GOUVEIA, Daniel Xavier. Estudo de compostos lamelares contendo Fe usando Espectroscopia Mössbauer de 57Fe e técnicas complementares. 2006. 119 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-05T20:52:57Z No. of bitstreams: 1 2006_tese_dxgouveia.pdf: 8355694 bytes, checksum: 26ff8e3ed6ee26b0d1972a7024528620 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T14:58:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_tese_dxgouveia.pdf: 8355694 bytes, checksum: 26ff8e3ed6ee26b0d1972a7024528620 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T14:58:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_tese_dxgouveia.pdf: 8355694 bytes, checksum: 26ff8e3ed6ee26b0d1972a7024528620 (MD5) Previous issue date: 2006 / The structural and thermal decomposition properties of Mg-Fe and Co-Cu-Fe hy- drotalcites (HT) have been studied through thermogravimetric analysis, X ray powder difraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy and 57Fe Mössbauer spec- troscopy. In the Mg-Fe system, the destruction of the layered structure took place at about 300 oC. The broad peaks observed in the X ray difractograms suggests that the resultant oxides constitute a solid solution. For samples treated at temperatures higher than 500 oC the formation of the MgO and MgFe2O4 formation of the MgO and MgFe2O4 spinel phases is observed. 57Fe Mössbauer spectroscopy was employed to monitor the Fe chemical environment for the samples annealed at diferent temperatures (100-900 oC). In situ XRD experiments revealed that the HTs start an interlayer contraction at about 180 oC. This phenomenon is identified as being due to a grafting process for which the interlamellar anions attach to the layers through a covalent bond. The reconstruction of the Mg-Fe HTs was also investigated and its eficiency depends on the thermal anneal- ing temperature and on the Mg/Fe ratio. The structure of the reconstructed samples was found to be exactly the same as the parent structure. The in situ 57Fe Mössbauer experiments were performed in the 100-500 oC temperature range confirm an increasing structural disorder in this temperature range. The quadrupolar splitting indicates that the maximum disorder occurs at 300 oC. Regarding the Co-Cu-Fe ternary system we have observed that due to the strong Jahn-Teller effect the Cu-Fe layered system is stabilized only in the presence of Co2+. At low Co2+ contents, additional phases are segregated in the solids. X ray patterns diffraction show the presence of Cu(OH)2 and CuO. The decomposition process was investigated by in situ X ray, in situ Mössbauer and FTIR experiments. By increasing the temperature from 25 oC up to 180 oC we observed that the structural disorder increases. This effect has been likely attributed to the Co2+ to Co3+ oxidation since thermal decomposition was carried out under static air atmosphere. Part of the Co3+ cations could migrate to the interlayer region, thus forming a metastable compound that still has a layered structure. Collapse of the layered structure was ob- served at about 200 oC. By further increasing the temperature the system becomes more crystalline and the formation of Co3O4 is observed in the X ray patterns. In Cu-rich HT, some of the carbonate anions are released at temperatures higher than 550 oC and this phenomenon is attributed to the formation of a carbonate-rich phase. The specific surface area data present its highest values in the temperature range where the collapse of the layered structure takes place. / As propriedades estruturais e de decomposição térmica das hidrotalcitas Mg-Fe e Co-Cu-Fe foram estudadas através de espectroscopia Mössbauer de 57Fe, análise termo- gravimétrica, difração de raios X, e espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR). No sistema Mg-Fe a destruição da estrutura lamelar ocorre em torno de 300 oC. O alargamento dos picos de difração de raios X observados nos difratogramas sugerem que os óxidos resultantes constituem uma solução sólida. Para as amostras tratadas em temperaturas maiores do que 500 oC a formação de fases do tipo MgO e MgFe2O4 é observada. A espectroscopia Mössbauer de 57Fe foi empregada para monitorar o ambiente químico do Fe na faixa 100-900 oC de temperatura. As medidas in situ de difração de raios X revelam que em 180 oC inicia-se uma contração interlamelar. Este fenômeno é atribuído ao processo de “grafting" no qual os ânions interlamelares ligam-se nas camadas através de uma ligação covalente. A reconstrução estrutural da hidrotalcita Mg-Fe também foi investigada. A eficiência da reconstrução estrutural depende da temperatura de tratamento e da razão molar Mg/Fe. A estrutura das amostras reconstruídas são as mesmas da amostra inicial. As medidas in situ de espectroscopia Mössbauer de 57Fe foram realizadas na faixa 100-500 oC confirmaram uma desordem estrutural crescente nesta região de temperaturas. Os valores do desdobramento quadrupolar indicam que o máximo de desordem ocorre em 300 oC. Com relação ao sistema ternário Co-Cu-Fe observamos que devido ao efeito Jahn-Teller o sistema Cu-Fe somente é estabilizado na presença de Co2+. Para baixas concentrações Co2+ fases adicionais segregadas são observadas nos sólidos. Os padrões de difração