrio visando à formação de sistemas compósitos (-Al2O3 / YAG). Os compostos foram primeiro obtidos pela co-dopagem com íons Eu3+ visando um estudo estrutural, e posteriormente, sistemas contendo Itérbio/Érbio e Itérbio/Túlio foram preparados, visto que são escassos os trabalhos que descrevem a síntese de partículas com propriedades de conversão ascendente de energia pela metodologia de pirólise de aerossol. A fase YAG foi obtida para diferentes proporções de Y3+/Al3+, porém também foi obtido a fase meta estável YAlO3 (YAH) em uma única etapa, sendo que essa fase é reportada na literatura como de difícil obtenção. Os compostos obtidos foram caracterizados principalmente por espectroscopia de fotoluminescência (espectros de emissão/excitação e tempos de vida), espectroscopia vibracional, Difratometria de raios X de pó, microscopia eletrônica e análise térmica / Spray Pyrolysis (SP) is an important methodology to obtain phosphors and different solid matrices in a nano-to-micrometric dimension, ranging from the laboratory scale up to the industrial level. The experimental arrangement allows the adjustment of a wide range of pyrolysis temperatures (100 up to 1000 ° C), which allows the system of interest obtention in a single step. However, there is no efficient control concerning the emitter ion coordination environment, and its symmetry will be a consequence of the environment imposed by the resultant solid matrix crystalline or amorphous structure. The rapid thermal treatment, which is the main characteristic of this methodology, it might hinder the total crystallization of certain phases and, thus, heterogeneity in the symmetry sites will be obtained. This study aims to study the luminescent properties of aluminates doped with Rare Earth (RE) ions. Under this perspective, several methodologies have been initially proposed in order to obtain different inorganic matrices using SP to study lanthanides coordination sites. At first, the methodology for obtaining inorganic matrices through SP maintaining the structure of the lanthanide ion coordination site was proposed. In this strategy, a stable (both chemically and thermally) inorganic medium was chosen, protecting the active rare earth ions from external perturbations during the pyrolysis process. YVO4:Eu3+ was selected for presenting well-defined symmetry sites and for its wide technological appeal. Moreover, the synthesis of aluminates doped with yttrium ions to form composite systems (-Al2O3 / YAG) has been carried out. The compounds were first obtained by co-doping with Eu3+ ions for a structural study. Subsequently systems containing Ytterbium / Erbium and Ytterbium / Yttrium were prepared, since there is a lack of description of these systems in the literature when its considered the synthesis of particles with energy upward conversion properties by aerosol pyrolysis methodology. The YAG phase was obtained using different proportions of Y3+/Al3+, but the stable YAlO3 (YAH) phase was also attained in a single step, even being reported as difficult to achieve in the literature. The compounds synthesized were characterized mainly by photoluminescence spectroscopy (emission/excitation spectra and lifetimes), vibrational spectroscopy, powder X-ray diffraction, electron microscopy and thermal analysis

For the past few decades, Ni-YSZ (yttria-stabilized zirconia) has been the dominate anode material of high temperature (>1000¢J) solid oxide fuel cells (SOFCs). However, the conductivity of Ni/YSZ is not enough when the operation temperature is in the intermediate rage of 500~700¢J. Instead, Ni/CGO is a good candidate as the anode material of intermediate temperature SOFCs (IT-SOFC), due to its enhanced conductivity. This work was aimed at the preparation of Ni/CGO composite anodes using the electrostatic assisted ultrasonic spray pyrolysis (EAUSP) method. By properly adjusting the deposition parameters, highly porous composite films with desired phases and microstructure rendering low electrode impedances were obtained. The results indicated that deposition temperature and the applied voltage dictated the evolution of film morphology and hence the interface impedance between the electrode and the electrolyte. Therefore, the optimum deposition parameters for the best microstructure and hence minimum interface impedance were 12 kV for the applied voltage, 6 : 4 for the Ni-CGO mole ratio, 450¢J for the deposition temperature. The microstructure thus obtained possessed a cauliflower-like structure with high porosity. The resultant interface impedance at 550¢J was 0.09 Ωcm2, lower than that obtained from the conventional anode preparation routes of dip-casting (0.14 Ωcm2) or mechanical mixing (0.12 Ωcm2).

