Tratamento da superfície do alumínio via eletrólise a plasma

This paper presents the study on the application of the electrolytic plasma for surface treatment of aluminum. A bibliographical study on the material of interest was preliminarily performed and later designed and built an electrolytic cell, including the excitation source. Unlike conventional electrolysis process, the plasma assisted carry on in the non-linear region of characteristic current/voltage curve. Therefore it requires for the on set of the process that the power supply operates on harder conditions than those on high current process. The plasma produced during the present investigation has temperatures in the range o 6,0.10 3 -7,0 .10 3 K, well above those found in conventional chemical process. It also shows a particular dynamic to promote changes on surface and to produce new materials. The plasma is generated by microdischarge in vapor or gas bubbles involved in physic-chemical processes in electrode regions of the electrolytic cell. The electrode material was the aluminum (7075). The Process Electrolytic Plasma Processing (EPP) is sensitive to various parameters such as operating voltage, current density, electrolyte, concentration of electrolyte, geometry of reactor, temperature of electrolytic solution and dynamic of the fluid in the cell. The experiments were carried on in order to find parameters for a stable abd steady operation. The choice for the electrolytic was silicate/alkali solution in various concentrations to operate in various voltage as well. Plasma was produced on negative (cathode) and positive (anode) electrode, in specific conditions. A stable operation on the cathode process was obtained with low concentration of the electrolytic in aqueous solution, current density around 250V effective voltage. For the evolution of plasma in anodic process it was required higher concentrations and higher... (Complete abstract click electronic access below)

Desenvolvimento de um código computacional para simulação e análise de espectros atômicos

The aim of this work was the development a computer code for simulation and analysis of atomic spectra from databases constructed from the literature. There were created four routines that can be useful for spectroscopic studies in the atomic processes of laser isotope separation. In the first routine, Possible Transitions, the program checks the possible electron transitions from an energy level of the atom present in the database considering the selection rules for an electric dipole transition. The second routine, Locator Transitions, checks the possible electronic transitions within a user-specified spectral region. The routine Spectra Simulator creates simulated spectra using the graphical application gnuplot through lorentzian curve and finally, the routine Electronic Temperature determines the temperature of electronic excitation of the atom, thought the Boltzmann Plot Method. To test the reliability of the program there were obtained experimental emission spectra of a hollow cathode discharge of dysprosium and argon as a buffer gas. The hollow cathode discharge has been subjected to different values of operating currents and pressure of inert gas. The spectra obtained were treated with the assistance of program routines developed (Transition Locator and Spectra Simulator) and temperatures electronic excitation of the atoms of dysprosium in the different discharge conditions were calculated (routine Electronic Temperature). The results showed that the electronic excitation temperature of the neutral dysprosium atoms in the hollow cathode discharge increases with increasing current applied to the cathode and also by increasing the gas pressure buffer. The determination coefficients, R2, obtained by the Electronic Temperature routine using the linear adjust of the Boltzmann Plot Method were greater... (Complete abstract click electronic access below)

Dispositivo de microdescargas em gases na pressão atmosférica

This work describes the development of an electro-mechanical micro-discharges device operating at ambient condition of pressure and temperature, capable to produce plasma jets for surface finishing. The discharges are produced through a needle shape electrode hollow cathode type by which flows the helium gas. The voltage applied on the electrode is provided for an AC/AC switching voltage converter of full-bridge topology. The converter is energized by a power line of 110/220 VAC, 60 Hz and gives a 1000 V peak-to-peak from 5 kHz to 40 kHz square waveform output. The output frequency is defined by a control signal provided by an external signal generator. The equipment setup includes output acquisition of voltage and current and a photo-detector for photo-electrical measurements, which allows an optical characterization of the plasma jet

Dispositivo de microdescargas em gases na pressão atmosférica

This work describes the development of an electro-mechanical micro-discharges device operating at ambient condition of pressure and temperature, capable to produce plasma jets for surface finishing. The discharges are produced through a needle shape electrode hollow cathode type by which flows the helium gas. The voltage applied on the electrode is provided for an AC/AC switching voltage converter of full-bridge topology. The converter is energized by a power line of 110/220 VAC, 60 Hz and gives a 1000 V peak-to-peak from 5 kHz to 40 kHz square waveform output. The output frequency is defined by a control signal provided by an external signal generator. The equipment setup includes output acquisition of voltage and current and a photo-detector for photo-electrical measurements, which allows an optical characterization of the plasma jet

