INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES Autarquia associada à Universidade de São Paulo

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1 INSTITUTO DE PESQUISAS ENEGÉTICAS E NUCLEAES Autqui ssoid à Univesidde de São Pulo INVESTIGAÇÃO DO POCESSO DE OBTENÇÃO DE ALUMINATOS DE BÁIO E CÁLCIO PAA CONSTUÇÃO E CAACTEIZAÇÃO DE CATODOS TEMIÔNICOS IMPEGNADOS PAA APLICAÇÃO EM DISPOSITIVOS DE MICOONDAS DE POTÊNCIA CISTIANE HIGASHI Dissetção pesentd omo pte dos equisitos p obtenção do Gu de Meste em Ciênis n Áe de Tenologi Nule Mteiis. Oientdo: D. Cláudio Cost Mott SÃO PAULO 006

2 INSTITUTO DE PESQUISAS ENEGÉTICAS E NUCLEAES Autqui ssoid à Univesidde de São Pulo INVESTIGAÇÃO DO POCESSO DE OBTENÇÃO DE ALUMINATOS DE BÁIO E CÁLCIO PAA CONSTUÇÃO E CAACTEIZAÇÃO DE CATODOS TEMIÔNICOS IMPEGNADOS PAA APLICAÇÃO EM DISPOSITIVOS DE MICOONDAS DE POTÊNCIA CISTIANE HIGASHI Dissetção pesentd omo pte dos equisitos p obtenção do Gu de Meste em Ciênis n Áe de Tenologi Nule Mteiis. Oientdo: D. Cláudio Cost Mott SÃO PAULO 006

3 Dedio este tblho os meus pis, Toshinoi e Mi, os meus imãos Edg e ido, os meus sobinhos Juninho e Bi, minh melho mig Cistin e o meu ompnheio Élio.

4 AGADECIMENTOS Este tblho só pôde se onluído devido o uxílio, inho e mizde de pessos quem eu devo os meus sineos gdeimentos. Ao D. Cláudio Cost Mott, Cpitão-de-Fgt (EN) d Minh do Bsil, pel dedição, disposição e mizde n oientção deste pojeto. À D. Cláudi Giovedi, pel mizde, poio, disussão dunte o desenvolvimento deste tblho. Ao Conselho Nionl de Desenvolvimento Científio e Tenológio (CNPq) pel onessão d bols de estudos po meio do poesso n.º 115/ Ao Cento Tenológio d Minh em São Pulo (CTMSP) e o Instituto de Pesquiss Enegétis e Nulees (IPEN) po sus instlções e tod su equipe. Ao D. Jivldo do osáio Mtos (IQUSP), pelo uxílio, olboção e elizção de expeimentos de Análise Témi. Ao D. Nelson Btist de Lim pel elizção ds nálises de Difção de ios X. Ao D. Luis Antônio Genov pel onessão de mteiis. À D. Ve L.. Slvdo pel elizção ds nálises de Espetometi de Fluoesêni de ios X. À tod equipe do Lbotóio de Mteiis Mgnétios do IPEN, pel jud pestd nos momentos de neessidde. Ao S. Vldi imundo Job, pelo inestimável uxílio n onstução do pto expeimentl empegdo o longo deste tblho. Ao SO Coutinho, SG Cosme, SG Psho, CB Lel, CB Julio, CB Fábio e o CB Hndeson pel jud pestd dunte elizção deste pojeto. Aos meus migos e olegs do CTMSP: Dniel, Nivldo, Eik, Fábio, Sôni, João, SD-FN Melo, SD-FN Beze, SD-FN Bos, SD-FN Beto, CB Luen, Edudo, ubens, Buno, Luiz, Chistin, ido, Alfedo, Álvo, Snd, Antônio e Melo pel onvivêni e mizde.

5 Aos meus pis Toshinoi e Mi, e meus imãos ido e Edg, pelo poio e inho. Ao Élio Albeto Péigo, po seu poio e mizde nos momentos difíeis deste tblho, bem omo tod su fmíli pelo inentivo. E, piniplmente, todos os meus migos que me poim nest difíil fse de minh vid, po meio de fetuoss onvess e inho.

6 Impossível é pens um gnde plv usd po gente f que pefee vive no mundo omo está, o invés de us o pode que tem p mudá-lo. Impossível não é um to, é um opinião. Impossível não é um delção. É um desfio. É hipotétio. É tempoáio. Nd é impossível!

7 INVESTIGAÇÃO DO POCESSO DE OBTENÇÃO DE ALUMINATOS DE BÁIO E CÁLCIO PAA CONSTUÇÃO E CAACTEIZAÇÃO DE CATODOS TEMIÔNICOS IMPEGNADOS PAA APLICAÇÃO EM DISPOSITIVOS DE MICOONDAS DE POTÊNCIA CISTIANE HIGASHI ESUMO O pesente tblho deseve os poessos de pepção do luminto de báio e álio, mteil emisso de elétons, empegdos nos todos do tipo impegndo p utilizção em um válvul de mioonds do tipo TWT. Os todos investigdos onstituem-se de um pstilh de tungstênio poos impegnd om luminto de báio e álio om popoção mol 5::. P síntese do luminto, utilizm-se tês difeentes métodos: eção em estdo sólido, peipitção e istlizção. A temogvimeti uxiliou n onsolidção dos poedimentos de pepção dos lumintos de modo defini os pâmetos de piólise/linção. Veifiou-se que téni que pesentou melhoes teístis de síntese foi o método d istlizção, pois est pesentou um meno tempetu de fomção do luminto (800ºC) em tmosfe oxidnte (O ), qundo ompd às ténis de eção em estdo sólido e de peipitção (tempetu de 1000ºC em tmosfe eduto H ). Utilizou-se o oneito d distibuição d função tblho páti (PWFD) de Mim p teizção temiôni dos todos impegndos. Empegndo-se este método, foi possível tç o pefil temiônio do todo om luminto de báio e álio. As uvs PWFD pesentm função tblho médi do todo luminto de, poximdmente,,00 ev.

8 INVESTIGATION OF BAIUM-CALCIUM ALUMINATE POCESS TO MANUFACTUE AND CHAACTEIZE IMPEGNATED THEMIONIC CATHODE FO POWE MICOWAVE DEVICES CISTIANE HIGASHI ABSTACT In the pesent wok it is desibed the bium lium luminte mnuftue poesses employed to podue impegnted thodes to be used in tveling-wve tube (TWT). The thodes wee developed using tungsten body impegnted with bium nd lium luminte with 5:: popotion (mol). Thee diffeent poesses wee investigted to obtin this mteil: solid-stte etion, peipittion nd ystlliztion. Theml nlysis, themogvimety speifilly, suppoted to detemine n dequte peption poedue (tking into ount tempetue, time nd piolisys tmosphee). It ws veified tht the ystlliztion showed bette esult when omped to those investigted (solid-stte etion nd peipittion tehniques fomtion tempetue is bout 1000ºC in hydogen tmosphee), whees it pesented the lowe fomtion tempetue (800ºC) in oxidizing tmosphee (O ). It ws used the ptil wok funtion distibution theoy (PWFD) of Mim to hteize themioni impegnted thode. The PWFD uves wee used to hteize the bium-lium luminte thode. PWFD uves shown tht the luminte thode wok funtion is bout,00 ev.

9 SUMÁIO Págin List de Figus... i List de Tbels... v List de Símbolos... vii CAPÍTULO 1 INTODUÇÃO Objetivo Ognizção do tblho... CAPÍTULO EMISSÃO TEMIÔNICA Intodução do Cpítulo Fomlismo d meâni esttísti Espeifição do estdo miosópio de um sistem quântio Fomulção do poblem esttístio e onexão om temodinâmi Emissão temiôni Equção de ihdson e o Efeito Shottky Conlusões do Cpítulo CAPÍTULO - SOLUÇÃO DE LANGMUI-BLODGETT PAA O POBLEMA DO DIODO ESFÉICO DETEMINAÇÃO DA PEVEÂNCIA Intodução do Cpítulo Fomulção do poblem do diodo esféio Deteminção dos oefiientes G (n) (0) Aplição do esultdo de Lngmui e Blodgett do diodo esféio p o poblem do nhão de elétons om fluxo onvegente....4 Síntese do nhão eletônio de Piee om fluxo onvegente O poblem d intu do feixe Fluxogm p síntese do nhão eletônio de Piee om fluxo onvegente Aplição d metodologi de síntese do nhão eletônio p deteminção d pevêni do sistem Cteizção temiôni efeito d g espil no potenil do nhão eletônio Conlusões do Cpítulo... 45

10 CAPÍTULO 4 CATODOS TEMIÔNICOS Intodução do Cpítulo Evolução dos mteiis emissoes de elétons Ténis de fbição dos todos impegndos e seus efeitos n emissão temiôni Mtéi-pim d mtiz do todo Mteil impegnnte Alumintos de báio e álio Digm de equilíbio Sistem bináio BO-Al O Sistem tenáio BO-CO-Al O Hidtção dos mteiis fontes de báio eções ente ompostos de báio e tungstênio Conlusões do Cpítulo... 6 CAPÍTULO 5 MATEIAIS: SÍNTESE, POCESSAMENTO E CAACTEIZAÇÃO Intodução do Cpítulo Síntese de pós Téni de eção em estdo sólido Téni de solução Ténis de fse vpo Etps de poessmento de pós Segem Clinção Confomção Sinteizção Ténis de teizção Análise d distibuição do tmnho de ptíuls Difção de ios X Espetosopi no infvemelho Temogvimeti Miosopi eletôni de vedu Fluoesêni de ios X po dispesão de ompimento de ond Conlusões do Cpítulo... 70

11 CAPÍTULO 6 MATEIAIS E MÉTODOS Intodução do Cpítulo Mteiis peusoes Poesso de pepção do luminto vi eção em estdo sólido Poesso de pepção do luminto vi método de istlizção Poesso de pepção do luminto vi método de peipitção Poesso de fbição d bse do todo impegndo Desenvolvimento dos ptos utilizdos n pepção do todo impegndo Dimensionmento do nhão eletônio Metodologi empegd ns medids temiônis Cuvs PWFD distibuição d função tblho páti Constução ds uvs PWFD Constução d uv PWFD p lt tensão de eleção Deteminção d tempetu n supefíie do todo Ténis de nálise dos lumintos de báio e álio Distibuição do tmnho de ptíuls Difção de ios X Miosopi eletôni de vedu (MEV) Espetômeto de fluoesêni de ios X po dispesão de ompimento de ond Conlusões do Cpítulo CAPÍTULO 7 ESULTADOS E DISCUSSÕES Intodução do Cpítulo Temogvimeti Difção de ios X Fluoesêni de ios X Tmnho médio de ptíul Miosopi eletôni de vedu Espetosopi no infvemelho Cteizção temiôni Fusão do luminto de báio e álio Conlusões do Cpítulo... 11

12 CAPÍTULO 8 CONCLUSÕES Sugestões p tblhos futuos EFEÊNCIAS BIBLIOGÁFICAS... 17

13 LISTA DE FIGUAS Págin Figu.1 Digm dos níveis de enegi de um metl (os pontos epesentm Íons positivos d ede sendo L o seu peíodo)... 4 Figu. Função degu de enegi Figu.1 Ilustção do modelo todo esféio. Os vetoes ilustm densidde v de oente de onveção J = en v dil em dieção o nodo e Figu. Cnhão eletônio esféio. Áe de emissão definid pelo one ujo meio-ângulo é θ 0... Figu. Geometi do nhão de Piee om fluxo onvegente... 5 Figu.4 Digm dos meio-ângulos de one... 9 Figu.5 Eo eltivo à onvegêni d séie... 6 Figu.6 Metodologi de síntese do nhão eletônio... 7 Figu.7 Efeito d geometi do nhão ns teístis do feixe eletônio Figu.8 Cuv de vição do potenil/mpo elétio n egião ente o todo/ nodo (sem o efeito de g espil) Figu.9 Cuv de vição do potenil/mpo elétio n egião ente o todo/ nodo (om o efeito de g espil) Figu 4.1 Digm de equilíbio do sistem BO-Al O Figu 4. Poção de lt bái do sistem BO-Al O (Appendino), B = omposto BO e B x A = omposto d fom xbo Al O Figu 4. Seção isotémi do digm de equilíbio do BO-CO-Al O 150ºC Figu 4.4 Digm de equilíbio do sistem BO-WO Figu 4.5 Digm de fses tenáio do sistem BO-CO-WO... 6 Figu 5.1 Estágios do poesso de sinteizção Figu 6.1 Poesso de pepção e teizção do luminto vi eção em estdo sólido Figu 6. Poesso de pepção e teizção do luminto vi eção de istlizção Figu 6. Poesso de pepção e teizção do luminto vi eção de peipitção i

14 Figu 6.4 Poesso de fbição e de teizção do todo impegndo Figu 6.5 epesentção do poesso de impegnção Figu 6.6 Fono de piólise do luminto de báio e álio Figu 6.7 () Dispositivo de teizção do todo temiônio. (b) Desenho esquemátio de um sistem p medição de tempetu do todo temiônio utilizndo um piômeto óptio Figu 6.8 Fono p o poesso de impegnção Figu 6.9 Geometi do nhão eletônio de Piee (Peveâni = 0,77µPev)... 8 Figu 6.10 Cuv de emissão temiôni p um todo esevtóio do tipo MMM Figu 6.11 Fluxogm p extção dos pâmetos d uv I x V neessáios p onstução d uv de desempenho Figu 6.1 Cuv de desempenho (Mim) p o todo tipo MMM Figu 6.1 Esquem p onstução d fmíli de uvs de densidde de oente de emissão vesus tempetu Figu 6.14 Gáfio PWFD p J FSCL = 8 Am Figu 6.15 Gáfio PWFD p J FSCL = 4 Am Figu 6.16 Gáfio PWFD p J FSCL = Am Figu 6.17 Gáfio PWFD p J FSCL = 1 Am Figu 6.18 Deteminção d fix de tempetu do todo p lt tensão de eleção Figu 6.19 Cuvs de Mim p J FSCL = 8 Am - e p J FSCL = 16 Am Figu 6.0 Gáfio PWFD p J FSCL = 16 Am Figu 6.1 Gáfio PWFD p J FSCL = 0,09 Am Figu 6. Cuvs de Mim p J FSC = 0,09 Am - e p J FSC = Am Figu 6. Gáfio PWFD p J FSC = Am Figu 6.4 Gáfio PWFD p J FSC = 0,18 Am Figu 6.5 Cuvs de Mim p J FSC = 0,18 Am - e p J FSC = 6 Am Figu 6.6 Gáfio PWFD p J FSC = 6 Am Figu 7.1 Cuvs TG dos bontos de báio e de álio, do óxido de lumínio e d mistu omponentes (dinho de pltin) em tmosfe oxidnte. 106 Figu 7. Cuvs TG dos bontos de báio e de álio, do óxido de lumínio e d mistu omponentes (dinho de pltin)em tmosfe inete ii

15 Figu 7. Cuvs TG/DTG do bonto de báio em tmosfe inete (N ) Figu 7.4 Cuvs TG dos bontos de báio e de álio, do óxido de lumínio e d mistu omponentes (dinho de lumin) em tmosfe eduto 109 Figu 7.5 () Aluminto de báio e álio obtido pelo método de eção em estdo sólido (fono tmosfe eduto T = 1000ºC). (b) Aluminto de báio e álio obtido po meio d TG (T = 100ºC) Figu 7.6 Cuvs TG/DTG p most de luminto de báio e álio om pesenç de bono element em tmosfe oxidnte (O ) Figu 7.7 Cuvs TG dos nittos de báio, de álio, de lumínio e do poduto d istlizção em tmosfe oxidnte Figu 7.8 Cuvs TG do poduto d peipitção em difeentes tmosfes (eduto e oxidnte) Figu 7.9 Cuvs TG dos lumintos de báio e álio obtidos pelos difeentes métodos de síntese estuddos Figu 7.10 Diftogm d mistu dos bontos de báio e de álio, e lumin 114 Figu 7.11 Diftogm do luminto de báio e álio obtido po meio do método de eção em estdo sólido (onvenionl) Figu 7.1 Diftogm d mistu do poduto d istlizção Figu 7.1 Diftogm do luminto de báio e álio obtido po meio do método de istlizção Figu 7.14 Diftogm do luminto de báio e álio obtido po meio d téni de peipitção Figu 7.15 Distibuição do tmnho de ptíul p o luminto obtido po meio d eção em estdo sólido () Histogm. (b) Feqüêni umuld. 118 Figu 7.16 Distibuição do tmnho de ptíul p o luminto obtido po meio d eção em estdo sólido (48 h mogem) () Histogm. (b) Feqüêni umuld Figu 7.17 Distibuição do tmnho de ptíul p o luminto obtido po meio d téni de istlizção () Histogm. (b) Feqüêni umuld. 10 Figu 7.18 Distibuição do tmnho de ptíul p o luminto obtido pel téni de peipitção () Histogm. (b) Feqüêni umuld Figu 7.19 Fom ds ptíuls do luminto de báio e álio fomdo pel 1 eção em estdo sólido... iii

16 Figu 7.0 Fom ds ptíuls do luminto de báio e álio fomdo pel téni de istlizção... 1 Figu 7.1 Fom ds ptíuls do luminto de báio e álio fomdo pel téni de peipitção... 1 Figu 7. Análises químis do luminto obtido po meio d téni de eção De estdo sólido em difeentes egiões Figu 7. Análises químis do luminto obtido po meio d téni de istlizção em difeentes egiões Figu 7.4 Análises químis do luminto obtido po meio d téni de peipitção em difeentes egiões Figu 7.5 Cuvs FTI dos lumintos obtidos pelos difeentes métodos Figu 7.6 Cuv de emissão temiôni p um todo luminto obtido pel téni de eção em estdo sólido Figu 7.7 Cuv de densidde de oente x potêni p o todo luminto Figu 7.8 Gáfio PWFD p J FSC = 400 mam Figu 7.9 Gáfio PWFD p J FSC = 800 mam Figu 7.0 Cdinho de molibdênio om luminto de báio e álio iv

17 LISTA DE TABELAS Págin Tbel.1 Pâmetos de entd de difeentes nhões eletônios... 9 Tbel. Pâmetos intemediáios e de síd dos difeentes nhões eletônios Tbel. Pâmetos de entd do nhão pojetdo... 4 Tbel.4 Pâmetos intemediáio e de síd do nhão investigdo... 4 Tbel 4.1 Evolução do todo temiônio eltivo o desenvolvimento dos mteiis que o ompõem Tbel 4. Cteístis do pó de tungstênio Tbel 4. Pstilh de tungstênio sinteizd em hidogênio: teístis típis Tbel 4.4 Composição dos lumintos de báio e álio Tbel 4.5 Nomenltu ds fses do sistem BO-CO-Al O Tbel 6.1 Pâmetos utilizdos n fbição d bse do todo impegndo Tbel 6. Ddos do expeimento p o todo esevtóio do tipo MMM Tbel 6. Coente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p I FSCL = 100 ma Tbel 6.4 Coente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p I FSCL = 00 ma Tbel 6.5 Coente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p I FSCL = 400 ma Tbel 6.6 Coente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p I FSC = 800 ma Tbel 6.7 Vloes d densidde de oente de emissão nomlizd (sendo φ mx mio função tblho, φ(~50%) função tblho qundo J Mim = 50% e φ min meno função tblho) Tbel 6.8 Função tblho médi do todo p difeentes densiddes de oente limitd pel g espil... 9 Tbel 6.9 Densidde de oente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p J FSCL = 0,09 Am v

18 Tbel 6.10 Densidde de oente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p J FSCL = 0,18 Am Tbel 7.1 Ddos de fluoesêni de ios X p most obtid pelos difeentes métodos vi

19 LISTA DE SÍMBOLOS A 0 Constnte univesl de ihdson (10 A m - K - ) d Espçmento intep e Cg eléti element (1,60 x C) E Enegi totl E E e E n E j f G(u) H h I 0 I FSCL j J J J() J FSCL J op J T J TL k K Autoenegis (utovloes) Cmpo elétio dvindo d g espil Enegi do estdo quântio n Enegi do estdo quântio j Distni fol Função Opedo hmiltonino Constnte de Pk Coente totl (oente do feixe eletônio) Coente limitd pel g espil Estdo quântio Densidde de oente Densidde de oente de onveção Densidde de oente de onveção Densidde de oente limitd pel g espil Densidde de oente de opeção Densidde de oente totl Densidde de oente limitd pel tempetu Veto de númeo de ond Constnte k Constnte k B k F L m m e n Constnte de Boltzmnn (1,81 x 10 - J/K ou 8,615 x 10-5 ev/k) Veto de ond de Femi Peíodo d ede do digm de níveis de enegi Mss Mss de epouso do eléton (9,11 x 10-1 kg) Númeo quântio vii

20 n Númeo inteio de ompimentos de ond n e n j Densidde voluméti de oente Númeo de ptíul no estdo quântio j <n j > Númeo de oupção do estdo j N Númeo totl de ptíuls p Coodend pol Pev Pevêni q j w s T Coodends d ptíul j Coodend dil io d óbit do eléton io do oifíio do nodo io de uvtu do nodo io de uvtu do todo io do diso do todo io d intu do feixe Momento ngul intínseo (spin) Tempetu T todo Tempetu do todo T F t u U v V V V() v() V Z Z z z w W Tempetu de Femi Tempo Veloidde Enegi inten do sistem Veloidde de onveção dos elétons Potenil Volume Potenil eletostátio Veloidde de onveção dos elétons Potenil do nodo Númeo tômio do átomo Função de ptição Distâni ente o nodo-todo Ae do feixe Bei de potenil do metl viii

21 α α β ã ãd(å) δ ε 0 å F φ n φ φ E φ h λ ì η è θ 0 ó ö ψ Ω Ξ Pâmeto do sistem (númeo totl de ptíuls do sistem) Coefiiente de tempetu zão de queimento Multipliidde do spin Densidde de estdo de ptíul úni Desvio pdão Opedo Lplino Pemissividde eléti do váuo (8,85 x 10-1 C /Nm) Enegi de Femi Autofunção de um opedo (utoestdo) Função tblho Função tblho efetiv Função tblho de ihdson zão h/π Compimento de ond d dição inidente Potenil químio zão g/mss Ângulo de inidêni d dição Meio-ângulo do one de onvegêni do nhão Númeo quântio de spin Função tblho do mteil metálio Função de ond d ptíul Volume Função de ptição ix