Nanoparticle and nanoparticulate films have been grown by a unique approach combining a microwave and nebulized droplets where the concentration and thus the resulting particle size can be controlled. The goal of such a scalable approach was to achieve it with the least number of steps, and without using expensive high purity chemicals or the precautions necessary to work with such chemicals. This approach was developed as a result of first using a laser unsuccessfully to achieve the desired films and particles. Some problems with the laser approach for growing desired films were solved by substituting the higher energy microwave for the laser. Additionally, several materials were first attempted to be grown with the laser and the microwave, and what was learned as result of failures was implemented to successfully demonstrate the technique. The microwave system was characterized by using direct temperature measurements and models. Where possible, the temperature of deposition was determined using thermocouples. In the region of the waveguide, the elemental spectral lines were measured, and the temperature was calculated from measured spectral peaks. From the determined temperature, a diffusion calculation modeled the rate of heat transfer to the nebulized droplets. The result of the diffusion calculations explained the reason for the failure of the laser technique, and success for the microwave technique for simple chemistries. The microwave assisted spray pyrolysis (MPAS) technique was used to grow ZnO nanoparticles of varying size. The properties of the different size particles was measured by optical spectroscopy and magnetic measurements and was correlated to the defects created. The MPAS technique was used to grow films of Ca3Co4O9 containing varying sizes of nanoparticulates. The resistivity, Seebeck coefficient, and the power factor (PF) measured in the temperature range of 300-700 K for films grown by MPAS process with varying concentrations of calcium and cobalt chlorides are presented. Films with larger nanoparticles showed a trend toward higher PFs than those with smaller nanoparticles. Films with PFs as high as 220 μW/mK 2 were observed in films containing larger nanoparticles.

Nanocomposite thin films with gold nanoparticles embedded in a host metal oxide prepared by spray pyrolysis deposition have been investigated. A single-step process has been developed using a one-pot solution containing precursors for both gold nanoparticles and host metal oxides. The films obtained display combined features of colouration, electrical conductivity and solar control. In this study two precursors for gold nanoparticles were used: preformed gold colloids and HAuCl₄. Three metal oxide host materials, TiO₂, SnO₂ and ZnO, were investigated. These films were deposited at a substrate temperature of 200-600 °C. Powder X-ray diffraction analysis reveals the presence of metallic gold. SEM inspection typically showed particulate gold of 5-20 nm in diameter, distributed at the surface or within the host matrix. Optical spectroscopy showed an intense absorption in the visible region due to the characteristic surface plasmon resonance (SPR) effects of gold nanoparticles. The wavelength of the SPR peaks varies depending on the refractive index of surrounding host material which is significantly influenced by the substrate deposition temperature. On the other hand, SnO₂ and ZnO, together with the introduction of dopants, were further investigated as suitable materials for transparent conducting oxides (TCO). SnO₂:F films were found to attain very low electrical resistivity, while ZnO films exhibit higher transparency in the visible. A double layered structure with a TCO layer of SnO₂:F on top of a layer embedded with gold nanoparticles has been employed to achieve the combined functionalities of conductivity and colouration. The electrical conductivity is significantly enhanced compared to a nanocomposite single layer film due to the introduction of the TCO top layer. In this thesis, spray pyrolysis deposition has demonstrated a simple and rapid approach to the production of a variety of thin films. It can be immediately integrated with current industrial coating equipment and scaled up for large-scale production process.

Solid oxide fuel cell (SOFC) research is currently underway to improve performance, cost and durability by lowering the operating temperature to ~600°C. One approach is to design fabrication processes capable of tailoring desirable cathode microstructures to enhance mass and charge transfer properties through the porous medium. The aim of this study is to develop a cost effective fabrication technique for deposition of novel microstructures, specifically, functionally graded thin films of LSM oxide with porosity graded structure for use as IT- SOFCs cathode. Spray pyrolysis method was chosen as a low-temperature processing technique for deposition of porous LSM films onto dense YSZ substrates. The effort was directed toward the optimization of the processing conditions for deposition of high quality LSM films with variety of morphologies in the range of dense to porous microstructures. Results of optimization studies on spray parameters revealed that the substrate surface temperature is the most critical parameter influencing the roughness and morphology, porosity, cracking and crystallinity of the film. Physical and chemical properties of deposited thin films such as porosity, morphology, phase crystallinity and compositional homogeneity have shown to be extensively dependent on the deposition temperature as well as solution flow rate and the type of precursor solution among other parameters. The LSM film prepared from organo-metallic precursor and organic solvent showed a homogeneous crack-free microstructure before and after heat treatment as opposed to aqueous solution. Also, increasing the deposition temperature and the solution flow rate, in the specific range of 520-580 ℃ and 0.73-1.58 ml/min, respectively, leads to change the microstructure from a dense to a highly porous film. Taking the advantage of simplicity of spray pyrolysis technique combined with using metal-organic compounds, the conventional ultrasonic spray system was modified to a novel system whereby highly crystalline multi-layered porosity graded LSM cathode with columnar morphology and good electrical conductivity in the range of 500-700 °C was fabricated through a multi-step spray and via applying optimum combination of spray parameters. This achievement for the current graded LSM cathode would allow its use in IT-SOFCs.

