Orientador: Carlos Alberto Luengo

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Nesta tese é apresentado um modelo microscópico (modelo granular) para materiais carbonosos sólidos tratados termicamente. Inicialmente uma estrutura granular é definida na matriz carbonosa, composta por microcristalites turbostráticos tipo grafite, ligações-cruzadas e microporos.
...

Resumo: Nesta tese é apresentado um modelo microscópico (modelo granular) para materiais carbonosos sólidos tratados termicamente. Inicialmente uma estrutura granular é definida na matriz carbonosa, composta por microcristalites turbostráticos tipo grafite, ligações-cruzadas e microporos.
Depois, é desenvolvida uma expressão geral para calcular a fração de volume X da fase condutora da estrutura granular em função de parâmetros estruturais obtidos por difração de raios-X e espalhamento de raios-X a baixo ângulo.
Então, o modelo granular em conjunto com a teoria de percolação são utilizados para explicar o comportamento da resistividade elétrica com a temperatura de tratamento térmico (TTT), onde X é o parâmetro fundamental.
Na seqüência, é feito um estudo com ressonância de spin eletrônico (RSE) abrangendo as regiões de baixas e altas TTT, incluindo-se a região de transição (700-1300ºC). A elucidação da natureza dos centros de spin dessa região e a ligação com as regiões de baixas e altas TTT é cuidadosamente pesquisada.
Após isto, é desenvolvida uma expressão para o módulo de elasticidade, baseada na estrutura microscópica granular do material com a participação fundamental das ligações-cruzadas, objetivando-se explicar o comportamento do módulo com a TTT.
Também, o modelo granular com a expressão de X, a teoria de percolação-resistividade, o estudo de RSE, e a expressão do módulo de elasticidade são aplicados ao endocarpo de babaçu tratado termicamente até 2200ºC, que pode ser classificado como um material carbonoso não-grafítico típico, sendo apropriado para pesquisar a validade do modelo e expressões propostas. É observado que as expressões teóricas conseguem descrever bem os respectivos comportamentos experimentais.
Finalmente, as medidas de parâmetros físicos e químicos do endocarpo de babaçu tratado termicamente até 2200ºC são também apresentadas. Como muitos desses parâmetros não estavam disponíveis até a presente data, estes resultados contribuem para uma melhor caracterização do material

Abstract: In this thesis a microscopic model (granular model) is presented to study heat treated carbons. Initially, a granular structure is defined in the carbon matrix, composed of turbostratic graphite-like microcrystallites, cross-linkings and micropores.
Next, a general expression is...

Abstract: In this thesis a microscopic model (granular model) is presented to study heat treated carbons. Initially, a granular structure is defined in the carbon matrix, composed of turbostratic graphite-like microcrystallites, cross-linkings and micropores.
Next, a general expression is developed in order to calculate the volume fraction X of the conducting phase of the granular structure as a function of structural parameters obtained from X-ray diffraction and small angle X-ray scattering.
Then, the granular model and the percolation theory are used to explain the electrical resistivity behaviour with the heat treatment temperature (HTT), where X is the fundamental parameter.
Next, an electron spin resonance (ESR) study of the low and high HTT ranges is presented, including the transition range (700-1300ºC). The elucidation of the spin center nature in this range and the linking with the two adjacent ranges has been carefully pursued.
After this, an expression to calculate the elastic modulus (Young's modulus), based on the microscopic granular model with the fundamental participation of the cross-linkings, is developed to account for the behavior of the modulus with the HTT.
Moreover, the granular model with the expression of X, the percolation-resistivity theory, the ESR study, and the expression of the elastic modulus are applied to the babassu endocarp carbon heat treated up to 2200ºC. This material can be classified as a typical non-graphitic carbon, being useful to search the validity of the model and the proposed expressions. It is observed that the theoretical expressions describe with reasonable accuracy the respective experimental behaviors.
Finally, the measurements of physical and chemical parameters of the babassu endocarp treated up to 2200ºC are also included in this thesis. Since most of these parameters are not available up to date, these results contribute to a better characterization of the material