Dissertations / Theses on the topic 'Descarga luminescente'

Silício amorfo hidrogenado depositado por descarga luminescente tem adquirido posição de destaque entre os vários materiais foto-sensíveis, principalmente devido à sua fácil obtenção e versatilidade em propriedades. Neste trabalho, preparamos amostras de a-Si:H (Silício amorfo hidrogenado) utilizando o método de descarga de RF em atmosfera de gás SiH4, utilizando como substrato vidro e silício cristalino. As amostras depositadas sobre vidro foram utilizadas para estudo de formação de defeitos meta-estáveis no filme morfo devido a exposição à Raios-X. Os mecanismos de formação e recuperação dos defeitos foram analisados através do estudo da fotocondutividade, revelando a possível natureza de tais defeitos. Acreditamos que se trata da quebra de ligações Si-H e Si-Si, formando armadilhas para elétrons condutores. Analisamos a resposta espectral da fotocondutividade e absorção óptica, que forneceram informações a respeito do gap óptico do material. As amostras preparadas sobre c-Si foram utilizadas para a espectroscopia no infra-vermelho, onde analisamos o espectro das vibrações no material, bem como procuramos evidências da existência de hidrogênio molecular.
Hydrogenated amorphous silicon deposited by the glow discharge technique has been prominent among several photosensitive materials, mainly due to their easy obtention process and versatile properties. In this work, we have prepared hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) samples using the RF discharge method in SiH gaseous atmosphere. We have used glass and crystalline silicon as substrate. The samples which were deposited on glasses were used for the study on the creation of metastables defects in amorphous films due to X-Ray exposition. The creation and annealing process were analyzed through photoconductivity measurements which showed the possible origin of such defects. We believe that this behavior takes place due the breaking of Si-Si and Si-H bounds, which build up traps for free electrons. We have analyzed the photoconductivity spectral response and the optical absorption which give us information about the optical gap of this material. The samples which were prepared on crystalline silicon materials were used for infra-red spectroscopy, were we have analyzed the vibration spectra of a-Si:H, and also have been looking for evidences about the existence of molecular hydrogen.

Orientador: Mario Antonio Bica de Moraes
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Made available in DSpace on 2018-07-16T16:41:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mota_RogerioPinto_M.pdf: 3505128 bytes, checksum: 3c19243f778370146fe4663f4714f4cf (MD5) Previous issue date: 1985
Resumo: Foi desenvolvido um sistema que permitiu a obtenção de filmes finos de acetileno polimerizado com e sem incorporação de cobre por um processo combinado de polimerização por descarga luminescente e "sputtering". As propriedades estruturais dos filmes foram estudadas por espectroscopia infravermelha, microscopia eletrônica de varredura e transmissão bem como difração de raios-x. Foi observado que os filmes de polímeros (sem cobre) são essencialmente livres de "pinholes" e amorfos, e que o cobre incorporado ao polímero apresenta-se como uma suspensão de partículas (ou ilhas) na matriz deste. Medições de condutividade elétrica em função da temperatura apresentaram um comportamento linear para Ln s com 1/T no polímero sem incorporação de cobre, e uma linearidade entre ln s e (1/T)1/2 para o polímero com cobre incorporado. A condutividade elétrica .apresentou variação acentuada com a composição de cobre no filme. A dependência entre s e T no polímero com cobre é a mesma observada em alguns filmes finos de materiais cerâmicos depositados em vácuo simultaneamente com metais ("CERMETS")
Abstract: A glow discharge apparatus for the synthesis of thin polymer films has been developed and tested. By means of simultaneous sputtering, metals can be incorporated into the films. This system has been used to obtain polymerized acetylene-copper films. The structural proprieties of the films were studied by infrared, X-ray spectroscopy and electron microscopy. The pure polymer films were amorphous and essentially pinhole free. Measurements of the electrical conductivity s as a function of temperature T showed a linear behavior among ln and T-1. For copper-containing polymers ln s was found to be linear T-1/2 it was observed a strong dependence of s with the copper con tent in the film. The temperature dependence of the conductivity in the copper containing polymers was the same observed in thin films of ceramic materials co-deposites with metals (CERMETS)
Mestrado
Física
Mestre em Física

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Made available in DSpace on 2012-10-23T16:10:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 259076.pdf: 6325048 bytes, checksum: 712252455194a520bad5ba9f96c716d6 (MD5)
O titânio e suas ligas constituem um conjunto de materiais que tem sido muito estudado desde a década de 50. A sua principal característica é a elevada relação resistência x peso. Atualmente, a maior utilização das ligas de titânio tem sido na indústria aeronáutica. Porém, diversos outros ramos da engenharia estão descobrindo nestas ligas outras propriedades de interesse específico como por exemplo, na fabricação de implantes. Desta forma, uma gama elevada de processos de fabricação de peças vem sendo desenvolvida, buscando o controle e a otimização das características encontradas nestas ligas. Em função do alto custo de produção dos componentes produzidos com este material, processos de fabricação alternativos têm sido estudados. Um exemplo destes processos é a metalurgia do pó (MP). A MP permite bom aproveitamento do material base, elevado controle dimensional e redução nas etapas de fabricação, reduzindo assim, os custos operacionais para fabricação de componentes à base de ligas de titânio. No entanto, a elevada reatividade do titânio dificulta o processamento a partir desta técnica. Neste viés, a tecnologia de plasma combinada com o processo de sinterização, torna-se um método atraente no processamento de componentes contendo Ti como material base, por apresentar elevado controle da composição química da atmosfera de trabalho, que pode conter espécies desoxidantes. Os resultados apresentados neste trabalho demonstram uma forte correlação entre os parâmetros envolvidos no processo de compactação e a microestrutura apresentada pelas amostras sinterizadas em plasma. Além disso, também é possível observar que a configuração (posicionamento da amostra no reator em relação aos eletrodos) utilizada afeta sensivelmente os parâmetros que caracterizam a geometria e o tamanho dos poros. Nota-se que o fator de forma e o fator de achatamento dos poros determinados para as amostras sinterizadas no catodo indicam uma porosidade um pouco menos irregular e mais arredondada que as amostras sinterizadas no anodo. Porém, quando sinterizadas no catodo, as amostras apresentam poros fechados e uma fina camada densificada na sua superfície, enquanto as amostras sinterizadas no anodo apresentam porosidade aberta na sua superfície.