de raios X indicam a presença de Cu(OH)2 e CuO. O processo de decomposição térmica foi investigado através de difração de raios X, espectroscopia Mössbauer de 57Fe in situ e de espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR). Aumentando a temperatura de tratamento térmico das amostras de 25 oC a 180 oC observamos um aumento da desordem estrutural. Este efeito tem sido atribuído a oxidação Co2+ para Co3+ uma vez que a decomposição foi realizada ao ar. Parte dos cátions Co3+ migram para a região interlamelar formando um composto metastável que ainda possui uma estrutura lamelar. O colapso da estrutura lamelar é observado a 300 oC. Com o aumento posterior da temperatura o sistema torna-se mais cristalino e a formação de Co3O4 é observada através do ensaio de raios X. Nas hidrotalcitas com maior teor de Cu, alguns dos ânions carbonato são liberados somente acima de 550 oC sendo este fenômeno atribuído a formação de uma fase rica em carbonato. Os valores de área superficial específica apresentam um máximo na faixa de temperatura onde ocorre o colapso da estrutura lamelar.

Determinar o conteúdo dos lipídeos presentes nos tecidos animais nem sempre resulta em uma resposta com precisão, devido á pouca disponibilidade de métodos adequados para a extração e determinação quantitativa destes lipídeos. A extração de lipídeos de matrizes complexas, como o pescado, por meio dos métodos tradicionais de Bligh & Dyer e Folch normalmente utilizam solventes com elevada toxicidade, cujos resíduos podem gerar um elevado impacto ambiental. A chamada segurança química está diretamente ligada à qualidade de vida e alerta para as questões de controle e prevenção dos efeitos adversos dos solventes ao ser humano e ao ambiente, compreendendo desde a extração, uso e descarte desses e seus resíduos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi estudar as condições de extração de lipídeos totais de resíduos do processamento de tilápias, visando à proposição de um método alternativo que garanta uma eficiência tão satisfatória quanto as obtidas pelos métodos tradicionais de extração. Ademais, foi desenvolvido um método de extração mais seguro ao ambiente utilizando solventes menos tóxicos que os propostos pelo método de Bligh &Dyer, por meio da aplicação experimental de um diagrama de fases hexano- etanol- água. Após a identificação da melhor combinação de solventes, os extratos obtidos com hexano- etanol apresentaram rendimento eficiente em lipídeos totais e capacidade de extrair os componentes lipídicos polares e apolares das amostras analisadas. O melhor aproveitamento dos lipídeos a serem extraídos da matriz resíduos de peixes na proporção em massa de solvente hexano: etanol: água, foram da solução 1 (1: 7: 1,375) para a carcaça, da solução 2 (1: 2,5: 1,1875) para a cabeça e da solução 4 (4: 1: 4,375) para as vísceras totalizando 14,13%, 14,69 e 47,63% de teor de lipídeos, respectivamente. Logo, ao buscar sistemas de solventes alternativos ao clorofórmio - metanol, para extrair lipídeos de resíduos do processamento de tilápias, foi possível identificar as melhores proporções de hexano: etanol: água como substituição do método tradicional proposto por Bligh & Dyer (1959). / The total lipid content of animal tissues is not always accurately measured due to the lack of adequate methods for lipid extraction and quantitative determination of tissue fat. The extraction of lipids from complex matrices, such as fish, using the traditional methods proposed by Bligh &Dyer and Folch usually, employs solvents with high toxicity, whose residues can generate a high environmental impact. The chemical safety concern nowadays is directly linked to quality of life involving control and prevention of adverse effects of solvents to humans and the environment, ranging from the extraction, use and disposal of these and their residues. Moreover, the procedures of sample preparation, the sample: solvent ratio, the proportion of solvents applied, and the order of addition of solvents during the experiment are not standardized in these methods. Therefore, the present study aimed to assess the extraction conditions of total lipids from fish processing residues, and thus propose a standardized method which ensures a maximum efficiency in lipid extraction. Furthermore, a more environmental-friendly oil extraction method using less toxic solvents than those proposed by the Bligh & Dyer method (i.e. using the hexane-ethanol-water phase diagram) was developed. After identifying the best combination of solvents, the extracts obtained with hexane- ethanol showed effective yield on total lipids and the ability to extract the polar lipid components and nonpolar of the samples. The best use of lipids to be extracted from fish waste matrix, were the solution 1 (1: 7: 1,375) for the carcass of solution 2 (1: 2,5: 1,1875) for the head and the solution 4 (4: 1: 4,375) for the viscera totaling 14,13%, 14,69% and 47,63%(4: 1: 4,375) respectively. Therefore, to seek alternative solvent systems chloroform - methanol to extract lipids of tilapia processing waste, it was possible to identify the best proportions of hexane: ethanol: water as replacing the traditional method proposed by Bligh & Dyer (1959).

