Revista EIA

OBTENÇÃO DE PRECURSORES COM TAMANHO DE PARTÍCULA NANO E MICROMÉTRICO PARA A FABRICAÇÃO DE MATERIAIS CERÂMICOS COM PROPIEDADES ELÉTRICAS NO LINEAIS

Se comparan resultados respecto al comportamiento eléctrico del material sinterizado, a partir de polvos precursores de materiales cerámicos con propiedades eléctricas no lineales, conocidos como varistores. Los rutas de síntesis investigadas buscando reducir el tamaño de partícula a distribuciones nanométricas, son de precipitación controlada, método Pechini y el método tradicional de mezcla de óxidos. La matriz de los polvos se basa en ZnO dopado con óxidos de Bi, Mn y Sb y se realizan seguimientos en etapas intermedias y finales del proceso por medio de las técnicas Difracción de Rayos X y microscopía electrónica de barrido. Se analizan los resultados del proceso de sinterización establecido según programas de temperatura-tiempo del material precursor, tomando como base las técnicas de Análisis Termogravimétrico y Análisis Térmico Diferencial. Se muestra la superioridad de las rutas químicas respecto a la mezcla de óxidos ya que permiten obtener menores tamaños de partícula, menores temperaturas de densificación, y mejores respuestas eléctricas las cuales están dadas por coeficientes de no linealidad mayores y corrientes de fuga menores.

Results are compared with respect to electrical performance of the sintered material from ceramics precursor powders with nonlinear electrical properties, known as varistors. The synthesis routes investigated to reduce the particle size to nanometer distributions are controlled precipitation, Pechini method and the traditional method of mixed oxides. The matrix of the powders is based on ZnO doped with Bi, Mn and Sb and monitoring is made on intermediate and final stages of the process by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. We analyze the results of the sintering process established under temperature-time programs of the precursor material, based on Thermo gravimetric Analysis techniques and Differential Thermal Analysis. The results show the superiority of the chemical routes compared to the mixture of oxides since with the former it is possible to obtain smaller particle sizes, lower densification temperature, and improved electrical responses given by higher nonlinearity coefficients and lower leakage currents.

Comparamos os resultados respeito ao comportamento eléctrico do material sinterizado, a partir de pós precursores de materiais cerâmicos com propriedades eléctricas no lineais, conhecido como varistores. As rotas de síntese investigadas procurando reduzir o tamanho de partícula a distribuição nanométricas, são de precipitação controlada, método Pechini e o método tradicional de mistura de óxidos. A matriz dos pós é baseada em Zno dopado com óxidos de Bi, Mn e Sb e realizam-se seguimentos em etapas intermediarias e finais do processo por meio de difração de raios X e Microscopia Eletrônica de Barrido. Analisam-se os resultados de processo de sinterização estabelecidos segundo programas de temperatura-tempo no material precursor, com base as técnicas de Análise Termogravimétrica e Análise Térmica Diferencial. Mostra-se a superioridade das rotas químicas respeito à mistura de óxidos já que permitem obter menores tamanho de partícula, menores temperaturas de densificação e menores respostas elétricas dadas por coeficiente de no linearidade mais altos e corrente de fuga menores.

IDENTIFICAÇÃO DUMA NOVA FASE NA ESTRUTURA CRISTALINA DO COMPOSTO QUATERNARIO Cu₂ZnSnSe₄ DURANTE A ETAPA DE INCORPORAÇÃO DO ZnSe

En este trabajo se presenta un estudio de las propiedades estructurales de películas delgadas del compuesto Cu2ZnSnSe4 variando tanto la masa (M X) como la temperatura del sustrato al cual fue evaporado (Ts) el compuesto binario ZnSe. Todas las muestras fueron depositadas por el método de co-evaporación en tres etapas y manteniendo constante los demás parámetros. A partir de las medidas de difracción de Rayos x fue posible establecer con el incremento de la Ts la presencia de fases binarias asociadas al compuesto cuaternario durante el proceso de crecimiento del material. Se encontró que alrededor del pico principal, 2θ = 27,1°, predominan las fases binarias y la presencia del ZnSe que se forma durante la subsecuente etapa de selenización del material. Una especie de bifurcación en el pico principal (2θ = 27,1°) fue observado para la transición entre M ZnSe = 0,153 g a 0,171 g. Medidas de difracción de rayos x fueron realizadas al compuesto binarios puro, observándose una correspondencia con los picos encontrados alrededor del pico principal del compuesto. Un estudio a través de espectroscopia Raman evidenció corrimientos raman asociados a los compuestos binarios observados por XRD. A partir de la ecuación de Scherrer se encontró que los tamaños de los cristalitos variaban entre 80 y 90 nm.

