Preparação de suspensões aquosas de nanopartículas de carbono para deposição em superfícies

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Development of multifunctional coatings deposited on polymers based sensors for biomedical applications

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia de Materiais)

Nanopartículas magnéticas: o cobalto

O desenvolvimento de nanopartículas magnéticas tem sido levado a cabo devido à sua importância tecnológica. Os materiais nanoparticulados magnéticos exibem uma série de propriedades interessantes, entre as quais citam-se as propriedades elétricas, ópticas, magnéticas e químicas. As nanoestruturas podem ser utilizadas em microeletrônica e em medicina, como em: memória magnética, transporte magnético de complexos bioquímicos, imagem de ressonância magnética, entre outras. As propriedades magnéticas de nanopartículas são muito sensitivas aos seus tamanhos e às suas formas. Nesse sentido, muitos esforços têm sido realizados com o intuito de controlar a forma e a distribuição do tamanho das nanopartículas. Nas últimas décadas nanoestruturas constituídas por óxidos de ferro foram intensamente estudadas. Todavia, mais recentemente, o foco das pesquisas tem se voltado para outros metais de transição. Dentre estes, o cobalto vem sendo investigado em decorrência de sua alta susceptibilidade magnética. Neste contexto, o presente artigo tem o objetivo de apresentar e efetuar uma análise comparativa das mais significativas vias sintéticas empregadas até o presente momento para se obter nanopartículas de cobalto.

Estudo da morfologia e cristalinidade em polipropileno isotático submetido a deformação uniaxial em temperatura ambiente

A utilidade de alguns polímeros depende principalmente de suas propriedades elétricas, ópticas, bioquímicas e térmicas, porém na maioria dos exemplos a propriedade fundamental para as aplicações reside em suas propriedades mecânicas. Os mecanismos de deformação em polímeros semi-cristalinos são em geral complexos e dependem do arranjo e do tamanho dos cristais. A deformação plástica de polímeros semi-cristalinos é produzida pela força aplicada ao sistema, com modificações de suas propriedades termodinâmicas e morfológicas, obtendo-se materiais com novas propriedades e aplicações. Os sistemas estudados neste trabalho, consistem de amostras de polipropileno isotático, (i-PP) comercial, fornecidas pela OPP Petroquímica (III Pólo Petroquímico – Triunfo / RS). As amostras, na forma de grânulos, foram moldadas pelo processo de injeção onde duas massas molares diferentes foram investigadas. As placas moldadas por injeção, com espessura de aproximadamente 3,0 mm, foram cortadas nas dimensões padrões de 17,2 mm X 4,7 mm e após, deformadas plasticamente por compressão plana uniaxial à temperatura ambiente. A análise da morfologia e cristalinidade deste material foram realizadas utilizando as técnicas de difração raios-X em alto ângulo (WAXD), espalhamento de raios-X em baixo ângulo (SAXS), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Através da técnica de WAXD foi possível a identificação das diferentes fases cristalinas α e β do i-PP, antes e depois das amostras serem deformadas por compressão uniaxial. A determinação da cristalinidade foi realizada via difração de raios-X, utilizando as geometrias θ - 2θ e de Debye Scherrer, sendo a quantificação realizada a partir da área dos picos cristalinos obtidos a partir da indexação das reflexões de Bragg, utilizando o programa FULLPROF. Como resultado obtido, foi verificado uma significativa diminuição da cristalinidade com o aumento da deformação por compressão aplicada sobre as amostras. Com as medidas de SAXS, foram observados os perfis de espalhamento anisotrópicos e isotrópicos para as amostras sem deformação para maior e menor massa molar, respectivamente. O período longo (L) do material, definido pela soma da espessura lamelar do cristal (dc) e a espessura da camada amorfa (da), também foi obtido para estas amostras. A deformação causou uma diminuição do L, o que levou a diminuição da dc, seguido pelo aumento da da. Porém, com o aumento da deformação observa-se uma diminuição das intensidades espalhadas em torno do eixo azimutal. Este efeito pode ser atribuído ao aumento da fase amorfa seguido pela diminuição da fase cristalinidade. As modificações morfológicas ocorridas nas estruturas esferulíticas e lamelares foram avaliadas utilizando a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), e a Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). O efeito da deformação plana por compressão ficou registrado nas imagens de XXIX MEV e MET, onde verificou-se o alongamento das estruturas esferulíticas na direção de fluxo, seguido da destruição parcial da mesma em deformação por compressão maiores. As imagens obtidas em MEV e MET, foram tratadas a fim de se verificar o grau de orientação e a distribuição da orientação em nível microestrutural por meio do método direto das secantes em um plano e da rosa dos interceptos. Neste caso, quando a rosa apresenta duas pétalas, tem-se um eixo de orientação; com quatro pétalas, dois eixos de orientação, e assim sucessivamente.Em um sistema isométrico sem nenhuma orientação, a rosa dos interceptos apresentará como resultado uma circunferência. Os resultados obtidos para as imagens de MEV e MET em nível esferulítico mostraram que a rosa dos interceptos parte de uma estrutura simétrica com baixo grau de orientação para uma estrutura orientada definida por um sistema de duas pétalas, seguido pelo aumento do grau de orientação para pressões de deformações maiores. Para as imagens de MET em nível lamelar observou-se o aumento do grau de orientação devido o aumento da deformação até 10 MPa. Neste caso, a rosa dos interceptos parte de uma estrutura definida por quatro pétalas (sistema dois eixos de orientação) para uma estrutura de duas pétalas, apresentando um sistema com um eixos de orientação. Porém, para pressões de deformações entre 20-3200 MPa observou-se a diminuição do grau de orientação, pois uma maior desordem é observado nas estruturas devido a amorfização do material, sendo a rosa dos interceptos demostrada por uma estrutura simétrica. Medidas com termopar foram realizadas para verificação do comportamento térmico no momento da deformação. Neste caso, foi verificado um aumento significativo da temperatura com o aumento da deformação. Porém, para as amostras deformadas com 3200 MPa foi observado dois picos de temperatura. Onde o primeiro pico foi atribuído ao comportamento adiabático seguido pela relaxação do material, enquanto o segundo pico foi verificado com grande aumento de temperatura no momento da explosão do material.