Os nitretos do grupo III (BN, AIN,Gan e InN) e suas ligas ternárias Al-GaN e InGaN proporcionam, recentemente, um extraordinário avanço na fabricação de dispositivos opto-eletrônicos operando na região do espectro correspondente ao verde-azul-UV e na produção de dispositivos eletrônicos de alta frequência, alta temperatura e alta potência. Estes materiais semicondutores de gap largo atraíram enorme atenção dos pesquisadores nos últimos anos. O objetivo desta tese é o estudo das propriedades vibracionais dos nitretos do grupo III referente tanto ao cristal perfeito, quanto ao cristal com defeito. Utilizamos como base a Teoria Clássica do Crital Harmônico e o Método das Funções de Green. Com a Teoria Clássica do Cristal Harmônico, juntamente com o Método do Valence Force Filed e o Método da Soma de Ewald, que permitem gerar a matriz dinâmica do sistema, determinamos o comportamento vibracional dos nitretos binários e das ligas ternárias. A utilização destes métodos permitiu a obtenção do espectro de fônons dos nitretos binários, e o estudo do comportamento dos modos ópticos em para as ligas ternárias. A partir da Função de Green do cristal perfeito e da Função de Green do cristal com defeito, obtivemos as frequências e os modos vibracionais localizados e ressonantes introduzidos pela impureza de C e As em GaN. A partir das densidades de estados do cristal perfeito e do cristal com defeito, calculamos a entropia de formação da vacância de N em GaN. Os resultados obtidos foram usados na interpretação de dados experimentais disponíveis na literatura, relativos às propriedades vibracionais dos nitretos na estrutura wurtzita, e na predição e análise de dados experimentais obtidos pelo grupo do Laboratório de Novos Materiais Semicondutores do Instituto de Física da USP para os nitretos zincblende. / The group-III nitrides (BN, AIN, GaN and InN) and their ternary alloys AlGaN and InGaN generated recently an extraordirlary progress in the production of optoelectronic devices operating in the green-blue-UV region of the spectrum, and in the production of electronic devices of high frequency, high temperature and high power. These wide gap semiconductor materials attracted enormous attention in the last years. The objective of this Thesis was to study the vibrational properties of the bulk III nitrides, without and with defects. To accomplish this study we used the Classic Theory of the Harmonic Crystal and the Method of the Green\'s Functions. With the Classic Theory of the Harmonic Crystal, together with the Valence Force Field Method and the Method of the Ewald\'s Sum, that allow to generate the dynamic matrix of the system, we determined the vibrational behavior of the binary nitrides and of the ternary alloys. The use of these methods allowed us to obtain the phonon spectra of the binary nitrides and to study the behavior of the optical modes at of the ternary alloys. Starting from the Green\'s Function of the perfect crystal and the Green\'s Function of the crystal with defect, we obtained the frequencies and the localized and resonant vibrational modes introduced by the C and As impurities in GaN. Starting from the densities of states of the perfect crystal and of the crystal with defect, we calculated the formation entropy of the N vacancy in GaN. The obtained results were used in the interpretation of experimental data related to the vibrational properties of the wurtzite nitrides available in the literature, and in the prediction and analysis of experimental results obtained for zincblende nitrides by the group of the New Semiconductors Materials Laboratory of t11c Physics Institute at USP.