22 CAPÍLULO 1 INTODUÇÃO A pti de 1999, iniiou-se, ns instlções do Cento Tenológio d Minh em São Pulo (CTMSP), um pojeto de pesquis e desenvolvimento tenológio, destindo o pojeto e à onstução de dispositivos de mioonds de potêni do tipo válvul de ond pogessiv (TWT). Estes dispositivos são omumente empegdos nos des ds fgts d Minh do Bsil. Este pojeto vem logndo êxito sendo que, pti gosto de 001, lguns potótipos p opeção pulsd n bnd-x, om potêni médi de 0 W, tx de epetição de pulso de 10 khz e dução de pulso de, poximdmente, µs, omeçm ent em opeção. Alguns destes potótipos enontm-se instldos bodo de fgts d lsse Geenhlgh. Entetnto, outos potótipos pesentm tempo de vid eduzido em vitude d degdção do todo, isto é, houve um nteipd edução d densidde de oente de emissão o longo do peíodo de opeção d TWT, essndo mplifição do sinl de mioonds. Este fenômeno sugeiu o estbeleimento de um investigção mis detlhd do poesso de obtenção do mteil emisso de elétons que ompõe o todo. P dequd mplifição do sinl de mioonds que se popg o longo d TWT, neessit-se de um feixe eletônio om elevd densidde de oente (supeio Am - ). P se obte um feixe eletônio om tl teísti, é neessáio o ontole ds popieddes físio-químis dos mteiis utilizdos omo fontes de elétons. Dest fom, esolh d mtéi-pim e espeifição d melho metodologi de poessmento desses mteiis devem se investigds fim de se obte o domínio d tenologi de fbição dos todos temiônios. O todo, ds válvuls do tipo TWT, objeto de investigção no pesente tblho, pesent bsimente seguinte estutu: um opo de molibdênio, mteil emisso fonte de elétons, onstituído po um pstilh de tungstênio poos impegnd om luminto de báio e álio e um filmento de tungstênio, que fonee enegi témi o todo. A omposição quími do mteil eletoemisso influeni dietmente s teístis de emissão temiôni, pois est define função tblho do todo. Entende-se, dest fom, que o poesso de síntese do mteil emisso (poesso no qul define s fses pesentes no mteil finl) é um dos ftoes que detemin s popieddes 1

23 do todo impegndo. Há difeentes poessos que podem se utilizdos n obtenção do mteil emisso, dente eles: eção em estdo sólido, o poesso de istlizção e téni de peipitção. As difeençs existentes ente ests ténis de síntese de mteiis esidem ns etps onstituintes de d poesso que definião s popieddes do poduto finl obtido (puez, tmnho de ptíul, homogeneidde e estequiometi). Outos ftoes que influenim emissão temiôni nos todos impegndos são s popieddes físio-químis d pstilh do todo, lém d téni empegd no poesso de su impegnção. A fbição d pstilh do todo (tungstênio metálio sinteizdo om poosidde ontold) eque o ontole de lguns pâmetos: tmnho de ptíul do pó, distibuição do tmnho e fom d ptíul, puez do pó, pessão de omptção, tempetu de sinteizção e, po fim, distibuição d poosidde d pstilh de tungstênio sinteizd, pois esses pâmetos tmbém ontibuem p o tempo de vid do todo temiônio [1]. Neste tblho investigm-se, tmbém, os pâmetos de onfomção e sinteizção, lém ds ténis de impegnção om o intuito de se tç melho metodologi de fbição dos todos impegndos e, ind, de se onstui os equipmentos p síntese e teizção dos mteiis do todo. Com o objetivo de teiz os expeimentos de síntese e nálise dos mteiis, utilizm-se ds seguintes ténis: temogvimeti (TG), difção de ios X (DX), espetosopi de infvemelho po tnsfomd de Fouie (FTI), miosopi eletôni de vedu (MEV) e nálises elionds o ompotmento temiônio, em vitude d omplexidde d pdonizção dos poessos físio-químios esponsáveis pelo menismo de emissão. P teizção temiôni dos todos investigdos, elizou-se um estudo d metodologi de síntese do nhão eletônio de Piee de modo detemin à geometi do nhão eletônio dequd p teizção de emissão temiôni do todo (tensão de eleção e densidde de oente de emissão, po exemplo). elizouse, tmbém, um estudo ds teístis temiônis segundo teoi de Mim [], po meio d distibuição d função tblho do todo, p se defini os pâmetos de emissão em ondições de lt densidde de oente de emissão, pti de esultdos obtidos, po expeimentos elizdos om bix densidde de oente de emissão.

24 1.1 Objetivo O objetivo deste tblho é estbelee de um metodologi de síntese dos mteiis emissoes, ompostos po lumintos de báio e álio, fim de que estes possm se utilizdos n fbição de todos impegndos p válvuls TWT. Tendo em vist que medid d emissão temiôni é um impotnte etp de teizção destes mteiis emissoes, desenvolveu-se um poedimento espeífio p estes testes, ou sej, onstução de um veíulo que gesse esultdos onfiáveis. Este pojeto foi desenvolvido ns instlções do Lbotóio de Mioonds de Potêni d Divisão de Engenhi Eletôni do CTMSP. 1. Ognizção do tblho O Cpítulo pesent os oneitos básios de emissão temiôni fundmentdo n teoi quânti p onstução d equção de ihdson-dushmn, que elion densidde de oente de emissão om função tblho do mteil emisso e tempetu do todo temiônio, lém de pâmetos, omo difeenç de potenil de eleção do feixe eletônio. O Cpítulo quntifi o efeito ds gs espiis em feixes eletônios, pesentndo o modelo utilizdo p deteminção d peveâni do nhão eletônio do tipo Piee. O Cpítulo 4 deseve, bevemente, os divesos tipos de todos existentes e teoi do ompotmento témio dos lumintos de báio e álio. O Cpítulo 5 elion s ténis de síntese e os métodos de teizção dos mteiis empegdos n onstução do todo impegndo. O Cpítulo 6 deseve os mteiis e métodos empegdos n obtenção dos mteiis emissoes de elétons, s metodologis de obtenção dos lumintos de báio e álio, os meios de teizção dos mteiis emissoes e onstução dos ptos de medição ds teístis temiônis do todo impegndo. O Cpítulo 7 pesent os esultdos d teizção dos lumintos de báio e álio obtidos pelos difeentes métodos de síntese. Po fim, no Cpítulo 8 pesentm-se s onlusões do desenvolvimento deste pojeto, bem omo, lgums sugestões p tblhos futuos.

25 CAPÍTULO EMISSÃO TEMIÔNICA.1 Intodução do Cpítulo Neste Cpítulo seá disutido o fenômeno de emissão temiôni sob o ponto de vist d meâni esttístio-quânti, om o objetivo de quntifiá-lo, po meio de um expessão p densidde de oente de emissão em função d tempetu, denomind Equção de ihdson-dushmn []-[6]. Muito embo est bodgem poss se enontd em muitos livos textos, entende-se que su pesentção é de elevâni, não somente po um speto didátio, ms, piniplmente, po segui todo o mquináio d meâni esttístio-quânti. A bodgem quânti é empegd tendo em vist que zão ente tempetu do todo em ondições típis, T todo, e tempetu de Femi, T F, é muito meno que unidde (T todo /T F << 1). O poblem dos elétons de ondução em um metl pode se ttdo utilizndo o modelo de um gás fémions lives. N Fig.1 ilustm-se os níveis de enegi em um metl. L ö å F = ì FIGUA.1 Digm dos níveis de enegi de um metl (os pontos epesentm íons positivos d ede sendo L o seu peíodo). Este Cpítulo inii-se om um beve evisão do fomlismo d meâni esttísti, pesentndo os ingedientes de um nálise meânio-esttístio de um sistem físio em equilíbio. Posteiomente, deseve-se o estdo miosópio do sistem quântio p que, em seguid, sej fomuldo o poblem esttístio. N Seção.4 é estbeleid um onexão om temodinâmi. N Seção.5, pesent-se Equção de ihdson- 4

26 Dushmn. Aind, ness Seção, nlis-se o efeito d ção de mpos elétios modedmente fotes ( 10 6 V / m) são pesentds s onlusões do Cpítulo. < sobe emissão de um metl. Po fim, n Seção.6,. Fomlismo d meâni esttísti [6] Os ingedientes básios de um nálise meânio-esttísti de um sistem físio, em equilíbio, podem se esumidos ns seguintes etps: 1) espeifição dos estdos miosópios do sistem, que fomm um onjunto denomindo de ensemble esttístio; ) estbeleimento de um postuldo esttístio básio e utilizção d teoi ds pobbiliddes; e ) estbeleimento de um onexão om temodinâmi, ou sej, om s viáveis visíveis do mundo mosópio.. Espeifição do estdo miosópio de um sistem quântio [4]-[6] Em meâni quânti, o estdo de um sistem estionáio é teizdo pel função de ond Ψ, solução d equção de Shödinge independente do tempo. Em gel, ess função de ond pode se esit em temos de um ombinção line ds funções petenentes um onjunto de otogonl e ompleto, { Φ n }, denomindo de utofunções de um opedo, isto é, Ψ = Φ, (.1) onde s utofunções são soluções do seguinte poblem de utovlo: H é o opedo hmiltonino e n n n E n n HΦ = Φ. (.) n E n é enegi do estdo quântio n. Os utoestdos Φ n, teizdos pelo onjunto de númeos quântios { n }, foneem um mnei de ont os estdos miosópios do sistem. pel função de ond: Um sistem quântio fomdo po N ptíuls idêntis pode se epesentdo ( q K, q, K, q, Kq ) Ψ, (.) 1, i j N 5

27 onde q j design tods s oodends d ptíul j (oodends e spin). No entnto, nem tods s funções de onds desse tipo, que stisfzem à equção de Shödinge independente do tempo, são epesentções eitáveis de um sistem quântio. Deve-se exigi tmbém que função de ond stisfç popiedde de simeti, ( q K, q, K, q, Kq ) = ± ( q, K, q, K, q, Kq ) Ψ, (.4) 1, i j N Ψ 1 indindo que o estdo quântio do sistem não se lte qundo se tom s oodends de dus ptíuls. As funções de ond nti-simétis, sinl (-), estão ssoids à ptíuls de spin semi-inteio, omo o so dos elétons onde s = 1. Esss ptíuls são denominds fémions e obedeem à esttísti de Femi-Di. O poblem dos elétons lives em um metl pode se desito utilizndo o modelo de um ptíul live em um ix de potenil []. Neste so equção de Shödinge independente do tempo se eseve: j i N h m e Φ = EΦ, (.5) onde o opedo lplino em oodends etngules tem fom = x y z. No poblem d ix de potenil, ondição p função de ond é tl que: Φ = 0 em x = 0, L, y = 0, L e z = 0, L, que impli n seguinte solução d equção de ond: Φ k k k = sen( k1x) sen( k y) sen( kz), (.6) 1 L onde, o onjunto de númeos inteios k i é ddo segundo: k i n i π =, (.7) L onde n = 1,,.... O espeto de enegi ssoido pode se esito omo: i E k h k =, (.8) m e onde k k1 k = k é o módulo o quddo do veto númeo de ond. Isto em lingugem quânti signifi dize que enegi do eléton está quntizd. 6

28 Genelizndo p o so de um sistem onsistindo de N ptíuls lives, função de ond do sistem é obtid pelo poduto ds funções de ond p d ptíul, isto é, Φ( x1, x, K x N ) = Φ1( x1 ) Φ ( x ) KΦ N ( x N ). (.9) O espeto de enegi do sistem de N ptíuls esito omo: E Totl = E 1 E 1 N ( k ) ( k ) K ( k ) h K E = N 1 N. (.10) m e No so em que L é muito gnde, o intevlo ente os vloes onseutivos de k é muito pequeno e igul π L. Nest situção pode-se substitui som em k po um integl: k V f ( k ) d kf ( k ). (.11) (π ) P se onside o spin, pode-se identifi um estdo po meio do símbolo j ( k,σ ) V, que inlui o veto de ond k ssoido os gus de libedde de tnslção e o númeo quântio de spin σ..4 Fomulção do poblem esttístio e onexão om temodinâmi [6] Devido às popieddes de simeti d função de ond de um estdo quântio de um gás idel fi ompletmente detemindo pelo onjunto de númeos quântios { n j }, onde j design o estdo quântio e n j o númeo de ptíuls nquele estdo. No so de fémions n = 0 ou n = 1 p qulque j. A enegi do sistem oespondente o j estdo quântio { n j } é expess segundo: j { } = E n j ε n, (.1) onde ε j é enegi do estdo j. O númeo totl de ptíuls é ddo segundo: { } = j j j N = N n j n j. (.1) j No ensemble nônio, pode-se eseve função de ptição Z = Z( T, V, N ) do gás idel quântio n fom: 7

29 Z = Z ( T,V,N ) = exp β ε j n j, (.14) { n j } j om o vínulo de: n j = N, j onde o poblem eside em lul som sobe os númeos de oupção om estição impost pelo númeo fixo de ptíuls N. No ensemble gnde nônio, ddos um volume V, um tempetu T e um potenil químio µ, tem-se gnde função de ptição Ξ = Ξ( T,V, µ ) live, qul pode se esit omo: Ξ Ξ ( T, V, ) = exp( βµ N ) Z( T, V, N ) N = 0, p fémions µ, (.15) ( T, V, µ ) = exp( βµ N ) exp( βε n βε n K) N = 0 N = 0 exp { n } j { n } [ β ( ε µ ) n β ( ε µ ) n K] 1 j =. (.16) Tendo em vist que som é feit iniilmente sobe o onjunto de númeo de oupção, n om estição de j j n j = N, ms, omo depois há out som sobe todos os vloes possíveis de N, pode-se simplesmente fze um som múltipl sobe todos os númeos de oupção, sem qulque estição, o que oesponde um enjo dos temos dess som. Dest fom, Ξ ( T, V, ) = exp[ β ( ε µ ) n β ( ε µ ) n K] µ, n1, n, K que pode se ftodo, esultndo: (,V, ) = exp[ β ( ε µ ) n] = exp β ( ε µ ) 1 Ξ T µ j [ 1 n1 ] exp[ β ( ε µ ) n ]K (.17) j n n1 A pti do onheimento de Ξ e utilizndo o fomlismo do ensemble gnde nônio, podem-se obte s expessões p os vloes espedos d enegi e do númeo de ptíuls. O vlo espedo < n j > do númeo de oupção do estdo j pode se obtido segundo: 1 n 8

30 No so d esttísti de Femi-Di n = 0 ou n = 1, tem-se: Ξ = j 1 exp tomndo-se o logitmo ntul, 1 < n j > = Ξ. (.18) β ε j [ β ( ε j µ ) n ] = { 1 exp[ β ( ε j µ )]} n= 0 j { 1 exp[ β ( ε j µ )]} Ξ =. (.19) E, dest fom, o vlo espedo no númeo de oupção do estdo j, j 1 1 < n j > = Ξ =, (.0) β ε exp[ β ] 1 j ( ε µ ) que é denomind de distibuição de Femi-Di. Pode-se obsev que 0 < n > 1 de odo om o pinípio de exlusão de Puli. A pti do onheimento de Ξ, o vlo espedo d enegi, U, (que é identifido no limite temodinâmio, om enegi inten do sistem) e o vlo espedo do númeo totl de ptíuls, N, (identifido omo o númeo temodinâmio de ptíuls), podem se ddos po: j, j U = ε ε, (.1) 1 j j < n j > = j j exp [ β ( ε µ )] j e, N = < n j > = j j exp[ β ( ε µ )] 1 j. (.) 1 P fémions lives, n usêni de mpos eletomgnétios extenos, o espeto de enegi é ddo po: h k ε = j ε =. (.) k, σ m No limite temodinâmio, gnde função de ptição pode se esit em vist de (.11), (.19) e (.) omo: e 9

31 Ξ( T, V, µ ) = γ µ m e V ( ) h k d k 1 exp β π, (.4) onde γ = s 1 é multipliidde do spin (p elétons s = 1 fonee γ = ). Nests ondições, os vloes p o númeo temodinâmio de ptíul e p enegi inten do Gás de Femi podem se esitos, espetivmente, N = γ V d k ( ) π h k exp β 1 m e µ 1, (.5) U = γ V h k d k ( ) π me h k exp β µ 1 m e 1. (.6) Devido simeti esféi do espeto de enegi dos fémions lives, pode-se eeseve esss expessões utilizndo enegi ε omo viável de integção, 0 (, V, ) = γv D( ε ) { 1 exp[ β ( ε µ )]} Ξ T µ dε, (.7) 0 ( ε ) f ( ε ) N = γv D dε, (.8) onde, é esttísti de Femi-Di, e D 0 ( ε ) f ( ε ) U = γv εd dε, (.9) 1 f ( ε ) =, exp[ β ] 1 1 4π ( ε µ ) 1 e ( ε ) = ε 1 = Cε m h, (.0) onde onstnte C depende d mss do fémion. γd ( ε ) é um densidde (po enegi e po volume) de estdo de ptíul úni disponíveis p s ptíuls lives. 10

32 Sej go o poblem do gás de Gás de Femi ompletmente degenedo. Costum-se dize que um gás quântio no estdo fundmentl, à tempetu nul, está ompletmente degenedo. No so dos fémions tempetu nul β, o númeo de oupção mis povável dos estdos é ddo po um função degu de enegi, onfome ilustdo n FIG... f (å) 1 0 å F = ì å FIGUA. Função degu de enegi. O potenil químio, tempetu nul, designdo po ε F, é denomindo de enegi de Femi. Neste so todos os estdos estão oupdos té enegi de Femi ε F, ms pemneem vzios p ε > ε F. É possível lul enegi de Femi em temos do númeo totl de ptíuls N e do volume V. No limite que esult em, de onde vem que, N = γv ε F 0 D ( ε ) dε, N = γvε D F ( ε F ), β, ε F h = m e 6π γ N V. (.1) A pti d enegi de Femi, pode-se defini tempetu de Femi, T F ε = k F B h = m k e B 6π γ N V. (.) 11

33 A tempetu de Femi de um metl llino é tipimente d odem de 4 T F 10 K. No limite T << TF (gás idel de Femi degenedo) função de distibuição de Femi-Di f ( ε ) tem fom de um degu edonddo. Tendo em vist de o potenil químio µ se função de T, V e N, ele deve se ligeimente meno do que seu vlo mbiente, sendo expesso segundo, ε F, à tempetu π T µ = ε F 1 K. (.) 1 TF.5 Emissão temiôni equção de ihdson e o efeito Shottky []-[6] O númeo de elétons deixndo um supefíie metáli, po unidde de áe e po unidde de tempo, pode se esito omo, onsidendo (.5) e que os elétons emitidos tenhm veloidde u z : J = e < nu z > n = N V = γ 1 d ku ( ) z π h k exp β µ 1 m e 1 J ( T ) = e 1 d ku ( ) z π h k exp β µ 1 m e 1. (.4) elizndo um mudnç de viáveis k = p h, tem-se: dpxdp ydpz dk xdk ydk z = e h p z u z =, me dest fom: J ( T ) = e 1 ( ) π px = py = pz = mw dp x dp h y dp z p m z e 1 p exp β m e. (.5) µ 1 1

34 onde p z epesent enegi mínim que o eléton deve possui fim de vene bei de potenil. A integl dupl pode se esolvid empegndo s oodends poles p = osθ e p = senθ : x p y p e J ( T ) = h pz = Integndo-se em p, obtém-se: p z dpz m mw e p = 0 p exp β m πp e dp pz m e. µ 1 4πm eek BT pz J ( T ) = p zdpz 1 exp β µ. h p = mw me z elizndo nov mudnç de viáveis, p z ε z =, m e 4πme ek BT J ( T ) = dε z { 1 exp[ β ( µ ε z )]}. h ε z = W Obsevndo que { 1 exp[ β ( µ ε )]} exp[ β ( µ )], qundo exp [ β ( µ ε )] << 1 z ε z densidde de oente de emissão pode se esit, e, finlmente, ou, 4πm eek BT J ( T ) = dε z exp[ β ( µ ε z )], h 4πm e J T ) = h ε z = W ( k T ) ( W ) e B µ ( k B exp T, z, = ϕ J ( T ) A T 0 exp, (.6) k BT 4πmeek B onde A0 = = 10, 4 A/m K é um onstnte univesl e h tblho do mteil metálio (FIG..1). Obsevndo que epesent ltu d bei de potenil im do nível de Femi. ϕ = µ W é função µ ε F, função tblho 1

35 O efeito d ção de mpo elétios modedmente fotes ( 10 6 V / m) < sobe emissão de um metl é denomindo de efeito Shottky. Considendo intensidde do mpo elétio E (dmitindo o mpo elétio se unifome n supefíie e om dieção pependiul), difeenç ente enegi potenil de um eléton em um distâni z d supefíie e um distâni z de su g imgem no inteio do metl, pode-se eseve: 1 e ( z) = W eez om z > 0, 4πε 0 4z onde W é bei de potenil do metl, o segundo temo é ttivo devido o mpo elétio exteno e o teeio temo, tmbém ttivo d foç imgem ente o eléton que pte e su imgem induzid no metl. O máximo vlo d função (z) ooe p, d dz 1 z) = ee 4πε ( 0 4z e = 0, que poduz z 0 = e 16πε E. Desse modo, e mx ( z) = W E, (.7) 4πε pode se obsevdo que o mpo elétio exteno efetivmente eduz ltu d bei W 0 de potenil po um quntidde e E 4πε 0. Consequentemente, densidde de oente temiôni n pesenç do mpo seá mio que quel n usêni de mpo p um mesm tempetu. A expessão p densidde de oente de emissão temiôni pode se esit segundo: J ( T, E) = ϕ e E A 0 T exp exp. (.8) k BT 4πk BT Substituindo os vloes numéios, ,4 J ( T, E) = 10T exp ϕ exp E ( A/ m ), (.9) T T sendo função tblho expess em eléton-volt, tempetu em kelvin e o mpo elétio em volt/m. 14

36 .6 Conlusões do Cpítulo Deseveu-se o fenômeno de emissão temiôni sob o ponto de vist d meâni esttístio-quântio. Aboddos os ingedientes básios d nálise meânioesttísti de um sistem em equilíbio, fomulou-se o poblem esttístio plindo-se oneitos fundmentis d temodinâmi. Em vist dos oneitos quântios e empegndo elção ente g, densidde e veloidde do eléton, J = e nu, obteve-se expessão d densidde de oente de emissão de ihdson-dushmn. Po fim, quntifi-se o efeito de mpos elétios sobe o metl: efeito Shottky. Este efeito eduz ltu d bei de potenil em um mteil metálio e, onseqüentemente, ument densidde de oente de emissão p um mesm tempetu. 15