Apresentamos neste trabalho uma técnica alternativa para a obtenção de filmes finos de silício amorfo hidrogenado (α-Si:H). Nós depositamos α-Si:H em um sistema de deposição que utiliza descarga luminescente a baixas freqüências (60Hz). Para tanto, nós projetamos todo o reator para que este objetivo pudesse ser atingido. Os filmes obtidos por nós mostram propriedades ópticas e eletrônicas bastante próximas aquelas dos filmes produzidos pela técnica convencional de descarga luminescente a radiofreqüência (13,56 MHz). A temperatura do substrato ótima para a técnica de descarga luminescente a baixas freqüências está na faixa 150-170°C, em torno de 100°C menor do que aquela usada para radiofreqüência. Neste trabalho nós apresentamos medidas das propriedades dos filmes, incluindo condutividade no escuro, fotocondutividade, comprimento de difusão ambipolar, absorção no infra-vermelho, gap óptico, e densidade de defeitos de níveis profundos. Para realizar parte destas medidas, nós construímos sistemas experimentais de caracterização exclusivos para o α-Si:H.
In this work we present an alternative technique for producing hydrogenated amourphous silicon thin films (α-Si:H). We deposited α-Si:H in a low-frequency (60 Hz) glow-discharge deposition system. For this purpose, we designed completely the reactor. The films we produced show electronic and optical properties nearly equivalent to those of films prepared by the conventional radio-frequency (13,56 MHz) glow-discharge technique. The optimal substrate temperature for the low-frequency glow-discharge technique is 150-170°C, about 100°C lower than that radio-frequency. In this work, we report measurements of film properties, including dark conductivity, photoconductivity, ambipolar diffusion lenght, infrared absorption, optical band gap, and deep defect density. To do these measurements, we assembled experimental systems used to characterize α-Si:H.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais.
Made available in DSpace on 2012-10-20T20:07:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 195715.pdf: 927370 bytes, checksum: 5efaf42c8eea0fc4d772e8955acc4670 (MD5)
A introdução de nitrogênio em ligas ferríticas de Fe-Cr foi realizada em temperaturas acima de 900oC utilizando-se um plasma de uma descarga luminescente anormal (DLA) de corrente contínua pulsada. O ganho de massa, das amostras, em função do teor de cromo, da temperatura, da pressão parcial de nitrogênio (PN), da configuração da descarga e do tempo de tratamento foi medido durante o processo, encontrando-se um comportamento termodinâmico qualitativamente similar ao previsto teoricamente, considerando-se o processo de absorção de nitrogênio em fluxo gasoso. Um valor máximo no ganho de massa e um valor mínimo na potência da descarga são observados quando PN é variada, sob as mesmas condições de tempo e temperatura, o que estaria relacionado com a geração de íons energéticos adicionais na presença do hidrogênio e/ou com a queda da recombinação do nitrogênio (N) com as espécies absorvidas na superfície do catodo da descarga. A difusividade do nitrogênio nas ligas foi avaliada a 950oC, como função do teor de Cr, obtendo-se um valor para o coeficiente de difusão de 9,52x10-13 a 8,74x10-12 m2/s para teores de cromo entre 13 e 28%. Utilizando a análise estrutural por difração de raios X (DRX) observou-se a presença das fases austenítica do ferro e nitreto de cromo, na superfície das amostras as quais podem ser modificadas pela temperatura e tempo do processo. Sob a baixa pressão parcial de nitrogênio, nas temperaturas utilizadas, a formação do nitreto de cromo seria um atributo exclusivo da DLA quando comparada com os processos metalúrgicos convencionais. Como resultado da analise por microscopia eletrônica de varredura (MEV) pode-se destacar a identificação de uma microestrutura martensítica na liga com 13% Cr e uma estrutura similar à da perlita para as ligas com 18 e 23% Cr, além de precipitados de nitreto de cromo e austenita mais evidentes na liga com 28% Cr. Os ensaios de microdureza mostraram que a dureza aumenta levemente com o teor de cromo enquanto o perfil de microdureza se estreita. O ferro puro submetido às mesmas condições de processamento não apresenta qualquer mudança nas propriedades acima estudadas para as demais ligas, confirmando-se assim a importância do cromo na incorporação do nitrogênio nas ligas ferrosas.

