ME - Teses de Doutoramento
Permanent URI for this collection
Browse
Browsing ME - Teses de Doutoramento by Title
Now showing 1 - 5 of 5
Results Per Page
Sort Options
- Anodic oxides on Al-Nb alloys and niobiumPublication . de Sá, A.I.Anodic oxide films of aluminium and tantalum have been widely used as dielectric materials in the capacitor industry. Niobium is a metal that can also be anodised and it has been considered as a possible substitute for tantalum because of its similar electrochemical behaviour. However, anodic niobia (Nb2O5) has a higher dielectric constant than tantala (Ta2O5), which is advantageous for use as a dielectric because a higher capacitance can be achieved with the same oxide thickness. Furthermore, niobium is more abundant than tantalum and this usually means a reduced material price. However, niobium has some disadvantages, like semiconducting rather than dielectric properties, higher leakage current and lower potential of dielectric breakdown. The combination of aluminium with niobium may be a route to reduce these factors, and the magnetron sputtering technique is ideal for such a study since the deposited alloys can form a single solid solution over the entire concentration range. In this study, anodising of Al-Nb alloys, containing 21 to 89 at.% niobium and niobium, prepared by magnetron sputtering, has been undertaken at a constant current density of 5 mA cm-2 in 0.1 M ammonium pentaborate electrolyte. The resultant anodic films were analysed by SEM, TEM and RBS to determine the film composition and thickness. Anodic oxides with a wide range of thicknesses were analysed by EIS to verify the dielectric or semiconducting properties. Xenon implantation was carried out to determine the cation and anion transport numbers and relative migration rate of incorporated species. The results have shown that the anodic oxides are featureless, with uniform composition and of aluminium and niobium contents similar to those of the alloys. The Al-21 at.% Nb and Al-31 at.% Nb alloys, anodised to 150 V revealed a very thin alumina layer close to the oxide/electrolyte interface due to the lower migration rate of niobium cations relative to aluminium cations. The dielectric constants of the oxides were determined by EIS using a mercury drop contact for alloys of 21 to 81 at.% niobium, and the results showed a linear trend, proportional to composition, in agreement with the dielectric constants of Al2O3 and Nb2O5. The results obtained for niobia and Al-Nb oxides with niobium content above 74 at.% Nb revealed n-type semiconductor properties when analysed in a borate buffer solution. The carrier concentration was in the range of 1018-1019cm-3. Thus, the results demonstrate that anodic oxides formed on sputtered Al-Nb alloys up to 44 at.% of niobium behave as dielectric materials and represent a valid alternative for capacitors.
- Electrólitos poliméricos para sistemas electroquímicos de energiaPublication . Plancha, Maria JoãoNa primeira parte do trabalho são sintetizados filmes poliméricos de poli(óxido de etileno) dopado com cloreto de zinco, iodeto de zinco, cloreto de níquel ou iodeto de níquel. Os filmes, com espessuras na gama 50-100μm, são caracterizados morfológica e microestruturalmente, procedendo-se também à análise do comportamento térmico dos mesmos. O estabelecimento de diagramas de equilíbrio de fases permite prever termodinamicamente a melhor relação estrutura/condução iónica. Esta propriedade é estudada na gama 20-155ºC, determinando-se a influência da temperatura e da concentração salina na condutividade dos electrólitos. A caracterização electroquímica prossegue com a determinação dos números de transferência catiónica, que permitem identificar o tipo de transportadores de carga. Factores como a possibilidade de existência de associação iónica nos electrólitos PEO-MX2, são considerados nos estudos electroquímicos. Os domínios de estabilidade electroquímica são analisados em função da temperatura, determinando-se tensões de decomposição e tensões de descargas catódica e anódica. Na última fase deste trabalho é escolhido o electrólito polimérico que apresenta melhores propriedades para incorporação numa bateria totalmente sólida. As minicélulas, com cátodos de inserção baseados em Nb2O5 e o PEO4ZnCl2 como electrólito, são estudados a 55ºC. A capacidade de retenção de carga e o comportamento das baterias a ciclos de descarga/carga são analisados.