37 CAPÍTULO SOLUÇÃO DE LANGMUI-BLODGETT PAA O POBLEMA DO DIODO ESFÉICO DETEMINAÇÃO DA PEVEÂNCIA.1 Intodução do Cpítulo Neste Cpítulo, disute-se o poblem do fluxo de oente eléti limitdo pel g espil, em um diodo esféio, om o objetivo de obte o vlo p máxim oente eléti que podeá se extíd deste diodo. N solução do poblem do diodo esféio, Lngmui e Blodgett [7] obtivem um expessão que pemite lul máxim oente que pode se extíd de um diodo esféio um dd voltgem do nodo. Empegndo-se o esultdo de Lngmui e Blodgett, Piee [8] desenvolveu um poedimento p se detemin densidde de oente limitd pel g espil em um seto ônio do diodo esféio e, ssim, desenvolveu um poedimento p o pojeto básio de um nhão eletônio de fluxo onvegente. Como esultdo, obteve-se um expessão p deteminção d peveâni do nhão que depende somente de sus teístis geométis. Deseve-se um poedimento nlítio não-itetivo p síntese do nhão eletônio do tipo Piee om fluxo onvegente nteiomente desenvolvido po Tiwy e Bsu [9]. P se obte este poedimento, lguns ftoes fom onsidedos: divegêni do feixe eletônio (pssgem do feixe eletônio tvés do oifíio do nodo) e efeito d lente eletostáti devido à betu do nodo, esultndo em um expessão que elion os ios do todo e do nodo om intu do feixe eletônio. N Seção., pesent-se solução do poblem poposto po Lngmui- Blodgett [7]. Posteiomente, expessão obtid p densidde de oente limitd pel g espil é modifid de odo om popost de Piee [8]. N Seção.5, pesent-se influêni do oifíio do nodo. N Seção.6, deseve-se um fluxogm p síntese do nhão eletônio bsedo n teoi pesentd po Bsu [9]. Finlmente, n Seção.7, são pesentdos lguns exemplos d plição d metodologi de síntese do nhão eletônio disutid dunte este Cpítulo. N Seção.8, pesent-se o efeito d g espil no mpo elétio d supefíie do todo. Po fim, n Seção.9, é pesentd onlusão do Cpítulo. 16

38 . Fomulção do poblem do diodo esféio O poblem do nhão eletônio pode se fomuldo omo segue. Sej o diodo esféio, onfome ilustdo n FIG..1, que onsiste de dus ss esféis metális onêntis. A exten de io é o todo e inten de é o nodo. O todo está polizdo om V( = ) = 0 e o nodo V( = ) = V. Admite-se que supefíie = emite elétons que são eledos em dieção o nodo ( = ) de mnei que oente totl é denotd po I 0. A egião ente está sob váuo de mnei não existi nenhum fenômeno olisionl que poss ge o fenômeno d vhe eletôni. Ctodo Anodo FIGUA.1 Ilustção do modelo todo esféio. Os vetoes ilustm densidde de oente v de onveção J = en v dil em dieção o nodo. e O pimeio psso p solução do poblem é obte um expessão que elione distibuição dil de potenil eletostátio V() do nhão eletônio om oente totl I 0 do feixe. P isto, são onsideds s seguintes equções: 1) Equção de Poisson p o potenil eletostátio. P um distibuição de potenil que depende somente d oodend dil, isto é, V ( ) = V(), equção de Poisson pode se esit omo: d V d ( ) dv ene =, (.1) d ε 0 onde n e () é densidde voluméti de oente (em númeo), e é g do eléton e ε 0 é pemissividde eléti do váuo. 17

39 ) Densidde de oente de onveção J() = J op, que podeá se esit omo: J op ( ) v( ) = en, (.) e I 4π 0 onde J op ( ) = e v( ) todo em dieção o nodo. v = é veloidde de onveção dos elétons que fluem do ) Consevção de enegi, 1 mv = ev ( ), (.) que tduz o fenômeno do tblho elizdo pelo mpo elétio sobe os elétons oesponde à vição d enegi inéti dos mesmos. esolvendo (.) p v, substituindo v em (.), esolvendo expessão obtid p en e () e, então, substituindo em (.1), esult: d d V dv d V k' 1 = 0, (.4) onde onstnte k é dd po: 0 k ' =, (.5) 4π I ( η ) 1 ε 0 e e η = é zão g/mss p o eléton. Lngmui e Blodgett popusem m e seguinte solução p equção difeenil (.4): V 9 = p 4 ( ) k' G 4 ( u) u =. (.6) A função G(u) deve stisfze s seguintes ondições de ontono: ) G(u = 0) = 0, isto é, p =, o potenil deveá se nulo (potenil do todo). b) = G u, deve se tl que 9 4 k ' G = V, onde V é o potenil do 4 nodo. ) A solução popost po Lngmui e Blodgett é um solução po séie infinit onstuíd tomndo-se po bse expnsão d função G(u) n séie de Tylo, em tono do ponto u = 0; 18

40 4 u u u u iv G ( u) = G( 0) G ( 0) G ( 0) G ( 0) G ( 0)... (.7) 1!!! 4! onde os oefiientes d expnsão G (n) (0) são oefiientes seem detemindos de mnei que s ondições de ontono sejm stisfeits...1 Deteminção dos oefiientes G (n) (0) Nest Subseção desevem-se s etps de deteminção dos oefiientes d solução d séie popost po Lngmui e Blodgett. De tl fom obte função: Dividindo-se (.4) po k' V 1 V k' G = G. obtém-se: 1 d V V d k' 1 dv d 1 = 0. (.8) Cludo-se s deivds de (.6), tem-se que deivd pimei é dd po: e deivd segund: dv dg = k G( u), d 4 d d d V 9 = k' G u dg d ( ) G( u) 1 d G, (.9) d substituindo em (.8) ton-se: d G dg dg G( u) 6 ( ) 1 = 0 G u. (.10) d d d Efetundo mudnç de viável: u =, (.11) (.10) pode se esit omo: d G dg dg G ( u) G( u) 1 = 0. (.1) du du du 19

41 A equção difeenil, não-line, de segund odem (.1) pode se utilizd p deteminção dos oefiientes d expnsão (.6). P isto, onside-se: =, u = 1 = 0 e, potnto, G(0) = 0 e (.1) fonee: dg du u= 0 dg = 1 ou = ± 1. (.1) du u= 0 A solução G (0) = -1 indi um feixe om fluxo onvegente e solução G (0) = 1 um feixe om fluxo divegente. Os demis oefiientes são detemindos de mnei simil. Deteminção dos oefiientes d equção popost po Lngmui e Blodgett po meio ds deivds de (.1): P deteminção de G ( 0) utiliz-se um poedimento semelhnte à quele utilizdo p deteminção de G ( 0). Deiv-se (.1) e lul-se o vlo d expessão p u = 0. Segundo estes pssos, obtém-se: dg d G d G dg d G dg d G G u du du du du du du du Cludo p G(0) = 0: ( ) G( u) = 0. (.14) d G du u= 0 = 5 dg onde utilizou-se = 1. (.15) du u Deivndo (.14) e ludo o vlo d expessão obtid no ponto u = 0: 4 5 d G dg d G d G dg d G d G 8 G u 4 du du du du du du du Cludo p G(0) = 0: ( ) 9 G( u) = 0. (.16) d G du u= 0 = 9 0. (.17) De mnei simil: d G d G dg d G d G d G dg d G d G 11 G u 4 5 du du du du du du du du du 4 Cludo p G(0) = 0: ( ) 9 1 G( u) = 0.(.18) 0

42 4 d G du 4 u= 0 = (.19) v Idem p ( 0) G : d G 18 du 4 d G d G du du 15 dg du dg du 4 d G G u 4 du 5 d G G u 5 du d 5 ( ) ( ) = 0 du G 5 d 6 du G 6 d G 0 du d du G.(.0) Cludo p G(0) = 0: 5 d G du 5 u= 0 = (.1) vi Finlmente p ( 0) G : d G 65 du d 4 du G 4 5 d G d G du du 4 d G d G du du dg du dg du 6 d G G u 6 du 5 d G G u 5 du ( ) d 7 d G d G 0 7 du du 6 ( ) = 0 du G 6. (.) Cludo p G(0) = 0: d 6 du G 6 u= 0 = (.) Substituindo s soluções obtids ns deivds de (.1) em (.6), os seis temos d séie podem se esitos omo: ( ) G u = u u u u u u , (.4) então função G = G é dd pel séie infinit: G = (.5) 1

43 Est séie pode se tund no sexto temo, pois este temo epesent um eo máximo de 0,4% p um zão de / ente 1,1 e 10 (fix de vloes empegdos nos álulos posteioes). P o álulo d peveâni do sistem ou ind d oente máxim de um diodo esféio, onside-se que V() é ddo po: V ( ) = 16π 9I 0 4 G 1 ε 0 ( η ). (.6) Obseve que p =, G(1) = 0 e, potnto V( = ), stisfz ondição de ontono p = (potenil do todo). Po outo ldo, p =, tem-se que V( = ) = V e então (.6) se eseve: onde V = 9I G 16 ( ) π η ε 0, (.7) G = G ( = ) = A expessão (.7) tduz um fenômeno físio de muit elevâni, que pode se fomuldo omo segue: ddos, e V hveá um oente máxim (ou limite) que podeá se dend pelo diodo esféio de Lngmui (independente d supefíie emisso te pidde de emiti mis elétons), ujo vlo é ddo, esolvendo-se (.7) p I 0 : I 0 4 4πε = 9 ( η ) 1 0 G V. (.8) A onstnte ente olhetes é denomind de peveâni do diodo esféio: ( η) 0 G πε Pev =, (.9) 9 e que depende somente d zão logítmi ente os ios do todo e nodo: Pev = Pev. (.0)

44 A equção (.8) pode se esit omo, I = PevV, (.1) 0 que pemite lul máxim oente I 0 que pode se extíd do diodo esféio p um dd voltgem do nodo.. Aplição do esultdo de Lngmui e Blodgett do diodo esféio p o poblem do nhão de elétons om fluxo onvegente J.. Piee [8] intepetou de mnei notável o esultdo de Lngmui e Blodgett p o poblem do fluxo de elétons limitdo pel g espil e foi pz de utilizá-lo no pojeto de nhão eletônio de fluxo onvegente. O poblem pode se ilustdo onfome FIG... FIGUA. Cnhão eletônio esféio. Áe de emissão definid pelo one ujo meio-ângulo é θ 0. O diâmeto do diso do todo é denotdo po e o oifíio do nodo po. θ 0 é denomindo de meio-ângulo do one de onvegêni do nhão. P se obte expessão p peveâni em um seto ônio pode-se utiliz o seguinte gumento: se áe emisso de elétons fo d fom de um lot esféi de io, então, máxim oente que podeá se dend pelo nodo seá:

45 I 0 4 4πε = 9 ( η ) 1 1 osθ 0 G 0 V. (.) Est expessão impli que máxim densidde de oente que podeá se extíd d supefíie emisso, p um dd voltgem do nodo V, seá: J I =, (.) π 0 mesmo que o todo, p um dd tempetu de tblho, sej pz de fonee um densidde de emissão supeio. A peveâni do nhão eletônio de Piee pode se ssim expess: ( η ) 1 4 4πε0 1 osθ0 Pev =. (.4) 9 G.4 Síntese do nhão eletônio de Piee om fluxo onvegente Há lguns poedimentos nlítios p síntese do nhão eletônio de Piee om fluxo onvegente. Nest Seção disuti-se-á um deles, no qul onsiste em um poedimento não-itetivo desenvolvidos po Tiwy e Bsu [9]. A disussão inii-se om o desenvolvimento teóio do poblem. Posteiomente disutem-se os esultdos gedos pel metodologi de Tiwy e Bsu. Est metodologi foi empegd omo ponto de ptid p o pojeto do pto expeimentl desenvolvido p s medids temiônis dos todos do tipo luminto em estudo. O poblem entl do pojeto do nhão eletônio de Piee om fluxo onvegente é o seguinte: espeifidos o potenil do nodo V, oente de feixe I 0, densidde de oente de opeção J op e intu do feixe w ( se definid), desej-se obte os ios de uvtu do todo e do nodo, e, espetivmente. E, tmbém, deste modo lul o meio-ângulo do one θ 0, o io do diso do todo, o io do oifíio do nodo, distâni ente todo-nodo, z = e o e do feixe z w..5 O poblem d intu do feixe P que o feixe eletônio poduzido no nhão eletônio de Piee poss se utilizdo, é neessáio que o nodo possu um oifíio. Dest fom, os elétons que foem eledos em dieção o nodo, pssão po est betu e ontinuão seus movimentos. Como esultdo ds foçs de g espil o feixe eletônio, que é 4

46 onvegente n egião ente o todo e o nodo, omeçá divegi n egião lém do nodo, tendo em vist que egião lém do nodo pode se onsided, po hipótese, live d ção de mpo elétio exteno. Deste modo, o io d seção tnsvesl do feixe tingiá um vlo mínimo um et distâni do nodo. Nests ondições, define-se intu do feixe w omo sendo este vlo mínimo de áe d seção tnsvesl. A intu do feixe w está lolizd um distâni z w, denomind e do feixe. A FIG.. ilust este poblem. z FIGUA. Geometi do nhão de Piee om fluxo onvegente. O ttmento desenvolvido segui p detemin w e z w bsei-se em um modelo simples unidimensionl, o qul onside que esultnte ds foçs tuntes nos elétons n extemidde do feixe sej, exlusivmente, devido à g espil do feixe. A equção d tjetói pode se obtid empegndo-se segund lei de Newton que, em oodends ilíndis (ρ, z), é esit omo: 5

47 d ρ =η dt E e, (.5) onde E e é o mpo devido à g espil, que segundo lei de Guss p eletostáti pode se esito omo: Lembndo que ene E e = ρ. (.6) ε 0 dz v z =, o ldo esquedo de (.5) se eseve omo: dt e, potnto, equção d tjetói ton-se: d ρ d ρ v = z, dt dz v z d dz ρ eneη = ρ ε 0 ( z). (.7) A densidde de oente de onveção J op = en e v z, pode se utilizd p eseve (.8) omo: d dz ρ ηj op = v zε 0 ρ ( z). (.8) A veloidde xil do feixe v z se elion om o potenil do nodo V e densidde de oente om oente I 0 do feixe segundo s expessões: v = η z V I J op = πρ Dest fom (.8) pss se esit segundo: d ρ K 1 =, (.9) dz ρ onde, Pev K =. 1 πε0( η ) 0 6

48 A equção (.9) pode se integd dietmente, multiplindo-se mbos os ldos po dρ, esultndo em: dz dρ d ρ 1 = K dz dz ρ dρ, dz ou d dρ dz dz = K 1 ρ dρ, dz que eduz : dρ dρ d = K. dz ρ Integndo mbos os ldos d equção im se obtêm: dρ dz = K ρ K A = K ρ, A onde A é um onstnte de integção, que pode se detemind sob hipótese: dρ dz = 0 p ρ = ρ0. (.40) Potnto, dρ dz = K ρ ρ 0, (.41) ou dρ dz ρ ρ 1 = ± K. 0 Com deteminção d equção d tjetói do feixe eletônio, pode go deseve o efeito do oifíio do nodo. Se o nodo não pesentsse betu ( ), podese-i espe que o feixe eletônio dil mntivesse su ntuez onvegente n dieção do ângulo de meio one θ 0, tingindo o ponto z =. Contudo, p que se poss utiliz o feixe é neessáio que o nodo tenh um oifíio. Desse modo, pós o feixe pss pelo oifíio do nodo, este está em um egião live de mpo e divegiá em vitude d 7

49 g espil onfome disutido. Se w fo denomindo de intu do feixe sob dρ ondição = 0, então ρ 0 w dz =. P detemin z p ρ = w, ou sej, o e do feixe, pode-se integ (.41) om sinl negtivo, obtendo-se: potnto: z W w 1 dρ w dx dz = = K, 1 K 1 ρ 0 x w 1 w z w w = K w 1 dx. x 1 A integl pode se esolvid em séie [7], esultndo em: w 1 dx 1 x = 1 w , ( 1! ) ( ) ( ) 5! 7! w w w 1 7 e, potnto, z w é detemindo segundo: z w = w K 1 w 1 ( 1! ) 5 (! ) w 1 5 w (! ) w. (.4) Outs elções de elevâni são quels d zão d betu do nodo e d intu do dρ feixe w. A inlinção d tjetói pode se esit, om jud d FIG.., omo: dz dρ dz z= z = tnθ 0, onde o sinl negtivo indi ntuez onvegente do fluxo ente o todo e o nodo. Utilizndo (.41) pode-se eseve: d = ou dz ρ 1 ρ K w dρ dz ρ = = K 1 w, potnto, 8

50 1 K = tnθ0, w ou w tn θ exp K = 0. (.4) A expessão (.4) elion betu do nodo om o io d intu do feixe eletônio, ou sej, tnto o io d intu do feixe omo o meio-ângulo do one depende do oifíio pesente no nodo. Contudo, est expessão não onsideou o efeito d lente poduzid pel betu do nodo. É possível, então, onside este efeito, utilizndo o modelo ilustdo n FIG..4. E 1 E FIGUA.4 Digm dos meio-ângulos de one. ' 0 Sej θ o novo meio-ângulo de one, om jud d FIG..4 tem-seθ θ δ. Novmente pode-se eseve: ' 0 = 0 w tn θ exp K = ' 0. (.44) No desenvolvimento que segue, tem-se o objetivo de obte elção ente θ 0 e θ 0. O efeito do oifíio do nodo pode se desito onsidendo o poblem de um lente eletostáti. Um segund distâni fol f z sei poduzid sendo est dd po: 9

51 f z 4V =, (.45) E E 1 onde E 1 e E são s intensiddes do mpo elétio o longo do eixo do nhão ns vizinhnçs d betu do nhão ns egiões à esqued e à dieit do nodo, espetivmente. Obseve que E 1 é negtivo em vitude do potenil positivo do nodo em elção o todo e E = 0, tendo em vist que o feixe emege em um egião live de mpo (lolizdo no inteio do nodo). Desse modo, lente eletostáti de distâni fol f teá um ção divegente, ujo ângulo de efção seá denotdo po FIG..4: θ 0, onfome θ = θ ' 0 δ. (.46) Considendo que o desvio δ sej pequeno, ele pode se esito omo: Ms segundo (.45) n ondição de E = 0 tem-se: Po outo ldo sbe-se que: E δ =. (.47) f 4V f =. (.48) E 1 ( z) dvz =. (.49) dz 1 Obseve que ns egiões ente todo-nodo, devido à simeti do poblem, fom utilizds oodends esféis, ms pós o oifíio do nodo o feixe pesent simeti ilíndi. Então se pode eseve que: dvz dz ( z) dv ( ) =. d z= z z= z Dest fom, pode-se obte um expessão p E 1, utilizndo expessão (.7). P tl eseve-se: e, deivndo-se, obtém-se: ( ) 4 G V ( ) = V, G 4 0

52 1 ( ) ( ) d dg G G V d dv =. Ms: d dg G d dg =, então, d dg d d d dg d dg = =. Potnto, p =, tem-se: d dg G V d dv = = = 0. Substituindo este esultdo em (.48), obtém-se: d dg G f = = 6. (.50) Substituindo (.47) em (.46): = = = ' 0 1 θ θ θ δ θ θ f f, heg-se finlmente : = = d dg G 0 ' θ θ, (.51)

53 onde expessão p G é obtid de (.5). Considendo o todo omo um s esféi om seto ônio om ângulo θ 0, obtém-se: G K osθ =. (.5) P se obte um expessão p elção w, pode-se poede omo segue. Po semelhnç de tiângulo: =. Dest fom: w w =. (.5) Sob hipótese de 0 θ e ' 0 θ póximos zeos: ' 0 ' 0 tn θ θ, 1 os θ 0 θ. A expessão (.5), sob est mesm ondição pode se esit omo: = 0 ' 0 ' exp tn exp K K w θ θ. Substituindo (.51) obtém-se: = = w d dg G K exp θ. (.54) Est expessão elion os ios do todo e do nodo om o io do diso do todo e intu do feixe w. A expessão (.5) sob ondição dos ângulos póximos de zeos: 0 9 G K = θ. (.55)

54 Considendo (.54), desenvolve-se pimeimente expessão inten que está elevd o quddo. A su deivd segund, d dg G d dg = = =. Considendo-se (.5), o álulo d deivd pode se elizdo omo segue: = G d dg = = Po outo ldo, esumindo (.54), tem-se: = w C G G exp, onde, onstnte C é dd po: = C, simplifindo: ( ) = 1 exp C G w, sbe-se que:

55 = G então: = G A subtção ds dus séies esult em: = C G =. Substituindo em w, tem-se: = exp w, e ind, efetundo o quddo d séie, obtém-se: = exp 5 4 w. Simplifindo, obtém-se finlmente um expessão p w :

56 5 = exp 5 4 w. (.56) A séie infinit (.56) pode se invetid p detemin um expessão p em função de w, hegndo-se : = w, = w, que pode expess d seguinte fom: = γ γ γ γ y sendo = w y, = γ e n : os oefiientes d séie. Então: = γ γ γ γ γ y A invesão dest séie pode se elizd d seguinte fom: = y b y b y b y b b γ Considendo os seguintes vloes de [7]: 1,41; 1,76; 1,91;,10;,41 e,60, esolve- se o sistem line detemindo os oefiientes b 0, b 1, b, b, b 4 e b 5. P = = 0 γ γ :

57 γ 0 = 0, , , w 1,9555 w 0,0617 w 5 1,1440 w w (.57) A onvegêni d expessão im é stisftói, meno que 7%, p zão de onvegêni ente < < 10, omo pode se obsevdo n FIG..5. w egião de Tblho Eo < 7% 0 Eo (%) / w FIGUA.5 Eo eltivo à onvegêni d séie. Po meio d FIG..5, veifi-se que qundo zão w está ente e 10 (vloes empegdos n páti omo pode se veifido posteiomente, Seção.6), o desvio é pouo signifitivo qundo se onsidem os eos deoentes ds medids temiônis. 6

58 .6 Fluxogm p síntese do nhão eletônio de Piee om fluxo onvegente N FIG..6 é pesentdo um poedimento p síntese do nhão eletônio de Piee fundmentdo n teoi de Lngmui-Blodgett (limitção d oente pel g espil) e ns metodologis nlítis dotds po Bsu. Entd dos pâmetos do feixe: V 0, I 0, w e J op Deteminção dos pâmetos geométios do nhão de Piee 1. io do diso do todo, I = πj 0 op 1. zão de onvegêni, w (.). zão ente o io do todo e do nodo, = 0, ,80707 w 1, Seno do meio-ângulo do one de onvegêni, sen θ w... (.57) 6 4 G = (.5) K I 0 Pev = (.1) ( V ) 0 Pev πε 0 η = 1 ( ) 9 osθ = 1 ( KG ) (.5) 4 7

59 sen θ = 1 os θ 5. io do todo, = (obsev FIG..) senθ 6. io do nodo, = exp 7. io do diso do nodo, ( senθ ) = (obsev FIG..) 8. Espçmento todo-nodo, z z = 9. Ae do feixe, z w w 1 1 = 1 ( ) 5 z ( ) w... (.4) K w 1! w 5! w 10. Meio-ângulo do one, θ θ = senθ Simulção EGUN * FIGUA.6 Metodologi de síntese do nhão eletônio. Obsev-se n FIG..6 que o pojeto de um nhão eletônio do tipo Piee é dividido em dus etps: ) síntese d geometi do nhão eletônio, onsidendo pimeimente os seguintes pâmetos de entd: V 0, I 0, w e J op, e deteminção dos pâmetos geométios do todo (,,,, z w, e queles que estão ilustdos n FIG..6) e b) simulção do nhão eletônio. * Hemnnsfeldt, W. B. EGUN An eleton optis nd gun design pogm. Stnfod, Clifoni: SLAC Pubs nd epots,