O presente trabalho teve como objetivo estudar o desenvolvimento de ligas ternárias NiTiAg. Foi desenvolvido um procedimento de elaboração para essas ligas via fusão a arco, e produzidos lingotes com teores de Ag variando de 0,18 % a 2,23 % peso Ag, com relação Ni:Ti 1:1. Foram utilizadas análises químicas por EDX e FRX, bem como análises térmicas por DSC para avaliar os lingotes produzidos. Caracterizações microestruturais foram feitas por microscopia de luz visível, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios X. O efeito memória de forma e a superelasticidade das ligas NiTiAg foram avaliados a partir de dados de ensaios mecânicos, e as durezas Vickers dessas ligas também foram medidas. O procedimento de elaboração desenvolvido é composto por uma etapa de fusão e 3 etapas de refusão para homogeneização química. Avaliando os lingotes produzidos, foi possível ver que o procedimento aplicado na fusão é eficaz para produzir lingotes com teores de Ag menores que 1,44 % em peso, os quais se apresentaram com boa homogeneidade química. A liga com 2,23 % peso Ag apresentou segregações superficiais, o que levou a concluir que a dissimilaridade entre os metais que compõe a liga determina o limite de Ag a ser acrescido por fusão a arco. Macroestruturalmente, as ligas são idênticas, uma influência do processo de elaboração e solidificação. Microestruturalmente, essas ligas são compostas por uma matriz de NiTi, a qual pode estar na fase austenítica ou martensítica a depender do teor de Ag, e de partículas de Ag elementar dispersas aleatoriamente na matriz. A Ag influência as transformações martensíticas reduzindo todas as temperaturas de transformação, bem como a entalpia de reação, sobretudo da transformação direta. Existe ainda a indução de fase R devido a solução sólida substitucional que a Ag faz com o Ti. A recuperação de forma das Ligas NiTiAg é influenciada pela presença das partículas de Ag na matriz, a qual tende a reduzir a recuperação de forma, sendo que a liga com 0,18 % peso Ag apresenta recuperação próxima a de uma liga NiTi binária. A dureza das Ligas NiTiAg depende do teor de Ag, sendo o estado termodinâmico da matriz e a quantidade de partículas de Ag os fatores preponderantes para a, dureza final do material. Em suma, conclui-se que as Ligas NiTiAg com baixo teor de Ag podem ser produzidas por fusão a arco, que a Ag influencia as transformações de fase reduzindo as temperaturas características por fazerem solução sólida com o Ti, enriquecendo a matriz de NiTi em Ni, bem como a recuperação de forma das mesmas, nesse caso uma influência das partículas de Ag..

Os nitretos do grupo III (BN, AIN,Gan e InN) e suas ligas ternárias Al-GaN e InGaN proporcionam, recentemente, um extraordinário avanço na fabricação de dispositivos opto-eletrônicos operando na região do espectro correspondente ao verde-azul-UV e na produção de dispositivos eletrônicos de alta frequência, alta temperatura e alta potência. Estes materiais semicondutores de gap largo atraíram enorme atenção dos pesquisadores nos últimos anos. O objetivo desta tese é o estudo das propriedades vibracionais dos nitretos do grupo III referente tanto ao cristal perfeito, quanto ao cristal com defeito. Utilizamos como base a Teoria Clássica do Crital Harmônico e o Método das Funções de Green. Com a Teoria Clássica do Cristal Harmônico, juntamente com o Método do Valence Force Filed e o Método da Soma de Ewald, que permitem gerar a matriz dinâmica do sistema, determinamos o comportamento vibracional dos nitretos binários e das ligas ternárias. A utilização destes métodos permitiu a obtenção do espectro de fônons dos nitretos binários, e o estudo do comportamento dos modos ópticos em para as ligas ternárias. A partir da Função de Green do cristal perfeito e da Função de Green do cristal com defeito, obtivemos as frequências e os modos vibracionais localizados e ressonantes introduzidos pela impureza de C e As em GaN. A partir das densidades de estados do cristal perfeito e do cristal com defeito, calculamos a entropia de formação da vacância de N em GaN. Os resultados obtidos foram usados na interpretação de dados experimentais disponíveis na literatura, relativos às propriedades vibracionais dos nitretos na estrutura wurtzita, e na predição e análise de dados experimentais obtidos pelo grupo do Laboratório de Novos Materiais Semicondutores do Instituto de Física da USP para os nitretos zincblende. / The group-III nitrides (BN, AIN, GaN and InN) and their ternary alloys AlGaN and InGaN generated recently an extraordirlary progress in the production of optoelectronic devices operating in the green-blue-UV region of the spectrum, and in the production of electronic devices of high frequency, high temperature and high power. These wide gap semiconductor materials attracted enormous attention in the last years. The objective of this Thesis was to study the vibrational properties of the bulk III nitrides, without and with defects. To accomplish this study we used the Classic Theory of the Harmonic Crystal and the Method of the Green\'s Functions. With the Classic Theory of the Harmonic Crystal, together with the Valence Force Field Method and the Method