Caracterização elétrica de estruturas metal/dielétrico high-k/Si

Foram estudadas as propriedades elétricas de estruturas MOS envolvendo materiais com Zr e Hf: Al/HfO2/Si, Al/HfAlO/Si, Al/ZrO2/Si e Al/ZrAlO/Si depositadas por JVD (Jet Vapor Deposition) submetidas a diferentes doses de implantação de nitrogênio e tratamentos térmicos; Au/HfO2/Si e Au/HfxSiyOz/Si preparadas por MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) e Au/HfxSiyOz/SiO2/Si preparadas por sputtering reativo em O2 submetidas a tratamentos térmicos distintos. Para isso, além das medidas de C-V e I-V padrão, foi desenvolvido o método da condutância para estudo da densidade de estados na interface dielétrico/Si, o qual mostrou-se mais viável para as estruturas com dielétricos alternativos. A inclusão de Al na camada de dielétrico, bombardeamento por íons de nitrogênio, e tratamentos térmicos rápidos em atmosferas de O2 e N2 foram responsáveis por mudanças nas propriedades das amostras. Diversos mecanismos físicos que influenciam as propriedades elétricas dessas estruturas foram identificados e discutidos. Foi constatado que as interfaces com menores densidades de estados foram as das amostras preparadas por MOCVD e sputtering reativo.

