Controlo da morfologia de filmes de polímeros com potenciais aplicações em células fotovoltaicas

No campo da investigação das células fotovoltaicas orgânicas, a obtenção da camada activa com morfologia “ideal” através de técnicas baratas é ainda um marco não atingido. Este trabalho visa ultrapassar as baixas eficiências que são características destas células, através do desenvolvimento de um método rápido e de baixo custo para preparar camadas activas com morfologia próxima da “ideal”. Tal método permitiu obter filmes estruturados de polímeros conjugados reticulados que constituem um dos componentes da camada activa. O método é baseado no controlo da separação de fases que ocorre durante a deposição de misturas em solução, contendo um polímero conjugado reticulável, um polímero isolador “inerte” e um agente iniciador da reacção de reticulação, por spin coating (técnica rápida e de baixo custo), sobre um substrato que poderá servir de um dos eléctrodos na célula. A posterior irradiação do filme com luz Ultravioleta e o seu aquecimento conduzem à formação de uma “rede” reticulada e insolúvel do polímero conjugado que permite remover o polímero inerte e o agente iniciador por dissolução. Sendo o filme resultante insolúvel, o outro(s) componente(s) da camada activa da célula podem ser também depositados sobre ele a partir de soluções. Foram usados três polímeros conjugados reticuláveis dreivados do poli(dioctil-fluoreno) e um polímero “inerte”, o poliestireno, com diversos pesos moleculares. Demonstrou-se que a variação de condições durante a deposição das misturas e das características das mesmas permite obter filmes com diferentes tipos de morfologia - colunar, bicontínua e porosa - com diferentes dimensões dos “motivos” de polímero. Em particular, obtiveram-se filmes com morfologia colunar, com diâmetro médio de coluna da ordem de 150-200 nm e com morfologia bicontínua com “largura” média de grão de cerca de 200 nm. Demonstrou-se que a utilização dos filmes estruturados é mais vantajosa que a de filmes não estruturados (“planos”), tendo-se obtido valores de 90 a 95% de extinção de fotoluminescência para filmes colunares de um dos polímeros, em que o aceitador de electrões foi depositado em solução. Estes valores são indicativos de um processo de dissociação dos excitões gerados no polímero conjugado muito eficiente, o que permite antever que as camadas activas preparadas possam ser aplicadas em células fotovoltaicas com morfologia optimizada.

Estudos de adsorção sobre materiais porosos e preparação de carvões mesoporosos usando como matriz argilas porosas heteroestruturadas

Este trabalho foi desenvolvido, tendo como base dois objectivos principais; a montagem e calibração de uma instalação volumétrica para estudos de adsorção e a preparação de carvões mesoporosos com base em matrizes constituídas por materiais inorgânicos mesoestruturados. Foi estudada a utilização de uma argila porosa heteroestruturada (PCH) como matriz, recorrendo ao álcool furfurílico como precursor de carvão. Alguns carvões foram preparados usando SBA-15 como matriz com o mesmo precursor de carvão ou com a sacarose. A preparação destes carvões envolveu a infiltração de um precursor de carvão nos poros da matriz, polimerização do precursor, carbonização do compósito formado, remoção da matriz com ácido fluorídrico e lavagem dos carvões obtidos. Este trabalho incidiu ainda no estudo da utilização do ácido p-toluenosulfónico como catalisador da polimerização do precursor de carvão e estudar o modo como o tipo de matriz e o número de ciclos de infiltração-polimerização afectam as características dos carvões obtidos. Os métodos de preparação dos carvões CMK-3 e CMK-5, foram seguidos conforme descritos na literatura, com o objectivo de reproduzir estas estruturas. As matrizes e os carvões foram caracterizados recorrendo à realização de isotérmicas de adsorção de azoto. Técnicas de difracção de raios X e microscopia electrónica de varrimento. A eficiência da remoção da matriz foi avaliada através da determinação do teor de cinza e a eficiência da lavagem dos carvões foi verificada através da determinação do ponto de carga zero e do teor em fluoreto. Foi verificada a eficiência dos métodos de remoção e lavagem dos carvões, bem como a reprodutibilidade do seu processo de preparação. Foi possível a preparação de carvões mesoporosos sem ser necessário o uso do catalisador, independentemente do tipo de matriz. O catalisador apenas teve impacto nos carvões preparados com dois ciclos de impregnação-polimerização, ocorrendo um aumento da mesoporosidade da amostra. Variando a amina usada na preparação da PCH (octilamina, decilamina, dodecilamina), foi possível obter carvões com propriedades textuais distintas, demonstrando a versatilidade das argilas porosas heteroestruturais como matrizes inorgânicas. Não foi possível reproduzir todas as características das amostras apresentadas na literatura, tendo-se contudo verificado a influência do método de carbonização.