of the Ewald\'s Sum, that allow to generate the dynamic matrix of the system, we determined the vibrational behavior of the binary nitrides and of the ternary alloys. The use of these methods allowed us to obtain the phonon spectra of the binary nitrides and to study the behavior of the optical modes at of the ternary alloys. Starting from the Green\'s Function of the perfect crystal and the Green\'s Function of the crystal with defect, we obtained the frequencies and the localized and resonant vibrational modes introduced by the C and As impurities in GaN. Starting from the densities of states of the perfect crystal and of the crystal with defect, we calculated the formation entropy of the N vacancy in GaN. The obtained results were used in the interpretation of experimental data related to the vibrational properties of the wurtzite nitrides available in the literature, and in the prediction and analysis of experimental results obtained for zincblende nitrides by the group of the New Semiconductors Materials Laboratory of t11c Physics Institute at USP.

Determinar o conteúdo dos lipídeos presentes nos tecidos animais nem sempre resulta em uma resposta com precisão, devido á pouca disponibilidade de métodos adequados para a extração e determinação quantitativa destes lipídeos. A extração de lipídeos de matrizes complexas, como o pescado, por meio dos métodos tradicionais de Bligh & Dyer e Folch normalmente utilizam solventes com elevada toxicidade, cujos resíduos podem gerar um elevado impacto ambiental. A chamada segurança química está diretamente ligada à qualidade de vida e alerta para as questões de controle e prevenção dos efeitos adversos dos solventes ao ser humano e ao ambiente, compreendendo desde a extração, uso e descarte desses e seus resíduos. Portanto, o objetivo deste trabalho foi estudar as condições de extração de lipídeos totais de resíduos do processamento de tilápias, visando à proposição de um método alternativo que garanta uma eficiência tão satisfatória quanto as obtidas pelos métodos tradicionais de extração. Ademais, foi desenvolvido um método de extração mais seguro ao ambiente utilizando solventes menos tóxicos que os propostos pelo método de Bligh &Dyer, por meio da aplicação experimental de um diagrama de fases hexano- etanol- água. Após a identificação da melhor combinação de solventes, os extratos obtidos com hexano- etanol apresentaram rendimento eficiente em lipídeos totais e capacidade de extrair os componentes lipídicos polares e apolares das amostras analisadas. O melhor aproveitamento dos lipídeos a serem extraídos da matriz resíduos de peixes na proporção em massa de solvente hexano: etanol: água, foram da solução 1 (1: 7: 1,375) para a carcaça, da solução 2 (1: 2,5: 1,1875) para a cabeça e da solução 4 (4: 1: 4,375) para as vísceras totalizando 14,13%, 14,69 e 47,63% de teor de lipídeos, respectivamente. Logo, ao buscar sistemas de solventes alternativos ao clorofórmio - metanol, para extrair lipídeos de resíduos do processamento de tilápias, foi possível identificar as melhores proporções de hexano: etanol: água como substituição do método tradicional proposto por Bligh & Dyer (1959). / The total lipid content of animal tissues is not always accurately measured due to the lack of adequate methods for lipid extraction and quantitative determination of tissue fat. The extraction of lipids from complex matrices, such as fish, using the traditional methods proposed by Bligh &Dyer and Folch usually, employs solvents with high toxicity, whose residues can generate a high environmental impact. The chemical safety concern nowadays is directly linked to quality of life involving control and prevention of adverse effects of solvents to humans and the environment, ranging from the extraction, use and disposal of these and their residues. Moreover, the procedures of sample preparation, the sample: solvent ratio, the proportion of solvents applied, and the order of addition of solvents during the experiment are not standardized in these methods. Therefore, the present study aimed to assess the extraction conditions of total lipids from fish processing residues, and thus propose a standardized method which ensures a maximum efficiency in lipid extraction. Furthermore, a more environmental-friendly oil extraction method using less toxic solvents than those proposed by the Bligh & Dyer method (i.e. using the hexane-ethanol-water phase diagram) was developed. After identifying the best combination of solvents, the extracts obtained with hexane- ethanol showed effective yield on total lipids and the ability to extract the polar lipid components and nonpolar of the samples. The best use of lipids to be extracted from fish waste matrix, were the solution 1 (1: 7: 1,375) for the carcass of solution 2 (1: 2,5: 1,1875) for the head and the solution 4 (4: 1: 4,375) for the viscera totaling 14,13%, 14,69% and 47,63%(4: 1: 4,375) respectively. Therefore, to seek alternative solvent systems chloroform - methanol to extract lipids of tilapia processing waste, it was possible to identify the best proportions of hexane: ethanol: water as replacing the traditional method proposed by Bligh & Dyer (1959).

