Os nanomateriais e a descoberta de novos mundos na bancada do químico

In recent years there has been great progress in the field of nanotechnology largely driven by research into nanomaterials. Chemistry appears in this context for its relevant role in the synthesis and surface modification of nanomaterials. This review article discusses fundamental concepts related to the synthesis and properties of inorganic nanoparticles with diverse properties. Aspects related to unique size dependent optical and magnetic properties are discussed and the chemistry involved in the preparation of nanomaterials reviewed. Fundamental aspects of the chemical modification of nanoparticles envisaging potential applications for these materials are also addressed.

Síntese de nanomateriais de carbono a partir do resíduo de milho (DDGS)

The world's largest ethanol producer (USA) uses corn as feedstock. DDGS (distillers dried grains with solubles) is the main waste generated from this process (around 32 million t/year). DDGS samples were pyrolyzed at 1000 ºC in a furnace with controlled atmosphere. The effluent was channeled to a second furnace, in which catalyst substrates were placed. Chromatographic analysis was used to evaluate the gaseous effluents, showing that the catalyst reduced hydrocarbon emissions. The solid products formed were analyzed by SEM and TEM. Graphitic structures and carbon nanofibers, 50 µm in length and with diameters of 80-200 nm, were formed.

Nanotecnologia em medicina: aspectos fundamentais e principais preocupações

The recent advances in the development of nanomaterials have opened new and exciting opportunities for their applications in medicine. These applications include molecular imaging, drug-delivery, and photothermal therapy. Despite the progress in medicinal applications of nanomaterials, several key problems remain unaddressed. Recent advances in this area include the enhancement of sensitivity in early diagnosis and therapy, in addition to investigations into the possible toxicity of nanomaterials. However, since little is known about the toxicity of nanomaterials, the regulation of these materials is a slow and complex process. This paper reviews the current scenario in the applications of nanomaterials in medicine as well as the main concerns and regulatory questions.

Eletrocromismo: fundamentos e a aplicação de nanomateriais no desenvolvimento de eletrodos de alto desempenho

This review deals with the basis and novel trends in electrochromism, describing the basic aspects and methodologies employed for the construction and analyses of different modified electrodes. The work presents the classic materials used for the construction of electrochromic electrodes, such as WO3 and a view on the basic concepts of chromaticity as a useful approach for analyzing colorimetric results. The report also addresses how the incorporation of nanomaterials and the consequent novel modification of electrodes have furthered this area of science, producing electrochromic electrodes with high performance, high efficiency and low response times.

PREPARAÇÃO DE PONTOS DE CARBONO E SUA CARACTERIZAÇÃO ÓPTICA: UM EXPERIMENTO PARA INTRODUZIR NANOCIÊNCIA NA GRADUAÇÃO

Carbon dots (CDs) constitute a new class of carbon-based nanomaterials that measure less than 10 nm and display attractive physical and chemical features such as fluorescence. CDs have been considered the new “power” carbon nanomaterials since their accidental discovery in 2004. This study reports a simple, easy, and accessible experiment for undergraduate courses. The experiment involves the preparation of CDs by pyrolysis using commercial gelatin as a low cost precursor as well as CD purification and optical characterization. The optical properties of CDs such as absorption and emission properties make them a promising material for teaching the basic concepts and techniques used for characterization of nanomaterials. Also, the reactants and final product are suitable for undergraduate courses since they are non-toxic materials. The prepared CDs can be used in such applications as bioimaging, solar cells, and photocatalysis.

