Precursores funcionalizantes de poros à base de alginato para obtenção de cerâmicas bioativas

A complexidade de desenvolver novas tecnologias para aplicações em reconstituição óssea se deve à necessidade de combinar várias propriedades químicas e físicas para que o material proporcione o desempenho almejado. Particularmente, em aplicações que visam osteogênese, os enxertos sintéticos devem ser bioativos, possuir porosidade com volume, geometria e interconectividade de poros controlados, além de ter boas propriedades mecânicas, dentro de limites relativamente rígidos. Por essa razão, o recobrimento de materiais bioinertes com cerâmicas bioativas se tornou o foco da presente pesquisa. O objetivo desse estudo foi desenvolver um novo método de produção de enxertos cerâmicos com macroporosidade funcionalizada, onde a formação e o revestimento dos poros são realizados em uma única etapa. Foi realizado o estudo de recobrimento com vidro bioativo e fosfato de cálcio. Para isso, agentes porogênicos na forma de grânulos (de 600 μm a 2 mm de diâmetro) foram sintetizados pelo método da gelificação de uma solução aquosa de alginato de sódio gotejada em solução de nitrato de cálcio (0,5 M), com incorporação de outros elementos para a formação de biovidro ou fosfato de cálcio. Esses grânulos foram conglomerados a um vidro ou alumina em pó, formando um compósito, que foi tratado termicamente para sinterização e formação de poros. No caso da matriz vítrea, a sinterização ocorreu com cristalização simultânea e concorrente. As cerâmicas resultantes foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, sendo possível observar a formação de macroporos aproximadamente esféricos (de 600 μm a 2 mm de diâmetro) revestidos internamente por uma camada de material com possível composição bioativa.

Síntese e caracterização de nanomateriais superparamagnéticos do tipo core-shell para aplicação em catálise e biomedicina

As diversas aplicações tecnológicas de nanopartículas magnéticas (NPM) vêm intensificando o interesse por materiais com propriedades magnéticas diferenciadas, como magnetização de saturação (MS) intensificada e comportamento superparamagnético. Embora MNP metálicas de Fe, Co e bimetálicas de FeCo e FePt possuam altos valores de MS, sua baixa estabilidade química dificulta aplicações em escala nanométrica. Neste trabalho foram sintetizadas NPM de Fe, Co, FeCo e FePt com alta estabilidade química e rigoroso controle morfológico. NPM de óxido metálicos (Fe e Co) também foram obtidas. Dois métodos de síntese foram empregados. Usando método baseado em sistemas nanoheterogêneos (sistemas micelares ou de microemulsão inversa), foram sintetizadas NPM de Fe3O4 e Co metálico. Foram empregados surfactantes cátion-substituídos: dodecil sulfato de ferro(III) (FeDS) e dodecil sulfato de cobalto(II) (CoDS). Para a síntese das NPM, foram estudados e determinados a concentração micelar crítica do FeDS em 1-octanol (cmc = 0,90 mmol L-1) e o diagrama de fases pseudoternário para o sistema n-heptano/CoDS/n-butanol/H2O. NPM esferoidais de magnetita com3,4 nm de diâmetro e comportamento quase-paramagnético foram obtidas usando sistemas micelares de FeDS em 1-octanol. Já as NPM de Co obtidas via microemulsão inversa, apesar da larga distribuição de tamanho e baixa MS, são quimicamente estáveis e superparamagnéticas. O segundo método é baseado na decomposição térmica de complexos metálicos, pelo qual foram preparadas NPM esféricas de FePt e de óxidos metálicos (Fe3O4, FeXO1-X, (Co,Fe)XO1-X e CoFe2O4) com morfologia controlada e estabilidade química. O método não mostrou a mesma efetividade na síntese de NPM de FeAg e FeCo: a liga FeAg não foi obtida enquanto que NPM de FeCo com estabilidade química foram obtidas sem controle morfológico. NPM de Fe e FeCo foram preparadas a partir da redução térmica de NPM de Fe3O4 e CoFe2O4, as quais foram previamente recobertas com sílica. A sílica previne a sinterização inter-partículas, além de proporcionar caráter hidrofílico e biocompatibilidade ao material. As amostras reduzidas apresentaram aumento dos valores de MS (entre 21,3 e 163,9%), o qual é diretamente proporcional às dimensões das NPM. O recobrimento com sílica foi realizado via hidrólise de tetraetilortosilicato (TEOS) em sistema de microemulsão inversa. A espessura da camada de sílica foi controlada variando-se o tempo de reação e as concentrações de TEOS e de NPM, sendo então proposto um mecanismo do processo de recobrimento. Algumas amostras receberam um recobrimento adicional de TiO2 na fase anatase, para o qual foi empregado etilenoglicol como solvente e ligante para formação de glicolato de Ti como precursor. A espessura da camada de TiO2 (2-12 nm) é controlada variando as quantidades relativas entre NPM e o precursor de Ti. Ensaios de hipertermia magnética foram realizados para as amostras recobertas com sílica. Ensaios de hipertermia magnéticas mostram grande aumento da taxa de aquecimento das amostras após a redução térmica, mesmo para dispersões diluídas de NPM (0,6 a 4,5 mg mL-1). Taxas de aquecimento entre 0,3 e 3,0oC min-1 e SAR entre 37,2 e 96,3 W g-1. foram obtidos. A atividade fotocatalítica das amostras recobertas foram próximas à da fase anatase pura, com a vantagem de possuir um núcleo magnético que permite a recuperação do catalisador pela simples aplicação de campos magnéticos externos. Os resultados preliminares dos ensaios de hipertermia magnética e fotocatálise indicam um forte potencial dos materiais aqui relatados para aplicações em biomedicina e em fotocatálise.