60 .7 Aplição d metodologi de síntese do nhão eletônio p deteminção d peveâni do sistem Po meio de ddos foneidos pel litetu [9], pliou-se metodologi empegd po Bsu n deteminção d peveâni do nhão eletônio de Piee. A TAB..1 pesent os pâmetos de entd de difeentes nhões onvegentes. P os ddos foneidos utilizou-se metodologi de síntese do nhão p obtenção d geometi do nhão e de sus teístis (omo peveâni, meio-ângulo do one e zão de onvegêni), s quis estão pesentds n TAB.., p posteio ompção destes ddos om queles povenientes do nhão pojetdo no pesente tblho, TAB... TABELA.1 Pâmetos de entd de difeentes nhões eletônios [9]. Litton L-087 Vin VTC Fos nd Pul 664 V 0 (kv) 10,0 9,5 1,0 I 0 (A) 0,550 0,7 0,08 w (m) 0,0998 0,088 0,0760 J op (A m - ) 1,77 1,59 0,0188 9

61 TABELA. Pâmetos intemediáios e de síd dos difeentes nhões eletônios. Litton L-087 Vin VTC 664 Fos nd Pul Método desenvolvido Método de Bsu Método desenvolvido Método de Bsu Método desenvolvido Método de Bsu Peveâni (µpev) 0,55 0,55 0,408 0,408 1,017 1,017 Convegêni do feixe w,78,78,57,57 10,554 10,554 zão 1,987 1,985 1,97,89,977,90 io do diso do todo, (mm),175,175,70,70 8,01 8,01 io do diso do nodo, (mm) 1,5975 1,6000 1,844 1,14,45,5 io do nodo, (mm) 6,861 6,884 7,01 4,5 7,07 7,41 io do todo, (mm) 1,65 1,665 1,865 10,158 17,51 17,567 Distâni todo-nodo, z (mm) 6,774 6,780 6,841 5,906 10,14 10,6 Ae do feixe, z w (mm) 1,80 1,846 1,85 9,407 17,586 17,61 Meio-ângulo do one, θ (º) 1,46 1,44 11,6 15,59 7,5 7,17 Po meio dos esultdos pesentdos n TAB.., veifi-se que os vloes obtidos pelo método desenvolvido no pesente tblho (bsedo nos fundmentos pesentdos po Bsu) estão póximos os esultdos pesentdos n litetu [9]. Entetnto, p o nhão d Vin VTC 664, houve um vição signifitiv nos pâmetos dependentes do io do todo, omo pode se obsevdo n TAB... Mesmo om vição pesentd nestes esultdos, se vlid o poedimento empegdo p obtenção dos pâmetos geométios dos nhões eletônios do tipo Piee. 40

62 A TAB.. pesent os pâmetos de entd do poedimento de síntese do nhão eletônio. Desej-se veifi vição dos pâmetos intemediáios e de síd devido à oente plid e/ou do io d intu do feixe, fixndo-se o potenil V 0. A TAB..4 most os esultdos obtidos pelo poedimento de síntese do nhão eletônio desenvolvido no pesente tblho. As disussões dos esultdos d síntese dos nhões eletônios estão pesentds n FIG..7. P este exemplo, onside-se dus situções, onde difeenç ente ests sej o io d intu do feixe, pimei é igul 0,09 m e segund 0,18 m. Situção 1 e : 1) Tensão de eleção: V 0 = onstnte Vição d oente do feixe, I 0 (umento). ) Não há vição no io d intu do feixe (mnte onvegêni do feixe eletônio). 1) esult em um umento d peveâni do nhão eletônio ) Vição n geometi do nhão eletônio (edução do e do de fom que / = onstnte). Afim-se: - Há um elção ente o io d intu do feixe eletônio e geometi do nhão (io do todo e io do nodo). Est elção most que p mnte o vlo de w onstnte é neessáio que zão ente os ios do todo e do nodo tmbém sej mesm (ou sej, deve se mnte onvegêni do feixe eletônio). esultndo em: - Um edução d distâni todo-nodo (z ) e do e do feixe eletônio (z w ); e - Um umento no meio-ângulo de one. Compção ds dus situções: 1) Aumento do io d intu do feixe. 1) esult em um edução d onvegêni do feixe eletônio ) Peveâni onstnte p difeentes nhões. ) Alteção n geometi do nhão eletônio - edução d zão / (houve um umento em seus ios). esultndo em: - Um umento n distâni todo-nodo (z ) e no e do feixe eletônio (z w ); e - Um edução do meio-ângulo de one. FIGUA.7 Efeito d geometi do nhão ns teístis do feixe eletônio. 41

63 TABELA. Pâmetos de entd do nhão pojetdo. () (b) Cnhão #1 Cnhão # Cnhão # Cnhão #4 Cnhão #5 Cnhão #6 Cnhão #7 Cnhão #8 Cnhão #9 Cnhão #10 Cnhão #11 Cnhão #1 V 0 (kv) I 0 (A),0,,4,6,8 4,0,0,,4,6,8 4,0 w (m) 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,09 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 0,18 J op (A m - ),589,6975,8661,047,0,718,589,6975,8661,047,0,718 TABELA.4 Pâmetos intemediáio e de síd do nhão investigdo. Cnhão #1 Cnhão # Cnhão # () Cnhão #4 Cnhão #5 Cnhão #6 Cnhão #7 Cnhão #8 Cnhão #9 (b) Cnhão #10 Cnhão µpev 0,5774 0,6158 0,654 0,698 0,71 0,7698 0,5774 0,6158 0,654 0,698 0,71 0,7698 ( w ) 6,877 6,877 6,877 6,877 6,878 6,878,419,419,419,419,419,419 #11 Cnhão,714,714,714,714,714,714 1,9917 1,9917 1,9917 1,9917 1,9917 1,9917 (mm) 6,145 6,145 6,145 6,145 6,145 6,145 6,145 6,145 6,145 6,145 6,145 6,145 (mm),705,705,705,705,705,705,085,085,085,085,085,085 (mm) 9,105 8,8 8,566 8,1 8,1154 7,916 1,888 1,484 1,118 11,78 11,47 11,189 (mm) 0,68 0,041 19,457 18,94 18,4 17,981 5,668 4,865 4,15,466,851,84 z (mm) 11,577 11,18 10,891 10,59 10,18 10,065 1,780 1,81 1,017 11,684 11,78 11,096 z w (mm) 1,795 1,10 0,475 19,895 19,65 18,874 4,1,46,761,10 1,50 0,985 θ (º) 17,8 17,86 18,41 18,95 19,47 19,98 1,85 14,1 14,75 15,18 15,60 16,00 #1 4

64 .8 Cteizção temiôni efeito d g espil no potenil do nhão eletônio Nest Seção investig-se o efeito d g espil no potenil do nhão eletônio. Considendo-se um diodo esféio, onde o todo está polizdo 0 V e o nodo está polizdo om V, tem-se dois sos, qundo: - Ausêni de elétons, neste so densidde de oente de emissão nul, e o potenil existente ente os eletodos stisfz equção de Lple: Φ = 1 d d dv d = 0. (.58) Sendo ondição de ontono p esolução de (.58), V( = ) = 0 e V( = ) = V, tem-se expessão do potenil omo sendo: V ( ) = 1 1 V Sbe-se que o mpo elétio é ddo po: 1 1. (.59) E ( ) dv = V =, d então, expessão p o mpo elétio ente os eletodos é dd po: = V 1 E. (.60) Pesenç de elétons que fomm um feixe eletônio uj oente é I 0. A expessão que fonee o vlo do potenil ente os eletodos é dd pel expessão desenvolvid po Lngmui e Blodgett: V ( ) = 16π 9I e expessão p o mpo elétio: 0 ( η ) 1 ε ( 1 osθ ) 0 G I E = 16π 6 10 ( η ) 1 ε ( 1 osθ ) G (.61) 4

65 Empegndo-se s expessões p o potenil e p o mpo elétio n ondição que não há g espil, s sus uvs teístis são pesentds n FIG..8. V = 0 kv 0 5 E V -1 - Potenil (kv) Cmpo Elétio (V/mm) V = 0 V = (mm) = FIGUA.8 Cuv de vição do potenil/mpo elétio n egião ente o todo/nodo (sem o efeito de g espil). Veifi-se po meio d FIG..8 que n usêni de g espil o mpo elétio n supefíie do todo ( = ) é difeente de zeo. Posteiomente, onsideou-se o efeito d g espil, neste so, s uvs teístis do potenil e do mpo elétio estão epesentds n FIG

66 V = 0 kv 0 0 Potenil (kv) E V Cmpo Elétio (kv/mm) V = 0 V = = (mm) FIGUA.9 Cuv de vição do potenil/mpo elétio n egião ente o todo/nodo (om o efeito de g espil). N FIG..9, veifi-se que o mpo elétio n supefíie do todo é nulo, ou sej, n ondição de g espil ou melho fluxo limitdo pel g espil o efeito Shottky é eduzido (igul zeo, pois E = 0). Ao se tblh no egime de g espil não é neessáio onside o efeito Shottky n equção d densidde de oente de emissão do todo..9 Conlusões do Cpítulo Neste Cpítulo, pesentou-se solução do poblem do fluxo de oente eléti limitd pel g espil empegndo-se o modelo do diodo esféio. Po meio dest foi possível obsev um efeito extemmente elevnte, nlisndo equção do potenil (.6), um vez fixdo o io do nodo, o io do todo e um dd difeenç de potenil ente o todo e o nodo, hveá um oente máxim que podeá se dend pelo diodo esféio de Lngmui. Veifiou-se ind que zão ente oente máxim do feixe e o potenil de eleção é igul um onstnte que depende pens ds teístis geométis do diodo esféio, onstnte denomind peveâni do nhão. Deteminou-se densidde de oente de emissão limitd pel g espil em um seto ônio do diodo esféio po meio do poedimento de Piee. Aplindo-se 45

67 expessão d peveâni do sistem, dependente ds teístis geométis, definimse os pâmetos de um nhão eletônio de fluxo onvegente. Po meio dos exemplos pesentdos neste Cpítulo, veifi-se influeni d geometi do nhão eletônio de Piee ns teístis do feixe eletônio (po exemplo: oente de emissão e onvegêni do feixe). elizndo-se os estudos pesentdos neste Cpítulo foi possível tç um poedimento nlítio que pode se empegdo n onstução do pto expeimentl de teizção temiôni. E este poedimento gnte que o fluxo eletônio sej limitdo pel g espil, o que eduz ou elimin o efeito Shottky. elizou-se um estudo do potenil e do mpo elétio n supefíie do todo. Po meio destes estudos, veifiou-se que o efeito d g espil pesent um popiedde extemmente impotnte sobe distibuição do potenil n egião ente os eletodos. Nest ondição, de g espil, obsevou-se que o mpo elétio n supefíie do todo é nulo, difeentemente do que ooe qundo não há o efeito d g espil, E 0. 46

68 CAPÍTULO 4 CATODOS TEMIÔNICOS 4.1 Intodução do Cpítulo Neste Cpítulo desevem-se os pinipis tipos de todos temiônios desenvolvidos n indústi e em ento de pesquiss de válvuls mioonds, ompndo os seus pinipis pâmetos temiônios (elção ente os mteiis utilizdos n fbição do todo temiônio om su efiiêni). Nest desição veifi-se que divesifição dos mteiis empegdos nestes todos está eliond à neessidde o vnço tenológio ds válvuls de mioonds, no que onene à sus ondições de opeção: densidde de oente de emissão, tempo de vid do todo e tempetu de opeção [], [10]-[1]. São dezens de nos de pesquis e investigção destes mteiis, desde o pimeio todo temiônio que se ttv de um filmento de tungstênio, té os todos investigdos tulmente, omo os todos impegndos, que são utilizdos em elbodos dispositivos eletônios. Os peusoes dos todos impegndos fom os denomindos todos óxidos, que se onstituem de um bse metáli obet om um md de óxidos de metis llinos teosos. Posteiomente sugiu o todo tipo L, que utiliz um mtiz poos e impegnd. A pinipl teísti desse todo foi eduzi tx de evpoção do mteil fonte de báio. Conseguinte, fom investigdos outos mteiis emissoes de elétons, omo o luminto de báio e álio em onjunto om o tungstênio, os quis dispunhm de bix função tblho, lt densidde de oente e elevdo tempo de vid (qundo ompdo o todo óxido, omo obsevdo n FIG. 4.1). E, ssim, té o pesente momento, são desenvolvidos novos mteiis e novs ténis de fbição desses todos p supi à neessidde de melhoes pâmetos de emissão temiôni. Em zão desss pesquiss, sugim outos tipos de todos, tis omo: todo esevtóio, todo pensdo, todo tipo M, todo esndto, todo tipo MMM e todo do tipo CMM. N Seção 4. ompm-se os divesos tipos de todos existentes, desevendo s sus teístis de emissão temiôni. N Seção 4., pesentm-se lgums ténis p fbição dos todos impegndos e s dependênis do 47

69 poessmento dos mteiis ns teístis temiônis. N Seção 4.4, deseve-se o digm de equilíbio dos lumintos de báio e álio om o intuito de elion tempetu fomção dos mteiis emissoes às fses dos lumintos pesentes. Posteiomente, pesent-se um beve teoi sobe estbilidde dos lumintos de báio e álio em ondições mbientis. E, em seguid, n Seção 4.6 desevem-se s eções do luminto de báio e álio om o tungstênio que ooem no iníio do poesso de emissão temiôni. Po fim, n Seção 4.7, pesent-se onlusão do Cpítulo. 4. Evolução dos mteiis emissoes de elétons As pesquiss po novos mteiis p fbição dos todos temiônios fom motivds em meio à modenizção ds válvuls de mioonds que equeem lt densidde de oente de emissão (> Am - ), bom desempenho em elção o tempo de vid (im de h), meno tempetu de opeção (ompd os todos de metis eftáios, tempetu de opeção 07ºC), mio esistêni o poesso de envenenmento (eção do mteil om os gses pesentes no inteio dos dispositivos eletônios), meno tx de evpoção do mteil emisso, po exemplo [10]-[11]. A TAB. 4.1 most evolução dos mteiis utilizdos nos todos temiônios. N TAB 4.1 obsev-se vição dos pinipis pâmetos d emissão temiôni em zão dos difeentes mteiis empegdos n onstução dos todos. Veifi-se que os pimeios todos utilizdos n podução de oente temiôni fom àqueles utilizdos em válvuls de lt potêni p diodifusão. Estes todos são onstituídos somente de um filmento de tungstênio [1]. Em vitude de su lt função tblho (~ 4,6 ev), tempetu de opeção é, tmbém elevd (00ºC). Obsev-se, tmbém, n TAB. 4.1, que om desobet do todo óxido, houve um umento signifitivo d densidde de oente de emissão, de dezens de ma/m p entens de ma/m. O todo tipo L é povido de bix função tblho (,0 ev) e de longo tempo de vid (8.000 h). Aind n TAB. 4.1, veifi-se que o todo impegndo ope tempetus de poximdmente 1100ºC, e o seu tempo de vid é de lguns milhes de hos. O todo tipo M possui um mtiz impegnd uj supefíie é eobet om um filme fino, omo pode se obsevdo n TAB O depósito do filme n supefíie do todo, ge um edução d tempetu de opeção de poximdmente 90ºC, ompd à mesm densidde de emissão obtid no todo impegndo. Em 1975 sugiu um todo do tipo mtiz metáli mist (MMM) p supe os poblems eliondos om 48

70 deteioção d supefíie do todo do tipo M. Nos todos do tipo MMM, obsevm-se oentes de 4,0 Am - em tempetu meno que 1000ºC. Um impotnte teísti do todo impegndo é possibilidde de ope os todos tempetus menoes ( ºC) qunto ompds o todo de filmento de metis eftáios (57ºC), pois um todo que tblh em bix tempetu de opeção eflete em um meno queimento ou eduzid potêni do filmento, osionndo um mio efiiêni d válvul de mioonds. Se menos lo é dissipdo n válvul, menos lo é dido e onduzido, hvendo um meno queimento dos omponentes djentes. Ademis, lt tempetu povo expnsão témi do todo o que osion um mudnç no espçmento dos eletodos e, potnto, vição ds teístis elétis d válvul. Este fenômeno tmbém pode lev evpoção dos mteiis fontes de elétons, eduzindo o tempo de vid do mplifido [1], [10]-[1]. Os todos, om bix função tblho (<,0 ev), podem ge semelhntes densiddes de oente de emissão um tempetu meno ompdo um todo om lt função tblho. Po isso inúmes investigções são elizds p se obte mteiis om eduzid função tblho. Nest Seção, desevem-se divesos tipos de todos, enftizndo-se os impegndos que utilizm o luminto de báio e álio omo mteil fonte de báio (esponsável pel edução d função tblho d bse do todo). Estes todos pesentm um mio esistêni o envenenmento, gntindo bons esultdos de densidde de oente de emissão e tempo de vid, em ptiul, às válvuls TWT. 49

71 TABELA 4.1 Evolução do todo temiônio eltivo o desenvolvimento dos mteiis que o ompõem [1], [10]-[8]. 1 Estutu Exemplos Cteístis Esquem / Oigem Emissoes témios de metis puos Filmento de metl eftáio. Tungstênio (φ = 4,5 ev) ênio (φ = 5,1 ev) Háfnio (φ =,7 ev) - Elevd tx de evpoção (7, g m - s -1 em 800K) [1]; - Alt tempetu de opeção (07ºC) [1]; e - eduzid oente temiôni (~0, Am - ) [1]. - Metl esttégio (essso n ntuez) [1]; e - Mio função tblho (ompd o tungstênio) [1]. - Metl o [1]. Filmento Emissoes témios de filmes finos Pesenç de um filme fino de um ddo metl sobe um bse metáli pu. Césio sobe tungstênio (φ = 1,5 ev) Tóio sobe tungstênio (φ =,7 ev) - Difiulddes opeionis (mds monotômis) [1]; e - eduzid pessão de opeção p evit dnos n supefíie do filme fino (1, 10-6 P) [1]. - fomção de um dipolo elétio (filme e mtiz), eduzindo função tblho do todo [1]. 1 Todos os ddos foneidos n tbel podem vi em função dos pâmetos utilizdos (poosidde do metl d bse, teísti dos mteiis e pâmetos de opeção). 50

72 Ctodos óxido Estutu Exemplos Cteístis Esquem / Oigem Bse metáli obet om um md de óxido dos metis llinos-teosos. - Óxidos de báio, estônio e álio. (φ = 1- ev); e - Bse: Ni ou lig de Ni. - eduzid função tblho d supefíie emisso [1]; - Densidde de oente: 500 ma m - (ontínu) e 100 Am - (pulsd) [15]; - Alt tx de evpoção d md de óxido [11]; - Bix tempetu de opeção (800-95ºC) [1]; e - Susetibilidde o envenenmento [1], [15]. Gde Filmento Wehnelt [1]; - Compotmento de um semionduto intínseo tipo n [1]. Ctodo tipo L - Diso de tungstênio pooso; e - Pesenç de vidde peenhid po bontos. - Cbontos de báio, estônio e álio. (φ =,0 ev) - Difiuldde no ontole d poosidde do diso de W [1],[10]; - Elevd tempetu de opeção (~150ºC) [1],[16]; - Tempo de vid: h [1]; - Difiuldde n unifomidde d tempetu no todo [10]; e - Fomção de ompostos não emissoes (BWO 6 ) [10] Lemmens, Jsen e Loosfe (Philips eseh Lbotoies) [1]. Ctodo impegndo Diso de tungstênio pooso impegndo om o mteil emisso. ( função tblho deste todo vi tnto om estequiometi do mteil emisso utilizdo qunto om s popieddes físis d mtiz de W) Aluminto de báio (tipo A) Aluminto de báio e álio (tipo B / 5::) Aluminto de báio e álio (tipo S / 4:1:1) - Melho ds popieddes témis; e - φ = 1,5 ev [1]. - edução n evpoção de B; e - φ = 1,67 ev [1]. - Exelente esistêni o envenenmento; e - φ =,0 ev [1] Levi [1]; Levi (dição do CO) [1]. 51

73 Ctodo esevtóio Estutu Exemplos Cteístis Esquem / Oigem Existêni de um vidde p o mzenmento do mteil emisso. (vição d função tblho om s popieddes físis d pstilh de W) - Diso de tungstênio pooso; e - Aluminto de báio e álio (5::). - Densidde de oente:,1-, Am - ( ºC ontínu) e 5-5 Am - ( ºC pulsd) [16]; - Alto tempo de vid: 5000 h ( Am ºC) [17]; - Função tblho:,1 ev [18]; e - Tempetu de tblho: C b [16]. - Aplições eoespiis [1]. Ctodos pensdos Mistus de pós-eftáios e pós do mteil emisso de elétons. - Tungstênio (5%); - Molibdênio (75%); e - Aluminto de báio e álio (5--). - Função tblho: ~1,70 ev [1]; - Densidde de oente de emissão:,50 Am - [1]; - Tempo de vid: ~5000 h [1]; - Bix tx de evpoção de B [1]; - Bo esistêni o envenenmento [1]; e - Bo esistêni o bombdemento iônio [1] Coppol e Hughes [1]; - Indústi eletôni [1]. Filme de iídio (5000 Å) Ctodos tipo M Ctodo do tipo impegndo om filme metálio em su supefíie (evpoção de metis). Filme de ósmio (5000 Å) Filme de utênio (5000 Å) - Aumento n densidde de oente de emissão (8-10 Am -, tempetu de 100±10ºC b, ontínuo) [19]; - Densidde de oente: 94 Am - (pulsdo, tempetu de 1060ºC b ) [19]; - Função tblho ~1,86 ev [1]; - Degdção do filme metálio [0]; e - Poosidde ~ 18% [0], [1] P. Zlm e A. J. A. Vn Sttum [1]; - Fonte de elétons utilizd ns válvuls de mioonds[1]. 5