Este trabalho teve como objetivo a deposição de filmes finos utilizando um sistema de implantação iônica por imersão em plasma e deposição baseado em deposição de filmes finos por \textit{magnetron sputtering} e implantação iônica tridimensional utilizando plasmas por descarga luminescente. O sistema combina a deposição por \textit{magnetron sputtering} e implantação iônica por imersão em plasma concomitantemente, constituindo-se de um processo híbrido de modificação de superfície, além de permitir que deposição e implantação iônica sejam utilizadas independentemente. O sistema de deposição proposto neste trabalho utiliza alvos metálicos como fonte de deposição dos filmes e gases inertes e/ou reativos e não tóxicos, resultando em um processo limpo, sem liberação de resíduos tóxicos ao meio ambiente. A fonte de plasma para implantação constitui-se de um eletrodo polarizado com tensão dc para acender a descarga luminescente (\textit{glow}). A primeira aplicação do sistema deu-se com a implantação e deposição de filmes de cromo em substratos de aço carbono a fim de aumentar sua resistência à corrosão. Os experimentos mostraram que a implantação iônica aumenta a aderência dos filmes ao substrato ao criar uma camada de mistura atômica na interface. Os ensaios de corrosão mostraram que os filmes criados por implantação iônica e deposição são resistentes à corrosão salina ao apresentar potenciais de corrosão mais nobres e reduzir a densidade de corrente em 98\%. Medidas de ângulo de contato entre a superfície dos filmes e a solução salina mostraram um caráter hidrofóbico dos filmes que os torna menos suscetíveis à corrosão. Os experimentos mostraram que filmes com espessuras de até 1,0 $\mu$m e interfaces de mistura de até 300 nm podem ser produzidos em 1 hora. A utilização da descarga \textit{glow} mostrou-se um parâmetro importante na aderência dos filmes e na extensão do método para deposição em três dimensões. O sistema torna-se mais versátil quando gases reativos são utilizados em conjunto com o argônio para deposição de filmes de compostos metálicos.
This work aimed the deposition of thin films by using a plasma immersion ion implantation and deposition system, based on magnetron sputtering thin film deposition and tridimensional ion implantation by glow discharge. This system combines the magnetron sputtering deposition with plasma immersion ion implantation concurrently, constituting a hybrid process of surface modification, and allows deposition and ion implantation used independently with each other. The deposition system proposed in this work uses metal targets as the source of film deposition and inert and/or reactive and non-toxic gases, resulting in a clean process with no release of toxic waste to the environment. The plasma source for ion implantation consists of an electrode biased with dc voltage for glow discharge plasma. The first application of the system was the implantation and deposition of chromium films on carbon steel substrates in order to increase its corrosion resistance. The experimental results showed that ion implantation increases the adherence of thin films to the substrate, creating an atomic mixing layer at the interface. Corrosion tests showed that the films produced by ion deposition and implantation are very resistant to saline corrosion, presenting the noblest potentials and reducing the corrosion current density of about 98\%. Measurements of the contact angle between the films surface and saline solution showed the hydrophobic character of the films, turning them less susceptible to corrosion. The experiments showed that films with thicknesses up to 1.0 $\mu$m and mixing interfaces up to 300 nm can be produced in one hour. The use of glow discharge proved to be an important factor in the adherence of the films and for the extension of deposition method in three dimensions. The system becomes more versatile when reactive gases are used in conjunction with argon for film deposition of metal compounds.

Orientador: Fernando Alvarez
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Made available in DSpace on 2018-07-13T22:24:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sartori_ClaudioSergio_M.pdf: 1706608 bytes, checksum: 862c0b1ebcc458e145dc71c310511c5f (MD5) Previous issue date: 1990
Resumo: Os materiais amorfos são bem conhecidos desde ha muito tempo, tendo como melhor exemplo o vidro. Somente recentemente o estudo de suas propriedades e suas aplicações na microeletrônica vem crescido dramaticamente. Isto é conseqüência do sucesso obtido por Spear e LeComber(1) no controle das propriedades elétricas do silício amorfo hidrogenado (a-Si:H) pela incorporação de átomos de fósforo e boro tetraedricamente ligados. Este sucesso encorajou as pesquisas em outros semicondutores amorfos, tais como o carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-Si1-xCx:H). Algumas de suas propriedades, como seu "gap" de energia variável, a possibilidade de dopagem e sua resistência mecânica fazem dele um material promissor para uma variedade de aplicações. Uma das possíveis aplicações são os diodos emissores de luz (LED) por injeção de portadores. A relativa baixa luminosidade desses dispositivos permanece não resolvida e as atenções estão voltadas à compreensão das causas dos processos radiativos (e não radiativos) da recombinação de portadores. Experimentos de fotoluminescência em semicondutores cristalinos e amorfos tem demonstrado ser um boa técnica para elucidar a origem dos fenômenos radiativos. Neste trabalho, nós aplicamos esta técnica para o estudo do a-Si1-xCx:H com "gaps" variando entre 2.0 a 2.8eV, aproximadamente. Também foram feitos estudos de suas propriedades vibracionais e uma correlação entre as ligações formadas no material e a eficiência de luminescência foi encontrada. Os resultados experimentais foram adaptados a modelos sobre a origem dos centros de luminescência e as conclusões sobre isso foram discutidas. Os resultados de outros pesquisadores foram confirmados e foi encontrado um aumento linear da energia do pico e largura da banda de emissão em função do "gap" ótico. As variações do coeficiente de absorção em função dos átomos de carbono incorporados na rede também são discutidas
Abstract: The amorphous materials are well known since long time ago and perhaps, the glasses are the best examples. Only recently, however, the study or their properties as well as their applications to microelectronics have been dramatically increased. This is mainly a consequence or the success obtained by Spear and LeComber(1) in controlling the electric properties or hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) by the incorporation or boron and phosphorous atoms tethrahedrally bonded. This success encouraged the research in other amorphous semiconductors. Among then, hydrogenated amorphous silicon carbide (a-Si1-xCx:H) is an interesting material. Its unique properties, such as tunable band gap, doping sensitivity and mechanical hardness makes this material promissory for a variety or applications. One or the possible applications are the light emission injection diodes. However, the relative low brightness of these devices remains unresolved and attempts are currently oriented to understand the radiative (and non-radiative) causes of the carriers recombination. In the past, photoluminescence experiments in crystalline and amorphous semiconductors demonstrated to be a good tool to elucidate the origin or the radiative phenomena. In this work we applied this technique to the study of a-Si1-xCx:H having gaps running approximately from 2.0eV to 2.8eV. Also complementary studies of the material vibrational properties were performed and a correlation between the material structure and luminescence efficiency was found. The experimental results were tested against. the current models and conclusions about the origin of the luminescence band width discussed. We confirm the results of other researchers and a linear increasing of both. emission peak position and band width as a function of the band gap was found. Also, the influence of the carbon atoms inclusions into the network is discussed in relation with the variation of the absorption coefficient and luminescence efficiency
Mestrado
Física
Mestre em Física