Neste trabalho foram efetuados estudos importantes e pioneiros sobre as propriedades estruturais, eletrônicas e termodinâmicas dos nitretos e de suas ligas, através de dois métodos de primeiros princípios distintos, o FLAPW (\"Full-potential Linear Augmented Plane Wave\") e o pseudopotencial combinado com a aproximação quasequímica generalizada. Na primeira parte, utilizando o método FLAPW, calculamos as estruturas de bandas para os nitretos cúbicos do grupo-IH, BN, AIN, GaN e InN. Foram obtidos valores para a constante de rede e \"bulk modulus\" para os nitretos do grupo-III através de cálculos relativísticos da energia total. Através das estruturas de bandas e analisando o topo da banda de valência e o fundo da banda de condução perto do ponto r ou, no ponto k correspondente ao mínimo da banda de condução, derivamos os respectivos valores para as massas efetivas de elétron e de buraco pesado, leve e de \"split-off\' e correspondentes parâmetros de Luttinger. Todos os resultados são comparados com dados experimentais e teóricos existentes na literatura. Na segunda parte, utilizando o método FLAPW, estudamos a influência da impureza de Mg na estrutura eletrônica do GaN cúbico (c-). Realizamos cálculos da otimização da geometria, incluindo deslocamentos dos primeiros e segundos vizinhos, para os casos da impureza com estados de carga neutro e negativo. Obtivemos o valor de 190 meV para o deslocamento de Franck-Condon da energia térmica, o qual apresenta um bom acordo com os dados experimentais de fotoluminescência e efeito Hall. Nós concluímos que os primeiros e segundos vizinhos desempenham um papel importante na determinação das energias do nível aceitador resultante da dopagem do c-GaN com Mg. Na terceira parte, nós apresentamos cálculos das propriedades eletrônicas, estruturais e termodinâmicas de ligas cúbicas envolvendo os nitretos do grupo-III, InxGa1-xN, InxAl-xN, AlxGal-xN, BxGal-xN e BxA1-xN. Nós combinamos o método de expansão de \"clusters\" através da aproximação quasequímica generalizada (\"Generalized Quasichemical Approximation -GQCA\") com cálculos de pseudopotenciais \"ab initio\" DFT-LDA. Para todas a ligas, exceto a de AlxGal-xN, encontramos separação de fase para temperaturas próximas das temperaturas de crescimento. Generalizamos o método de expansão de \"c1usters\" para estudar a influência da tensão biaxial. Encontramos uma significativa supressão da separação de fase induzida pela tensão para as ligas de InxGal-xN e InxAh-xN, sendo no caso da liga de InxGal_xN confirmado experimentalmente. Observamos também que flutuações da energia do \"gap\" da liga de InxGal-xN permitem definir valores mínimo e médio para a energia do \"gap\" com diferentes valores para o \"bowing\". Observamos que a tensão biaxial reduz as flutuações da energia do \"gap\", resultando em uma diminuição do valor do \"bowing\". Através deste estudo mostramos uma possível explicação para a discrepância experimental para valores do \"bowing\". / In this work we performed a pioneer theoretical study of structural, electronic and thermodynamic properties of the group-III nitrides and their alloys, by using two distinct first principles methods, the FLAPW full potential linear augmented plane wave and the pseudopotential-plane-wave method combined with the generalized quasichemical approximation. In the first part of our work, by using the FLAPW, we present the electronic band structures ofthe zinc-blende-type group-III nitrides compounds, BN, AIN, GaN, and InN. Lattice constant and bulk modulus are obtained from fuH relativistic total-energy calculations. Electron, heavy-, light-, and split-off-hole effective masses and corresponding Luttinger parameters are extracted from the band-structure calculations. A comparison with other available theoretical results and experimental data is made. In the second part of our work, by using the FLAPW method, the electronic structure of Mg impurity in zinc-blende (c-) GaN is investigated. Full geometry optimization calculations, including nearest and next-nearest neighbor displacements, were performed for the impurity in the neutral and negatively charged states. A value