74 Estutu Exemplos Cteístis Esquem / Oigem Ctodo Esndto Mtiz mist Impegnd Filme Mtiz mist de tungstênio e S O Mteil impegnnte: BO, CO, Al O e S O (% m: -6) Filme: óxido de esândio - Função tblho: 1,45-1,75 ev (67-87ºC) [1]; - Bix estbilidde em opeção (não unifomidde d md de B-S-O) [8]; e - Elevd esistêni o envenenmento (mio que o todo impegndo W) [1] Figne [1], [17]. Ctodos do tipo MMM Mtiz mist impegnd Mtiz: tungstênio ósmio Mtiz: tungstênio iídio - Alt densidde de oente de emissão (4 Am - em T < 1000ºC) [9]; - Evit o poblem d degdção do filme omo nos todos tipo M [1]; - edução d função tblho po us d dição de ósmio ou iídio n mtiz metáli [1]; e - Melho n função tblho do todo ompd o todo do tipo M (φ = 1,8 ev) [9]. - Y. L. Viin e B. Ch. Dyubu (W Os) [11]; L. Fle (W 0% I) [1]. Ctodos do tipo CMM - Mtiz mist impegnd; e - Deposição de filme metálio n supefíie. - Mtiz: tungstênio ósmio; - Impegnnte: luminto; e - Filme: ósmio. - Tempo de vid de ~ h ( Am - / tempetu ºC) [1]; e - φ = 1,8 ev [9] A. Shoff [1]. 5

75 4. Ténis de fbição dos todos impegndos e seus efeitos n emissão temiôni A esolh dos mteiis do todo, p um detemind válvul de mioonds, é detemind pelos seguintes ftoes: o mbiente no qul o todo seá opedo, densidde de oente neessái, o tempo de vid desejdo, tempetu n qul o todo deveá ope p ge densidde de emissão espeifid e potêni se foneid o filmento do todo [10]. Pode-se dividi os mteiis que ompõe o todo em: mtéi-pim p mtiz do todo e mteil impegnnte Mtéi-pim d mtiz do todo A mtiz do todo impegndo onstitui-se de um metl eftáio pooso. Em gel, utiliz-se o tungstênio devido su estbilidde em lt tempetu, eduzindo eções om o luminto dunte o poesso de impegnção. N fbição ds pstilhs de tungstênio pooso, há ténis espeilmente desenvolvids p su obtenção om poosidde ontold. O ontole d poosidde eque vlição ds popieddes físio-químis do pó de tungstênio e dos pâmetos de onfomção d pstilh: tmnho e distibuição do tmnho de ptíuls, fom d ptíul, gu de puez do pó, pessão de omptção e tempetu de sinteizção d pstilh. N etp de onfomção d pstilh de tungstênio, po exemplo, um viável impotnte é o ontole do empotmento iniil (gu de etção/densidde vede) d pstilh. Pois um empotmento pobe (lt fição ente s ptíuls) pode lev à oxidção d supefíie e potubeânis ds ptíuls, omo ntos pontigudos e, ind, pode osion fomção de poos inteonetdos e iegules. Ests teístis influenim n difusão dos lumintos à supefíie do todo e, onseqüentemente, fet s teístis de emissão temiôni, omo o tempo de vid do todo. A TAB. 4. most s pinipis teístis do pó de tungstênio utilizdo n fbição dos todos impegndos e TAB. 4. list os pâmetos impotntes ds pstilhs de tungstênio pooso (omo téni de sintetize do pó de tungstênio, o tmnho médio de ptíul, fom d ptíul e, po fim, s impuezs pesentes neste mteil) [10]. 54

76 TABELA 4. Cteístis do pó de tungstênio [10]. Tipo Tungstênio eduzido em tmosfe de hidogênio Tmnho de ptíul Anlisdo Fishe: médi ente 6,0 µm e 8,0 µm Fom Angul Impuezs Típis Elemento ppm Elemento ppm Al 10 Mn 10 C 10 Mo 00 C 10 Ni 40 Co 10 O 1000 C 0 Pb 10 Cu 10 Si 10 Fe 50 Sn 10 Mg 10 Ti 0 TABELA 4. Pstilh de tungstênio sinteizd em hidogênio: teístis típis [10]. Densidde (15,44 ± 0,4) g m - (ou 80 % ± % d densidde teói do tungstênio) Diâmeto médio do poo µm Fix do diâmeto do poo 1 7 µm Áe médi do poo (16 ± 8) µm Densidde de poos poos po mm 4.. Mteil impegnnte Há divesos ftoes que influenim s teístis de emissão temiôni. Um destes ftoes é omposição do mteil impegnnte ou mistu emisso. Ao longo dos nos, divess mistus emissos fom investigds p pove lts densiddes de oente de emissão (>,0 A m - ), bix tx de sublimção e longo tempo de vid (> hos). Um dos ompostos que é utilizdo om mio feqüêni omo mteil emisso é o óxido de báio. Entetnto, este omposto é higosópio em ondição mbientl noml, onvetendo-se pidmente em hidóxido de báio [10]. A estbilizção do óxido de báio pode se obtid po meio d dição de outos ompostos omo: silitos de metis llinos teosos, lumintos, toitos, beiltos, botos, tungsttos e esndtos. Destes mteiis, o luminto de báio e álio (vide seção 4.1) é um dos mis utilizdos, pois o poesso de fomção destes lumintos é o mis onheido, ms os esndtos e os tungsttos de báio têm sido mplmente investigdos [10]. P os lumintos de báio e álio existem tês omposições mis feqüentemente utilizds, onfome pesentdo n TAB

77 TABELA 4.4 Composição dos lumintos de báio e álio [10]-[11]. BO CO Al O Tipo de todo Popoção mol S Peso mol (%) 79,5 7, 1, Popoção mol Peso mol (%) 74,4 9,1 16,5 Popoção mol 5 B Peso mol (%) 67, 14,8 17,9 4.4 Alumintos de báio e álio Digm de equilíbio Com o intuito de onhee os podutos ds eções de fomção do luminto de báio e álio, é neessáio deseve o equilíbio ds fses dos seguintes sistems: BO-Al O (sistem bináio) e BO-CO-Al O (sistem tenáio) [9] Sistem bináio BO-Al O O pimeio omposto do sistem bináio BO-Al O, o BAl O 4, foi desobeto po Wtenbeg & eush. Toopov desobiu mis dois ompostos diionis: o B Al O 6 e o BAl 1 O 19. Posteiomente, Toopov e Glkhov onstuím o pimeio digm de equilíbio p o sistem BO-Al O, omo epesentdo n FIG. 4.1, e ind, deteminm os pontos de fusão do BAl O 4 (180ºC), do B Al O 6 (1750ºC) e do BAl 1 O 19 (1900ºC) [9], omo ilustdo n FIG T(ºC) FIGUA 4.1 Digm de equilíbio do sistem BO-Al O (Toopov e Glkhov). 56

78 Appendino investigou poção de lt bái do sistem bináio ente BO e B Al O 6, identifindo dest fom, ino novs fses po meio d difção de ios X: B 4 Al O 7 (estável im de 940ºC), B 5 Al O 8 (estável em 940ºC), B 7 Al O 10 (estável em 1050ºC), B 8 Al O 11 (estável im de 1050ºC) e B 10 Al O 1 (estável em 110ºC). A FIG. 4. most o digm de equilíbio desenvolvido po Appendino [9]. FIGUA 4. Poção de lt bái do sistem BO-Al O (Appendino), B = omposto BO e B x A = omposto d fom xbo Al O. No digm de equilíbio, pesentdo n FIG. 4., obsev-se estbilidde ds fses do sistem BO-Al O em deteminds fixs de tempetu Sistem tenáio BO-CO-Al O Dunte s investigções do sistem BO-CO-Al O n egião de lt poção de bái, enontm-se difiulddes no pepo ds mosts, uj poentgem de CO e BO e supeio 75 % mol, em vitude d lt susetibilidde ds mosts, isto é, ests egem filmente om os dinhos de pltin, umidde do e o dióxido de bono [9]. Appendino foi o pimeio ç êxito n pesquis do BO-CO-Al O po meio d investigção d seção isotémi deste sistem n tempetu de 150ºC, omo most FIG. 4.. Dunte investigção d solubilidde sólid do CO no B 4 Al O 7, Appendino veifiou existêni de um nov fse tenái: B CAl O 7. Wolten sugeiu que este novo omposto e um solução sólid om um omposição que viv de B 4 Al O 7 B 4-x C x Al O 7 [9]. A TAB. 4.5 pesent nomenltu de lgums fses que ompõe o digm tenáio do sistem BO-CO-Al O. 57

79 TABELA 4.5 Nomenltu ds fses do sistem BO-CO-Al O. Nomenltu 11 BO CO Al O ou B CAl O BO CO Al O ou B 4 CAl O 8 5 5BO CO Al O ou B 5 C Al 4 O BO 1CO Al O ou B 6 CAl 4 O 1 BCA BO CO Al O ou BCAl O 5 B CA BO CO Al O ou B CAl O 6 B A BO Al O ou B Al O 6 B 4 A 4BO Al O ou B 4 Al O 7 B 4 A SSL Limite de solução sólid substituionl do C em B 4 A Asseis investigou possibilidde de obtenção ds tempetus ds linhs solidus e liquidus ds omposições n poção de lt bái do sistem tenáio, inluindo queles oespondentes os impegnntes omeiis: BO CO Al O (11), 5BO CO Al O (5), e 4BO CO Al O (411). Nest egião, ele enontou que tempetu solidus vi de 1650ºC ºC e liquidus de 1750ºC ºC [9]. Tte pimoou s tempetus solidus e liquidus do 11, 5 e 411, e ind deteminou s teístis dos ino ompostos omeiis diionis: 6BO CO Al O (61), 11BO 6CO 4Al O (B 11 C 6 A 4 ), BO CO Al O (B CA), e BO CO Al O (BCA) [6]. Hill, Hnn e Suith estudm s teístis de fusão em quent ompostos de lt poção de bái do sistem tenáio. Eles deteminm o limite de solubilidde do álio no B Al O 6 (18,8 % mol) e no B 4 Al O 7 (0,5 % mol) [9]. A FIG. 4. ilust s fses do sistem BO-CO-Al O 150ºC. 58

80 FIGUA 4. Seção isotémi do digm de equilíbio do BO-CO-Al O 150ºC (Appendino). 4.5 Hidtção dos mteiis fontes de báio A hidtção dos mteiis fontes de báio pode us um séio impto no desempenho dos todos impegndos ou esevtóios. As eções ente lguns tipos de lumintos de báio om os gses povenientes do mbiente podem esult em divesos efeitos deletéios. Um desses efeitos é lteção do volume do poduto finl do luminto hidtdo esultndo em tins n mtiz de tungstênio nos todos impegndos. Outo efeito d hidtção é deomposição dos hidtos poveniente d eção do luminto om umidde, esultndo em podutos gsosos que gem tins n mtiz de tungstênio. Além disso, esses podutos d deomposição gsos podem oxid mtiz de tungstênio e, ind, podem us eção do mteil impegnnte om mtiz fomndo um tungstto omplexo. Po isso impotâni n investigção d hidtção dos lumintos [9]. Toopov mostou que B Al O 6 é solúvel em águ (ltmente higosópio). No estudo do sistem BO-Al O, Wllmk e Westgen enontm difiulddes n nálise 59

81 de difção de ios X (DX) do BO e dos lumintos, om omposição > 50% mol de BO, pois estes mteiis se mostm higosópios. Po isso, fom elizds investigções d hidtção de lguns ompostos de báio, omo: B(OH) ; B(OH) H O, B(OH) H O, B(OH) 8H O [9]. Ohlinge e ebstok o investigem o omposto 411 em mbientes o nível do m, obsevm um gnho de mss de 40% eltivo o mteil nido. As fses detetds ns nálises de DX fom: B(OH) 8H O; C(OH) e BCO. Ohlinge e ebstok obsevm deomposição ds mosts 411 po meio d temogvimeti. Nestes expeimentos, veifiou-se sete difeentes eventos de peds de mss, dos quis ino fom identifidos: os tês pimeios eventos oespondem espetivmente à deomposição do B(OH) 8H O em B(OH) H O; e os dois últimos eventos, são deoentes à deomposição B(OH) H O em B(OH) H O e do B(OH) H O em B(OH) nido. Em lt tempetu, fom obsevds deomposição do B(OH) nido, do C(OH) nido e do BCO, fomndo: BO; CO; H O e CO [9]. 4.6 eções ente ompostos de báio e tungstênio A edução d função tblho dos todos do tipo esevtóio ooe em zão d fomção d monomd de báio sobe o emisso [10], [9], onfome eção: W óxido impegnnte ontendo B B e/ou BO (4.1) A popost de Bodie e Jenkins p os todos impegndos e que eção ente o tungstênio e o luminto de báio e álio ooesse em dois estágios. Iniilmente, o mteil fonte dissoi-se p poduzi vpo de BO nos intestíios ente o impegnnte e o emisso de tungstênio, onfome eção: BO Al O BO (v) BO Al O (4.) Em seguid, o vpo do óxido de báio ege om o tungstênio p fom vpo de B e um tungstto de báio: BO 1/ W B 1/ B WO 6 (4.) Os tungsttos que podem se gedos d eção im estão pesentes no digm de fses do sistem BO-WO, [10],[9], omo most FIG Neste digm obsev-se s menoes tempetus de fusão dos tungsttos, epesentdos pelos pontos eutétios do digm. 60

82 T(ºC) FIGUA 4.4 Digm de equilíbio do sistem BO-WO. ittne, utledge e Ahlet esolhem omposição 5BO Al O omo mteil impegnnte, pois est é popoção estequiométi que se possui meno tempetu de fusão sem báio live. Est omposição é um mistu eutéti de B Al O 6 e BAl O 4. Entetnto o último omposto é quimimente inete, ou sej, não ege p fomção de vpo de báio [10], [9]. A eção de podução do vpo de báio é dd po: / B Al O 6 1/ W 1/ BWO 4 / BAl O 4 B (4.4) Po meio de nálises químis, ittne, utledge e Ahlet identifim os podutos que em libedos do todo, B e BO. Eles popusem que o óxido de báio identifido pel nálise quími e poduzido po meio d oxidção do B qundo este pssv tvés d pstilh de W pooso, ou ind, pel deomposição do B Al O 6 po meio d seguinte eção: ½ B Al O 6 ½ BAl O 4 BO (4.5) Eles sugeim hipótese d obtenção do omposto C BWO 6 n eção do luminto de báio e álio (5 : : ) om o tungstênio, difeentemente do omposto obtido om o luminto de báio, BWO 4 [10], [9]. O digm de equilíbio do sistem tenáio BO-CO-WO, poposto po Keidle, most que há um omposto tenáio B CWO 6 o invés de C BWO 6 poposto po ittne (definido pel egião,b, e d, 61

83 ilustd n FIG. 4.5). FIGUA 4.5 Digm de equilíbio tenáio do sistem BO-CO-WO. Shoff, Pullel e Tonnee submetem filmentos de tungstênio obeto po luminto de báio e álio poessos de tivção e testes de vid, om o popósito de identifi os podutos de eção dos todos impegndos. Após os testes, fom elizds nálises de DX e s fses obsevds fom: BAl O 4 ; BWO 4 e CWO 4.[10], [9]. Sve-Vehey, pós eliz um teste de tempo de vid de hos em um todo impegndo (411) elizm nálise de DX e identifim os dois pinipis ompostos depositdos n supefíie do tungstênio pooso: B CWO 6 e BWO 4 [9]. 4.7 Conlusões do Cpítulo Neste Cpítulo listm-se os pinipis mteiis empegdos n fbição dos todos temiônios utilizdos n pesquis de novos todos p ument efiiêni ns ondições de opeções (emissão temiôni) ds válvuls de mioonds. N pimei pte deste Cpítulo pesentou-se o efeito ds etps de síntese d mtiz do todo (pstilh de tungstênio) no tempo de vid do todo impegndo. Posteiomente, pesentm-se s omposições de lguns lumintos de báio e álio. Esse mteil é o esponsável pel edução do vlo d função tblho do todo impegndo. 6

84 Deseveu-se o digm de equilíbio dos lumintos de báio e álio p tç s eções esponsáveis pel edução d função tblho do todo impegndo. E ind, pesentm-se os efeitos d hidtção dos lumintos no desempenho do todo temiônio (omo oxidção do tungstênio). 6

85 CAPÍTULO 5 MATEIAIS: SÍNTESE, POCESSAMENTO E CAACTEIZAÇÃO 5.1 Intodução do Cpítulo Neste Cpítulo desevem-se s etps de síntese de mteiis e su teizção (físi e quími) fim de tç melho metodologi de fbição dos todos impegndos. Como pesentdo no Cpítulo 4, obsev-se que omposição ou fse pesente no luminto de báio e álio influeni s popieddes temiônis do todo. Dest fom síntese do mteil emisso, que é esponsável pel fomção ds fses pesentes no luminto, é um etp impotnte n fbição dos todos impegndos. A ot de poessmento dos mteiis metálios influeni s popieddes físis do poduto finl. Potnto, p se tç metodologi de obtenção ds pstilhs de tungstênio pooso é impotnte investig os pâmetos de omptção e sinteizção do tungstênio, pois estes definem su densidde (poosidde), teísti fundmentl no poesso de impegnção do todo. Os pós-peusoes e os mteiis poessdos são nlisdos p se dequ metodologis de fbição dos todos. Algums ds ténis empegds são: distibuição do tmnho de ptíul po meio do esplhmento lse, difção de ios X (nálise ds fses), espetosopi no infvemelho (omposição quími), temogvimeti (tnsfomção físio-quími) e miosopi eletôni de vedu (distibuição e fom ds ptíuls) e fluoesêni de ios X (omposição quími). N Seção 5., pesentm-se s ténis de síntese de pós, sus vntgens e desvntgens. N Seção 5., desevem-se s etps de poessmento de pós e n Seção 5.4, são pesentdos lguns métodos de teizção dos pós. Posteiomente, são pesentds s onlusões deste Cpítulo. 5. Síntese de pós Há divess ténis de síntese de pós, de tl fom que ests podem se gupds em tês gupos: téni de estdo sólido, téni de solução e téni de fse 64

86 vpo. Cd qul fonee teístis físio-químis definids pelo poessmento (ente els: omposição e tmnho de ptíul) Téni de eção em estdo sólido Est téni, teizd pels eções em estdo sólido de óxidos ou bontos, é denomind mistu de pós ou método eâmio. Os pós-peusoes são mistudos e submetidos ttmentos témios em difeentes tempetus té obtenção do mteil desejdo. A téni de eção em estdo sólido pesent s seguintes desvntgens: ttmentos témios elevds tempetus, bixo gu de homogeneidde quími, possível fomção de fses istlins indesejáveis e ontminção dunte mogem do mteil. As sus pinipis vntgens são: simpliidde e bixo usto [40]- [4]. 5.. Téni de solução A téni de solução, denomind téni não-onvenionl, pesent s seguintes vntgens: lt puez, lt homogeneidde quími e pequeno tmnho de ptíuls do mteil sintetizdo. Nest téni utilizm-se soluções ontendo os átions desejdos. Ests soluções são pepds po meio d dissolução de um sl, gelmente nittos, sulftos e loetos em um solvente, em gel águ. N esolh dos sis peusoes, onsidem-se os seguintes ftoes: puez, solubilidde e usto. A etp de eliminção dos solventes é impotnte, pois deve se elizd de fom evit segegção dos omponentes. A eliminção do solvente pode se feit po vpoizção, peipitção/filtção e/ou segem do líquido [40]-[44]. Dento dest téni há um subdivisão que está eliond o poduto d eção do solvente om o soluto, são els: peipitção simultâne e opeipitção dos hidóxidos, peusoes poliméios ou ittos e sol-gel. 5.. Ténis de fse vpo A téni de fse vpo, tmbém denomind téni não onvenionl, pesent s mesms vntgens d téni de solução. Neste poesso, utiliz-se um ou mis egentes n fom de vpo em pequens onentções devido à bix densidde destes gses. Como onseqüêni, esss ténis poduzem ptíuls fins e não glomeds. Est téni não é eomendd p mteiis de omposições mis omplexs, ontendo tês ou mis átions, devido à neessidde de lts tempetus p 65

87 fse vpo e ontole ds eções ente eles. Dento dest téni há um subdivisão que está eliond om ntuez ds eções do vpo: vpoizção-ondensção, deomposição de vpo, eções vpo-vpo, eções vpo-líquido, e eções vposólido [40]-[44]. 5. Etps de poessmento de pós O poessmento de pós é onstituído de divess etps, dente els estão pesentes: segem, linção, onfomção e sinteizção Segem A segem é um etp d sintetizção em que o mteil é submetido um queimento gelmente infeio 50ºC. Os mteiis peusoes pssm po est etp p emoção de águ, sej el dsovid, oluíd, sovid ou essenil (águ de hidtção ou onstituição) [4]-[44]. 5.. Clinção N linção ooe etp de deomposição témi que envolve dissoição dos sis em seus omponentes áidos e básios, omo po exemplo, deomposição dos bontos e obtenção ds fses desejds. Alguns pâmetos d linção, omo intevlo de tempo, tempetu e tmosfe, podem se detemindos pels uvs temogvimétis dos mteiis peusoes [4]-[44]. 5.. Confomção Nest etp onfeem-se o pó um pé-fomto e estbeleem-se os pontos de ontto ente s ptíuls p onsolidção no poesso de sinteizção. Há divess ténis de onfomção: omptção unixil, omptção isostáti à fio ou à q uente, olgem de bbotin, moldgem po injeção, ente outs [40]-[47]. Em gel, são utilizds dus ténis: ) Comptção unixil Fundment-se n plição de pessão sobe um molde, que ontém o mteil n fom de pó, po meio um ou mis punções. 66

88 b) Comptção isostáti fio Consiste n plição de pessão sobe um molde flexível que ontém o pó. Ess pessão é dvind d pessuizção de um líquido onde o molde é imeso. Po meio dest omptção obtém-se um opo om um densifição mis homogêne ompd à pensgem unixil Sinteizção A sinteizção é um poesso temodinâmio, onde um sistem de ptíuls, pó ou omptdo, fom um estutu oeente po meio d edução d áe de um detemind supefíie. Este poesso esult n fomção de ontonos de gãos, esimento de pesoços de união ente s ptíuls, deésimo n poosidde e umento do tmnho de gão, levndo o sistem à densifição e à ontção voluméti. O poesso de sinteizção no estdo sólido pesent bsimente tês estágios: iniil; intemediáio e finl, omo most FIG. 5.1 [40]-[47]. A sinteizção é influenid po váios ftoes, omo po exemplo: tmnho e distibuição de ptíuls, tempetu e tempo de ttmento, tmosfe de sinteizção e oefiiente de difusão. Poos FIGUA 5.1 Estágios do poesso de sinteizção. 67