Ottimizzazione dei processi depurativi di reflui ad elevato carico organico a fini di recupero energetico

L’attuale condizione che caratterizza il settore energetico richiede un necessario processo di riconversione che, oltre a favorire il risparmio energetico, riduca la dipendenza dai combustibili fossili ed accresca l’impiego di fonti energetiche rinnovabili, dando un contributo fondamentale alla riduzione delle emissioni di gas serra come diversi accordi internazionali richiedono. Si rende pertanto necessario accelerare i processi che da alcuni anni stanno favorendo l’utilizzo di energia da fonti rinnovabili. Tra queste, le fonti legate ai processi di trattamento biologico dei reflui stanno avendo un interessante sviluppo. Esistono numerosi processi biologici che consentono la produzione di energia in maniera indiretta, quali ad esempio i processi di digestione anaerobica finalizzati alla produzione di biogas e/o produzione biologica di idrogeno. In tale contesto si inserisce la tecnologia delle Microbial Fuel Cell, che consente la produzione diretta di energia elettrica, finalizzata al recupero energetico inteso al miglioramento dell’efficienza energetica e alla riduzione dei costi d’esercizio di impianti di trattamento biologico dei reflui. Il presente lavoro di Tesi di Dottorato sperimentale, svoltosi in collaborazione al laboratorio PROT.-IDR. della sede ENEA di Bologna, riporta i risultati dell’attività di ricerca condotta su una MFC (Microbial Fuel Cell) a doppio stadio biologico per il trattamento di reflui ad elevato carico organico e produzione continua di energia elettrica. E’ stata provata l’applicabilità della MFC con entrambi i comparti biotici utilizzando elettrodi di grafite non trattata ottenendo, con un carico organico in ingresso di circa 9 gd-1, valori di potenza massima prodotta che si attestano su 74 mWm-2, corrente elettrica massima generata di 175 mAm-2 ad una tensione di 421 mV, ed una conversione di COD in elettricità pari a 1,2 gCODm-2d-1. I risultati sono stati molto positivi per quanto riguarda le prestazioni depurative ottenute dalla MFC. L’efficienza di depurazione misurata ha raggiunto un valore massimo del 98% di rimozione del COD in ingresso, mentre e la concentrazione di azoto ammoniacale nell’effluente raccolto all’uscita del sedimentatore è sempre stata inferiore a 1 mgN-NH4+l-1. Tra gli obiettivi posti all’inizio della sperimentazione si è rivelata di notevole interesse la valutazione del possibile utilizzo della MFC come sistema per il monitoraggio on-line del COD e degli acidi grassi volatili (VFA) prodotti all’interno di un digestore anaerobico, attraverso la definizione di una correlazione tra i dati elettrici registrati in continuo e le concentrazioni di CODanaer e VFA misurate in diversi periodi della sperimentazione. L’analisi DGGE della biomassa catodica ha fornito uno strumento analitico utile allo studio della diversità della comunità microbica sospesa ed adesa al catodo e ha confermato la forte similarità delle specie batteriche riconosciute nei campioni analizzati. In particolare, le bande di sequenziamento ottenute sono affiliate ai gruppi batterici Firmicutes, -Proteobacteria,  -Proteobacteria, -Proteobacteria e Bacteroidetes. Da quanto emerso dalla sperimentazione condotta si può pertanto concludere che ad oggi le MFC sono in fase di evoluzione rispetto ai primi prototipi utilizzati per lo studio delle comunità microbiali e per la comprensione dei meccanismi di trasferimento elettronico. Sfruttarne la potenza prodotta in maniera commerciale diviene una grande sfida per il futuro, ed è opinione comune che le prime applicazioni pratiche delle MFC saranno come fonte di recupero energetico per i dispositivi utilizzati per il monitoraggio dell’ambiente e per il trattamento delle acque reflue.