of 190 meV was obtained for the Franck-Condon shift to the thermal energy, which is in good agreement with that observed in recent low temperature photoluminescence and Hall-effect measurements. We conclude that the nearest and the next-nearest neighbors of the Mg impurity replacing Ga in c-GaN undergo outward relaxations which play an important role in the determination ofthe center acceptor energies. In the third part of our work, we present a study of electronic, structural, and thermodynamic properties of the cubic group-III nitrides alloys, InxGal-xN, InxAll_xN, AlxGal-xN, BxGal-xN e BxAll-xN. We combined the generalized quasichemical approximation (GQCA) with an ab initio pseudopotential-plane-wave method. For alI alIoys, except the AlxGal-xN, we observe a miscibility gap for temperatures near those of the growth. The cluster treatment is generalized to study the influence of biaxial strain. We find a remarkable suppression ofphase separation in InxGal-xN and InxAll-xN induced by strain which is confirmed by experiments on the InxGal_xN alloy. We also observed that the gap fluctuations in the InxGal-xN alloy allow the definition of a minimum gap and an average gap with different bowing parameters. Biaxial strain drastically reduces the gap fluctuations, resulting in a reduction of the bowing. The different gaps and the strain influence investigated provide an explanation for the discrepancies found in the experimental values of the bowing parameter.

O aumento nos rejeitos industriais e a contínua produção de resíduos causam muitas preocupações no âmbito ambiental. Neste contexto, o descarte de pneus usados tem se tornado um grande problema por conta da pequena atenção que se dá à sua destinação final. Assim sendo, essa pesquisa propõe a produção de uma mistura polimérica com polipropileno (PP), a borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM) e o pó de pneu (SRT). A Metodologia de Superfície de Resposta (MSR), coleção de técnicas estatísticas e matemáticas úteis para desenvolver, melhorar e optimizar processos, foi aplicada à investigação das misturas ternárias. Após o processamento adequado em extrusora de dupla rosca e a moldagem por injeção, as propriedades mecânicas de resistência à tração e resistência ao impacto foram determinadas e utilizadas como variáveis resposta. Ao mesmo tempo, a microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi usada para a investigação da morfologia das diferentes misturas e melhor interpretação dos resultados. Com as ferramentas estatísticas específicas e um número mínimo de experimentos foi possível o desenvolvimento de modelos de superfícies de resposta e a otimização das concentrações dos diferentes componentes da mistura em função do desempenho mecânico e além disso com a modificação da granulometria conseguimos um aumento ainda mais significativo deste desempenho mecânico. / The increase in industrial waste and solid waste production cause many concerns in the environment. In this context, the disposal of used tires has become a major problem because of the little attention given to their final destination. Therefore, this research proposes the production of a polymer blend of polypropylene (PP), rubber of ethylene-propylene-diene (EPDM) and tire dust (SRT). The Response Surface Methodology (RSM), a collection of mathematical and statistical techniques useful for developing, improving and optimizing processes, was applied to the investigation of ternary mixtures. After proper processing on twin screw extrusion and injection molding, the mechanical properties of tensile and impact strength were determined and used as response variables. At the same time, scanning electron microscopy (SEM) was used to investigate the morphology of different blends and better interpretation of results. With specific statistical tools and a minimum number of experiments it was possible to develop models of response surfaces and the optimization of the concentrations of different components of the mixture depending on the mechanical performance and even with the change in particle size could increase even more significant this mechanical performance.