Corrosão do aço induzida por íons cloreto : uma análise crítica das técnicas eletroquímicas aplicadas ao sistema aço-concreto com ou sem pozolana

O objetivo deste estudo foi investigar o processo de corrosão no aço embutido nos concretos com relação a/agl 0,40; a/agl 0,50 e a/agl 0,70, com substituição parcial do cimento por 30% de cinza da casca de arroz (CCA), 25% ou 50% de cinza volante (CV), expresso por massa de cimento, obtendo-se concretos convencionais com resistência mecânica variando entre 17 e 51 MPa, aos 28 dias de idade. O processo de corrosão foi induzido pelos íons cloreto, por exposição aos ciclos de imersão em solução com 3,5% NaCl e secagem ao ar, durante um longo período de exposição (5 anos). Foram apresentados os resultados obtidos das propriedades físicas (resistência mecânica à compressão axial, índice de vazios e absorção de água) e propriedades elétricas (queda ôhmica, resistência e capacitância do concreto e interfacial). Foram discutidas as técnicas eletroquímicas usadas para avaliar o processo de corrosão, tais como o monitoramento do potencial de corrosão (Ecorr), resistência de polarização (Rp), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e curvas de polarização. A técnica de interrupção de corrente foi usada para obter-se informações sobre a queda ôhmica no sistema. No presente estudo foram utilizados diferentes métodos de determinação da velocidade de corrosão (icorr), tais como Rp e EIS. Ambas as técnicas foram relativamente adequadas para a determinação do valor da icorr, quando o aço se encontrava no estado de corrosão ativa. O valor da icorr obtida pela extrapolação das retas de Tafel (retas tangentes às curvas de polarização) tendeu ser mais baixo. Observou-se que a técnica de Rp é relativamente simples, rápida e quantitativa, mas requer a determinação da compensação da queda ôhmica no sistema, o qual pode variar com o tempo de exposição, conteúdo de umidade, teor de íons cloreto e com o grau de hidratação. A técnica EIS pode fornecer informações precisas sobre a icorr, processo de difusão envolvido, heterogeneidade ou porosidade da matriz e interfaces do concreto. Todavia, pode criar um espectro de difícil interpretação, além de consumir muito tempo para a aquisição dos resultados. A dificuldade na técnica EIS ficou também relacionada com a obtenção direta da resistência de transferência de carga (Rt) no diagrama de Nyquist. A evolução do processo de corrosão pode ser mais bem avaliada pelo acompanhamento da diminuição da inclinação da curva log |Z| x log ƒ no diagrama de Bode, sendo esta diretamente proporcional à Rt. Para a análise dos dados de impedância, um circuito equivalente foi proposto, auxiliando na interpretação física do processo de corrosão acontecendo no sistema aço-concreto sem pozolana. Os resultados obtidos também demonstraram que os concretos com mais baixa relação a/agl estudada e com pozolana (30% CCA, 25% CV ou 50% CV, por massa de cimento) foram mais eficientes no controle da iniciação do processo de corrosão, induzida por íons cloreto, quando monitorado pela medida do Ecorr.

Análise do vetor de impedância bioelétrico na avaliação da suplementação de zinco em crianças prepuberais e sadias

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Preparação de resinas de poliuretana à base de óleo de mamona e dietanolamina

The aim of this work was the preparation of polyols from reactions between castor oil and dietanolamine to increase the hydroxyl content and the network degree in the products to application in electronic devices. The polyols and the mixtures obtained were characterized by nuclear magnetic ressonance. Castor oil (CO) is a natural triglyceride - based polyol possessing hydroxyl groups, which allow several reactions that produce many different products. Among them are the polyurethanes (PU), which have been considered an ideal product for the covering of electricelectronic circuits, due to their excellent electrical, shock-absorbing, solvents resistance and hydrolytic stability properties. About 90% of the fatty acids present in the castor oil are ricinoleic acid (12-hydroxyoleic acid), while the remaining 10% correspond to non-hydroxylated fatty acids, mainly linoleic and oleic acids. The chemical analysis of castor oil indicates a hydroxyl number of 2.7. In this work, a polyol was obtained by the reaction of the CO with diethanolamine (DEA), in order to elevate the hydroxyl value from 160 to 230 or to 280 mgKOH/g, and characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) 1H and 13C (Mercury 200). The polyadition of the resulting polyol with isophorone diisocianate (IPDI) was carried out at 60°C, and the reaction kinetics was followed by rheological measurements in a Haake RS150 rheometer. The electrical properties were determined in a HP LCR Meter 4262A, at 1.0 Hz and 10.0 KHz. The chemical analysis showed that the polyols obtained presented hydroxyl number from 230 to 280 mgKOH/g. The polyadition reaction with IPDI produced polyurethane resins with the following properties: hardness in the range from 45 shore A to 65 shore D (ASTM D2240); a dielectric constant of 3.0, at 25°C (ASTM D150). Those results indicate that the obtained resins present compatible properties to the similar products of fossil origin, which are used nowadays for covering electric-electronic circuits. Therefore, the PUs from castor oil can be considered as alternative materials of renewable source, free from the highly harmful petroleum - derived solvents