Celle ad Ossidi Solidi per Elettrolisi ad Alta Temperatura

Lo scopo di questa tesi è stato la produzione di un elettrolizzatore ad ossidi solidi (SOEC) mediante tecniche economiche e facilmente industrializzabili. Fondamentale a questo scopo è stata la realizzazione di una semicella costituita da un anodo poroso a base di La0.8Sr0.2MnO3-Ce0.8Gd0.2O2-δ (LSM-GDC) ed un elettrolita denso a base di Ce0.8Gd0.2O2-δ (GDC). Le tecniche utilizzate per la produzione di questo sistema sono state il colaggio su nastro e la serigrafia. Anche se generalmente, le celle SOEC vengono prodotte catodo supportate, in questo studio, l’elemento supportante scelto è stato l’anodo poiché questo garantisce una migliore stabilità meccanica all’intera cella. Tale substrato è stato ottenuto mediante colaggio su nastro accoppiato con un metodo innovativo di sinterizzazione denominato sinterizzazione reattiva, processo che prevede la formazione della fase di interesse durante un unico trattamento termico di eliminazione degli additivi organici e consolidamento del manufatto finale. La membrana elettrolitica per l’ottenimento del bilayer anodo-elettrolita, è stata prodotta mediante sia serigrafia che colaggio su nastro. L’accurato studio dell’evoluzione di fase della polvere anodica, l’ottimizzazione della sospensione per colaggio su nastro e dei trattamenti termici hanno permesso l’ottenimento di anodi (fino a dimensioni di 10x10 cm2). Lo studio dei profili di sinterizzazione delle polveri anodica ed elettrolitica e dell’influenza della tecnica di formatura sulla sinterabilità dei layer elettrolitici prodotti hanno inoltre permesso l’ottenimento di una semicella planare costituita da un elettrodo poroso ed una membrana elettrolitica densa adatte per applicazioni SOEC.

Pulsed plasma thruster ignition system: investigation, test design and results

Fra i sistemi di propulsione elettrica per satelliti, il Pulsed Plasma Thruster, PPT, è quello dal design più semplice. È anche il primo sistema di propulsione elettrica utilizzato in un satellite artificiale, ossia ZOND-2 lanciato nel 1964 dall’Unione Sovietica. Tuttavia, dopo circa 50 anni di ricerca, la comprensione teorica e sperimentale di questo dispositivo rimane limitata. Questo elaborato di tesi magistrale indaga sul sottosistema di accensione del PPT, cercando di mettere in luce alcuni aspetti legati al lifetime della spark plug, SP. Tale SP, o candela, è l’attuatore del sottosistema di accensione. Questa produce una scintilla sulla sua superficie, la quale permette la realizzazione della scarica elettrica principale fra i due elettrodi del motore. Questa scarica crea una sottile parete di plasma che, per mezzo della forza elettromagnetica di Lorentz, produce la spinta del PPT. Poiché la SP si trova all’interno del catodo del motore e si affaccia nella camera di scarica, questa soffre di fenomeni di corrosione e di deposizione carbonacea proveniente dal propellente. Questi fenomeni possono limitare notevolmente il lifetime della SP. I parametri connessi alla vita operativa della SP sono numerosi. In questo elaborato si è analizzata la possibilità di utilizzare una elettronica di accensione della candela alternativa alla classica soluzione che utilizza un trasformatore. Il sottosistema di accensione classico e quello nuovo sono stati realizzati e testati, per metterne in luce le differenze ed i possibili vantaggi/svantaggi.

Studio degli effetti della stimolazione transcranica a corrente diretta (tdcs) sui potenziali evocati visivi steady state