This work presents a study of the structural properties of thin films of the compound Cu2ZnSnSe4 varying both mass (M X) and the substrate temperature which was evaporated (Ts) ZnSe binary compound. All samples were deposited by co-evaporation method in three phases keeping all other parameters constant. From measurements of x-ray diffraction it was possible to establish Ts increasing the presence of associated binary phase's quaternary compound during the growth process of the material. It was found that around the main peak, 2θ = 27,1°, predominantly binary phases and the presence of ZnSe which is formed during the subsequent step of selenization of the material. A sort of fork in the main peak (2θ = 27,1°) was observed for the transition between M ZnSe = 0,153 g to 0,171 g. X-Ray diffraction measurements were made at binary compound pure, observing a correspondence with the peaks found around the main peak of the compound. A study by Raman spectroscopy, Raman shifts associated evidenced binary compounds observed by XRD. From the Scherrer equation it was found that crystallite sizes range between 80 and 90 nm.

Neste trabalho apresenta-se um estudo das propriedades estruturais de películas finas do composto Cu2ZnSnSe4 variando tanto a massa quanto a temperatura do substrato no qual foi evaporado (Ts) o composto binário ZnSe. Todas as amostras foram depositadas com o método de co-evaporação n em três etapas e mantendo constante os outros parâmetros. A partir das medidas de difração de raios x foi possível estabelecer com o incremento da Ts a presença de fases binárias associadas ao composto quaternário durante o processo de crescimento do material. Encontrou-se que ao redor do pico principal, 2θ = 27,1°, predominam as fases binárias e a presença do ZnSe que se forma durante a siguente etapa de selenização do material. Um tip de bifurcação no pico principal (2θ = 27,1°) foi observado para a transição entre M ZnSe = 0,153 g a 0,171 g. Medidas de difração de raios x foram realizadas ao composto binário puro, observou-se uma correspondência com os picos encontrados ao redor do pico principal do composto. Um estudo a través de espectroscopia Raman evidenciou corrimentos Raman associados aos compostos binários observados por XRD. A partir da equação de Scherrer encontrou-se que os tamanhos dos cristalitos variavam entre 80 e 90 nm.

INFLUÊNCIA DE PROCESSO DE MOAGEM DE BOLAS SOBRE AS PROPRIEDADES ESTRUTURAIS E MAGNÉTICAS DE La_0.7Sr_0.3MnO₃

This investigation presents the magnetic and structural properties of ferromagnetic manganite La0.7Sr0.3MnO3, (LSMO), subjected to ball milling processes. The LSMO powder sample was obtained by solid state reaction from high purity precursors. From X-ray diffraction (XRD), the sample showed the characteristic peaks of this phase. By means of thermogravimetric analysis (TGA) assisted by magnetic field, used as first method to measure the Curie temperature TC, the NM (non-milling) LSMO powders exhibited a TC=369.69 K (96.96 oC), which agrees with the magnetization measurements. In order to study size dependent properties, LSMO powder was subjected to mechanical milling processes during 3, 6 and 12 hours. From Rietveld refinement of XRD patterns, a reduction in crystallite average size (Dv) and a stabilization of crystalline structure (the R3c space group), with milling time (tM), were observed. These results are consistent with the Scanning Electron Microscopy (SEM) images, which showed more homogeneity in the grain distribution with longer milling times. From magnetic characterization results, it was found that the saturation magnetization decreases with decreasing grain size (smaller Dv). This behavior is attributed to surface effects that induce magnetically disordered states in smaller particle sizes. However, the TC is kept constant around 365 K and it is independent of tM.