Orientador: Dr. Washington Luiz Esteves Magalhães
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 11/03/2016
Inclui referências : f. 103-109
Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais
Resumo: O presente trabalho refere-se à realização de descargas luminescentes em gases rarefeitos e vapores de isopropóxido de titânio com o intuito de formar filmes finos sobre o aço ferramenta AISI M2, e avaliar o seu comportamento tribológico. Para isso utilizou-se a técnica Radio Frequency Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (RF-PECVD), ou em tradução livre, deposição química na fase vapor assistida por plasma de radiofrequência. Foram realizados três estudos a fim de avaliar o efeito da variação da potência, da temperatura e da vazão de nitrogênio nas características dos filmes que foram avaliadas nos seus aspectos químicos, através de espectroscopia Raman e espectroscopia por energia dispersiva (EDS); morfológicos, por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e interferometria óptica; físico-químicos, através do método da gota séssil para determinar molhabilidade; e mecânicos, através de nanoindentação instrumentada. Nos estudos foram constatadas a presença de filmes contendo óxidos de ferro e de titânio, bem como de nitreto de titânio cujos comportamentos tribológicos foram baseados em informações de nanodureza (H) e módulo de elasticidade (E) através das relações H/E e H³/E², e determinação de coeficiente de atrito. Todos os filmes obtidos promovem um endurecimento superficial, no entanto, é estimado que possuem pouca aderência ao substrato. Palavras-chave: Deposição Química na Fase Vapor. Aço AISI M2. Comportamento Tribológico. Relações H/E e H³/E². Filmes finos óxidos.
Abstract: The present work concerns about realization of glow discharges in rarefied gases and titanium isopropoxide vapours in order to form thin films on tool steel AISI M2 and assess their tribological behavior. For this, it was used the radiofrequency plasma enhanced chemical vapor deposition technique (RF-PECVD). Three studies were conducted with the purpose of evaluating the effect of power, temperature and nitrogen flow variations on the films characteristics that were evaluated on their chemical aspects, by Raman spectroscopy and energy dispersive spectroscopy (EDS); morphological, by scanning electron microscopy (SEM) and optical interferometry; physico-chemical, through the sessile drop method for determining wettability; and mechanical, through nanoindentation testing. In the studies it was observed the presence of iron and titanium oxides, as well as titanium nitride whose tribological behavior were based on nanohardness information (H) and elastic modulus (E) by the relationships H/E and H³/E² and determination of friction coefficient. All films obtained promote a surface hardening, however, it is estimated that have weak adhesion to the substrate. Keywords: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition. Tribological Behavior. Relation H/E and H³/E². Thin films oxides.

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Física, especialidade de Engenharia de Superfícies, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia
O trabalho que se descreve inseriu-se na continuidade do estudo das descargas luminescentes anómalas em cátodos com assistência de campo magnético, desenvolvido na Linha 2 do CEFITEC nos últimos 20 anos. Esses estudos têm incidido na exploração experimental do comportamento das descargas no sentido da sua melhor compreensão e procurando desenvolver modelos semi-empiricos. Simultaneamente a esta linha de orientação têm-se procurado prestar à comunidade e a outros grupos de I&D serviços de investigação aplicada tanto no desenvolvimento de produtos como de dispositivos que utilizem filmes finos de desenho especial ou personalizado. Esta temática continua a nível internacional a revelar-se interessante tanto do ponto vista da modelação Física como das aplicações concretas, em especial na área dos filmes finos. O desenvolvimento de aplicações para a indústria e a integração em projectos internacionais, como o projecto ATLAS, com objectivos que exigiam a construção de sistemas, o estudo de descargas e a obtenção de filmes finos com propriedades pré definidas contribuíram em termos de Engenharia Física para uma aprendizagem em exercício necessária à execução das tarefas específicas descritas nesta tese. Este trabalho decorreu em três fases. Numa primeira fase abordou-se o tema das descargas luminescentes anómalas em cátodo magnetrão e a sua aplicação na produção de filmes finos de TiN em substratos de Aço. Ainda nesta fase efectuou-se a automatização do monocromador SPEX e a sua integração num sistema de aquisição automático. A experiência demonstrou a necessidade de tornar o sistema de aquisição e controlo da descarga mais rápido. Com os dados adquiridos nesta fase planeou-se as alterações ao sistema de cátodo magnetrão oco (SICMO) assim como a aquisição de um espectrómetro de aquisição rápida na base de CCDs. Na segunda fase planearam-se e implementaram-se as alterações ao sistema de cátodo magnetrão oco (SICMO) e o acoplamento de um espectrómetro Avantes de aquisição rápida na base de CCDs num sistema integrado de aquisição simultânea de curvas características da descarga e de espectroscopia óptica de emissão. Foram efectuados estudos das curvas características e de espectroscopia óptica de emissão para três materiais de alvo diferentes e com várias composições da atmosfera de descarga com diferentes misturas de Ar, N2 e C2H2. Produziram-se igualmente filmes finos dos diferentes materiais estudados e a diferentes atmosferas de descarga e a sua composição e estrutura foram analisadas por microscopia de forças atómicas, espectrometria de retrodispersão de Rutherford e difracção de raios-X.
Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT)- bolsa Ref. SFRH/166971/2004

O presente trabalho teve por escopo o estudo da influência de pequena adição de ao gás molecular em descargas "glow" em corrente contínua, verificando como os principais processos de ionização e dissociação na coluna positiva da descarga e da pós-descarga luminescentes em se comportam, mantidos, os processos, a campo elétrico constante. A análise foi realizada para pressão de descarga variando de 0,75 a 7,5 Torr, corrente de descarga de 5 a 40 mA, fluxo no intervalo de 0 a 200 sccm e percentual de de 0 a 10 % do total da mistura dos gases. Os principais parâmetros da descarga como campo elétrico e campo elétrico reduzido foram obtidos pelo uso de sonda eletrostática simples. As análises das temperaturas ro-vibracionais e das densidades atômicas, pela técnica de espectroscopia de emissão óptica, utilizando espectros do Segundo e do Primeiro Sistema Positivo do nitrogênio. Fizemos também o levantamento da densidade do átomo na descarga por meio da técnica de actinometria, e na pós-descarga pelo método desenvolvido por Jayr de Amorim Filho e Jacques Levaton. Os resultados indicaram que a presença de oxigênio afeta o comportamento dos parâmetros supra citados tanto na descarga como na pós-descarga de nitrogênio.