I potenziali evocati visivi steady state (ssVEPs) consistono in una perturbazione dell’attività elettrica cerebrale spontanea e insorgono in presenza di stimoli visivi come luci monocromatiche modulate sinusoidalmente. Nel tracciato EEG si instaurano oscillazioni di piccola ampiezza ad una frequenza pari a quella dello stimolo. L’analisi nel dominio delle frequenze permette di mettere in evidenza queste oscillazioni che si presentano con un picco ben distinto in corrispondenza della frequenza dello stimolo. L’obiettivo di questo lavoro è quello di capire se la stimolazione transcranica in corrente continua (tDCS) ha degli effetti a breve e a medio termine sui SSVEPs. Si è studiato gli effetti della stimolazione anodica utilizzando un montaggio di stimolazione extra-cefalico (anodo posizionato su Oz e catodo sul braccio destro). L’esperimento prevede il flickering a 3 frequenze di interesse (12, 15, 20 Hz) di 3 quadrati colorati (rosso e giallo) su sfondo nero. Sono state quindi messe a confronto 4 condizioni operative: baseline, stimolazione sham, stimolazione anodica, condizione Post Anodica.L’esperimento è stato sottoposto a 6 soggetti di età tra i 21 e i 51 anni. Il segnale è stato acquisito da due canali bipolari localizzati nella regione occipitale (O1-PO7 e O2-PO8). È stato effettuato un filtraggio tra 3-60 Hz e a 50 Hz. Si sono stimate le PSD normalizzate rispetto alla condizione di riposo in baseline e le potenze nell’intorno della frequenze di interesse (12,15,20 Hz). I dati chiaramente artefattuali sono stati scartati mediante un’analisi esplorativa. Da qui è stato deciso di non includere nella statistica la stimolazione anodica. L’analisi statistica considera tre aspetti: effetto stimolazione, effetto frequenza ed effetto colore. In alcune configurazioni la stimolazione post anodica si è rivelata significativamente differente con ranghi medi delle colonne inferiori alle altre stimolazioni. Non ci sono differenze significative tra le frequenze. Il colore giallo è risultato significativamente maggiore al colore rosso.

Comparação entre técnicas de nitretação em cátodo oco e gaiola catódica na deposição de TiN

The plasma nitriding has been used in industrial and technological applications for large-scale show an improvement in the mechanical, tribological, among others. In order to solve problems arising in the conventional nitriding, for example, rings constraint (edge effect) techniques have been developed with different cathodes. In this work, we studied surfaces of commercially pure titanium (Grade II), modified by plasma nitriding treatment through different settings cathodes (hollow cathode, cathodic cage with a cage and cathodic cage with two cages) varying the temperature 350, 400 and 430oC, with the goal of obtaining a surface optimization for technological applications, evaluating which treatment generally showed better results under the substrate. The samples were characterized by the techniques of testing for Atomic Force Microscopy (AFM), Raman spectroscopy, microhardness, X-ray diffraction (XRD), and a macroscopic analysis. Thus, we were able to evaluate the processing properties, such as roughness, topography, the presence of interstitial elements, hardness, homogeneity, uniformity and thickness of the nitrided layer. It was observed that all samples were exposed to nitriding modified relative to the control sample (no treatment) thus having increased surface hardness, the presence of TiN observed by XRD as per both Raman and a significant change in the roughness of the treated samples . It was found that treatment in hollow cathode, despite having the lowest value of microhardness between treated samples, was presented the lowest surface roughness, although this configuration samples suffer greater physical aggressiveness of treatment

Estudo da eficiência eletroquímica para tratamento de chorume gerado em aterro sanitário brasileiro

This work was performing effluent degradation studies by electrochemical treatment. The electrochemical oxidation (EO) hydroquinone (H2Q) was carried out in acid medium, using PbO2 electrode by galvanostatic electrolysis, applying current densities of 10 and 30 mA/cm2 . The concentration of H2Q was monitored by differential pulse voltammetry (DPV). The experimental results showed that the galvanostatic electrolysis process performance significantly depends on the applied current density, achieving removal efficiencies of 100% and 80 % and 10 applying 30 mA/cm2 , respectively. Furthermore, the electroanalytical technique was effective in H2Q be used as a detection method. In order to test the efficiency of PbO2 electrode, the electrochemical treatment was conducted in an actual effluent, leachate from a landfill. The liquid waste leachate (600ml effluent) was treated in a batch electrochemical cell, with or without addition of NaCl by applying 7 mA/cm2 . The efficiency of EO was assessed against the removal of thermo-tolerant coliforms, total organic carbon (TOC), total phosphorus and metals (copper, cobalt, chromium, iron and nickel). These results showed that efficient removal of coliforms was obtained (100%), and was further decrease the concentration of heavy metals by the cathode processes. However, results were not satisfactory TOC, achieving low total removal of dissolved organic load. Because it is considered an effluent complex were developed other tests with this effluent to monitor a larger number of decontamination parameters (Turbidity, Total Solids, Color, Conductivity, Total Organic Carbon (TOC) and metals (barium, chromium, lithium, manganese and Zinc), comparing the efficiency of this type of electrochemical treatment (EO or electrocoagulation) using a flow cell. In this assay was compared to electro streaming. In the case of the OE, Ti/IrO2-TaO5 was used as the anode, however, the electrocoagulation process, aluminum electrodes were used; applying current densities of 10, 20 and 30 mA/cm2 in the presence and absence of NaCl as an electrolyte. The results showed that EO using Ti/IrO2–TaO5 was anode as efficient when Cl- was present in the effluent. In contrast, the electrocoagulation flow reduces the dissolved organic matter in the effluent, under certain experimental conditions.