Made available in DSpace on 2016-04-27T16:58:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gislaine Carvalho Rasi.pdf: 1747233 bytes, checksum: 4f40765a8bbdc3c1992a7e8627987590 (MD5) Previous issue date: 2009-05-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This research comprehends the multiplicative structures and its objective is to investigate the conceptions the seventh grade students put in motion when they establish ternary relations and the relational calculus. We especially search to verify how these students deal with the multiplicative relations which involve notions of transformation and binary composition, and how they make use of the properties of multiplication. Our theoretical approach is based upon Vergnaud s contributions (1991, 1996) presented in the Conceptual Fields Theory and in the Multiplicative Conceptual Field, mainly on the notions of relation and relational calculus which allowed the elaboration of activities and the results analysis. As for the methodology adopted, we chose the case study, which allowed a better comprehension of the relations established by students during the resolution of multiplicative problems, and thus contributing to the achievement of our objective. With instruments of data collection, we made observations during the activities accomplishment, in two study groups and we collected the children s written record of these activities resolution. We verified, in the data analysis, that students have a certain difficulty in composing two transformations and a concentration in the establishment of ternary relations which involve the transformation notion. These observations demonstrated the importance of improving the work with multiplicative structures in a way to promote a good variety of situations and relations regarding the Multiplicative Conceptual Field, especially the ternary relations, as a law of binary composition with its properties / Esta pesquisa aborda as estruturas multiplicativas e tem como objetivo investigar as concepções que os alunos do sétimo ano mobilizam quando estabelecem relações ternárias e o cálculo relacional. Procuramos, especialmente, verificar como esses alunos tratam as relações multiplicativas que envolvem noções de transformação e de composição binária e como utilizam as propriedades da multiplicação. Nossa fundamentação teórica apóia-se nas contribuições de Vergnaud (1991, 1996) apresentadas na Teoria dos Campos Conceituais e no Campo Conceitual Multiplicativo, sobretudo, nas noções de relação e cálculo relacional que permitiram a elaboração das atividades e a análise dos resultados. Quanto à metodologia, escolhemos o estudo de caso que possibilitou uma melhor compreensão das relações estabelecidas pelos alunos durante a resolução de problemas multiplicativos, propiciando o alcance de nosso objetivo. Como instrumentos de coleta de dados, fizemos observações durante a aplicação das atividades, em dois grupos de estudo e recolhemos o registro escrito pelas crianças da resolução dessas atividades. Na análise dos dados constatamos que os alunos apresentam alguma dificuldade ao compor duas transformações e uma concentração no estabelecimento das relações ternárias que envolvem a noção de transformação. Estas constatações demonstraram a importância da ampliação do trabalho com as estruturas multiplicativas, de modo a promover grande variedade de situações e relações que dizem respeito ao Campo Conceitual Multiplicativo, em especial, às relações ternárias, como uma lei de composição binária com suas propriedades

O aumento nos rejeitos industriais e a contínua produção de resíduos causam muitas preocupações no âmbito ambiental. Neste contexto, o descarte de pneus usados tem se tornado um grande problema por conta da pequena atenção que se dá à sua destinação final. Assim sendo, essa pesquisa propõe a produção de uma mistura polimérica com polipropileno (PP), a borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM) e o pó de pneu (SRT). A Metodologia de Superfície de Resposta (MSR), coleção de técnicas estatísticas e matemáticas úteis para desenvolver, melhorar e optimizar processos, foi aplicada à investigação das misturas ternárias. Após o processamento adequado em extrusora de dupla rosca e a moldagem por injeção, as propriedades mecânicas de resistência à tração e resistência ao impacto foram determinadas e utilizadas como variáveis resposta. Ao mesmo tempo, a microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi usada para a investigação da morfologia das diferentes misturas e melhor interpretação dos resultados. Com as ferramentas estatísticas específicas e um número mínimo de experimentos foi possível o desenvolvimento de modelos de superfícies de resposta e a otimização das concentrações dos diferentes componentes da mistura em função do desempenho mecânico e além disso com a modificação da granulometria conseguimos um aumento ainda mais significativo deste desempenho mecânico. / The increase in industrial waste and solid waste production cause many concerns in the environment. In this context, the disposal of used tires has become a major problem because of the little attention given to their final destination. Therefore, this research proposes the production of a polymer blend of polypropylene (PP), rubber of ethylene-propylene-diene (EPDM) and tire dust (SRT). The Response Surface Methodology (RSM), a collection of mathematical and statistical techniques useful for developing, improving and optimizing processes, was applied to the investigation of ternary mixtures. After proper processing on twin screw extrusion and injection molding, the mechanical properties of tensile and impact strength were determined and used as response variables. At the same time, scanning electron microscopy (SEM) was used to investigate the morphology of different blends and better interpretation of results. With specific statistical tools and a minimum number of experiments it was possible to develop models of response surfaces and the optimization of the concentrations of different components of the mixture depending on the mechanical performance and even with the change in particle size could increase even more significant this mechanical performance.