A eletrocirurgia é um procedimento utilizado em cirurgias e basicamente promove o corte e a coagulação do tecido orgânico. Este procedimento usa a descarga elétrica que ocorre entre um eletrodo metálico e o tecido orgânico. As características deste tipo de descarga elétrica permanecem ainda pouco estudadas, mesmo um século após seu primeiro uso. Neste trabalho, o desenvolvimento de um dispositivo detector da luminescência da faísca eletrocirúrgica é relatado e os resultados de sua aplicação em laboratório analisados. O dispositivo é capaz de detectar flashes luminosos em centenas de kHz, possibilitando a visualização da luz emitida pelas descargas eletrocirúrgicas. Método: O dispositivo fotodetector é composto por um diodo PIN em um amplificador de transimpedância. Devido ao forte ruído eletromagnético da faiscância, o emprego de fibras ópticas para distanciamento entre o circuito e a fonte de ruído foi necessário e uma forte blindagem foi implementada. Resultados: O dispositivo detector de luminescência, juntamente com um gerador de saída eletrocirúrgica e equipamentos de medição, foi utilizado para captar e armazenar o sinal de luminescência em relação aos sinais de tensão e corrente geradores da faísca eletrocirúrgica. Foi possível, então, relacionar a luz emitida pelas faíscas com os sinais elétricos da descarga eletrocirúrgica, possibilitando um novo entendimento do funcionamento do espaço eletrocirúrgico, evidenciando a forte assimetria do processo, anteriormente já reportada na literatura através de outros métodos. Conclusão: O dispositivo desenvolvido provou ser efetivo para o estudo da luminescência emitida por descargas eletrocirúrgicas, possibilitando um novo canal de estudo das mesmas, principalmente a velocidade de resposta.
The electrosurgical procedure, used in large surgeries, promotes cut and/or coagulation of the organic tissue. This procedure is possible because the electrical discharge between a metal electrode and the organic tissue. Characteristics of the spark are still almost unknown. This work intends to collaborate to the electrosurgical sparks study, reporting the development of a photodetector device, capable to detect flashes of light in hundreds of kHz, and introducing the waveform of luminescence from the electrosurgical discharge. Methods: The photodetector deviceis composed mainly of a photodiode PIN and an transimpedance amplifier. Spacial care has taken to isolate the device from electromagnetic noise, employing a shield and an optical fiber cable. To obtain, analyze and store data, a specific hardware, software and techniques, have been used and described in detail. Results: From the luminescence signal detected by photodetector device and voltage and current shapes stored in an oscilloscope, it is possible to see the relation between sparks luminescence, voltage and current on positive and negative cycles of the electrical discharge. The luminescence collaborates to show the asymmetry on voltage signals already reported by other researchers. Conclusion: Effective for the study of luminescence emitted by electrosurgical discharges, enabling a new study of the same channel, particularly the speed of response.

O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo sistemático dos microplasmas luminescentes produzidos através de descargas elétricas de corrente contínua, complementando o trabalho iniciado na dissertação de mestrado. Estes estudos envolvem as propriedades elétricas e espectroscópicas (através da espectroscopia óptica de emissão - EOE). Os microplasmas caracterizados eletricamente são: microcatodo oco aberto e fechado, microanodo oco, microjato de plasma com anodo (ou catodo) plano, além de outras modalidades destes, operados em pressões que variam de poucos Torr até a pressão atmosférica. Para as caracterizações espectroscópicas, que é a essência desta tese, optou-se por estudar microplasmas produzidos na pressão atmosférica, principalmente o microjato de plasma com catodo plano e o microanodo oco com fluxo de gás. Este é o primeiro estudo sistemático que se faz nesta modalidade de microjato. O microjato de plasma é gerado através de uma descarga em corrente contínua, entre o orifício de um microtubo metálico polarizado positivamente e uma superfície metálica plana, polarizada negativamente e posicionada defronte ao microtubo. Um fluxo de gás argônio atravessa o tubo e propicia a geração do microjato de poucos milímetros de comprimento. Através da caracterização elétrica obteve-se para os microplasmas: curvas de Paschen, curva característica tensão-corrente, curva tensão versus comprimento do jato (para o microjato). Através destes dados determinaram-se alguns parâmetros elétricos das descargas, como intensidade de campo elétrico na região da coluna positiva do microjato de plasma e densidade de elétrons. Um estudo dos processos de alargamentos das linhas de emissão (exclusivamente para as linhas de Balmer do hidrogênio e linhas de ArI) foi feito com o intuito de se determinar, através da EOE e em função da intensidade de corrente de operação, outros parâmetros da descarga, como: densidade de elétrons (1015cm-3), temperatura de excitação de elétrons (104K), temperatura do gás (103K) e temperatura do átomo de hidrogênio (104K). Através de um sistema óptico com alta resolução espacial obteve-se, em primeira mão, a distribuição do campo elétrico e a densidade efetiva de partículas carregadas na região de bainha catódica do microjato de plasma e a espessura (~102?mm) desta região.