Investigação da estabilidade de fases da zircônia-escândia

Nesse trabalho foi proposto investigar a estabilidade de fases do sistema zircônia-escândia (ScSZ) por meio do estudo termodinâmico de nanopartículas, na faixa de 0 a 20% em mol de Sc2O3, e a partir da introdução de um segundo aditivo (Dy2O3 e Nb2O5) ao ZrO2 contendo 10% em mol de Sc2O3 (10ScSZ). A estabilidade de fases do ScSZ foi avaliada com base em dados termodinâmicos determinados pelas técnicas de microcalorimetria de adsorção de água e calorimetria de dissolução à alta temperatura. As soluções sólidas foram sintetizadas pelo método de coprecipitação de hidróxidos. Dados termodinâmicos foram determinados para as formas polimórficas encontradas (monoclínica, tetragonal, cúbica, romboédrica β e γ) por difração de raios X no ScSZ. Esse trabalho resultou no diagrama de fases em nanoescala de tamanho de partícula-composição. Os efeitos produzidos pela introdução de aditivos na matriz de 10ScSZ foram investigados visando obter a possível estabilização da estrutura cúbica (c) e a supressão da transformação de fase c-β, característica do sistema binário. As composições foram sintetizadas por coprecipitação de hidróxidos e por reações em estado sólido para fins comparativos. Os materiais foram sinterizados convencionalmente e por sinterização assistida por campo elétrico. A estabilização completa da fase cúbica ocorreu a partir de teores molares de 1% de Dy2O3 e 0,5% de Nb2O5. O menor teor de Nb2O5 necessário para a estabilização da fase foi atribuído à provável formação da fase líquida durante a sinterização e ao menor tamanho do íon Nb5+. Os resultados de difratometria de raios X em alta temperatura e análise térmica mostraram que houve supressão da transição c-β. As amostras contendo 0,5% mol de Nb2O5 apresentaram valores de condutividade iônica similares aos do 10ScSZ sem aditivos em uma ampla faixa de temperatura com elevada estabilidade em um período de 170 h a 600 °C.

Sinterização flash do condutor catiônico beta-alumina sintetizada pelo método dos precursores poliméricos.

A beta-alumina de sódio é uma cerâmica condutora de íons Na+ utilizada como eletrólito sólido em baterias de sódio para armazenamento de energias intermitentes como energia solar e eólica. Devido ao alto teor de sódio, esse material é instável a altas temperaturas, podendo sofrer variações de composição durante a etapa de sinterização convencional que utiliza altas temperaturas por longos períodos de tempo. A sinterização flash é uma técnica de sinterização ativada por corrente elétrica que proporciona a densificação de compactos cerâmicos em poucos segundos, a temperaturas notavelmente mais baixas que as convencionais. Uma vez obrigatória a passagem de corrente elétrica através da amostra, a sinterização flash de qualquer material condutor parece bastante razoável. Não obstante, até o presente momento a maioria dos trabalhos publicados sobre o assunto aborda apenas condutores de vacância de oxigênio ou semicondutores, materiais compatíveis com eletrodos de platina (Pt). Nesse trabalho a sinterização flash de um condutor catiônico foi estudada utilizando-se a beta-alumina como material modelo. A beta-alumina foi sintetizada pelo método dos precursores poliméricos, caracterizada e então submetida à sinterização flash. O material de eletrodo padrão (platina) provou ser um eletrodo bloqueador em contato com a beta-alumina. O sucesso da sinterização flash foi determinado pela troca do material de eletrodo por prata (Ag), o que possibilitou uma reação eletroquímica reversível nas interfaces eletrodo-cerâmica e possibilitou a obtenção de um material densificado com morfologia e composição química homogêneas. Devido à metaestabilidade da beta-alumina, a atmosfera dos experimentos precisou ser alterada para manter a integridade desse material rico em um metal alcalino (Na+). A sinterização flash de um condutor catiônico é apresentada pela primeira vez na literatura e ressalta a importância da reação de eletrodo, que é um fator limitante para o sucesso da sinterização flash e precisa ser estudada e adaptada para cada tipo de material.