Betão auto-compactável com agregados reciclados provenientes da pré-fabricação

A crescente necessidade de tornar a construção mais sustentável e o intuito de contribuir com soluções de reaproveitamento e de escoamento dos desperdícios produzidos na indústria da construção foram determinantes para o financiamento atribuído a um projeto de investigação, com o objetivo de avaliar a viabilidade da utilização de agregados reciclados de betão provenientes da indústria de pré-fabricação para a produção de betões autocompactáveis (BAC). Desta forma, não só se pode contribuir positivamente para a melhoria da qualidade final das peças produzidas pela indústria de pré-fabricação, dispensando a utilização de métodos de vibração falíveis, mas também se contribui para a sustentabilidade do meio ambiente, minimizando o consumo de recursos naturais e a deposição de aterros de resíduos. O projeto é subdividido em diversas fases de otimização e de análise. Numa fase inicial, serão produzidos e selecionados os betões de origem (BO), onde se incluem os materiais produzidos em laboratório e os materiais provenientes de estruturas pré-fabricadas, os quais darão origem aos agregados a analisar. Esses agregados reciclados (AR) sofrerão um processo de trituração orientado (trituração primária e trituração primária e secundária) que pode influenciar as características do próprio betão. Dos resultados obtidos, seleciona-se o método de trituração a adotar para as fases subsequentes. Estas consistirão na produção de betões convencionais e autocompactáveis, que reproduzam aproximadamente a mesma classe de resistência dos betões de origem, nomeadamente 20, 45, 65 e 80 MPa, variando a sua composição (rácio a/c, adições e superplastificantes) e as taxas de agregados reciclados finos (AFR) e grossos (AGR). As percentagens de substituição AFR/AGR a considerar serão: 0/25, 25/0, 25/25, 0/100, 100/0 e 100/100%. Posteriormente, será efetuada a otimização desses betões para classes de resistência mais elevadas, utilizando, para o efeito, agregados reciclados com resistências mecânicas correspondentes a uma classe inferior. Serão incluídos neste estudo os betões de elevado desempenho autocompactáveis, cuja resistência se pretende que seja igual ou superior a 80 MPa. Em todas as fases, serão executados ensaios de avaliação às características mecânicas e de durabilidade dos betões, incluindo a análise microestrutural para a observação da evolução da estrutura porosa da pasta e dos agregados reciclados e da interface pasta/agregados. Pretende-se obter como resultado final um betão com agregados reciclados com agregados reciclados, cujas propriedades sejam compatíveis ou superiores às de um betão auto-compactável com agregados naturais.

Permeabilidade e microestrutura de BAC com incorporação de fíler calcário

A durabilidade do betão está diretamente relacionada com o transporte de fluídos no seu interior que, por sua vez, está condicionado pela microestrutura do mesmo. Dadas as diferenças da estrutura porosa do betão auto-compactável (BAC) quando comparada com a de um betão convencional (BC), serão expectáveis algumas diferenças na durabilidade do primeiro. Um dos principais elementos diferenciadores entre ambos é a necessidade de quantidades significativas de material ultra fino (cimento e adições) por parte do BAC, essencialmente de modo a garantir os seus requisitos de comportamento no estado fresco. A utilização de adições, como o fíler calcário (FC), pode melhorar não só o comportamento do BAC no estado fresco como também influenciar a resistência mecânica e a durabilidade, através de uma microestrutura mais densa. Nesse sentido, o objetivo do presente trabalho é avaliar o efeito da utilização de FC na permeabilidade e na microestrutura do BAC. De modo a comprovar as referidas relações, foram efetuados estudos sobre a correlação entre as propriedades da microestrutura e os mecanismos de transporte, através da produção de misturas de BAC com 0%, 30%, 45% e 60% de substituição de cimento por FC. A caracterização físico-química das amostras de BAC foi realizada por difracção de raios-x e por microscopia eletrónica de varrimento (MEV), sendo esta última técnica também um método de caracterização morfológica. Para analisar as propriedades de transporte do BAC foram executados ensaios de absorção por imersão e absorção capilar. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que os betões em estudo apresentam características satisfatórias ao nível da microestrutura e propriedades de transporte. Salienta-se que em todas as amostras foi encontrada uma microestrutura densa, não tendo sido encontrada uma zona de transição entre o agregado e a pasta com características que a diferenciem da restante da pasta. Estas observações complementam os valores encontrados no estudo das propriedades de transporte, fazendo prever que as amostras apresentam uma baixa porosidade.