Este trabajo estudia las propiedades estructurales y magnéticas de la manganita La0,7Sr0,3MnO3 (LSMO) obtenida por el método de reacción en estado sólido y sometida a procesos de molienda mecánica. En las medidas de difracción de rayos X, XRD, la muestra en polvo de LSMO presentó los picos característicos de esta fase. La técnica de termogravimetría (TGA) asistida con campo magnético, mostró una temperatura de Curie TC = 369,69 K (=96,96 oC). Este resultado concuerda con la temperatura de la transición magnética, cercana a 365 K. Con el fin de analizar la dependencia de las propiedades magnéticas y estructurales en relación con el tamaño de partícula, las muestras se sometieron a molienda mecánica por 3, 6 y 12 horas. A partir de refinamiento Rietveld de los rayos X, se observó una reducción de tamaño de partícula y una estabilización de la estructura cristalina de grupo espacial R3c, a medida que aumenta el tiempo de molienda tM. Esto es consistente con las imágenes de SEM, que mostraron más homogeneidad de la distribución de tamaño a mayor tM. En las medidas de magnetización en función de la temperatura, se encontró que la magnetización de saturación decrece con la disminución de tamaño de grano (Dv pequeños). Este comportamiento es atribuido a estados magnéticamente desordenados que se generan en la superficie. Sin embargo, la temperatura crítica se mantiene constante alrededor de 365 K e independiente de tM.

Neste trabalho investigámos as propriedades magnéticas e estruturais do manganite ferromagnética La0.7Sr0.3MnO3, (LSMO), quando é sujeito ao processo de moinho. Uma amostra de pó LSMO foi conseguida no estado solido por reação a partir de precursor de grande pureza. A partir de difração com raios x (XRD), a amostra mostrou picos de caraterísticas nesta etapa. Por meio duma análise termogravimétrica (TGA), assistida por campo magnético, usada como primeiro método para medir as temperaturas Curie TC, os pós LSMO NM (Non-milling) mostraram TC=369.69 K (96.96 oC), o que é conformo às medidas da magnetização. Para estudar as propriedades dependentes do tamanho, o pó LSMO foi sujeito ao processo mecânico de moagem durante 3, 6 e 12 horas. De acordo ao padrão de refinamento do XRD de Rietveld, a redução do tamanho médio em cristalitos (Dv) e a estabilização da estrutura cristalina (o grupo R3c space), com o tempo de moagem (tM), foi observado. Este resultado é coerente com as imagens do Scanning Electron Microscopy (SEM), que mostraram mais homogeneidade na distribuição dos grãos durante o processo de moagem. Encontrou-se com os resultados da caracterização magnética que a saturação da magnetização reduz com a redução do tamanho dos grãos (Dv menores). Este comportamento é caraterístico dos efeitos da superfície que provoca estados de desordem magnéticos em partículas menores. Todavia, o TC é mantido constante ao redor de 365 K e é independente do tM.

DISTRIBUIÇÃO DA CARGA EM ANÉIS QUÂNTICOS TIPO II COM EXCÍTON CAPTURADO SOB CAMPO MAGNÉTICO

En este artículo se presenta un método sencillo para calcular las energías y las funciones de onda correspondientes a los estados más bajos de un excitón capturado por un anillo cuántico tipo II de InP, donde el electrón está confinado dentro del anillo y el hueco se localiza fuera de este. En este trabajo se muestra que la ecuación de Schrödinger para las dos partículas es completamente separable en el límite adiabático, es decir, cuando el ancho del anillo es mucho menor que el radio medio del anillo y la masa efectiva del hueco es mucho mayor que la del electrón. Las ecuaciones diferenciales unidimensionales separadas correspondientes a los movimientos del electrón y del hueco en dirección radial han sido solucionadas mediante el método de barrido trigonométrico, mientras que la solución a las ecuaciones para el movimiento rotacional ha sido hallada por medio de una expansión en series de Fourier. Se presentan resultados de los cálculos de algunos de los niveles de energía más bajos en función del ancho y radio del anillo, y de la intensidad de un campo magnético externo aplicado a lo largo del eje de simetría. Las curvas para los niveles de energía respecto a la intensidad del campo magnético presentan cruces que cambian el ordenamiento de los niveles y también muestran oscilaciones en la energía del estado base.

We present a simple method for calculating the energies and wave functions corresponding to the low-lying states of exciton captured by type II InP quantum ring, where the electron is confined in the dot and the hole sits outside. We show that the two-particle Schrödinger equation is completely separable in the adiabatic limit, when the ring's width is much smaller than the ring's centreline radius and the hole effective mass is much larger than one of the electron. The separated one-dimensional differential equations for the electron and the hole motions in the radial direction we solve by using the trigonometric sweep method, while the solutions of the equations for rotational motions we find by means of the Fourier series expansion technique. We present result of calculation of some low-lying energy levels as functions of the ring's width and radius and the strength of the external magnetic field applied along the symmetry axis. The curves of the dependencies of the low-lying energies on the magnetic field strength present crossovers change of the level ordering and oscillation of the ground state energy.