89 5.4 Ténis de teizção Algums ds ténis gelmente empegds n teizção do póssintetizdos e do poduto poessdo são pesentdos nest Seção. Tt-se ds nálises: do tmnho de ptíul, ds fses do poduto sintetizdo, d omposição quími do mteil e do ompotmento témio dos pós-peusoes e do poduto sintetizdo Análise d distibuição do tmnho de ptíul Tendo em vist que ptíul não é, n mioi dos sos, um esfe pefeit, o seu tmnho depende d téni empegd n su medição. As nálises do tmnho de ptíul podem se elizds po divesos tipos de equipmentos que, gelmente, não foneem vloes equivlentes devido os difeentes pâmetos medidos. A mio pte dos nlisdoes de tmnho de ptíuls utiliz pâmetos geométios (dimensão máxim, áe de seção tnsvesl mínim, áe supefiil, áe pojetd ou volume) e onside um ptíul esféi omo pdão. Os métodos omumente empegdos n medição do tmnho de ptíul são: miosopi, peneimento, sedimentção, esplhmento lse e ios X [40]-[47]. A téni de esplhmento lse popoion um medição n fix de 0,1 500 µm. Este método pemite deteminção d distibuição dos diâmetos médios de ptíuls utilizndo os fenômenos de difção e de difusão de um feixe de lse o tvess o meio onde se enontm s ptíuls em suspensão. Est téni é plid p pós que se dispesm filmente em águ, álool ou e, tmbém, p suspensões e emulsões [40]-[47]. O pinípio d téni onsiste n pssgem ds ptíuls em meio líquido tvés de um feixe de lse. O feixe de luz o tingi um ptíul, pode sofe os seguintes efeitos: tnsmissão, dsoção e esplhmento. Dest fom luz pode se diftd, efletid e eftd. A luz esplhd pode se influenid po difeentes ftoes: índie de efção eltivo o meio de suspensão ds ptíuls, ompimento de ond d luz, lém do tmnho e fom ds ptíuls. Os detetoes n âm de nálise eebem infomções eltivs à intensidde e o ângulo d luz esplhd e, os sinis dos detetoes, são posteiomente onvetidos em infomções espeito d distibuição de tmnho de ptíuls [40]-[47]. Dependendo do tmnho médio ds ptíuls, pode-se pli dus teois: - Teoi de Funhöffe (difção): p meno tmnho de ptíul e mio ângulo de difção de um feixe luminoso que tvess um populção de ptíuls; e 68

90 - Teoi de Mies (difção-difusão): que é válid p ptíuls mioes do que o ompimento de luz utilizdo Difção de ios X A difção de ios X é um téni que pemite detemin estutu istlin do mteil, quntifi s fses istlins pesentes no mteil em nálise, lém de detet pefeição e oientção dos istis que ompõe o mteil. Est téni onsiste n inteção ente dição eletomgnéti e mtéi odend [40]-[47]. Qundo os átomos estão egulmente espçdos em um ede istlin e dição inidente tem mesm odem de gndez deste espçmento, ooeá difção dest dição, sendo s inteções onstutivs desits pel equção de Bgg: nλ = dsenθ, (5.1) onde n é um númeo inteio de ompimentos de ond, λ é ompimento de ond d dição inidente, d é o espçmento intep e θ é o ângulo de inidêni d dição. Os vloes de d p ompostos pdões estão tbeldos, disponíveis no bno de ddos do sistem JCPDS (Joint Committee fo Powde Difftion Studies) d Intentionl Union of Cistllogphy Espetosopi no infvemelho É um téni de nálise quími de mteiis. A feqüêni d dição de infvemelho é d mesm odem de gndez d vibção moleul, de modo que há possibilidde d inteção ente dição e vibção moleul (momento de dipolo elétio) e, ssim, ton-se possível teizção ds possíveis moléuls existentes no mteil [40]-[47]. O espeto do infvemelho é o egisto gáfio d dição bsovid de um onjunto de moléuls iluminds om dição infvemelho de feqüêni dequd. Neste so, te-se-á um espeto que elion bsobâni e númeo de ond. O inveso d bsobâni é tnsmitâni [40]-[47] Temogvimeti Temogvimeti é um téni de nálise témi em que vição d mss d most (ped ou gnho) é detemind omo um função d tempetu e/ou tempo, enqunto most é submetid um pogmção ontold de tempetu. 69

91 A uv obtid neste tipo de nálise pode se influenid po ftoes instumentis e po queles eliondos às teístis d most. Dente os instumentis podem se itdos: zão de queimento, tmosfe do fono e sensibilidde do menismo de egisto. Em elção às teístis d most, podem se itdos: quntidde de most nlisd, o tmnho de ptíul e su ondutividde témi [48] Miosopi eletôni de vedu MEV A obsevção em miosópio eletônio de vedu gelmente é elizd qundo se desej obte infomções topológis ou químis de um mteil, vindo-se enegi do feixe de elétons utilizdo [40]-[47]. O pinípio de funionmento do miosópio eletônio de vedu (MEV) onsiste em integi o feixe de elétons poduzido po um nhão eletônio om supefíie de um mteil. Ess inteção poduz emissão de elétons seundáios, etoesplhdos e Auge, todo luminesêni, ios X teístios e fótons. Os elétons seundáios e os etoesplhdos são os sinis utilizdos n geção d imgem no MEV. O MEV é um equipmento pz de epoduzi imgens de lt esolução d odem de té vezes, pemitindo obtenção de ddos tnto estutuis qunto químios [40]-[47] Fluoesêni de ios X po dispesão de ompimento de ond (WDXF) Est téni é utilizd n deteminção qulittiv e/ou quntittiv dos onstituintes de um detemindo mteil. As vntgens dess téni são: elizção de nálises químis multielementes; lt sensibilidde e, não destutiv. A WDXF onsiste n inidêni de um feixe de ios X em um most, e dest fom, há podução de dições fluoesentes (tnsições eletônis dos elétons ds mds mis intens dos átomos), que são teístis p d elemento químio. As dições diftds são ptds po um deteto e tduzid em ddos que posteiomente podem se nlisdos [49]. 5.5 Conlusões do Cpítulo Neste Cpítulo pesentou-se, pimeimente, um beve desição ds ténis de síntese e s etps de poessmentos de pós (metálios e/ou eâmios). elionndose s vntgens/desvntgens de d téni de síntese que pode se empegd no 70

92 poesso de obtenção dos lumintos de báio e álio. O ontole dos pâmetos de síntese e poessmento dos pós define s teístis físio-químis dos mteiis, que po su vez influeni dietmente s popieddes temiônis do todo impegndo. Po fim, desevem-se s ténis de teizção dos pós que uxilim n definição d metodologi de obtenção dos lumintos de báio e álio. 71

93 CAPÍTULO 6 MATEIAIS E MÉTODOS 6.1 Intodução do Cpítulo Este Cpítulo se dedi pesent tnto metodologi de fbição qunto de teizção dos todos impegndos. As etps que onstituem fbição do todo impegndo são s seguintes: síntese do mteil impegnnte, nálise químio-físi do luminto de báio e álio, nálise físio-quími do pó de tungstênio, onfomção e sinteizção ds pstilhs de tungstênio pooso e impegnção (peenhimento dos poos d mtiz de tungstênio). P se detemin efiiêni dos todos impegndos fbidos no pesente tblho foi neessáio eliz um estudo de um método de teizção do todo (detemin densidde de oente de emissão e su função tblho). Dest fom, pesent-se-á, segui, um poedimento de teizção temiôni que está fundmentdo no oneito d distibuição d função tblho páti (PWFD) desenvolvido po Mim. Po meio dest metodologi é possível mensu o pefil temiônio dos todos impegndos. O oneito d PWFD pode tmbém se empegdo n síntese de um nhão eletônio p lt tensão de eleção, tendo omo bse s teístis de emissão de um expeimento elizdo em bix tensão de eleção. O fto d uv PWFD se um distibuição e função tblho o vlo mis povável dest distibuição, ton est téni dequd p todos que pesentm heteogeneidde tnto em tempetu supefiil omo em emissão. Tl situção é omumente obsevd n páti. N Seção 6., pesent-se seleção dos mteiis de ptid empegdos ns ténis de síntese do luminto de báio e álio investigds neste tblho. Ns Seções seguintes são tçds s ots de síntese dos lumintos que empegm s ténis de eção em estdo sólido e de solução. A Seção 6.6 deseve o poesso de fbição d bse do todo impegndo e su etp de impegnção. N Seção 6.7 são pesentdos os ptos utilizdos n fbição do todo impegndo. Posteiomente, n Seção 6.8, é pesentd o dimensionmento do nhão eletônio que são utilizdos nos expeimentos de teizção temiôni. Ns Seções 6.9 e 6.10, pesent-se o poedimento de 7

94 teizção temiôni do todo (segundo metodologi d PWFD). Em seguid, n Seção 6.11, deseve-se o poedimento de teizção físio-quími dos lumintos de báio e álio. Po fim, n Seção 6.1, pesent-se s onlusões do Cpítulo. 6. Mteiis peusoes Os mteiis peusoes empegdos n pepção dos lumintos de báio e álio utilizdos neste tblho estão pesentdos onfome téni utilizd: ) eção em estdo sólido - Cbonto de báio, BCO (VETEC pa); - Cbonto de álio, CCO (VETEC pa); - Óxido de lumínio, Al O (VETEC pa); e - Álool etílio nido, C H 6 OH (VETEC pa). b) Téni de peipitção - Nitto de báio, B(NO ) (CAAL pa); - Nitto de álio, C(NO ) 4H O (CAAL pa); - Nitto de lumínio, Al (NO ) 9H O (VETEC pa); - Hidóxido de mônio, NH 4 OH (CAAL pa); e - Cbonto de mônio, (NH 4 ) CO (VETEC pa). ) Téni de istlizção - Cbonto de báio, BCO (VETEC pa); - Cbonto de álio, CCO (VETEC pa ); - Alumínio metálio, Al (ANIDOL Puez 99,5%); e - Áido nítio, HNO (LABSYNTH pa). P onfomção d bse de tungstênio pooso do todo empegou-se o seguinte mteil: - Tungstênio metálio, W (JB QUÍMICA). 7

95 6. Poesso de pepção do luminto vi eção em estdo sólido [50] A síntese dos lumintos emissoes de elétons utilizndo eção em estdo sólido ooe po meio de dus etps pinipis: mogem (homogeneizção) e piólise. O luminto de báio e álio podei se obtido po meio d eção dos seus espetivos óxidos, entetnto, devido à instbilidde destes óxidos (hidtção), solução sólid (BO CO Al O ) é, gelmente, obtid pti dos bontos de álio e báio e do óxido de lumínio. Cd egente deve se pevimente seo em estuf p que umidde pesente sej emovid e, ssim, poss se mensud quntidde de mss oet de egente, de fom que se obtenh o mteil emisso n popoção estequiométi desejd, ou sej, pós eção de deomposição po efeito d tempetu (piólise), tenhm-se 5 moles de BO : moles de CO : moles de Al O. P isso, é impotnte veifi o ompotmento témio de d egente (bontos e óxido de lumínio) utilizdo. No pesente tblho eliz-se nálise de ped de mss po meio d temogvimeti (nálise d ped de mss em função d tempetu/tempo). Um esquem do poesso de pepção do luminto vi eção em estdo sólido é pesentdo n FIG FIGUA 6.1 Poesso de pepção e teizção do luminto vi eção em estdo sólido. 74

96 P que hj fomção dos lumintos, os egentes (bontos de metis llinos teosos e lumin) são mntidos em fono de hidogênio po, poximdmente, 5 hos, um tempetu de 1000ºC. Após eção de piólise há fomção dos lumintos, dente os quis: BAl 1 O 4, C BAl O 6 e B Al O Poesso de pepção do luminto vi método de istlizção [51] A síntese de mteiis pelo método de istlizção pesent s seguintes vntgens em elção os poessos em estdo sólido: melho homogeneizção do sistem, mio ontole d estequiometi d mistu, eduções n tempetu e no tempo d linção e utilizção de tmosfe oxidnte. As eções envolvids neste poesso de pepção dos lumintos são: 5BCO CO, (6.1) 10HNO 5B( NO ) 5H O 5 CCO CO, (6.) 6HNO C( NO ) H O 4 Al ghno ( ). (6.) 4Al NO yho xnoz O poduto de istlizção, pós linção, é; 5B( NO ) C( NO 5BO CO Al 4Al( NO ) ) O ino x. (6.4) O método de istlizção pesent vntgem de n etp de linção, omo pode se obsevdo em (6.4), os podutos de eção seem, o luminto de báio e / ou álio e gses do tipo NO x. Já n etp de piólise om pesenç dos bontos (eção em estdo sólido), eção inomplet de fomção do gás CO x pode ge bono element que influeni s teístis do luminto de báio e álio obtido. Neste so, out etp de linção em tmosfe oxidnte se fz neessái p emoção do bono element. As etps do método de istlizção estão pesentds n FIG

97 exesso FIGUA 6. Poesso de pepção e teizção do luminto vi eção de istlizção. O poduto finl d istlizção é, ntes d etp de piólise em tmosfe oxidnte, nlisdo temimente p se detemin s tempetus de deomposição e fomção do luminto de báio e/ou álio. 6.5 Poesso de pepção do luminto vi método de peipitção Semelhnte o método de istlizção, o método de peipitção qundo ompdo à eção em estdo sólido pesent s mesms vntgens de melho homogeneizção e mio puez do poduto finl, pois mbs epesentm métodos químios de síntese. A peipitção pesent, tmbém, vntgens signifitivs n etp de piólise (obtenção do luminto de báio e álio), já que neste so, segundo litetu [5], o tempo de piólise (1000ºC e tmosfe eduto) é de, poximdmente, 0 minutos. A metodologi de obtenção do luminto pelo método de peipitção desenvolvid no pesente tblho está epesentd n FIG

98 FIGUA 6. Poesso de pepção e teizção do luminto vi eção de peipitção. As eções envolvids n ot de pepção do luminto pelo método de peipitção são s seguintes: [ 5B( NO ) C( NO ) 4Al( NO ) ] [ x( NH ) CO ] 5BCO CCO q 4Al( OH ) 4 gses * * Gses dvindos d deomposição do bonto de mônio (ex.: CO, CO e NH ). q, (6.5) 5BCO CCO 4 Al( OH ) ( 5BO CO AlO ) gses *. (6.6) *Gses poduzidos n etp de piólise (ex.: CO e CO) 6.6 Poesso de fbição d bse do todo impegndo A bse do todo impegndo é ompost de um pstilh de tungstênio poos impegnd om o mteil fonte de báio. P tnto se utiliz pó de tungstênio de lt puez om distibuição de tmnho de ptíul n fix de 14 µm. A poosidde d pstilh de tungstênio vi om s seguintes teístis iniiis do pó: tmnho e distibuição do tmnho de ptíul. Os pâmetos de onfomção e de sinteizção ds pstilhs de tungstênio estão pesentdos n TAB.6.1 [1],[10]. A FIG. 6.4 ilust o poesso de fbição d bse do todo impegndo. 77

99 TABELA 6.1 Pâmetos utilizdos n fbição d bse do todo impegndo. Pâmeto de onfomção Pessão de péomptção (pensgem unixil) Pessão de omptção (pensgem isostáti) ton m MP Pâmetos de sinteizção Tempetu ºC Tempo Atmosfe Densidde min Hidogênio (eduto) 80% Pó de Tungstênio Alt puez Análise d distibuição e do tmnho de ptíul Pé-onfomção (pensgem unixil) Confomção (pensgem isostáti) Sinteizção Impegnção (om luminto de báio e álio) Testes de Emissão Análise - MEV FIGUA 6.4 Poesso de fbição e de teizção do todo impegndo. A impegnção d mtiz metáli de tungstênio pooso om o luminto é obtid po meio do efeito de pilidde onde os poos existentes n pstilh são peenhidos om o luminto. A FIG. 6.5 ilust o poesso de impegnção e pesent os pâmetos do poesso [1],[10]. FIGUA 6.5 epesentção do poesso de impegnção. 78

100 6.7 Desenvolvimento dos ptos utilizdos n pepção do todo impegndo As FIG mostm lguns dos ptos desenvolvidos p o poesso de fbição dos todos impegndos. A FIG. 6.6 pesent o fono utilizdo n obtenção dos lumintos de báio e álio, ompostos de um sistem de váuo (bomb meâni e bomb difuso pessão d odem de 10-5 to) e um sistem de queimento esistivo pz de tingi tempetus té 100ºC. FIGUA 6.6 Fono de piólise do luminto de báio e álio. As FIG. 6.7 () e (b) pesentm o sistem de teizção d emissão temiôni, que possui um sistem de ult-lto váuo pz de tingi pessões d odem de 10-9 to. A leitu d tempetu do todo é elizd po meio de um piômeto óptio. 79

101 Cnhão eletônio () (b) FIGUA 6.7 () Dispositivo de teizção do todo temiônio. (b) Desenho esquemátio de um sistem p medição de tempetu do todo temiônio utilizndo um piômeto óptio. A FIG. 6.8 ilust o fono que é utilizdo n etp de impegnção, que tmbém possui um sistem de váuo (pessão d odem de 10-5 to) e entd p gses (omo hidogênio, oxigênio e nitogênio). 80

102 FIGUA 6.8 Fono p o poesso de impegnção. 6.8 Dimensionmento do nhão eletônio Como disutido no Cpítulo, geometi do nhão eletônio (io do todo e do nodo) define s teístis do feixe eletônio (densidde de oente de emissão, tensão de eleção e, onseqüentemente, peveâni do nhão). O objetivo do dimensionmento do nhão eletônio foi dequção ds dimensões do nhão eletônio em desenvolvimento, ompndo-se s medids de um nhão de efeêni, mntendo s ondições de opeção do nhão eletônio em egime de g espil. Como o pesente tblho vis investig s teístis do mteil emisso que ompõe o todo, todos os pâmetos existentes n válvul de mioonds de potêni fom dequdos o modelo de efeêni e à metodologi desenvolvid p síntese do nhão eletônio de Piee. Po este motivo, mnteve-se s teístis do nhão eletônio de um TWT de efeêni p que ests não ompometessem o pesente tblho. A FIG. 6.9 ilust os pâmetos d geometi do nhão eletônio de Piee. 81

103 FIGUA 6.9 Geometi do nhão eletônio de Piee (Peveâni = 0,77µPev). As peçs utilizds n fbição do nhão eletônio pssm po etps de usingem, limpez e bsgem. Bsimente, os mteiis utilizdos n su onfeção fom: obe live de oxigênio, ço inoxidável, lumin, kov, tungstênio e molibdênio. Vle esslt que os onstituintes do nhão pssm po um nálise de deteção de vzmento. Est etp é fundmentl, pois s válvuls de mioonds opem em egime de ult-lto váuo. 8

104 6.9 Metodologi empegd ns medids temiônis Nest Seção pesent-se-á um ds ténis de medids emissão de elétons dos todos temiônios. Avliou-se nest Seção, o desempenho de um todo po meio d deteminção d uv de distibuição d função tblho páti (ptil wok funtion distibution PWFD) e ind, pesentou-se um poedimento de síntese de um nhão eletônio p lt tensão Cuvs PWFD distibuição d função tblho páti As distibuições PWFD são utilizds p qulifi o desempenho do todo temiônio em tod fix de opeção, po meio d deteminção d função tblho efetiv. Assim, pode-se vli o desempenho dos todos em qulque tempetu de opeção. P qulifi os todos temiônios, Mim popôs um gáfio pdão que elion densidde de oente no limite de g espil, nomlizd, om tempetu. A PWFD, neste so, é obtid po meio d inteseção d uv de Mim ou uv de desempenho om s uvs teóis de ihdson-dushmn. O método d PWFD deseve o pefil de opeção de d tipo de todo temiônio, possibilitndo ompção dos pefis temiônios de difeentes todos. A PWFD tmbém pemite o pojeto de nhões eletônios p lt tensão de opeção empegndo-se medids expeimentis elizds em bixo potenil de eleção. Em deseve-se o poedimento de onstução d PWFD Constução ds uvs PWFD Obtêm-se s uvs de Mim po meio do gáfio obtido pti ds medids de oente ou densidde de oente vesus o potenil de eleção p difeentes tempetus do todo. A FIG most uv oente vesus tensão de eleção p um todo esevtóio tipo MMM de um expeimento elizdo po Mim []. elizou-se o expeimento ns seguintes ondições: fix de tempetu de ºC om inemento de 0ºC e intevlo do potenil de eleção de V, nest situção oente temiôni medid viou de ma. A uv de emissão temiôni, I x V, pesentd n FIG. 6.10, most que um tempetu im de 1060ºC, oente é limitd pel g espil, ou sej, p que hj um ésimo n oente de emissão é neessáio ument tensão. 8

105 1000 Coente do Ctodo (ma) A m - A m - 4 A m - 8 A m - T = 1100ºC T = 1080ºC T = 1060ºC T = 1040ºC T = 100ºC T = 1000ºC T = 980ºC T = 940ºC T = 90ºC T = 900ºC T = 880ºC T = 860ºC T = 840ºC T = 80ºC Tensão (V) FIGUA 6.10 Cuv de emissão temiôni p um todo esevtóio do tipo MMM. P se onstui uv de Mim ou de desempenho onsideou-se o fluxogm ilustdo n FIG Os ddos do expeimento de Mim p o todo MMM estão pesentdos n TAB. 6.. TABELA 6. Ddos do expeimento p o todo esevtóio do tipo MMM. Coente (ma) Densidde de Coente (Am - ) Tensão (V) Peveâni (µpev) 100 1, , , , ,5 Po meio d TAB. 6., veifi-se que peveâni do nhão, dd po Pev = J V é, poximdmente, 1,5 µpev, onsidendo áe do todo igul 0,1 m -. 84

106 Seleion I 0 ou J 0 (n tempetu que o fluxo de elétons é limitd pel g espil) Medi tensão de eleção, V 0, em I 0 ou J 0 Cálulo d peveâni do nhão Obte s oentes limitds pel g espil (dd ondição pesentd bixo) Coente do Ctodo (A) I 0 I 1 I I J J J 0 T 0 J 1 T n V V V 1 V 0 Tensão (V) J Pev = V I FSCL : I I 1 n I0 = In = 1 p n N Tensão de eleção: V V 1 n = = J1 Pev J n Pev FIGUA 6.11 Fluxogm p extção dos pâmetos d uv I x V neessáios p onstução d uv de desempenho. 85

107 P d tensão plid tçm-se s uvs de Mim, oente de emissão nomlizd vesus tempetu. No poesso de nomlizção ds uvs onsidem-se s oentes limitds pel g espil omo pâmeto de nomlizção, ujos vloes estão pesentdos ns TAB TABELA 6. Coente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p I FSCL = 100 ma. T(ºC) I (ma) Coente nomlizd I I % = ( ) 100 I FSCL , 8, ,6 66, ,0 50 TABELA 6.4 Coente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p I FSCL = 00 ma. T(ºC) I (ma) Coente nomlizd I I % = ( ) 100 I FSCL , ,4 66, , ,0 7, ,4 9, 86

108 TABELA 6.5 Coente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p I FSCL = 400 ma. T(ºC) I (ma) Coente nomlizd I I % = ( ) 100 I FSCL , , 90 58, 64, , 5, , 9, ,6 9, ,8, ,5 16,4 TABELA 6.6 Coente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p I FSCL = 800 ma. T(ºC) I (ma) Coente nomlizd I I % = ( ) 100 I FSCL , , , , ,5 51, , ,8 0, , ,6 17, , ,6 8, A FIG. 6.1 most s uvs de desempenho p o expeimento de Mim p o todo tipo MMM. Nos justes ds uvs de Mim empegou-se téni de 87