Este trabalho dedicou-se ao estudo e à compreensão dos processos de formação e manutenção de microplasmas, em especial as microdescargas em corrente contínua operando no regime luminescente. A microdescarga luminescente é uma extensão da já bastante conhecida descarga luminescente. As nossas pesquisas ficaram concentradas nas microdescargas luminescentes estáveis, em estado de não-equilíbrio térmico. Elas são baseadas principalmente no chamado efeito de catodo oco, sendo mantidas confinadas em cavidades ou aberturas cilíndricas, com diâmetros variando de 150 a 1000m. Dispositivos de descargas elétricas brilhantes em formato de microestrias associadas em paralelo, com espessura da ordem de 50m, também foram desenvolvidas neste trabalho e implemetadas em pressões elevadas, juntamente com as descargas de camada de contorno catódica. Baseado também no efeito de catodo oco, microtubos de aço com diâmetro interno variando de 150 a 800mm foram usados para operarem como catodos microtubulares, com o objetivo principal de obter-se um microjato de plasma de argônio e oxigênio, este para fins de corrosão (etching), sustentados em ar atmosférico.Foram levantadas curvas características de tensão-corrente e curvas de Paschen, para os mais diversos tipos de microdescargas, com o intuito de se estudar as regiões de operação dessas descargas e observar a eficiência de ionização nas descargas geradas sob o efeito de catodo oco. Experimentos foram implementados no sentido de observar-se o efeito quântico de emissão de elétrons a frio, em microcatodos ocos e planos, pela ação de um intenso campo elétrico aplicado no catodo (electron field emission). Fêz-se uma descrição analítica da descarga de microcatodo oco cilíndrico com o objetivo de estimar a distribuição da taxa de produção de íons e a densidade de íons. Esta oscilou entre 1013 e 1015cm-3, para uma pressão variando de 10 a 760Torr, em descargas brilhantes de microcatodo oco concentradas num microfuro com diâmetro de 200m. Através de uma simulação numérica pôde-se visualizar alguns parâmetros do plasma, como densidade de elétrons, energia média dos elétrons, intensidade de radiação, entre outros. As descargas elétricas do tipo corona também foram estudadas. Este tipo de descarga foi gerada em corrente alternada em alta tensão. Foram realizadas algumas investigações espectrais, através da espectroscopia de emissão, para atribuição das mais diversas linhas assim como dos estados excitados/iônicos presentes no plasma, nas microdescargas em argônio.

O objetivo do presente trabalho foi realizar estudo experimental e teórico amplo e criterioso de plasmas confinados em um microcatodo oco aberto (MCO aberto), formado por um capacitor de placas plano-paralelas com um dielétrico (mica), entre elas e um furo de diâmetro (diâmetros escolhidos: 250m, 500m e 1000m), vazando o centro das placas juntamente com o dielétrico. Este dispositivo foi alimentado por uma fonte de alta tensão de corrente continua (CC). Os eletrodos utilizados na confecção dos MCO';s abertos foram o cobre, molibdênio e tântalo. Em relação às condições experimentais, os nossos microplasmas foram gerados em uma mistura de gases, , sob pressões sub-atmosféricas ou atmosféricas. Primeiro, fizemos uma investigação sobre os modos de operação apresentados pelos microplasmas através da curva característica tensão-corrente. Os resultados obtidos para estas curvas foram divididos em dois grupos. No primeiro grupo focamos a aplicação da lei de similaridade de Allis-White com relação ao modo de operação que apresenta uma resistência negativa (regime de catodo oco ou auto-pulsado). Para a faixa de pressão em que as microdescargas foram geradas, outros mecanismos (emissão secundaria, efeito Penning entre outros) são predominantes na produção de elétrons livres em relação ao efeito catodo oco, verificando o modo de operação e o auto-pulsado. Em relação ao segundo grupo ( - ), verificamos somente os regimes de operação normal e anormal estão presentes na descarga. Segundo, por meio do estudo das linhas de emissão dos espectros dos átomos de hidrogênio ( ) e argônio ( ) e também das moléculas de OH, obtivemos os resultados para a densidade eletrônica ( ), temperatura de excitação de elétrons ( ), função de distribuição dos estados atômicos (FDEA) do e a temperatura do gás ( ). Os resultados obtidos para , e estão coerentes com os publicados na literatura quando a corrente da descarga ou a pressão dentro do reator é elevada. Para os perfis apresentados pela FDEA do , constatamos que os estados pertencentes ao nível apresentaram o equilíbrio de Boltzmann parcial local, enquanto que, os níveis pertencentes à cauda da função de distribuição tenderam ao equilíbrio de Saha parcial local quando a pressão e o furo do microcatodo oco foram aumentados. Através dos valores apresentados pelo parâmetro , foi possível avaliar o quanto cada estado da função de distribuição dos estados atômicos do argônio experimental estava fora do equilíbrio de Saha . Além disso, por meio deste parâmetro concluímos que os balanços impróprios que mais contribuíram para tal perda de equilíbrio foram o balanço corona (BC) e o balanço de saturação por excitação (BSE). Por fim, para validar o código colisional radiativo de modelagem CRModel [MULLEN-2000], confrontamos os valores obtidos para e experimentalmente com os teóricos fornecidos pelo código, onde verificamos que para , os resultados estão em boa concordância dentro das incertezas, exceto, para alguns valores de pressão e diâmetros de furo dos MCO.