Apresenta-se um método simples para calcular as energias e as funções de onda correspondentes aos estados mais baixos de um excíton capturado por um anel quântico tipo II de InP, onde o eléctron está confinado adentro do anel e o oco localiza-se fora de este. Neste trabalho mostramos que a equação de Schrödinger para as dos partículas é completamente separável no limite adiabático, quer dizer, quando o ancho do anel é muito menor que o raio médio do anel e a massa efetiva do oco é muito maior que a massa do eléctron. As equações diferenciais unidimensionais separadas correspondentes aos movimentos do eléctron e do oco em direção radial foram resolvidas através do método de varredura trigonométrica, enquanto a solução às equações para o movimento rotatório foram encontradas por meio de uma expansão em série de Fourier. Apresenta-a resultados dos cálculos de alguns dos niveles de energia mais baixos em função do ancho e raio do anel, e da intensidade dum campo magnético externo aplicado ao largo do eixo de simetria. As curvas para os níveis de energia respeito à intensidade do campo magnético apresenta interferências que trocam o ordenamento dos níveis e também amostram oscilações na energia do estado base.

SÍNTESE EM UM PASSO DE PARTÍCULAS MAGNÉTICAS COBERTAS COM SURFACTANTE CASEINA

The one-step coprecipitation method is used to obtain magnetic nanoparticles controlling the pH (10 and 12), and casein surfactant (CS) concentrations (1 % and 3 % (m/m)). CS has not been used so far for stabilizing magnetic iron oxide ferrofluids. The magnetic nanoparticles have a magnetite core with maghemite in surface, and a shell of polymer. The transmission electron images confirm the crystallinity, particle size distribution in the range of 5-10 nm, and the spinel structure of the nanoparticles. Mössbauer results at 80 K showed line shapes dominated by magnetic relaxation effects with sextets and combinations of sextets and doublets. The interactions of the surfactant with the nanoparticle surface are strong showing at least two surfactant layers. The magnetic behavior was evaluated by moment versus temperature and magnetic field measurements. The nanoparticles showed superparamagnetic behavior at room temperature and blocked (irreversible) behavior at 5 K. The saturation magnetization presented lower values than reported bulk systems due to the presence of a large layer of maghemite. The FC/ZFC magnetization vs. temperature curves confirmed the superparamagnetic nature of the iron oxide particles and the strong interactions for pH 12 samples and weak interactions for pH 10 samples. The particle growth was dominated by the surface properties of the nanoparticles.

Se usa el método de coprecipitación para obtener nanopartículas magnéticas controlando el pH (10 y 12) y la concentración del caseinato de sodio (CS) (1 % y 3 %(m/m)). CS no se ha utilizado hasta el momento para estabilizar ferrofluidos magnéticos. Las partículas muestran un núcleo de magnetita, una capa de maghemita sobre el mismo, y otra capa exterior de la proteína. La microscopía electrónica de transmisión muestra partículas cristalinas, una distribución de tamaños entre 5-10 nm, y la estructura de espinela. Los resultados Mössbauer a 80 K muestran formas de línea dominadas por efectos de relajación magnética. La interacción de la proteína con la superficie de las nanopartículas es fuerte y muestra varias capas de proteína. El comportamiento magnético se evaluó mediante medidas termomagnéticas y de momento versus campo magnético. Estas revelaron un sistema superparamagnético a 300 K y bloqueado a 5 K. La magnetización de saturación mostró valores menores que en el volumen posiblemete debido a la presencia de la maghemita. Las medidas termomagnéticas confirmaron el superparamagnetismo y mostraron que las muestras obtenidas a pH 12 presentan interacciones fuertes mientras que las de pH 10 muestran interacciones débiles. El crecimiento de las partículas fue dominado por las propiedades superficiales de las partículas.