Produzione di micro-supercapacitori allo stato semisolido per applicazioni portatili

La seguente tesi prevede la costruzione e caratterizzazione di un micro-supercapacitore asimmetrico composto da un anodo a base di ZnO ed un catodo a base di grafene ossido ridotto (rGO); la combinazione di due materiali con differente natura di accumulo di carica permette quindi di ottenere dispositivi con migliori performance elettrochimiche. Entrambi gli elettrodi sono stati depositati per via elettrochimica su substrati flessibili di PET-ITO. L'ottimizzazione delle proprietà dello ZnO è stata fatta tramite l'aggiunta di molecole di tensioattivi durante la deposizione dello stesso. I risultati ottenuti mostrano un effettivo miglioramento delle proprietà elettrochimiche e della trasparenza dei film di ZnO prodotto grazie all'effetto di tali tensioattivi. Inoltre anche le proprietà di rGO sono state ottimizzate allo scopo di ottenere buone proprietà elettrochimiche abbinate all'elevata trasparenza del film prodotto. Infine sono stati costruiti micro-supercapacitori allo stato semisolido con differenti agenti gelificanti (silice e Nanoclay) ed il loro funzionamento è stato dimostrato.

Estudo da adesão de pinos endodônticos modificados superficialmente por plasma de oxigênio

The work presents the effect of plasma treatment when applied in fibers or carbon/glass posts in the adhesion fiber/resin and posts/cement. This has for objective the modification of the surface of the fibers, as well as the wettability of the posts, seeking the improvement of the adhesion and of the connection fiber/resin in the processing of polymeric composites reinforced with the same ones. 120 posts (Reforpost) were used and 30 meters of fibers of carbon and of glass (Fibrex), of the company Angelus. The samples were divided in three groups of 40 specimens: GROUP I - 20 posts of glass fiber and 20 of carbon without treatment to it shapes, GROUP II -20 posts of glass fiber and 20 of carbon treated to it shapes in the surface and GROUP III - 20 posts of glass fiber and 20 of carbon make with fibers in natura after plasma treatment. The plasma treatment was accomplished with oxygen and with temperature in the camera fixed at 200°C, for one hour of exhibition. The posts and the fibers were characterized before and after the treatment. The wettability was measure by pendent drop method, and interface fiber/resin and posts/cement were observed by optical and electronic microscopy. It was observed that both wettability and texture were increased with plasma treatment