Obtenção e caracterização físico-química de blendas poliméricas, baseadas em POE e PMMA, dopadas com dióxido de titânio

The study of polymer blends has been an alternative method in the search field of new materials for obtaining materials with improved properties. In this work blends of poly(methyl methacrylate) (PMMA) and poly(ethylene oxide) (PEO) doped with titanium dioxide (TiO2) were studied. The PEO is a polymer semicrystalline structure varying between, 70 and 84% crystallinity, while the PMMA exhibits behavior amorphous in their structure. The use of TiO2 is related to corrosion-resistant of titanium as well as good heat transfer and other characteristics. The study of these polymer blends doped TiO2 gives the properties junction organic (polymer) and inorganic (oxide) which leads to modification of the properties of the resultant material. The blends were doped TiO2 (POE/PMMA/TiO2) in different proportions of the PMMA with the PEO and TiO2 fixed. The ratios were: 90/10/0,1; 85/15/0, 1; 80/20/0,1, 75/25/0,1 and 70/30/0,1. The resulting material was obtained in powder form and being characterized by Fourier Transformed Infrared (FTIR) Spectroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The infrared spectra (IR) for the blends in different ratios showed a band at 1744 cm-1, characteristic of the C=O stretching, which increases in intensity with increasing PMMA composition, while in the spectrum of pure PEO this band is absent. This may suggest that the interaction is occurring between the polymers. In the micrographs of the blends also observed change in their surfaces with variation of the composition of PMMA, contributing to the change of the electrical properties of the material. The EIS data showed that the material exhibited conductivity of the order of 10-6 S.cm-1. The blend in the ratio B2(85/15/0, 1) showed better conductivity, σ = 1.56 x 10-6 S.cm-1. It was observed that the diffusion coefficient for the blends, B5(70/30/0, 1) was the largest, 1.07 x 10-6 m2.s-1. The XRD data showing that, with the variation in the composition of the PMMA blend crystallinity of the material is decreased reaching a minimum B3(80/20/0,1), and then increases again. Thermal analysis suggests that blends made from the material obtained can be applied at room temperature

Caracterização dos eletrocatalisadores LaMnO3, LaFeO3, LaFe0,2Mn0,8O3 E La0,5Fe0,5MnO3 preparados por autocombustão assistida por microondas para cátodos de células a combustível do tipo SOFC

Materials consisting of perovskite-type oxides (ABO3) have been developed in this work for applications in fuel cell cathodes of solid oxide type (SOFC). These ceramic materials are widely studied for this type of application because they have excellent electrical properties, conductivity and electrocatalytic. The oxides LaMnO3, LaFeO3, LaFe0.2Mn0.8O3 e La0.5Fe0.5MnO3 were synthesized by the method of microwave assisted combustion and after sintering at 800°C in order to obtain the desired phases. The powders were characterized by thermogravimetry (TG), X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM) and voltammetric analysis (cyclic voltammetry and polarization curves). The results obtained by XRF technique showed that the microwave synthesis method was effective in obtaining doping oxides with values near stoichiometric. In general, powders were obtained with particle size less than 0.5 μm, having a porous structure and uniform particle size distribution. The particles showed spherical form, irregular and crowded of varying sizes, according to the analysis of SEM. The behavior of the oxides opposite the thermal stability was monitored by thermogravimetric curves (TG), which showed low weight loss values for all samples, especially those of manganese had its structure. By means of Xray diffraction of the samples sintered at 800°C was possible to observe the formation of powders having high levels of crystallinity. Furthermore, undesirable phases such as La2O3 and MnOx were not identified in the diffractograms. These phases block the transport of oxygen ions in the electrode/electrolyte interface, affecting the electrochemical activity of the system. The voltammetric analysis of the electrocatalysts LF-800, LM-800, LF2M8-800 e L5F5M-800 revealed that these materials are excellent electrical conductors, because it increased the passage of electrical current of the working electrode significantly. Best performance for the oxygen reduction reaction was observed with iron-rich structures, considering that the materials obtained have characteristics suitable for use in fuel cell cathodes of solid oxide type