109 mínimos quddos. Obteve-se o melho juste d uv de Mim utilizndo função sigmoidl Boltzmnn A m A m - 4 A m - 8 A m Coente do Ctodo (%) Tempetu do Ctodo (ºC) FIGUA 6.1 Cuvs de desempenho (Mim) p o todo tipo MMM. Veifi-se po meio d FIG. 6.1 que s uvs de Mim de difeentes J FSCL pesentm ompotmentos poximdmente semelhntes p s oentes nomlizdos mioes que 50%, dest fom, há possibilidde d onstução d uv de desempenho p os expeimentos que empegm lt tensão de eleção. N etp seguinte p onstução d uv PWFD, deve-se tç um fmíli de uvs teóis nomlizds d oente de emissão limitd pel tempetu p d uv de desempenho. P isso, utilizou-se d equção de ihdson- Dushmn, p um fix de vloes de funções tblho, dd po: J ( T ) = 10 T exp kbt, (6.7) Considendo-se o expeimento s uvs de Mim do todo MMM, deteminm-se s uvs PWFD p os difeentes vloes de J FSCL. P isso, utilizou-se o intevlo de tempetu do expeimento de Mim, ou sej, de ºC (109,15 17,15 K). 88 φ E

110 Os gáfios d oente de emissão teói vesus tempetu do todo p difeentes funções tblhos são pesentdos segui. ) P J FSC = 8 A m - P se tç fmíli de uvs teóis nomlizds d oente de emissão limitd pel tempetu p J FSCL = 8 Am -, deve-se iniilmente delimit o intevlo d função tblho se empegndo neste so, po meio d obtenção do vlo d mio função tblho do todo (ddos os vloes d densidde de oente de emissão limitd pel g espil, 8 Am -, e d máxim tempetu de opeção, 17,15 K (1100ºC)) empegndo-se (6.7). As demis funções tblho deste expeimento devem se menoes que função tblho obtid n solução de (6.7), neste so, φ <,0 ev, onfome ilustdo n FIG P d função tblho definid nteiomente tç-se uv d oente de emissão nomlizd vesus tempetu. Alguns dos vloes obtidos plindo-se (6.7) estão pesentdos n TAB TABELA 6.7 Vloes d densidde de oente de emissão nomlizd (sendo φ mx mio função tblho, φ(~50%) função tblho qundo J Mim = 50% e φ min meno função tblho). T (ºC) T (K) φ mx =,0 ev φ(~50%) = 1,84 ev φ min = 1,79 ev J (Am - ) J (%) J (Am - ) J (%) J (Am - ) J (%) ,15 0, ,00, ,4 5,877 74, ,15 0,60 75,6,970 71,0 4, , ,15 0,451 56,,74 84,8,515 49, ,15 0,4 41,76 1,78 15,99,688 6, ,15 0,45 0,68 1,0 16,79,040 55, ,15 0,179,4 0,97 11,67 1,55 191,9 986, ,144 18,04 0, ,00 1,146 14, ,15 0,19 16,11 0,71 90,14 1,68 158,49 956,4 19,9 0,086 10,78 0,499 6,6 0, , ,15 0,065 8,1 0,85 48,10 0,61 77, ,15 0,045 5,67 0,77 4,6 0,450 56, ,15 0,01,9 0,197 4,65 0, 40, ,15 0,01,67 0,19 17,6 0,0 8, ,15 0,014 1,80 0,097 1,08 0,161 0, ,15 0,010 1,19 0,066 8,0 0,11 1, ,15 0,006 0,78 0,045 5,6 0,077 9,58 89

111 1) Conside: - I FSCL ou J FSCL ; - V em I FSCL ; e - uv de Mim p I FSCL. ) Obte máxim função tblho do todo (ns ondições de opeção do expeimento) ) Tç fmíli de uvs de J x T (obtids po meio d equção de ihdson) Máxim função tblho (p est fix de tempetu) J FSCL = 8 Am - V = 5186 V φ min φ (50%) φ mx 80 Coente do Ctodo (%) Cuv de Mim Fmíli de uvs d oente de emissão nomlizd vesus tempetu Tempetu do Ctodo (ºC) 80ºC 1100ºC FIGUA 6.1 Esquem p onstução d fmíli de uvs de densidde de oente de Fix de tempetu de opeção emissão vesus tempetu. 90

112 A obtenção d uv PWFD é um téni empíi. Define-se o intevlo do eixo ds odends de f(φ E ) pti d uv de Mim (eixo d oente de emissão nomlizd) e, obtêm-se os pontos de inteseção ds uvs de Mim e de ihdson. P J FSCL = 8 Am -, PWFD está ilustd n FIG ,79 1,8 1,85 1,88 1,91 1,94 FIGUA 6.14 Gáfio PWFD p J FSC = 8 Am -. Veifi-se po meio do gáfio d FIG que o intevlo d distibuição d função tblho deste todo situ-se ente 1,80 e 1,96 ev, e função tblho do todo que oesponde à 50% de f(φ) está ente 1,8 e 1,84 ev. b) P s demis J FSCL O poedimento utilizdo n obtenção ds uvs PWFD p s densiddes de oente limitd pel g espil de 1, e 4 Am - é semelhnte o empegdo no so nteio (J FSCL = 8 Am - ). As FIG FIG mostm s uvs PWFD p s outs densiddes de oente. A TAB. 6.8 pesent s funções tblho dos todos p d so. 91

113 1,80 1,8 1,86 1,89 1,9 FIGUA 6.15 Gáfio PWFD p J FSCL = 4 Am -. FIGUA 6.16 Gáfio PWFD p J FSCL = Am -. 9

114 1,84 1,86 1,88 1,90 FIGUA 6.17 Gáfio PWFD p J FSCL = 1 Am -. TABELA 6.8 Função tblho médi do todo p difeentes densiddes de oente limitd pel g espil. Função tblho (ev) J FSCL = 1 Am - J FSCL = Am - J FSCL = 4 Am - J FSCL = 8 Am - 1,8-1,84 1,8-1,84 1,8-1,84 1,84 A TAB. 6.8 most que p o mesmo nhão, função tblho pemnee em, poximdmente, 1,84 ev p difeentes ondições de opeção do nhão, sendo est função tblho médi do todo temiônio vlido. Os gáfios pesentdos ns FIG FIG mostm que po meio d uv de Mim e do gáfio PWFD, pode-se detemin s ondições de opeção ( fix de tempetu) de um nhão eletônio p difeentes poteniis do nodo (densidde de oente de emissão limitd pel g espil). 9

115 Constução d uv PWFD p lt tensão de eleção Nest Subseção deseve-se o poedimento de onstução d uv PWFD p lt tensão de eleção tomndo omo bse os esultdos expeimentis em bix tensão. Potnto, empegndo-se téni de Mim, pojetou-se uv de Mim p J FSCL = 16 Am - utilizndo os esultdos de J FSCL = 8 Am -. ) P J FSCL = 16 Am - Obsev-se nos esultdos nteioes que p um densidde de oente nomlizd do todo de 50%, função tblho se mntém onstnte, em poximdmente 1,8-1,84 ev. Veifi-se tmbém, que s uvs de Mim de difeentes J FSCL pesentm ompotmentos poximdmente semelhntes. Ptindo-se destes esultdos, deseveu-se um poedimento p onstução d uv de desempenho. Conside-se, pimeimente, inógnit do poblem, dd pel fix de tempetu de opeção do todo, T = T 1 T. Este poedimento está ilustdo n FIG Dd uv J 1 pojet-se J : Coente do Ctodo (%) J 1 J T T 1 T Tempetu do Ctodo (ºC) A função d uv de Mim p J 1 : A A J 1 T T1 1 exp dt 1 ( T ) = A sendo A 1, A e dt : onstntes T = T T. e 1 - Em J 1 (T) = 50% têm-se que φ 1 = φ ; e - Po meio d equção de ihdson detemin-se T. esultndo em: A A J T T 1 exp dt 1 ( T ) = A FIGUA 6.18 Deteminção d fix de tempetu do todo p lt tensão de eleção. 94

116 Potnto, o se detemin o ponto de inteseção ds uvs de ihdson e de Mim, p um densidde de oente do todo de 50%, é possível obte fix de tempetu de opeção p o todo em egime de lt tensão de eleção. A FIG most uv p J FSCL = 16 Am - pojetd pti d uv de 8 Am -. Tçndo-se uv d distibuição d função tblho n uv de Mim de J FSCL = 16 Am -, o vlo d função tblho médi está ente 1,8 e 1,84 ev, onfome pode se visulizdo no gáfio pesentdo n FIG Coente do Ctodo (%) A m - 16 A m Tempetu do Ctodo (ºC) FIGUA 6.19 Cuvs de Mim p J FSCL = 8 Am - e p J FSCL = 16 Am -. 95

117 1,79 1,8 1,85 1,88 1,91 1,94 1,97,00 FIGUA 6.0 Gáfio PWFD p J FSCL = 16 Am -. P se vlid o poedimento desenvolvido té o pesente momento elizouse um segundo expeimento [5]. As TAB. 6.9 e 6.10 pesentm os pâmetos de opeção do todo que fz pte d lsse dos melhoes todos de um expeimento elizdo po Mim. Desenvolvem o expeimento ns seguintes ondições: fix de tempetu de ºC om inemento de 10ºC p J FSCL = 0,09 Am - (7, kv) e fix de tempetu de om inemento de 10ºC p J FSCL = 0,18 Am - (11,5 kv). 96

118 TABELA 6.9 Densidde de oente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p J FSCL = 0,09 Am -. T(ºC) Densidde de oente nomlizd J J % = ( ) 100 J FSCL , , , , , , 670 9,16 660,08 TABELA 6.10 Densidde de oente nomlizd utilizd n onstução d uv de Mim p J FSCL = 0,18 Am -. T(ºC) Densidde de oente nomlizd J J % = ( ) 100 J FSCL , , , , , , , ,0 97

119 ) J FSCL = 0,09 Am - P se obte fix d função tblho plid deste expeimento, pli-se metodologi de obtenção d uv de Mim. O vlo d máxim função tblho do todo enontd foi de,00 ev. P o intevlo de funções tblho definido pel uv de Mim, obtivem-se s uvs de J vesus T. O gáfio d PWFD está pesentdo n FIG.6.1, n qul se veifi o vlo d função tblho médi de: 1,78-1,79 ev. Com o intuito de se pojet uv de desempenho p lt tensão de opeção, utiliz-se d metodologi pesentd n FIG P este expeimento defini tempetu de opeção do todo p J FSCL = Am - e tensão de opeção de 75,6 kv, mntendo-se peveâni onstnte (0,144 µpev). Considendo função tblho omo 1,78 ev, tem-se que p J(T) = 50%, T = 847,48ºC. Assim, uv de Mim p J FSCL = Am - pôde se obtid e está pesentd n FIG ,77 1,79 1,81 1,8 1,8 1,85 FIGUA 6.1 Gáfio PWFD p J FSCL = 0,09 Am -. 98

120 Densidde de Coente do Ctodo (%) ,09 A m - A m Tempetu do Ctodo (ºC) FIGUA 6. Cuvs de Mim p J FSCL = 0,09 Am - e p J FSCL = Am -. 1,78 1,80 1,8 1,84 FIGUA 6. Gáfio PWFD p J FSCL = Am -. 99

121 A FIG. 6. pesent uv PWFD p J FSCL = Am -, uj função tblho médi está ente 1,78 e 1,79 ev. b) J FSCL = 0,18 Am - Semelhnte o expeimento nteio, deteminou-se mio função tblho p fix de tempetu pesentd nteiomente empegndo o vlo d densidde de oente de emissão limitd pel g espil (0,18 Am - ) e o vlo n mio tempetu de opeção (80ºC) po meio d expessão (6.7). O vlo d função tblho enontd foi de 1,9 ev. Empegndo-se metodologi desenvolvid p onstução d uv de Mim, obteve-se uv pesentd n FIG Veifi-se n uv PWFD que função tblho médi do todo est ente 1,77 e 1,78 ev. 1,75 1,77 1,79 1,81 1,8 1,85 1,87 FIGUA 6.4 Gáfio PWFD p J FSCL = 0,18 Am -. P se obte tempetu de opeção do todo p J FSCL = 6 Am - e tensão de opeção de 10 kv (dimensionmento do nhão eletônio p lto potenil de eleção), onsidem-se os seguintes ddos: ) Função tblho médi: 1,77 ev; 100

122 b) Tempetu: 886,78ºC em J(%) = 50%; e ) Peveâni: 0,144 µpev. Aplindo-se metodologi pesentd nteiomente, uv de Mim p J FSCL = 6 Am - pôde se obtid onfome ilustd n FIG A FIG. 6.6 most uv PWFD p J FSCL = 6 Am, que pesent um função tblho médi ente 1,77 e 1,78 ev. 110 Densidde de Coente do Ctodo (%) ,18 Am - 6 Am Tempetu do Ctodo (ºC) FIGUA 6.5 Gáfio PWFD p J FSCL = 0,18 Am - e p J FSCL = 6 Am

123 1,77 1,79 1,81 1,8 FIGUA 6.6 Gáfio PWFD p J FSCL = 6 Am -. Obsevndo os esultdos obtidos ns FIG 6.1 FIG. 6.6, peebe-se que há um onodâni ente s uvs do pesente tblho dqueles pesentdos po Mim [55] Deteminção d tempetu n supefíie do todo A tempetu é um impotnte fto n emissão temiôni e, potnto, est popiedde do todo qundo em opeção deve se mensud om elevd peisão. O medido omumente empegdo p obte est tempetu é o piômeto óptio. Este equipmento omp bilhâni de um supefíie desonheid om de um filmento pdão. A libção d tempetu é elizd utilizndo-se divess oentes no filmento. A piometi ópti é um método de gnde peisão poque o umento d bilhâni de um opo quente é 4 vezes mio do que vição d tempetu. A bilhâni, T b, é sempe meno que tempetu el, T. Po meio de (6.8) onvete-se o vlo d bilhâni obtid no piômeto óptio em tempetu veddei [1]. 1 1 T T b λ = 1,488 ε λ (6.8) 10

124 6.11 Ténis de nálise dos lumintos de báio e álio Nest Seção seão pesentds s ondições de opeção ds nálises físioquímis dos lumintos de báio e álio obtidos pels difeentes ténis de síntese Distibuição do tmnho de ptíuls A nálise de distibuição de tmnho de ptíuls po esplhmento lse dos lumintos de báio e álio foi feit om um mostgem de poximdmente 1 g à tempetu mbiente, sendo dispes em águ utilizndo omo dispesnte piofosfto de sódio. A dispesão foi elizd utilizndo ult-som (Vibell Sonis & Mteils) dunte min. O equipmento utilizdo foi o Gnulômeto Cils modelo Difção de ios X A teizção qunto s fses dos lumintos po difção de ios X dos podutos finis de síntese foi feit n fix de θ = 5º 90º, om dição CuKα, em um diftômeto IGAKU DMAX Miosopi eletôni de vedu (MEV) P se eliz s nálises no MEV os lumintos fom fixdos sobe potmost om uxílio de um fit ote e em seguid, eobet om um filme de bono pel téni de espimento ( sputteing ) Espetômeto de fluoesêni de ios X po dispesão de ompimento de ond As nálises químis dos lumintos de báio e álio fom elizds utilizndo-se d téni de espetosopi de fluoesêni de ios X. O equipmento utilizdo foi o espetômeto d igku Modelo IX Conlusões do Cpítulo Pimeimente, pesentou-se neste Cpítulo, seleção de mteiis seem empegdos n pepção do luminto de báio e álio, e n onfomção d bse do todo temiônio. Em seguid, desevem-se s metodologis desenvolvids e empegds n síntese dos lumintos e, bodou-se ot de impegnção do todo om o mteil emisso (luminto de báio e álio). Posteiomente, pesentm-se os ptos empegdos n fbição do todo impegndo. 10

125 Tomndo-se omo bse s uvs de Mim e equção de ihdson- Dushmn, pesentou-se um poedimento p elizção ds medids temiônis empegndo-se distibuição d função tblho páti. Empegndo-se este poedimento houve possibilidde de se pojet um nhão eletônio p se opedo em lt tensão de eleção, tendo omo bse s teístis de emissão temiônis elizds em um expeimento em bix tensão. 104

126 CAPÍTULO 7 ESULTADOS E DISCUSSÃO 7.1 Intodução do Cpítulo Neste Cpítulo pesentm-se os esultdos ds nálises dos lumintos de báio e álio obtidos pels difeentes ténis de síntese de mteil (eção em estdo sólido, istlizção e peipitção). As uvs TG dos mteiis peusoes pontm lgums ds teístis ds ténis de síntese de luminto utilizdos neste tblho. Els, tmbém, são utilizds n deteminção ds eções de desidtção, deomposição dos bontos e nittos (libeção de gses, onseqüente ped de mss) e fomção do luminto de báio e álio. Po outo ldo, s popieddes físio-químis dos lumintos fom obtids empegndo-se s seguintes ténis de teizção de mteiis: difção de ios X, fluoesêni de ios X, nálise de tmnho de ptíul, miosopi eletôni de vedu e espetosopi no infvemelho. A fim de se teiz temionimente o luminto de báio e álio (obtido pel téni de eção de estdo sólido), tçou-se uv PWFD p se obte o vlo d função tblho médi do todo luminto. A Seção 7. elt os esultdos ds uvs TG dos egentes de ptid, podutos de istlizção e peipitção, p se defini os pâmetos de sintetizção do luminto de báio e álio: tempetu, tmosfe e tempo. N Seção 7., po meio d téni de difção de ios X, são pesentds s fses pesentes nos lumintos obtidos pels difeentes ténis de síntese. A Seção 7.4 epot nálise quími semiquntittiv ds mosts do mteil emisso. As Seções 7.5 e 7.6 pesentm s teístis físis dos luminto de báio e álio. N Seção 7.7, veifi-se omposição quími/fses do luminto de báio e álio obtid pel téni de FTI. As uvs de desempenho p teiz emissão temiôni do todo om luminto de báio e álio estão pesentds n Seção 7.8. N Seção 7.9, eliz-se um expeimento de fusão do luminto om o intuito de se veifi tempetu de impegnção. Po fim, n Seção 7.10, pesentm-se s onlusões piis. 105

127 7. Temogvimeti P se veifi ped de mss em função d tempetu, utilizou-se temogvimeti (TG). Po meio dest téni, estbeleem-se s ondições dequds p piólise e/ou linção dos podutos d istlizção, peipitção e mistu dos bontos omo dos egentes de ptid. elizm-se os pimeios expeimentos utilizndo um temobç TGA 7 d PEKIN-ELME, dinho de pltin, zão de queimento (β) 10ºC min -1, intevlo de tempetu de ºC (tempetu máxim do equipmento) e mss de poximdmente 7 mg. Nests ondições nlisou-se d egente (bontos de báio, de álio e óxido de lumínio) e mistu obtid no método de pepção do luminto vi eção em estdo sólido. As FIG. 7.1 e 7. pesentm s uvs TG dos egentes empegdos n obtenção do luminto de báio e álio (BCO, CCO, e Al O ) e d pópi mistu esultnte. FIGUA 7.1 Cuvs TG dos bontos de báio e de álio, do óxido de lumínio e d mistu omponentes (dinho de pltin) em tmosfe oxidnte. A FIG. 7.1 ilust uv TG d lumin em tmosfe oxidnte, veifindose que o omposto é temimente estável té 900ºC. Entetnto, há ped de mss de poximdmente 0,50% devido à águ de umidde. As uvs dos outos egentes tmbém pesentm um ped iniil de mss devido à águ, lém ds peds de mss efeentes o iníio d deomposição dos bontos. N uv TG do bonto de álio veifi-se um ped de mss totl de 50% (teoimente 44%), que é devido à águ de 106

128 umidde (~,5%), à deomposição do bonto (~47,5%). N uv TG do bonto de báio veifi-se pens um ped iniil de mss, que pode est eliond o estágio iniil de deomposição do bonto. Obsev-se n uv TG d mistu (BCO, CCO e Al O ) que há um vição d tempetu iniil de deomposição dos bontos. Nest uv há tês etps de ped de mss signifitivs, pimei devido à águ de umidde (~4%) e s dus últims devido o iníio d deomposição dos bontos. N FIG. 7. veifi-se uv TG obtid em um tmosfe inete (N ), n qul se obsevm ompotmentos semelhntes àqueles esultntes d tmosfe oxidnte. Nests ondições é possível veifi que não se obtém podutos temimente estáveis p mistu e p o bonto de báio. A uv TG d lumin pesentou um estbilidde témi om pesenç de pens um evento iniil devido à ped de mss efeente à águ de umidde. N uv do bonto de báio veifi-se ped iniil d águ de umidde (~0,8%) p posteio ped de mss efeente o iníio d deomposição do bonto. P o bonto de álio, há dus etps de ped de mss, pimei efeente à águ de umidde (~,0%) e segund deomposição do bonto de álio (~4%), p posteio estbilizção d uv. N uv TG d mistu, omo n uv p tmosfe oxidnte, pesent-se os mesmos tês eventos. FIGUA 7. Cuvs TG dos bontos de báio e de álio, do óxido de lumínio e d mistu omponentes (dinho de pltin) em tmosfe inete. Posteiomente, investigou-se o ompotmento témio do bonto de báio em tmosfe inete (N ) té tempetu de 100ºC, um vez que nos expeimentos 107

129 nteioes (té 900ºC) não se tingiu estbilidde témi d mistu e do bonto de báio. Neste so utilizm-se s seguintes ondições: TGA 50 H SHIMADZU, dinho de pltin, β = 10ºC min -1, intevlo de tempetu de 5 100ºC, mss de poximdmente 7 mg, fluxo de gás 50 ml min -1 e ptm de 0 min n tempetu de 100ºC. As uvs TG/DTG d FIG. 7. mostm que o BCO pesent dus etps de deomposição témi em tmosfe inete. A pimei está eliond à ped de águ de umidde (ped de mss de 0,7%). A segund etp ooe ente 700ºC e 100ºC e oesponde o estágio de deomposição do bonto (ped de mss de 19,5%). Considendo que, teoimente, o bonto de báio pesent,% de CO (% em peso), veifi-se que onvesão do bonto em óxido de báio não foi omplet. FIGUA 7. Cuvs TG/DTG do bonto de báio em tmosfe inete (N ). Nos expeimentos seguintes, veifiou-se o efeito de um tmosfe eduto (10%H 90%A). As ondições expeimentis fom s seguintes: temobç SHIMADZU TGA 51 H, dinho de lumin, β igul 10ºC min -1, intevlo de tempetu de 5 100ºC, ptm de 0 min em 100ºC, fluxo de gás de 100 ml min -1 e mss de, poximdmente, 50 mg. Veifi-se po meio d FIG 7.4 que o óxido de lumínio pesent pens um ped iniil de mss efeente à águ de umidde (de poximdmente 1,6%), tingindo estbilidde témi um tempetu de 700ºC, sem qulque outo tipo de ped de mss (estbilidde témi té 100ºC). A uv TG do bonto de báio pesent dus 108