- Estudos de Modelos e Caracterização do Comportamento Mecânico da MadeiraPublication . Santos, José António dosSendo a madeira um material com características muito próprias, iniciou-se este trabalho com uma explicação sobre a sua origem, formação, singularidades e características básicas, nomeadamente as de maior importância para o desempenho estrutural, como o teor em água, as tensões internas e as retracções. De seguida foi revista a teoria da mecânica dos materiais no que se pensa poder ser importante para a compreensão do comportamento da madeira, que se distingue de outros materiais melhor estudados, sobretudo por uma completa anisotropia do arranjo estrutural e propriedades, além de manifestar intensamente a variabilidade normal em produtos de origem natural, o que muito dificulta a sua utilização em projecto. Foi ainda passada em detalhe uma revisão das várias normas e procedimentos relativos à caracterização mecânica da madeira. Em cumprimento dos objectivos do trabalho cumpriu-se um exigente programa de ensaios laboratoriais, não só por procedimentos conhecidos em normas, mas também em repetição de estudos recentes encontrados na bibliografia, e ainda desenvolvimento de novos procedimentos de ensaio. A interpretação dos resultados experimentais permitiu concluir o trabalho com a apresentação de novos modelos destinados à compreensão e caracterização do comportamento mecânico da madeira quando submetida a esforços de flexão, tracção, compressão e corte. Foram também consideradas as vertentes do comportamento reológico, nomeadamente o visco-elasticidade e viscoplasticidade da madeira, através de ensaios de fluência e de relaxação de tensões, assim como a respectiva modelação. Foram também identificadas as dificuldades de aplicação à madeira dos modelos informáticos de cálculo já muito rigorosos na resposta ao comportamento de materiais isotrópicos. O estudo teve como matéria-prima amostras de duas das mais importantes espécies de madeira produzidas em Portugal, o pinho bravo e o eucalipto. Muitas das aplicações práticas encontram-se dependente de cálculo e projecto de elementos estruturais. O aumento da fiabilidade do comportamento mecânico da madeira renova o potencial do seu uso em maior escala e em produtos de maior valor acrescentado, aliando vantagens de segurança, criatividade estética e de uma forma global, um impacte ambiental positivo.
- A hidrometalurgia na recuperação de metais contidos em resíduos ricos em zincoPublication . Pedrosa, Fátima; Margarido, F.; Nogueira, C. A.Desenvolve-se um processo de lixiviação de poeiras siderúrgicas e de pilhas esgotadas do sistema electroquímico Zn-MnO2, para a recuperação de zinco e manganês. Na fase de caracterização físico-química verificou-se que ambos os resíduos têm elevados conteúdos metálicos, apresentando uma matriz química semelhante que justifica o desenvolvimento de um processo de reciclagem comum para os dois resíduos. As poeiras contêm 33% Zn, 21% Fe e 1,5% Mn, distribuídos entre as fases da zincite (ZnO) e da franklinite (ZnOFe2O3), e as pilhas 19% Zn, 7,5% Fe e 26% Mn, presentes na zincite, num óxido misto de zinco e manganês (ZnO.MnO2) e no óxido de manganês (IV) (MnO2). Do estudo sistemático da lixiviação do zinco em meio de ácido sulfúrico, conclui-se que em ambos os resíduos, o zinco na forma de zincite reage eficientemente, atingindo-se rendimentos de lixiviação totais usando concentrações de ácido próximas da estequiometria, à temperatura ambiente, com tempos de reacção reduzidos. Numa segunda fase, utilizando condições mais drásticas, recupera-se o zinco da franklinite (poeiras) e o manganês das pilhas. O estudo cinético da lixiviação da franklinite permitiu concluir que o processo é controlado pelo passo químico, enquanto no caso do MnO2 das pilhas existe um processo de controlo reaccional misto.
- Valorização de placas de circuito impresso por hidrometalurgiaPublication . Oliveira, PaulaEste trabalho consistiu no desenvolvimento de um processo de valorização de placas de circuito impresso (PCI's) em fim de vida, por hidrometalurgia, tendo como objectivo recuperar o cobre, metal que existe em maior concentração na sua composição. As PCI's são componentes importantes dos resíduos de equipamentos eléctricos e electrónicos (REEE) devido não só ao valor dos materiais que as compõem mas também à toxicidade de alguns dos seus constituintes. A reciclagem deste resíduo possibilita a recuperação dos materiais aí contidos nomeadamente os da fracção metálica, com os benefícios económicos subjacentes, evitando os problemas e custos associados à deposição em aterro e contribuindo para a preservação dos recursos naturais. O processo de tratamento das PCI's consistiu na aplicação de tecnologias de natureza física e química, envolvendo várias etapas: fragmentação, lixiviação em meio nítrico, separação e purificação do cobre por extracção por solventes e recuperação do cobre por cristalização. Após tratamento físico, por fragmentação e crivagem do material obtido, procedeu-se à caracterização química das fracções, para determinar a composição elementar e a distribuição dos metais.O processo químico, que consistiu a parte principal deste trabalho, envolveu o estudo e optimização do processo de lixiviação em meio nítrico com vista a maximizar a recuperação do cobre. Foi estudada a influência de vários factores tais como a temperatura de lixiviação, concentração do lixiviante, relação líquido/sólido, agitação e granulometria do material, tendo-se verificado qua a temperatura e a concentração foram os factores mais significativos, obtendo-se rendimentos mais elevados para valores de temperatura e concentração do lixiviante maiores.