Mössbauer spectra of iron oxides in the bulk and nanocrystalline states

Magnetic nanoparticles are very important in modern industry. These particles are used in many different spheres of life. Nanoparticles have unusual physical and chemical properties connected both with quantum dimensional effects and with the increased role of the surface atoms. Most clearly the difference between the properties of bulk materials and nanoparticles can be seen in the magnetic properties of these materials. The most typical magnetic properties of nanomaterials are superparamagnetism with the size of the cluster from 1 to 10 nm; single-domain magnetic state of nanoclusters and nanostructures up to 20 nm; magnetization processes connected with magnetic cluster ordering and with its forms and sizes; quantum magnetic tunneling effects when magnetization changes by jumps and giant magnetoresistance effects. For research of the magnetic properties of iron-containing nanostructures, it is convenient to apply Mӧssbauer spectroscopy. In this work a number of nano-sized samples of iron oxides were examined by Mössbauer spectroscopy. The Mössbauer spectra of nanoparticles with various sizes were obtained. Mössbauer spectra of iron oxide nanoparticles were compared with the spectra of bulk samples. It was shown how the spectra of iron oxide nanoparticles change depending on the particle sizes.

Russian metals for arctic offshore structures

With an increasingly growing demand for natural resources, the Arctic region has become an attractive area, holding about 15% of world oil. Ice shrinkage caused by global warming encourages the development of offshore and ship-building sectors. Russia, as one of the leading oil and gas production countries is participating actively in cold resistant materials research, since half of its territory belongs to the Arctic environment, which held considerable stores of oil. Nowadays most Russian offshore platforms are located in the Sakhalin Island area, which geographically does not belong to the Arctic, but has com-parable environmental conditions. Russia recently has manufactured several offshore platforms. It became clear that further development of the Arctic off-shore structures with necessary reliability is highly depending on the materials employed. This work pursues the following objectives: ï‚· to provide a comprehensive review on Russian metals used for Arctic offshore structures on the base of standards, books, journal articles and companies reports ï‚· to overview various Arctic offshore structures and its structural characteristics ï‚· briefly discuss materials testing methods for low temperatures Master`s thesis focuses on specifications and description of Russian metals which are already in use and can be used for Arctic offshore structures. Work overviews several groups of steel, such as low carbon, low alloy, chromium containing steels, stainless steels, aluminium and nanostructured steels. Materials under discussion are grouped based on the standards, for instance the work covers shipbuilding and structural steels at the different sections. This paper provides an overview of important Russian Arctic offshore projects built for use in Russia and ordered by foreign countries. Future trends in development of the Arctic materials are discussed. Based on the information provided in this Master`s thesis it is possible to learn about Russian metals used for ships and offshore platforms operated in the Arctic region. Paper can be used as the comprehensive review of current materials, such as various steels, aluminium and nanomaterials.

Weld joint characteristics by nano-materials addition

The need for industries to remain competitive in the welding business, has created necessity to develop innovative processes that can exceed customer’s demand. Significant development in improving weld efficiency, during the past decades, still have their drawbacks, specifically in the weld strength properties. The recent innovative technologies have created smallest possible solid material known as nanomaterial and their introduction in welding production has improved the weld strength properties and to overcome unstable microstructures in the weld. This study utilizes a qualitative research method, to elaborate the methods of introducing nanomaterial to the weldments and the characteristic of the welds produced by different welding processes. The study mainly focuses on changes in the microstructural formation and strength properties on the welded joint and also discusses those factors influencing such improvements, due to the addition of nanomaterials. The effect of nanomaterial addition in welding process modifies the physics of joining region, thereby, resulting in significant improvement in the strength properties, with stable microstructure in the weld. The addition of nanomaterials in the welding processes are, through coating on base metal, addition in filler metal and utilizing nanostructured base metal. However, due to its insignificant size, the addition of nanomaterials directly to the weld, would poses complications. The factors having major influence on the joint integrity are dispersion of nanomaterials, characteristics of the nanomaterials, quantity of nanomaterials and selection of nanomaterials. The addition of nanomaterials does not affect the fundamental properties and characteristics of base metals and the filler metal. However, in some cases, the addition of nanomaterials lead to the deterioration of the joint properties by unstable microstructural formations. Still research are ongoing to achieve high joint integrity, in various materials through different welding processes and also on other factors that influence the joint strength.