130 etps de deomposição. A pimei devido à águ de umidde (~1,0%), e segund etp, ente 870 e 100ºC, devido à eliminção de CO (ped de mss de 0,%). A uv TG do bonto de álio most que o omposto pesent dus etps de deomposição témi. Semelhnte uv do bonto de báio, pimei etp de deomposição está eliond à eliminção de águ de umidde (~,0%) e segund à deomposição do bonto. Est segund etp pesent um ped de mss de 4,% e estbilidde témi é tingid n tempetu de, poximdmente, 900ºC. A uv TG d mistu (lumin, bontos de báio e de álio) pesent tês etps de deomposição signifitivs. A pimei ooe devido à ped d águ de umidde (pesente nos egentes utilizdos ~0,8%). A segund e teei etp está eliond o poesso de deomposição do bonto de álio (~9,0%) e do bonto de báio (1,0%), espetivmente. A estbilizção d mistu é obtid n tempetu de poximdmente 1000ºC. FIGUA 7.4 Cuvs TG dos bontos de báio e de álio, do óxido de lumínio e d mistu omponentes (dinho de lumin) em tmosfe eduto. Po meio dos ddos de nálise témi foi possível dequ metodologi de obtenção dos lumintos de báio e álio, deteminndo-se pâmetos omo popoção dos egentes se utilizdo e tempetu de deomposição d mistu. Estbeleemse estes pâmetos onsidendo-se estbilizção do mteil ( não vição d mss do poduto finl om tempetu/tempo). Veifiou-se nests nálises que há um vição n fix de tempetu d ped de mss devido águ de umidde e do poesso de deomposição p difeentes tmosfes de deomposição. Isso ooe devido 109

131 vição n pessão pil de d poesso (pessão pil: dióxido de bono, oxigênio, nitogênio e hidogênio). P um nálise mis pofundd destes poessos sei neessáio eliz o estudo d inéti de eção p d tmsfe (oxidnte, eduto e inete). No pesente tblho, investigou-se somente fix de tempetu e nálise químio-fís do mteil finl. Nos expeimentos em fonos om tmosfe eduto (ns ondições estbeleids pel TG), obsevou-se que o poduto finl pesentv teístis difeentes ds obtids po temogvimeti, omo most FIG () (b) FIGUA 7.5 () Aluminto de báio e álio obtido pelo método de eção em estdo sólido (fono tmosfe eduto T = 1000ºC). (b) Aluminto de báio e álio obtido po meio d TG (T = 100ºC). A most n FIG. 7.5 () pesent um oloção inz, o que pode est eliondo à pesenç de bono element no mteil. Po outo ldo, most d FIG. 7.5 (b) pesent um oloção bn. Isto pode se explido pel lt tx de queimento utilizdo no poesso onvenionl (fono), o que et não eliminção de todo CO. elizou-se temogvimeti d most de luminto obtid po meio d eção em estdo sólido (do fono). A uv TG efeente este expeimento está pesentd n FIG 7.6. N FIG. 7.6, obsev-se que o luminto pesent divess etps de deomposição, s quis povvelmente oespondem à onvesão do bono element em dióxido de bono. Devido à pesenç do bono element no poduto finl d piólise, diionou-se à ot de obtenção do luminto um etp de linção em tmosfe oxidnte (C (s) O (g) CO (g) ). 110

132 FIGUA 7.6 Cuvs TG/DTG p most de luminto de báio e álio om pesenç de bono element em tmosfe oxidnte (O ). Posteiomente, vlim-se os ompotmentos témios dos omponentes utilizdos n pepção do luminto vi método de istlizção, omo pesent FIG Estes expeimentos fom elizdos utilizndo-se: um temobç PEKIN- ELME TGA 7, dinho de pltin, zão de queimento (β) 10ºC min -1, intevlo de tempetu de ºC e mss de poximdmente 7 mg. A uv do nitto de báio pesent 4 etps de deomposição, s quis povvelmente oespondem à queb dos istis do sl de báio, d ped de mss eltiv su hidtção e posteiomente, um ped de mss devido deomposição do nitto. A uv TG do nitto de lumínio pesent etps de deomposição (omo uv TG do nitto de báio). Obsevm-se peds de mss devido à pesenç ds nove moléuls de águ n estutu do nitto de lumínio, e à deomposição do nitto (ped de mss de 8,8 %), tingindo-se estbilidde témi im dos 600ºC. A uv TG do nitto de álio evideni ped de mss, poximdmente 9,%, ente 50 e 50ºC devido o poesso de desidtção. O poduto dest desidtção pemnee estável té 550ºC. Aim de 600ºC, inii-se o poesso de deomposição do nitto, om ped de mss de 44,6% e, onseguinte, estbilizção do óxido. O poesso de deomposição témi do poduto d istlizção oesponde poximdmente o poesso témio de d nitto. 111

133 Mistu C(NO ) 4H O B(NO ) Al(NO ) 9H O FIGUA 7.7 Cuvs TG dos nittos de báio, de álio, de lumínio e do poduto d istlizção em tmosfe oxidnte. A uv TG pesentd n FIG. 7.8 ilust ped de mss do poduto obtido n pepção dos lumintos vi método de peipitção (TGA 51 H SHIMADZU, β = 10ºC min -1, dinho de pltin, mss de poximdmente 50 mg, fluxo de gás de 100 ml min -1 (10%H 90%A) e 50 ml min -1 (), e ptm de 0 min n tempetu de 100ºC). Obsev-se que em tmosfe eduto, estbilidde témi é tingid em um tempetu e de 00ºC infeio àquel em tmosfe oxidnte. As peds de mss estão elionds às etps de ped de mss devido águ de umidde (etp iniil), de deomposição do hidóxido de lumínio, om povável libeção de águ e, em seguid, deomposição dos bontos de báio e álio om libeção de gses do tipo CO. A ped de mss totl foi de 5,7% em tmosfe oxidnte () e de 54,9% em tmosfe eduto. A vição d ped de mss pode est eliond om quntidde de most empegd em d nálise. 11

134 FIGUA 7.8 Cuvs TG do poduto d peipitção em difeentes tmosfes (eduto e oxidnte). A FIG. 7.9 ilust sobeposição ds uvs TG obtids p os podutos obtidos em d um dos métodos de síntese do mteil estuddo (luminto de báio e álio). Veifi-se que o método d istlizção ge um poduto temimente estável um tempetu mis bix (poximdmente 800ºC), ompdo os podutos obtidos nos outos dois métodos, temimente estáveis em tempetu póxim 1000ºC. FIGUA 7.9 Cuvs TG dos lumintos de báio e álio obtidos pelos difeentes métodos de síntese estuddos. 11

135 7. Difção de ios X A investigção ds ondições de fomção do luminto e o estudo ds fses fomds dunte o poessmento dos mteiis fom elizdos utilizndo téni de difção de ios X. A FIG ilust o diftogm d mistu dos bontos (B e C) e óxido de lumínio (ntes d etp de piólise). 100 Intensidde eltiv (%) θ (gus) FIGUA 7.10 Diftogm d mistu dos bontos de báio e de álio, e lumin. Po meio d FIG veifi-se fomção do luminto de báio e álio pelo deslomento dos pios de difção (fomção d fse A = B 5 CAl 4 O 1 ). [5]. 100 (A) Intensidde eltiv (%) (A) (A) (A) (A) (A) (A) (A) (A) θ (gus) (A) (A) FIGUA 7.11 Diftogm do luminto de báio e álio obtido po meio do método de eção em estdo sólido (onvenionl). 114

136 istlizção. A FIG. 7.1 ilust o diftogm do poduto obtido po meio do método de 100 Intensidde eltiv (%) θ (gus) FIGUA 7.1 Diftogm d mistu do poduto d istlizção. Po meio d FIG. 7.1, obsev-se que pós etp de linção do poduto d istlizção, há fomção d fse do luminto de báio e álio (fomção d fse A = B 5 CAl 4 O 1 ). Este luminto pode pesent teístis de emissão dequds os expeimentos iniiis, Mklkov [5] pesentou est fse em seus expeimentos de obtenção dos lumintos de báio e álio que são empegdos nos todos temiônios. Intensidde eltiv (%) (A) (A) (A) (A) (A) (A) (A) (A) θ (gus) FIGUA 7.1 Diftogm do luminto de báio e álio obtido po meio do método de istlizção. 115

137 Po meio d FIG veifi-se fomção d fse do luminto de báio e álio no poduto d síntese do mteil obtido pel téni de peipitção. Entetnto, há pesenç de fses que podem est elionds outos ompostos de báio, álio e lumínio. Obsevndo-se os ddos obtidos, veifi-se que os podutos obtidos pelo método d eção em estdo sólido, istlizção e peipitção pesentm fses semelhntes (A = B 5 CAl 4 O 1 ). Entetnto, no método d peipitção, o diftogm pesent pios difeenidos, que podem est eliondos outs fses pesentes n most (omo os lumintos, hidóxidos ou óxidos). 100 (A) Intensidde eltiv (%) (A) (A) (A) (A) (A) (A) (A) θ (gus) FIGUA 7.14 Diftogm do luminto de báio e álio obtido po meio d téni de peipitção. 116

138 7.4 Fluoesêni de ios X A nálise de fluoesêni de ios X foi elizd om o intuito de se veifi popoção de B : C : Al e sus possíveis impuezs. N TAB. 7.1 pesentm-se os ddos obtidos p s tês metodologis. TABELA Ddos de fluoesêni de ios X p most obtid pelos difeentes métodos*. Estdo Sólido Cistlizção Peipitção B (%) 46, 44, 8,8 Si (%) 0,1 0,0 0,0 S (%) 0,07 0,04 0,11 Cl (%) - - 0,0 Mg (%) 0, C (%) 10,5 1,4 8,1 S (%) 0,17 0,0 0,0 Ni (%) 0,01 0,0 - Al (%) 5, 5, 10,8 N (%) 0,8 0,8 0,0 Fe (%) 0,05 0,07 0,0 * Análise semiquntittiv Método de Pâmetos Fundmentis Eo eltivo em temos de oefiiente de vição peentul infeio 10%. Veifi-se, po meio d TAB. 7.1, vição d popoção estequiométi obtid pelos difeentes métodos. As disepânis existentes podem est elionds om s metodologis de síntese dos lumintos e, tmbém, s ondições ds mtéis-pims utilizds (piniplmente n téni de peipitção, pois se utilizm egentes hidtdos, omo po exemplo: nitto de álio tethidtdo e nitto de lumínio nonhidtdo). Po meio dos vloes d TAB. 7.1, veifi-se eção em estdo sólido e istlizção pesentm popoção dos elementos póximos o dequdo (5BO, CO e Al O ). 7.5 Tmnho médio de ptíul As FIG () e (b) pesentm s uvs d distibuição de tmnho de ptíuls p o luminto obtido po meio d téni de eção de estdo sólido. O diâmeto médio de ptíuls detemindo po meio d téni de esplhmento lse foi de,1 µm. Entetnto, veifi-se que n uv d feqüêni umuld que o tmnho médio 50% é de 1,61 µm, tl fto é veifido devido à distibuição polimodl ds ptíuls. 117

139 () 100 Feqüêni umuld (%) ,61 µm Log diâmeto (µm) (b) FIGUA 7.15 Distibuição do tmnho de ptíul p o luminto de báio e álio obtido po meio d eção em estdo sólido () Histogm. (b) Feqüêni umuld. As FIG 7.16 () e (b) pesentm s uvs d distibuição de tmnho de ptíuls p o luminto obtido po meio d téni de eção de estdo sólido pós etp de mogem (48 hos). O diâmeto médio de ptíuls detemindo po meio d téni de esplhmento lse foi 1,48 µm. Entetnto, veifi-se que n uv d 118

140 feqüêni umuld que o tmnho médio 50% é de 1,08 µm. A vição nos vloes do diâmeto médio ds ptíuls é esultdo d distibuição bimodl ds ptíuls. Compndo-se s distibuições ds ptíuls om e sem etp de mogem, veifi-se que mogem uxili n homogeneizção d distibuição ds ptíuls devido à um possível desglomeção ds ptíuls. () 100 Feqüêni Aumuld (%) ,08 µm Log diâmeto (µm) (b) FIGUA 7.16 Distibuição do tmnho de ptíul p o luminto de báio e álio obtido po meio d eção em estdo sólido (48 h mogem) () Histogm. (b) Feqüêni umuld. 119

141 As FIG () e (b) pesentm s uvs d distibuição de tmnho de ptíuls p o luminto obtido po meio d téni de istlizção. O diâmeto médio de ptíuls detemindo po meio d téni de esplhmento lse foi,48 µm. Entetnto, veifi-se que n uv d feqüêni umuld que o tmnho médio 50% é de 1,7 µm. A vição nos vloes do diâmeto médio ds ptíuls é esultdo d distibuição heteogêne ds ptíuls. () 100 Feqüêni umuld (%) ,7 µm Log diâmeto (µm) (b) FIGUA 7.17 Distibuição do tmnho de ptíul p o luminto obtido po meio d téni de istlizção () Histogm. (b) Feqüêni umuld. 10

142 As FIG () e (b) pesentm s uvs d distibuição de tmnho de ptíuls p o luminto obtido po meio d téni de peipitção. O diâmeto médio de ptíuls detemindo po meio d téni de esplhmento lse foi 9,57 µm. Entetnto, veifi-se que n uv d feqüêni umuld que o tmnho médio 50% é de 5,17 µm. A vição nos vloes do diâmeto médio ds ptíuls é esultdo d distibuição polimodl ds ptíuls. () 100 Fequêni umuld (%) ,17 µm Log diâmeto (µm) (b) FIGUA 7.18 Distibuição do tmnho de ptíul p o luminto de báio e álio obtido pel téni de peipitção () Histogm. (b) Feqüêni umuld. 11

143 Veifi-se po meio ds FIG os tmnhos médios ds ptíuls p os difeentes métodos. Os ddos pesentdos mostm que o meno diâmeto médio d ptíul foi obtido po meio do método de eção em estdo sólido om etp de homogeneizção. Entetnto, medid do tmnho médio ds ptíuls depende d distibuição, fom, e estdo de glomeção ds ptíuls. Dest fom, não se pode fim que téni de eção de estdo sólido fonee um tmnho meno ompdo às outs ténis de síntese do luminto estudds. Um obsevção impotnte é vição do tmnho de ptíul ds mosts obtidos n eção em estdo sólido em função do tempo de mogem. Há um edução do tmnho de ptíul de, poximdmente, %. 7.6 Miosopi eletôni de vedu Empegou-se téni de miosopi eletôni de vedu (MEV) n teizção d fom e estdo de glomeção ds ptíuls dos lumintos obtidos pels difeentes ténis de sintetizção. N FIG 7.19, veifi-se fom d ptíul obtid pel eção de estdo sólido. Ptíuls longds e glomeds podem se obsevds. FIGUA 7.19 Fom ds ptíuls do luminto de báio e álio fomdo pel eção em estdo sólido. 1

144 A FIG. 7.0 pesent fom ds ptíuls obtids pel téni de istlizção, s quis pesentm um mio estdo de glomeção qundo ompds om s ptíuls obtids pel téni de eção em estdo sólido. FIGUA 7.0 Fom ds ptíuls do luminto de báio e álio fomdo pel téni de istlizção. N FIG. 7.1 veifi-se um iegulidde n fom ds ptíuls do luminto obtido pel téni de peipitção, lém do estdo de glomeção ds mesms. FIGUA 7.1 Fom ds ptíuls do luminto de báio e álio fomdo pel téni de peipitção. 1

145 As nálises elizds pel téni de miosopi eletôni de vedu mostm influêni d téni de síntese do mteil n fom ds ptíuls do luminto de báio e álio, bem omo no tmnho e no estdo de glomeção dests. A téni de eção de estdo pesentou ptíuls om fom egul e um meno estdo de glomeção. A téni de espetosopi de enegi dispesiv (EDS) uxili n nálise quími e gu de homogeneidde dos lumintos sintetizdos. As FIG. 7. () e (b) pesentm s nálises elizds no luminto obtido empegndo-se téni de eção em estdo sólido. () (b) FIGUA 7. Análises químis do luminto obtido po meio d téni de eção de estdo sólido em difeentes egiões. 14

146 Veifi-se ns FIG. 7. () e (b) um homogeneidde n popoção dos elementos que ompõe o luminto obtido pel eção de estdo sólido. As FIG. 7. () e (b) pesentm s nálises elizds no luminto obtido empegndo-se téni de istlizção. () (b) FIGUA 7. Análises químis do luminto obtido po meio d téni de istlizção em difeentes egiões. 15

147 As FIG. 7. () e (b) mostm um heteogeneidde n popoção dos elementos que ompõem o luminto obtido pel téni de istlizção. N egião () há um popoção signifitiv do elemento álio, difeente d egião (b) que pesent um popoção mio de báio. As FIG. 7.4 () e (b) mostm s nálises elizds no luminto obtido empegndo-se téni de peipitção. () (b) FIGUA 7.4 Análises químis do luminto obtido po meio d téni de peipitção em difeentes egiões. 16

148 Semelhntemente à téni de istlizção, p os lumintos obtidos pel téni de peipitção houve pesenç de um et heteogeneidde n popoção do luminto, omo mostm s FIG. 7.4 () e (b). A difeenç n popoção dos elementos que ompõem o luminto de báio e álio pode est eliond om s difeentes fses fomds em d egião. 7.7 Espetosopi no infvemelho A téni de FTI pesent semelhnçs n omposição dos lumintos obtidos pelos difeentes métodos, omo most FIG As vições existentes ooem devido à povável existêni de fses difeentes e impuezs ds mosts. No espeto de infvemelho p s uvs do método de eção em estdo sólido e de peipitção, obsevm-se s mesms vibções no intevlo de 1000 e 500 m -1. No método de istlizção, s vibções neste intevlo não estão oelionds. As vibções obsevds p o intevlo de 1000 e 500 m -1, no método de eção em estdo sólido (onvenionl) e de peipitção, podem est elionds à fse do luminto BO Al O. FIGUA 7.5 Cuvs FTI dos lumintos obtidos pelos difeentes métodos. 17

149 As ténis de síntese de mteil influenim onsidevelmente n obtenção ds fses do luminto de báio e álio e ns sus teístis físio-químis. A téni de solução pesent vntgens ns etps de síntese do mteil emisso, edução no tempo e/ou tempetu do poesso. Po exemplo, téni de istlizção pesentou um meno tempetu de opeção em tmosfe oxidnte. Entetnto, o se onside s popieddes físio-químis do luminto, eção em estdo sólido pesent lgums vntgens, omo distibuição do tmnho de ptíul e o estdo de glomeção. 7.8 Cteizção temiôni P eliz teizção temiôni do luminto de báio e álio obtido pel téni de eção em estdo sólido utilizou-se omo veíulo de um todo pdão (tipo Piee). N supefíie do todo (tungstênio pooso) foi depositd um md de um tint n qul ontinh o luminto de báio (solvente e ligntes etto de mil, nitoelulose, etnol e etto). elizou-se plição utilizndo-se um spy, pois est fonee um filme homogêneo. A áe de emissão do todo utilizdo é de 1,5 m. A FIG. 7.6 pesent uv de densidde de oente de emissão vesus tensão p o todo om luminto de báio e álio. Veifi-se o umento d densidde de oente de emissão om o ésimo n potêni do filmento (mntendo-se onstnte tensão) Densidde de oente (ma) P = 48 W P = 50 W P = 5 W P = 54 W P = 55 W P = 58 W Tensão (V) FIGUA 7.6 Cuv de emissão temiôni p um todo luminto obtido pel téni de eção em estdo sólido. 18

150 A FIG. 7.7 most s uvs de densidde de oente nomlizd vesus potêni do filmento p quto densiddes de oente limitds pel g espil, J FSCL (100, 00, 400 e 800 mam - ). Tçm-se ests uvs p obte função tblho médi do todo luminto empegndo téni de Mim (PWFD). As PWFD estão pesentds ns FIG. 7.8 e FIG Densidde de Coente do Ctodo (%) Potêni (W) 100 mam - 00 mam mam mam - FIGUA 7.7 Cuv de densidde de oente x potêni p o todo luminto. Veifi-se po meio do gáfio d FIG. 7.8, uv PWFD p 400 mam - que o intevlo d distibuição d função tblho deste todo situ-se ente 1,95 e,0 ev, e função tblho do todo que oesponde à 50% de f(φ) é de,00 ev. Obsev-se n FIG. 7.9, que densidde de oente nomlizd do todo de 50% oesponde um função tblho de,00 ev. Considendo estes esultdos, pode-se defini omo função tblho médi do todo om luminto de báio e álio é de poximdmente,00 ev. 19

151 1,96,00,04,08,1,16,0 FIGUA 7.8 Gáfio PWFD p J FSCL = 400 mam -. 1,98,01,04,07,10,1 FIGUA 7.9 Gáfio PWFD p J FSCL = 800 mam -. 10

152 7.9 Fusão do luminto de báio e álio Com o intuito de tç o poedimento de impegnção do todo, elizou-se expeimento de fusão do luminto de báio e álio. P isso utilizou um dinho de molibdênio, onfome ilustdo n FIG. 7.0, e o luminto poessdo pel téni de eção de estdo sólido. O onjunto foi submetido um queimento n tempetu que viou de ºC (váuo p 10-4 to). Após este poesso, veifiou-se que ped de mss do luminto não foi signifitiv e que houve fusão do luminto de báio e álio (fomção do meniso no dinho). Aluminto Cdinho de Mo FIGUA 7.0 Cdinho de molibdênio om luminto de báio e álio Conlusões do Cpítulo Neste Cpítulo pesentm-se os esultdos efeentes às metodologis empegds n síntese do luminto de báio e álio. Ademis, vlim-se s teístis físio-químis dos mteiis obtidos nos poessos de sintetizção. Po meio d temogvimeti vlim-se s eções de fomção dos lumintos, s peds de msss dos egentes deteminm s etps de desidtção e deomposição dos egentes. Empegndo-se temogvimeti, definim-se tmosfe e o tempo de eção de d téni de síntese. Com elção s fses pesentes nos podutos d eção de d téni de síntese do luminto de báio e álio, po meio d nálise de difção de ios X, que há pesenç de um fse emisso de elétons, onfome pesentdo n litetu po Mklkov [5]. Deteminm-se os elementos pesentes nos lumintos obtidos pels difeentes ténis de síntese. O luminto de báio e álio obtid pel eção em estdo 11