Stability of di⁄erent steady-state modes of current transfer to cathodes of DC highpressure arcs and of di⁄erent axially symmetric modes of current transfer of DC glow discharges against small perturbations is investigated in the framework of the linear stability theory. The eigenvalue problem for perturbations is solved with the use of software COMSOL Multiphysics. For the arc discharge, it was found that only the di⁄use mode and the rst 3D spot mode can be stable. The transition between the two modes is non-stationary and accompanied by hysteresis. For the glow discharge, variations of the increments of perturbations with discharge current are investigated for the 1D glow discharge and di⁄erent modes of axially symmetric glow discharge. Both real and complex increments have been detected, meaning that perturbations can vary with time both monotonically and with oscillations. In general, results given by the linear stability theory conrm intuitive concepts developed in the literature and conform to the experiment. On the other hand, the theory provides suggestions for further experimental and theoretical work. Bifurcations encountered in numerical modelling of current transfer to cathodes of DC high-pressure arcs and of DC glow discharges are analyzed. All basic types of steady-state bifurcations (fold, transcritical, pitchfork) have been identied and analyzed. The analysis provides explanations to many results obtained in numerical modelling. In particular, it is shown that dramatic changes of patterns of current transfer to cathodes of both glow and arc discharges, described by numerical modelling, occur through perturbed transcritical bifurcations of rst and second order contact. For the case of the arc discharge, e⁄ect over stability of cathode geometry and temperature of cooling was studied. It was found that changes of patterns of the steady-state modes occur due to interplay of self-organization and geometric factors.
A estabilidade de diferentes modos estacionÆrios de transferŒncia de corrente para cÆtodos de arco a alta pressªo e de diferentes modos estacionÆrios axialmente simØtricos de transferŒncia de corrente em descargas luminescentes em relaªo a pequenas perturbaıes Ø investigada no mbito da teoria da estabilidade linear. O problema de valores prprios para as perturbaıes Ø resolvido atravØs do software COMSOL Multiphysics. Na descarga de arco, vericou-se que apenas o modo difuso e o primeiro modo mancha 3D podem ser estÆveis. A transiªo entre os dois modos Ø nªo-estacionÆria e acompanhada por histerese. Na descarga luminescente, as variaıes dos incrementos das perturbaıes com a corrente sªo investigadas para o caso 1De para diferentes modos axialmente simØtricos. Incrementos reais e complexos foram detectados, o que signica que as perturbaıes podem variar com o tempo tanto monotonicamente como com oscilaıes. Em geral, os resultados fornecidos pela teoria da estabilidade linear conrmam os conceitos intuitivos desenvolvidos na literatura e estªo em conformidade com as experiŒncias. A teoria tambØm fornece sugestıes para trabalhos tericos e experimentais. As bifurcaıes encontradas durante a modulaªo numØrica da transferŒncia de corrente para os cÆtodos de arco a alta pressªo e em descargas luminescentes sªo analisadas. Todos os tipos bÆsicos de bifurcaıes estacionÆrias foram identicados e analisados. A anÆlise fornece explicaıes para muitos dos resultados obtidos na modulaªo numØrica. Em particular, Ø mostrado que mudanas dramÆticas dos padrıes de transferŒncia de corrente para ambos os cÆtodos das descargas luminescente e de arco ocorrem por meio de perturbaıes de bifurcaıes transcrticas de contato de primeira e segunda ordem. No caso da descarga de arco, o efeito da geometria do cÆtodo e da temperatura de arrefecimento sobre a estabilidade foi estudado. Vericou-se que as mudanas dos padrıes dos modos estacionÆrios ocorrem devido a uma interaªo entre auto-organizaªo e fatores geomØtricos.

O objetivo deste projeto é implementar e explorar um sistema de espectroscopia ótica de emissão para monitorizar e tentar correlacionar os espectros óticos de emissão da descarga produzida por mais que um cátodo com a composição de filmes finos com gradiente em profundidade obtidos por co-deposição utilizando dois cátodos magnetrão. O projeto foi desenvolvido Laboratório de Plasmas e Aplicações da Linha 2/CEFITEC. Numa primeira fase reativou-se o sistema de deposição de filmes binários (SIDEBI) e um dos cátodos magnetrão, para funcionar no modo de obtenção de filmes em codeposição com dois cátodos. O sistema foi reconfigurado, testado, detetando e corrigindo anomalias de funcionamento. Na segunda fase do projeto instalou-se o acoplamento da fibra ótica a câmara de vácuo. Para a aquisição dos espectros, adaptou-se um programa em LabView 13.0 de controlo simultâneo das fontes de tensão já existente, para que este possa controlar o espectrómetro ótico AvaSpec-3648-USB2 da Avantes e adquirir os espectros óticos de emissão da descarga obtida pelos cátodos. Na fase final dos trabalhos produziram-se filmes com gradiente de composição em profundidade e analisaram-se os espectros óticos obtidos em cada etapa da deposição para definir as linhas espectrais a serem monitorizadas e a sua relação com as taxas de deposição estimadas de cada metal. A composição dos filmes foi posteriormente analisada por RBS e os seus resultados comparados com os estimados a partir das curvas de calibração da potência da descarga em função das taxas de deposição dos materiais. O capítulo 1 apresenta uma introdução aos temas das descargas luminescentes anómalas, deposição catódica e espectroscopia ótica de emissão. No capítulo 2 são apresentados os diversos sistemas utilizados na realização do trabalho experimental. Numa primeira fase apresenta-se o sistema de deposição de filmes por pulverização catódica. Numa segunda fase são descritas as modificações efetuadas a este sistema de deposição necessárias para a implementação de um sistema de espectroscopia ótica de emissão. É também aqui descrito método de implementação deste sistema de espectroscopia e a sua constituição. O capítulo 3 descreve o método abordado para tratamento dos espectros de emissão obtidos nas descargas, e são apresentados os resultados obtidos e a respetiva análise. No capítulo 4 são apresentadas as conclusões referentes ao trabalho realizado.