Magnetization studies of polystyrene/multiwall carbon nanotube composite films

Lappeenranta University of Technology School of Technology Technical Physics Evgenii Zhukov MAGNETIZATION STUDIES OF POLYSTYRENE/MULTIWALL CARBON NANOTUBE COMPOSITE FILMS Master’s thesis 2015 55 pages, 41 pictures, 9 Tables. Examiners: Professor Erkki Lähderanta D.Sc. Ivan Zakharchuk Keywords: polystyrene, multi-walled carbon nanotubes, MWCNT, composite, magnetization, SQUID. In this thesis magnetic properties of polystyrene/multiwall carbon nanotube (MWCNT) composites are investigated with Quantum Design SQUID magnetometer (MPMS XL). The surface of the composite films is studied via BRUKER Multimode 8 Atomic Force Microscope, as well. The polystyrene/MWCNT composites have been prepared by the group of professor Okotrub (Physics Chemistry of Nanomaterials laboratory, Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry, Russia). The composite films have been prepared by solution processing and stretching method. The approximate length and inner diameter of the MWCNTs used in fabrication are 260 μm and 10 nm, respectively. The content of MWCNTs is 1 and 2.5 contents percent (wt%) for studied samples. The stretching of the samples is 30% for samples with 1 and 2.5 wt% content, and one sample with 1 wt% loading of MWCNTs is 100% stretched. MWCNTs aligned perpendicular to a silicon substrate are used as a reference sample. The magnetization field dependencies of the samples exhibit hysteresis behavior. The values of saturation magnetization of composite films are much less compared to that of the reference sample. The saturation magnetization coercitivity field value drops with decrease of MWCNT content. At high magnetic fields strong presence of diamagnetism is observed. Measurements in magnetic field parallel and perpendicular to the composite plate display anisotropy with respect to the direction of stretching. Temperature dependences of magnetization for all samples display difference between zero-field cooled and field-cooled curves of magnetization. This divergence confirms the presence of magnetic interactions in the material. The atomic force microscopy study of the composites’ surfaces revealed that they are relatively smooth and the nanotubes are aligned with the axis of stretching to some extent. 

Effets des nanoparticules d'argent sur les processus enzymatiques des sols

Les nanomatériaux sont de plus en plus présents dans les produits consommables du quotidien. L’argent est le métal le plus utilisé en nanotechnologie pour ses propriétés antimicrobiennes. Par différentes voies d’entrée, les nanoparticules d’argent (nAg) se retrouvent dans l’environnement en quantité significative, notamment dans les sols suite à la valorisation agricole des biosolides municipaux. Il est prévu qu’une interaction négative sur la communauté microbienne terrestre ait des répercussions sur la fertilité du sol et les processus biogéochimiques. Les mesures de l’activité enzymatique ont déjà montré leur efficacité et leur sensibilité dans la détection d’une perturbation physique et chimique du sol. Les effets potentiels des nAg sur l’écosystème terrestre ont été évalués en mesurant l’activité des enzymes β-D-glucosidase (EC 3.2.1.21), leucine-aminopeptidase (EC 3.4.11.1), phosphomonoesterase (EC 3.1.3) et arylsulfatase (EC 3.1.6.1) intervenant dans les cycles des éléments essentiels C, N, P et S, respectivement. L’activité enzymatique est mesurée à l’aide d’une technique basée sur la fluorescence qui requière des substrats synthétiques liés à un fluorophore. Un sol de type sableux a été échantillonné au Campus Macdonald de l’Université McGill (Sainte-Anne-de-Bellevue, Qc) puis exposé aux nAg (taille ~20 nm) ou à la forme ionique Ag+ (Ag-acetate) à des concentrations nominales de 1,25 × 10-3, 1,25 × 10-2, 0,125, 1,25, 6,25 et 31,25 mg Ag kg-1 sol. De plus, le rôle de la matière organique (MO) a été évalué en effectuant un amendement du sol avec un compost de feuilles. Pour mieux comprendre les effets observés, des analyses de spéciation de l’Ag ont été réalisées. Les concentrations en Ag dissous ont été déterminées après filtration à travers des membranes de 0,45 µm ou de 3 kDa (~1 nm, ultrafiltration) pour séparer la phase particulaire des ions dissous. De façon générale, une inhibition de l’activité enzymatique a été observée pour les 4 enzymes en fonction de l’augmentation de la concentration en Ag (totale et dissoute) mais elle est significativement moins importante avec l’ajout de la MO. Les résultats suggèrent que l’inhibition de l’activité des enzymes aux faibles expositions aux nAg est due aux nanoparticules puisqu’une très faible fraction des nAg est réellement dissoute et aucun effet significatif n’a été observé pour les sols traités à des concentrations similaires en Ag+. Par contre, les effets mesurés aux concentrations plus élevées en nAg sont semblables aux expositions à l’Ag+ et suggèrent un rôle de l’Ag colloïdale dans l’inhibition du processus enzymatique des sols.