O método de co-precipitação numa etapa utiliza-se para obter nano partículas magnéticas que controlam o pH (10 e 12), e a concentração do surfactante caseína (1 % and 3 %(m/m)). CS não foi usado para estabilizar os ferrofluidos óxidos magnéticos. As nanopartículas magnéticas tem um centro magnético com maghemite em superfície e uma casca de polímero. As imagens de transmissão de eléctron confirmam a cristalinidade, a distribuição das partículas dum tamanho de 5-10 nm, e a estrutura de espinela das nanopartículas. Os resultados de Mössbauer a 80 K mostraram formas de linhas dominadas por efeitos de relaxação magnéticas com sextetos e combinações de sextetos e duplicados. A interações do surfactante com a superfície da nanopartículas são fortes e mostram mínimo dois camadas de surfactante. O comportamento magnético foi avaliado em momentos versus temperatura e medidas de campo magnético. As nanopartículas mostraram comportamento superparamagnético com a temperatura de estudo e bloquearam (irreversível) a 5 K. A saturação da magnetização apresentou valores menores que os valores reportados nos sistema a granel devido à presença duma grande camada de maghemite. A magnetização FC/ZFC vs. Curvas de temperatura confirma o estado superparamagnético das partículas de óxidos de ferro e as fortes interações das amostras pH12 e as fracas interações das amostras pH 10. O crescimento das partículas foi dominado pelas propriedades das superfícies das partículas.

MEDIÇÕES DE TRANSMITÂNCIA ESPECTRAL SEM A PRESENÇA DE FRANJAS DE INTERFERÊNCIA: UM MODELO PARA OBTENÇÃO DE CONSTANTES ÓPTICAS DE FILMES FINOS EM SEMICONDUTORES

En este trabajo presentamos un modelo para la obtención de las constantes ópticas de películas delgadas semiconductoras cuando no es posible observar franjas de interferencia en los espectros. La obtención de las constantes ópticas como el coeficiente de absorción (α), el índice de refracción (n), coeficiente de extinción (k) y las propiedades físicas como el ancho de brecha prohibida «Gap» (Eg) y el espesor de la película (d), fueron obtenidos para películas delgadas del compuesto Cu2ZnSnSe4 mediante la deconvolución de los espectros experimentales. Para el análisis de las medidas de transmitancia se tomó como base modelo de Bhattacharyya y elementos básicos de la teoría de Sweneapoel. El modelo aquí presentado tiene en cuenta consideraciones de inhomogeneidad en la película y rugosidad en la superficie. Los valores para las constantes ópticas obtenidas por el modelo propuesto presentaron concordancia con los obtenidos para las muestras a partir de la teoría de Sweneapoel, cuando fue posible su aplicación. Una variación del ± 6 % fue observada para los valores del espesor, los cuales fueron corroborados mediante la realización de medidas de perfilometría.

This paper presents a model for obtaining the optical constants of thin films semiconductors. It is possible when there are not interference fringes in the transmittance spectra. Optical constants as the absorption coefficient (α), refractive index (n), extinction coefficient (k) and other physical properties (Gap (Eg) and thickness (d)) were obtained for the Cu2ZnSnSe4 compound by deconvolution experimental spectra. Bhattacharyya model and basic elements of Swanepoel theory were used for analysis of transmittance measurements. TheModel presented takes into account considerations of inhomogeneity in the film and surface roughness. Values for the optical constants obtained by the proposed model showed agreement with those obtained for samples from Swanepoel theory, when its implementation was possible. A variation of ± 6 % for thickness values, which were corroborated by performing profilometry measurements, was observed.

Apresenta-se um modelo para a obtenção das constantes ópticas dos filmes finos de semicondutores quando não é possível observar franjas de interferência no espectro. Obtenção das constantes ópticas, tais como o coeficiente de absorção (α), o índice de refracção (n) o coeficiente de extinção (k) e as propriedades físicas como a largura do fosso proibido «Gap» (por exemplo) e a espessura da Filme (d), foram obtidos para os filmes finos de composto Cu2ZnSnSe4 pela desconvolução dos espectros experimental. Para a análise das medidas de transmitância foi tomado como o modelo básico de Bhattacharyya e os elementos básicos da teoria de Sweneapoel. O modelo aqui apresentado leva em conta as considerações de heterogeneidade no filme e da rugosidade da superfície. Os valores para as constantes ópticas obtidas pelo modelo proposto mostrou concordância com os obtidos para as amostras da teoria Sweneapoel sempre que possível implementação. Uma variação de ± 6 % foi observada para valores de espessura, os quais foram corroborados através da realização de medições de perfilometria.