This work is dedicated to modelling of di⁄erent modes of current transfer to cathodes of glow discharges and to experimental investigation of formation of transient spots on thermionic arc cathodes. Multiple steady-state solutions in the theory of DC glow discharge have been found for the rst time. The modelling was performed in the framework of the basic model of glow discharges and also in the framework of a more detailed model. The basic model comprises equations of conservation of a single ion species and the electrons, transport equations for the ions and the electrons written in the local approximation, and the Poisson equation. The detailed model takes into account atomic and molecular ions, atomic excited states, excimers, and non-locality of electron transport and kinetic coe¢ cients. These multiple solutions describe modes with a normal spot as well as modes with patterns of several spots similar to those observed in experiments with microdischarges in xenon. It is shown that modes with more than one spot can, in principle, occur not only in xenon but also in other plasma-producing gases. Formation of transient spots on thermionic cathodes was studied in experiments with COST529 standard HID lamps. There is a generally good agreement between experiment and results of numerical modelling. A possibility of prevention of appearance of transient spots by means of a brief reduction of the arc current shortly after the initial current increase is proposed and justied. It is shown that the main mechanism of blackening of burners of HID lamps that accompanies appearance of transient cathode spots is evaporation of the cathode material and not sputtering.
Este trabalho Ø dedicado modelaªo de diferentes modos de transferŒncia de corrente aos cÆtodos de descargas luminescentes e investigaªo experimental da formaªo de manchas transitrias em cÆtodos terminicos de descargas de arco. Mœltiplas soluıes estacionÆrias existentes na teoria da descarga luminescente foram calculadas numericamente pela primeira vez. A modelaªo foi realizada no mbito do modelo bÆsico da descarga luminescente e no mbito de um modelo detalhado. O modelo bÆsico contØm equaıes de conservaªo de uma espØcie inica e dos electrıes, equaıes de transporte dos iıes e electrıes escritas na aproximaªo local e a equaªo de Poisson. O modelo detalhado leva em conta iıes atmicos e moleculares, estados excitados dos Ætomos, dmeros excitados e nªo-localidade dos coecientes de transporte e cinØticos dos electrıes. As mœltiplas soluıes descrevem modos com uma mancha normal e modos com padrıes de vÆrias manchas semelhantes aos observados nas experiŒncias com micro-descargas em xØnon. Demonstra-se que modos com mais que uma mancha podem, em princpio, ocorrer em descargas noutros gases que nªo o xØnon. A formaªo de manchas transitrias em cÆtodos terminicos foi estudada em experiŒncias com lmpadas HID padrªo, COST-529. Existe uma concordncia genØricamente boa entre os resultados experimentais e da modelaªo numØrica. Uma possibilidade de prevenªo do aparecimento de manchas transitrias atravØs da breve reduªo da corrente da descarga logo aps um salto na corrente Ø proposta e justicada. Demonstra-se que o principal mecanismo de escurecimento das lmpadas HID que acompanha a formaªo de manchas catdicas Ø a evaporaªo do material do cÆtodo.

O trabalho apresentado nesta dissertaªo refere-se modelaªo de padrıes de autoorganizaªo de densidade de corrente em elØtrodos de descargas DC luminescentes. Padrıes de manchas andicas foram modelados de forma auto-consistente pela primeira vez e os fenmenos nas manchas foram investigados. As soluıes que descrevem as manchas foram encontradas num intervalo de correntes com mœltiplas soluıes. Foi descoberta uma inversªo da densidade de corrente local do nodo no centro de cada uma das manchas, isto Ø, mini-cÆtodos sªo formados dentro das manchas; poder-se-ia dizer, as manchas do nodo funcionam como uma descarga luminescente unipolar. As soluıes nªo se enquadram no padrªo convencional de auto-organizaªo em sistemas dissipativos nªo-lineares biestÆveis; por exemplo, as transiıes de um modo para outro nªo se realizam atravØs de bifurcaıes. Padrıes auto-organizados de manchas catdicas em descargas luminescentes foram modelados na camada de plasma junto ao cÆtodo, numa geometria igual utilizada na maioria das experiŒncias descritas na literatura. O efeito da geometria da cmara de descarga nas manchas foi investigado. Os padrıes de manchas modelados sªo idŒnticos aos observados nas experiŒncias e similares aos calculados na conguraªo de elØtrodos planos em paralelo. Uma tentativa foi feita para modelar quantitativamente a descarga DC luminescente com manchas catdicas. Uma descriªo detalhada desta modelaªo, a mais precisa deste fenmeno atØ data, Ø apresentada. Em geral, os padrıes calculados sªo semelhantes aos observados nas experiŒncias, mas as CVC sªo qualitativamente diferentes. CenÆrios de transiıes entre modos com diferentes padrıes de manchas em elØtrodos de descargas DC luminescentes e em cÆtodos de descargas de arco sªo investigados. No caso de transiıes entre padrıes em cÆtodos de descargas DC luminescentes, foram encontradas as transiıes observadas nas experiŒncias que podem estar diretamente relacionados a bifurcaıes de soluıes estacionÆrias, e as bifurcaıes correspondentes foram modeladas. Os padrıes encontrados na modelaªo numØrica estªo em conformidade com os observados no decurso das transiıes nas experiŒncias. No caso dos cÆtodos de descargas de arco, mostra-se que qualquer transiªo entre diferentes modos de transferŒncia de corrente estÆ relacionada a uma bifurcaªo de soluıes estacionÆrias.
In this work self-organized patterns of current density on electrodes of dc glow discharges were modelled. Patterns of anodic spots were modelled self-consistently for the rst time and their physics was investigated. The solutions describing the spots were found to exist in a region of current with multiple solutions. A reversal of the local anode current density in the middle of each of the spots was discovered, i.e. mini-cathodes are formed inside the spots or, as one could say, the anode spots operate as a unipolar glow discharge. The solutions do not t into the conventional pattern of self-organization in bistable nonlinear dissipative systems e.g. the modes are not joined by bifurcations. Self-organized patterns of cathodic spots in glow discharges were computed in the cathode boundary layer geometry, which is the one employed in most of the experiments reported in the literature. The e⁄ect that the geometry of the vessel has on the spots was investigated. The computed spot patterns are the same as the ones observed in the experiment and similar to the ones computed in the parallel plane electrode conguration. An unsuccessful attempt was made to quantitatively model DC glow discharge with cathodic spots, an account of this, the most accurate modelling of the phenomenon yet performed, is given. In general, the computed patterns are observed in the experiment but the CVC are qualitatively di⁄erent. Scenarios of transitions between modes with di⁄erent patterns of spots on electrodes of dc glow discharges and cathodes of arc discharges are investigated. In the case of transitions between patterns on dc glow cathodes, those transitions reported in the experiments that may be directly related to bifurcations of steady-state solutions are found and the corresponding bifurcations are computed. Patterns found in the numerical modelling conform to those observed in the course of the transitions in the experiment. In the case of cathodes of arc discharges, it is shown that any transition between di⁄erent modes of current transfer is related to a bifurcation of steady-state solutions.