Etude spectroscopique d’un plasma micro-onde à la pression atmosphérique et son application à la synthèse de nanostructures

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de caractériser la distribution axiale des plasmas tubulaires à la pression atmosphérique créés et entretenus par une onde électromagnétique de surface ainsi que d’explorer le potentiel de ces sources pour la synthèse de matériaux et de nanomatériaux. Un précédent travail de thèse, qui avait pour objectif de déterminer les mécanismes à l’origine de la contraction radiale du plasma créé dans des gaz rares, a mis en lumière un phénomène jusque-là inconnu dans les plasmas d’onde de surface (POS). En effet, la distribution axiale varie différemment selon la puissance incidente ce qui constitue une différence majeure par rapport aux plasmas à pression réduite. Dans ce contexte, nous avons réalisé une étude paramétrique des POS à la pression atmosphérique dans l’Ar. À partir de nos mesures de densité électronique, de température d’excitation et de densité d’atomes d’Ar dans un niveau métastable (Ar 3P2), résolues axialement, nous avons conclu que le comportement axial de l’intensité lumineuse avec la puissance n’est pas lié à un changement de la cinétique de la décharge (qui est dépendante de la température des électrons et de la densité d’atomes d’Ar métastables), mais plutôt à une distribution anormale de dissipation de puissance dans le plasma (reliée à la densité d’électrons). Plus précisément, nos résultats suggèrent que ce dépôt anormal de puissance provient d’une réflexion de l’onde dans le fort gradient de densité de charges en fin de colonne, un effet plus marqué pour de faibles longueurs de colonnes à plasma. Ensuite, nous avons effectué une étude spectroscopique du plasma en présence de précurseurs organiques, en particulier le HMDSO pour la synthèse de matériaux organosiliciés et l’IPT pour la synthèse de matériaux organotitaniques. Les POS à la PA sont caractérisés par des densités de charges très élevées (>10^13 cm^-3), permettant ainsi d’atteindre des degrés de dissociation des précurseurs nettement plus élevés que ceux d'autres plasmas froids à la pression atmosphérique comme les décharges à barrière diélectrique. Dans de tels cas, les matériaux synthétisés prennent la forme de nanopoudres organiques de taille inférieure à 100 nm. En présence de faibles quantités d’oxygène dans le plasma, nous obtenons plutôt des nanopoudres à base d’oxyde de silicium (HMDSO) ou à base de titanate de silicium (IPT), avec très peu de carbone.