Support effects in a Rh diamine complex heterogenized on carbon materials

The Rh diamine complex [Rh(COD)NH2(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3] BF4 was heterogenized by covalent bonding on two carbon xerogels and on carbon nanofibers, with the objective of preparing hydrogenation hybrid catalysts. Gas adsorption, SEM, TEM, DTP, ICP-OES and XPS were used for characterization. The results indicate that the active molecule is mainly located in supermicropores and produces microporosity blockage. The hybrid catalysts are more active than the homogeneous complex, but the Rh complex is partially reduced upon reaction. This modification is related to the nature of the support, which also shows effects in the stabilization against sintering of the Rh particles formed. The support porosity is a key factor in the selectivity differences between the catalysts.

Evaluation of Horizons, Inc. Th metal powder : progress report no. 1 for February 18, 1954-March 4, 1954 /

Three samples of thorium powder as supplied by Horizons, Inc. of Cleveland, Ohio were compared. The powder was processed entirely without the use of protective atmospheres with the exception of the sintering which was performed in a tank argon atmosphere with a dew point of approximately -80°C and the hot-pressing which was carried out in vacuum. The equipment and procedures used for cold-pressing and sintering were identical to those used in the evaluation of Sylvania produced thorium powders. The hot-pressing was done with standard uranium hot-pressing equipment.

Self-diffusion of metals and associated phenomena :

"Contract AT-30-1-GEN-367."

Preparation and catalytic properties of ZrO2-Al2O3 composite oxide supported nickel catalysts for methane reforming with carbon dioxide

ZrO2-Al2O3 composite oxides and supported Ni catalysts were prepared, and characterized by N-2 adsorption/desorption, X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques. The catalytic performance and carbon deposition was also investigated. This mesoporous composite oxide is shown to be a promising catalyst support. An increase in the catalytic activity and stability of methane and carbon dioxide reforming reaction was resulted from the zirconia addition, especially at 5wt% ZrO2 content. The Ni catalyst supported ZrO2-Al2O3 has a strong resistance to sintering and the carbon deposition in a relatively long-term reaction.

Zr-Laponite pillared clay-based nickel catalysts for methane reforming with carbon dioxide

Zr-Laponite pillared clays were prepared and used as supports of nickel catalysts for the methane reforming reaction with carbon dioxide to synthesis gas. The structural and textural characteristics of supports and catalysts were systematically examined by N-2 adsorption/desorption and X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and transmission electron spectroscopy (TEM) techniques. The catalytic performance and carbon deposition were investigated. It is found that Zr-Laponite pillared clays are promising catalyst supports for carbon dioxide reforming of methane. The pore structure and surface properties of such supports greatly affect the catalytic behaviors of catalysts derived. Carbon deposition on catalysts was also affected by the property and structure of supports. The sintering of nickel metal and zirconia was another factor responsible for catalyst deactivation. This new-type nickel supported catalyst Ni/Zr-Laponite(8), with well-developed porosity, gave a higher initial conversion and a relatively long-term stability, and is therefore a promising catalyst for potential application to carbon dioxide reforming of methane to synthesis gas. (C) 2002 Elsevier Science B.V All rights reserved.