Estudo da viabilidade do sistema LZAS para uso como selante de PaCOS

Cells the solid oxide fuel are systems capable to directly convert energy of a chemical reaction into electric energy in clean, quiet way and if its components in the solid state differentiate of excessively the techniques for having all. Its more common geometric configurations are: the tubular one and to glide. Geometry to glide beyond the usual components (anode, cathode and electrolyte) needs interconnect and sealant. E the search for materials adjusted for these components is currently the biggest challenge found for the production of the cells. The sealants need to present chemical stability in high temperatures, to provoke electric isolation, to have coefficient of compatible thermal expansion with the excessively component ones. For presenting these characteristics the glass-ceramics materials are recommended for the application. In this work the study of the partial substitution of the ZrO2 for the Al2O3 in system LZS became it aiming at the formation of system LZAS, this with the addition of natural spodumene with 10, 20 and 30% in mass. The compositions had been casting to a temperature of 1500°C and later quickly cooled with the objective to continue amorphous. Each composition was worn out for attainment of a dust with average diameter of approximately 3μm and characterized by the techniques of DRX, FRX, MEV, dilatometric analysis and particle size analysis. Later the samples had been conformed and treated thermally with temperatures in the interval between 700-1000 °C, with platform of 10 minutes and 1 hour. The analyses for the treated samples had been: dilatometric analysis, DRX, FRX, electrical conductivity and tack. The results point with respect to the viability of the use of system LZAS for use as sealant a time that had presented good results as isolating electric, they had adhered to a material with similar α of the components of a SOFC and had presented steady crystalline phases

Caracterização microestrutural e elétrica de La(FexNi1-x)O3 sintetizado pelo método da gelatina

The present work deals with the synthesis of materials with perovskite structure with the intention of using them as cathodes in fuel cells SOFC type. The perovskite type materials were obtained by chemical synthesis method, using gelatin as the substituent of citric acid and ethylene glycol, and polymerizing acting as chelating agent. The materials were characterized by X-ray diffraction, thermal analysis, spectroscopy Fourier transform infrared, scanning electron microscopy with EDS, surface area determination by the BET method and Term Reduction Program, TPR. The compounds were also characterized by electrical conductivity for the purpose of observing the possible application of this material as a cathode for fuel cells, solid oxide SOFC. The method using gelatin and polymerizing chelating agent for the preparation of materials with the perovskite structure allows the synthesis of crystalline materials and homogeneous. The results demonstrate that the route adopted to obtain materials were effective. The distorted perovskite structure have obtained the type orthorhombic and rhombohedral; important for fuel cell cathodes. The presentation material properties required of a candidate cathode materials for fuel cells. XRD analysis contacted by the distortion of the structures of the synthesized materials. The analyzes show that the electrical conductivity obtained materials have the potential to act as a cell to the cathode of solid oxide fuel, allowing to infer an order of values for the electrical conductivities of perovskites where LaFeO3 < LaNiO3 < LaNi0,5Fe0,5O3. It can be concluded that the activity of these perovskites is due to the presence of structural defects generated that depend on the method of synthesis and the subsequent heat treatment

Preparação e caracterização de filmes cerâmicos para cátodos de células a combustível de óxido sólido

Alternative and clean energy generation research has been intensified in last decades. Among the alternatives, fuel cells are one of the most important. There are different types of fuel cells, among which stands out intermediate temperature solid oxide fuel cell (IT-SOFC) matter of the present work. For application as cathode on this type of devices, the ceramic Ba0.5Sr0.5C0.8Fe0.2O3-δ doped with rare earth ions (Nd, Sm) have been quite promising because they show good ionic conductivity and operate at relatively low temperatures (500 - 800°C). In this work, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ, (BaSr)0.5Sm0.5Co0.8Fe0.2O3-δ and (BaSr)0.5Nd0.5C0.8Fe0.2O3-δ were obtained by modified Pechini method, making use of gelatin as polymerizing agent. The powders were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Temperature Programmed Reduction (TPR) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The perovskite phase was observed in all X-ray patterns for the materials Ba0.5Sr0.5C0.8Fe0.2O3-δ doped with rare earth ions (Nd, Sm). The SEM images showed that the materials have a characteristics porous, with very uniform pore distribution, which are favorable for application as cathodes. Subsequently, screen-printed assymmetrical cells were studied by impedance spectroscopy, to assess the kinetics of the cathode for the reduction reaction of oxygen. The best resistance to the specific area was found for the cathode BSSCF sintered at 1050 °C for 4 hours with around 0.15 Ω.cm2 at 750 °C as well as cathodes BSNCF and BSCF obtained resistances specific area of 0.2 and 0.73 Ω.cm2, respectively, for the same conditions. The polarization curves showed similar behavior to the best cathodes BSSCF and BSNCF, such combination of properties indicates that the film potentially depict good performance as IT-SOFC cathodes