Nanotoxicité des points quantiques : étude in vitro chez les cellules épithéliales alvéolaires humaines A549

Les nanoparticules (NPs) sont définies comme des particules ayant au moins une dimension comprise entre 1 à 100 nanomètres. Plusieurs études in vitro et in vivo indiquent que les NPs pourraient constituer un risque potentiel pour la santé des personnes les synthétisant ou les manipulant lors de leur incorporation dans d’autres matériaux. La nanotoxicologie est un domaine de recherche émergeant. Les propriétés physico-chimiques particulières des NPs sont responsables d’interférences non spécifiques entre les nanomatériaux et certains des composants des essais in vitro pouvant mener à de faux résultats. L’inhalation a été identifiée comme une voie d’exposition présentant un risque important de toxicité. Dans le cadre de ce projet, nous avons utilisé la lignée de cellules épithéliales alvéolaires humaines, A549. Nous avons étudié chez cette lignée les conséquences de l’exposition aux points quantiques (PQs), NPs d’intérêt pour leurs applications potentielles en médecine (nanovecteur ou nanosonde). La mise au point des conditions expérimentales (interférence entre l’essai LDH et le milieu de culture) a permis de valider les essais de cytotoxicité MTS et LDH en présence des PQs. Nous avons montré que les PQs présentaient une cytotoxicité à court et long terme, et nous avons par la suite étudié un des mécanismes de toxicité potentielle, la mesure du cadmium (Cd2+) libéré des PQs. Nous avons déterminé que la mesure du Cd2+ comportait plusieurs interférences qui invalident cet essai. En conclusion, notre étude a permis d’identifier des interférences qui remettent en question plusieurs conclusions d’études publiées qui n’ont pas vérifié l’existence de telles interférences.

Agglomération et hétéroagglomération des nanoparticules d'argent en eaux douces

Les nanomatériaux sont une classe de contaminants qui est de plus en plus présent dans l’environnement. Leur impact sur l’environnement dépendra de leur persistance, mobilité, toxicité et bioaccumulation. Chacun de ces paramètres dépendra de leur comportement physicochimique dans les eaux naturelles (i.e. dissolution et agglomération). L’objectif de cette étude est de comprendre l’agglomération et l’hétéroagglomération des nanoparticules d’argent dans l’environnement. Deux différentes sortes de nanoparticules d’argent (nAg; avec enrobage de citrate et avec enrobage d’acide polyacrylique) de 5 nm de diamètre ont été marquées de manière covalente à l’aide d’un marqueur fluorescent et ont été mélangées avec des colloïdes d’oxyde de silice (SiO2) ou d’argile (montmorillonite). L’homo- et hétéroagglomération des nAg ont été étudiés dans des conditions représentatives d’eaux douces naturelles (pH 7,0; force ionique 10 7 à 10-1 M de Ca2+). Les tailles ont été mesurées par spectroscopie de corrélation par fluorescence (FCS) et les résultats ont été confirmés à l’aide de la microscopie en champ sombre avec imagerie hyperspectrale (HSI). Les résultats ont démontrés que les nanoparticules d’argent à enrobage d’acide polyacrylique sont extrêmement stables sous toutes les conditions imposées, incluant la présence d’autres colloïdes et à des forces ioniques très élevées tandis que les nanoparticules d’argent avec enrobage de citrate ont formées des hétéroagrégats en présence des deux particules colloïdales.

Luminescence studies of strontium sulphide based phosphors for display applications

This thesis has focused on the synthesis and analysis of some important phosphors (nano, bulk and thin film) for display applications. ACTFEL device with SrS:Cu as active layer was also fabricated.Three bulk phosphors: SrS:Cu,CI; SrS:Dy,Cl; and SrS:Dy,Cu,Cl were synthesized and their structural, optical and electrical properties were investigated. Special emphasis was given to, the analysis of the role of defects and charge compensating centers, on the structural changes of the host and hence the luminance. A new model describing the sensitizing behaviour of Cu in SrS:Dy,Cu,Cl two component phosphor was introduced. It was also found that addition of NH4CI as flux in SrS:Cu caused tremendous improvement in the structural and luminescence properties.A novel technique for ACTFEL phosphor deposition at low temperature was introduced. Polycrystalline films of SrS:Cu,F were synthesized at low temperature by concomitant evaporation of host and dopant by electron beam evaporation and thermal evaporatin methods.Copper doped strontium sulphide nanophosphor was synthesized for the first time. Improvement in the luminescence properties was observed in the nanophosphor with respect to it' s bulk counterpart.