Submitted by Denis Expedito Martins (denisexpeditomartins@yahoo.com.br) on 2018-01-22T12:35:28Z No. of bitstreams: 1 dissertação final DENIS.pdf: 2001070 bytes, checksum: 1015da2c8a0b759457a6f0471f26be1c (MD5) / Rejected by Ana Paula Santulo Custódio de Medeiros null (asantulo@rc.unesp.br), reason: Falta a capa no arquivo pdf. Deve ser utilizada aquela entregue pela Seção Técnica de Pós-Graduação no dia da Defesa. on 2018-01-22T16:51:24Z (GMT) / Submitted by Denis Expedito Martins (denisexpeditomartins@yahoo.com.br) on 2018-01-22T21:19:14Z No. of bitstreams: 1 dissertação final DENIS.pdf: 2353770 bytes, checksum: 2b86a8520d49b45d153eb873f0403561 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Santulo Custódio de Medeiros null (asantulo@rc.unesp.br) on 2018-01-23T13:02:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 martins_de_me_rcla.pdf: 2264546 bytes, checksum: c6a41db1fcf4e53fca66f918fed76ebf (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T13:02:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 martins_de_me_rcla.pdf: 2264546 bytes, checksum: c6a41db1fcf4e53fca66f918fed76ebf (MD5) Previous issue date: 2018-01-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta o estudo das propriedades elétricas de filmes finos de óxidos condutores transparentes (TCOs) obtidos por spray-pirólise. A fabricação de filmes finos de TCOs depositados por sputtering ou laser pulsado (PLD) é atraente para aplicações optoeletrônicas devido à alta condutividade elétrica e transmitância na faixa do visível, porém a dificuldade em cobrir grandes áreas é um fator limitante para o aumento da escala de produção. Por outro lado, a utilização de soluções de precursores orgânicos permite o uso de métodos de deposição relativamente simples (por exemplo, spin coating, spray, roll-to-roll, dentre outros) que permitem a cobertura de áreas extremamente grandes. Particularmente, o processo de spray-pirólise é um método de deposição simples, versátil, eficiente e de baixo custo que tem vários parâmetros de fabricação que podem ser variados para alcançar um desempenho ótimo do dispositivo. Desenvolvemos um sistema de deposição de spray-pirólise totalmente automatizado utilizando soluções aquosas de precursores de TCOs para obter filmes homogêneos, que foram avaliados para aplicação em dispositivos semicondutores através do desempenho elétrico quantificado pela técnica de caracterização elétrica d.c. corrente-tensão (I-V). Para determinar os melhores parâmetros de fabricação, variou-se a temperatura dos substratos (vidro de borosilicato) durante a deposição de 250 ºC a 400 ºC, o número de camadas depositadas (1 a 5), o tempo de deposição (de 5 a 150 s), diferentes pressões do ar comprimido utilizado no aerógrafo (0,7 a 2 bar), a concentração da solução (de 0,5 % a 3 % em massa) e a razão molar Al:Zn (de 5 % a 30 %), para os filmes de AZO. Utilizaram-se eletrodos de alumínio evaporados a vácuo com diferentes razões de aspecto (1/18, 2/9, 5/13, 5/9 e 8/9) para determinar a resistência de folha sobre toda a área do filme. Para determinar a condutividade elétrica dos filmes foi necessário fazer análise de microscopia de forca atômica (AFM) para descobrir a espessura dos filmes. A análise termogravimétrica (TGA) e a análise por infravermelha (FTIR) foram também utilizadas para verificar a formação da fase de óxido metálico dos compostos e a análise de difração de raio-X (XRD) foi utilizada para identificar qual a estrutura formada nos filmes / This work presents the study of the electrical properties of thin films of transparent conductors oxides (TCOs) obtained by spray-pyrolysis deposition. The fabrication of thin films of TCOs by RF sputtering or pulsed-laser deposition (PLD) is attractive for optoelectronic applications due the high electric conductivity and transmittance in the visible spectrum range. However the difficulty to cover extra-large areas is a limiting factor for upscaling production. On the other hand, the use of organic precursor solutions allow the use of relatively simple deposition methods (e.g. spin-coating, spray, roll-to-roll) that enable the coverage of very large areas. Particularly, spray-pyrolysis is a simple, versatile, efficient and of low cost deposition method wich has several manufacturing parameters that can be varied to achieve optimal device performance. We developed a fully automated spray-pyrolysis deposition system using aqueous solutions of TCOs precursors to obtain very homogeneous films, wich were evaluated for application to semiconductor devices by d.c. current-voltage (I-V) analysis. To determine the optimum manufacturing