On the role of magnesium and nitrogen in the infiltration of aluminium by aluminium for rapid prototyping applications

Selective laser sintering has been used to fabricate an aluminium alloy powder preform which is subsequently debound and infiltrated with a second aluminium alloy. This represents a new rapid manufacturing system for aluminium that can be used to fabricate large, intricate parts. The base powder is an alloy such as AA6061. The infiltrant is a binary or higher-order eutectic based on either Al-Cu or At-Si. To ensure that infiltration occurs without loss of dimensional precision, it is important that a rigid skeleton forms prior to infiltration. This can be achieved by the partial transformation of the aluminium to aluminium nitride. In order for this to occur throughout the component, magnesium powder must be added to the alumina support powder which surrounds the part in the furnace. The magnesium scavenges the oxygen and thereby creates a microclimate in which aluminium nitride can form. The replacement of the ionocovalent Al2O3 with the covalent AlN on the surface of the aluminium powders also facilitates wetting and thus spontaneous and complete infiltration. (C) 2004 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Synthesis, characterization, and electrical conduction of 10 mol% Dy2O3 doped CeO2 ceramics

Well-densified 10 mol% Dy2O3-doped CeO2 (20DDC) ceramics with average grain sizes of similar to 0.12-1.5 mu m were fabricated by pressureless sintering at 950-1550 degrees C using a reactive powder thermally decomposed from a carbonate precursor, which was synthesized via a carbonate coprecipitation method employing nitrates as the starting salts and ammonium carbonate as the precipitant. Electrical conductivity of the ceramics, measured by the dc three-point impedance method, shows a V-shape curve against the average grain size. The sample with the smallest grain size of 0.12 mu m exhibits a high conductivity of similar to 10(-1.74) S/cm at the measurement temperature of 700 degrees C, which is about the same conduction level of the micro-grained 10 mol% Sm2O3- or Gd2O3-doped CeO2, two leading electrolyte materials. (c) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Age hardening of a sintered Al-Cu-Mg-Si-(Sn) alloy

The age hardening response of a sintered Al-3.8 wt% Cu-1.0 wt% Mg-0.70 wt% Si alloy with and without 0.1 wt% Sn was investigated. The sequence of precipitation was characterised using transmission electron microscopy. The ageing response of the sintered Al-Cu-Mg-Si-(Sn) alloy is similar to that of cognate wrought 2xxx series alloys. Peak hardness was associated with a fine, uniform dispersion of lath shaped precipitates, believed to be either the betaor Q phase, oriented along < 010 >. directions and theta' plates lying on {001}(alpha). planes. Natural ageing also resulted in comparable behaviour to that observed in wrought alloys. Porosity in the powder metallurgy alloys did not significantly affect the kinetics of precipitation during artificial ageing. Trace levels of tin, used to aid sintering, slightly reduced the hardening response of the alloy. However, this was compensated for by significant improvements in density and hardness. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Experimental and theoretical investigation of the structural, chemical, electronic, and high frequency dielectric properties of barium cadmium tantalate-based ceramics

Single-phase Ba(Cd1/3Ta2/3)O-3 powder was produced using conventional solid state reaction methods. Ba(Cd1/3Ta2/3)O-3 ceramics with 2 wt % ZnO as sintering additive sintered at 1550 degreesC exhibited a dielectric constant of similar to32 and loss tangent of 5x10(-5) at 2 GHz. X-ray diffraction and thermogravimetric measurements were used to characterize the structural and thermodynamic properties of the material. Ab initio electronic structure calculations were used to give insight into the unusual properties of Ba(Cd1/3Ta2/3)O-3, as well as a similar and more widely used material Ba(Zn1/3Ta2/3)O-3. While both compounds have a hexagonal Bravais lattice, the P321 space group of Ba(Cd1/3Ta2/3)O-3 is reduced from P (3) under bar m1 of Ba(Zn1/3Ta2/3)O-3 as a result of a distortion of oxygen away from the symmetric position between the Ta and Cd ions. Both of the compounds have a conduction band minimum and valence band maximum composed of mostly weakly itinerant Ta 5d and Zn 3d/Cd 4d levels, respectively. The covalent nature of the directional d-electron bonding in these high-Z oxides plays an important role in producing a more rigid lattice with higher melting points and enhanced phonon energies, and is suggested to play an important role in producing materials with a high dielectric constant and low microwave loss. (C) 2005 American Institute of Physics.

Precipitation induced densification in a sintered Al-Zn-Mg-Cu alloy

It is demonstrated that slow cooling to 200 degrees C from a high sintering temperature (620 degrees C) reduces porosity in an Al-8Zn-2.5Mg-1Cu powder compact when compared to isothermal sintering at the higher temperature for a longer time. The reduction in porosity is attributed to shrinkage associated with removal of solute from the aluminium solid solution and heterogeneous precipitation of the eta phase (MgZn2), particularly onto pore surfaces. (c) 2006 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.