parameters, we varied the temperature of the substrates (borosilicate glass) during the deposition from 250 ºC to 400 ºC, the number of deposited layers (from 1 to 5), the deposition time of each layer (from 5 to 150 s), different network pressures (0,7 and 2 bar), the solution concentration (from 0,5 % to 30 % w/w) and the Al:Zn molar ration (from 5 % to 30 %), for AZO fims. Thermally vacuum evaporated aluminum electrodes with different aspect ratios (1/18, 2/9, 5/13, 5/9 and 8/9) were used to determine the sheet resistance over the whole film area. To determine the electrical conductivity of the films it was necessary to perform atomic force microscopy analysis (AFM) to discover the thickness of the films. Thermogravimetric analysis (TGA) and infrared analysis (FTIR) were also used to verify the formation of the metal oxide phase of the compounds and the X-ray diffraction analysis (XRD) was used to identify which structure formed in the films. / CAPES: 1633460.

Orientador: Victor Ciro Solano Reynoso / Banca: Cláudio Luiz Carvalho / Banca: Celso Xavier Cardoso / Resumo: Neste trabalho foram depositados em substrato vítreo, filmes finos de Óxido de Zinco puro (ZnO) e dopados com alumínio (ZnO:Al) e manganês (ZnO:Mn), utilizando a técnica spray-pirólise. Foram investigadas as propriedades estruturais, ópticas e elétricas dos filmes, assim como, a dependência com a temperatura de deposição e concentração. As temperaturas utilizadas para deposição dos filmes finos foram 400 ºC e 450 ºC, e a concentração de dopantes variaram de 1 a 5 átomo por cento (at%). As técnicas de difração de raios-X e espectroscopia por refletância no infravermelho foram utilizadas para avaliar as características estruturais dos filmes. A Espectroscopia de transmitância na região do UV-Vis foi utilizada como uma das técnicas no estudo das propriedades ópticas, fornecendo valores da banda proibida. A técnica do ângulo de Brewster, foi utilizada com o intuito de avaliar o índice de refração e a espessura dos filmes finos. A avaliação da resistividade foi realizada com a finalidade de estudar a propriedade elétrica, e medidas do efeito Hall para investigar a densidade dos portadores de carga e mobilidade dos filmes semicondutores. A análise dos difratogramas de raio-X, revela picos de difração típicos de uma estrutura policristalina tipo wurtzita. As medidas de refletância especular por FTIR identificam ligações de estiramento do Zn-O na região de 450 cm-1. A técnica do ângulo de Brewster fornece resultados das espessuras dos filmes finos na faixa de 150 a 240 nm. As medidas de espectroscopia de transmitância na região UV-vis é avaliada em torno de 85%. Com os resultados da espessura dos filmes pelo ângulo de Brewster e medidas de transmitância foi calculado na região de forte absorção o coeficiente de absorção destes filmes. O valor do coeficiente de absorção é um parâmetro fundamental para determinação da banda de energia proibida... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work were deposited in glass substrate, thin films of pure zinc oxide (ZnO) and doped with aluminum (ZnO: Al) and manganese (ZnO: Mn) used the spray-pyrolysis technique. The structural, electrical and optical properties of thin films were investigated in dependence the concentration and temperatures deposition. The thin films temperatures deposition were 400 °C and 450 º C, and the doping concentration were from 1 at% to 5 at% range. The deposition technique used aims to obtain good adhesion to the substrate and uniformity of the films. The X-ray diffraction spectroscopy and infrared reflectance were used to evaluate the structural characteristics of the films. The UV-Vis transmittance spectroscopy was used in the study of optical properties, providing values of band gap. The other technique for this purpose is the Brewster angle technique in order to evaluate the refractive index and thickness of thin films deposited on a glass substrate. The resistivity and Hall Effect measurements were used for to investigate the charge carriers density and mobility in semiconductor films. The analysis of the X-ray diffraction shows typical peaks of polycrystalline wurtzite structure. Measurements the FTIR specular reflectances identify bond stretching of Zn-O in the region of 450 cm-1. The Brewster angle technique provides results the thin films thickness in the 150 to 240 nm range. The thin films UV/VIS transmittance measurements are valued around 85%. With the results of the thin film thickness by Brewster angle and measures transmittance were calculated the absorption coefficient data values in strong absorption region. The absorption coefficient is an important parameter for determination the band gap energy. These values, for the ZnO semiconductor is in 3.2 eV range. The resistivity's measurements by Van der Pauw method showed the resistivity of ZnO thin films doped with... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este trabalho investigou a deposição dos filmes finos de ferritas de lantânio dopado com estrôncio e cobalto La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ (LSCF) através da técnica de spray pirólise empregando precursores inorgânicos e silício como substrato. Foram utilizados água e etanol na proporção de (3:1) como solvente na preparação da solução a ser aspergida. As deposições foram realizadas em diferentes temperaturas: 130ºC, 150ºC, 170ºC e 200ºC. Os filmes de LSCF antes e após o tratamento térmico foram analisados por difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). O spray de deposição dos filmes em função das soluções com diferentes proporções de etanol (0%, 50%, 75% e 100%) foi investigado utilizado uma câmera rápida de alta resolução e um laser com comprimento de onda 532 nm. Os resultados evidenciaram que a temperatura de ebulição do solvente e de deposição são parâmetros importantes na determinação da morfologia dos filmes. Maiores teores de etanol promovem um aumento nos valores do ângulo de cone e que a propriedade da tensão superficial exerce significativamente maior influência nos aspectos que envolvem a estrutura do spray, a atomização do líquido, formação de gotas e no ponto de ruptura das soluções Os resultados de DRX apresentaram a fase cristalina majoritária de LSCF após o tratamento térmico a 750°C por 2 horas e a fase secundária de La2O3. As imagens de MEV evidenciaram a formação de filmes para as distâncias de deposição de 120 mm, embora apenas na temperatura de 200°C apresentasse uma estrutura porosa antes e após o tratamento térmico. A presença de interdifusão e microporosidade foi observada para esse filme. Para as diferentes composições de LSCF nas condições de 120 mm e a 200°C, apenas as composições de La1-xSrxCo0,2Fe0,8 com x = 0,6, 0,9 e 0,7 apresentaram estrutura porosa após o tratamento térmico. O filme de La0,8Sr0,2Co0,2Fe0,8 apresentou maior condutividade iônica/elétrica e energia de ativação. A presença de fases secundárias (La2O3, SrO2 e La2CoO3) contribuiu para a redução da condutividade elétrica e iônica e a energia de ativação. / This work investigated the deposition conditions of thin lanthanum ferrite films doped with strontium and cobalt – La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ (LSCF) through the spray pyrolysis technique using inorganic precursors and silicon as a substrate. Water and ethanol were used in the proportion (3:1) as solvent in the preparation of the solution to be sprinkled. The depositions were carried out at different temperatures: 130°C, 150°C, 170°C and 200°C. The films of LSCF were analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy before and after thermal treatment. The XRD results showed the obtainment of crystalline phase of LSCF after thermal treatment at 750°C/2hours and secondary phase of La2O3. The sprays of solutions with different proportions of ethanol (0%, 50%, 75% and 100%) were analyzed using a fast high-resolution camera and a laser with a wavelength of 532nm.The results showed those deposition temperature and solvente boiling points are important parameters to determine the thin morphology Higher ethanol levels promote an increase in the cone angle values and that the property of the surface tension exerts significantly greater influence on issues involving the structure of the spray, the atomization of the liquid, the droplets formation and the breaking point of the solutions. The XRD results showed the obtainment of majority crystalline phase of LSCF after thermal treatment at 750°C/2 hours with the presence of secondary phase of La2O3. The SEM images showed formation of films for the distance of 120 mm, although only at the temperature of 200°C it presents porous morphology before and after thermal treatment. The presence of interdiffusion and microporosity was observed for this film. For different LSCF compositions under the conditions of 120 mm and 200°C, the films of La1-xSrx Co0,2Fe0,8 with x = 0,6; 0,9 and 0,7 presented porous morphology after thermal treatment. Otherwise, the film of La0,8Sr0,2Co0,2Fe0,8 showed the highest ionic/electrical conductivity. The presence of secondary phase (La2O3, SrO2 and La2CoO3) evidenced by XRD promoted a decrease in ionic/electrical conductivity and in the activation energy.