Obtenção e caracterização do sistema compósito alginato de sódio-dióxido de titânio em formas de pó e de membrana

The alginates are copolymers of 1→4-linked β-D-mannuronic acid (M) and α-Lguluronic acid (G) residues that are arranjed in a block structure along a linear chain. Titanium dioxide, TiO2, is a ceramic material and can exist in three distinct crystallography forms: anatase, brookite and rutile. composites of organic and inorganic materials have better properties than the components alone. Thus, this study aims to synthesize, characterize and analyze the composite NaAlg-TiO2 in the form of powder and film. The synthesis of composite powders was performed using the sol-gel process and obtain the composite film was performed using the slow evaporation process, then the composites were analyzed by infrared spectroscopy, fluorescence x ray, thermal analysis, attenuated total reflection (ATR), x ray diffraction and impedance spectroscopy. The X ray diffraction patterns of composite powders show that with increasing calcination temperature, there were no complete transition of rutile-anatase crystalline phase, since at all temperatures studied (300, 500, 700, 900 and 1100ºC) were observed peaks of anatase phase. Thermal analysis shows that at 400°C caused the decomposition of sodium alginate in sodium carbonate and above 600°C, we observe an exothermic peak related to the decomposition of sodium carbonate and in the presence of titanium dioxide becomes sodium titanate. The XRD results confirm the formation of sodium carbonate at 700ºC and the formation sodium titanate in the temperature range 900-1100ºC. The sodium titanate influenced the electrical properties of the material, because with increasing temperature there was a decrease in conductivity, probably due to the creation of Ti vacancies, since the sodium can induce the reduction of surface Ti4+ ions into Ti3+ species. The infrared spectra of the composites in the form of powder and film showed a small shift in the bands compared to the spectrum of pure alginate, indicating that these shifts, even small ones, have evidence of miscibility between the polymer and ceramic material

Aplicação da técnica de caminhamento elétrico em área contaminada por derivados de petróleo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Monitoramento da atenuação natural de pluma de contaminação pelo método de radar de penetração no solo (GPR)

O monitoramento da atenuação natural em áreas contaminadas tem se mostrado uma técnica alternativa e de baixo custo para a remediação de áreas contaminadas. A degradação por microorganismos é um dos processos mais importantes na atenuação natural de contaminantes, especialmente compostos de fase líquida não aquosa (NAPL). em muitos casos, a ação efetiva deste processo resulta na geração de ácidos orgânicos, que sob elevadas concentrações ocasionam a dissolução de minerais presentes em subsuperfície onde se encontra a contaminação, com conseqüente liberação de íons. O aumento na quantidade de íons colabora para o aumento da condutividade elétrica do meio. O princípio físico da técnica de Radar de Penetração no Solo (GPR) é a emissão de ondas eletromagnéticas de alta freqüência. A propagação da onda eletromagnética é condicionada à freqüência de sinal emitido e as propriedades elétricas do meio. O aumento da condutividade elétrica do meio resulta na atenuação do sinal e, por conseqüência, na diminuição da profundidade de penetração da onda eletromagnética. Este fator permite o monitoramento de áreas contaminadas sob atenuação natural a partir de análises temporais com o GPR. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre perfis de GPR adquiridos em 1998 e 2003 em uma área contaminada por compostos de fase líquida leve não aquosa (LNAPL), sob atenuação natural. Os resultados indicam um aumento da condutividade elétrica do meio, a partir da atenuação acentuada do sinal GPR observada nas seções de 2003. Este aumento pode estar associado à liberação de íons por dissolução de minerais, pelo ataque de ácidos orgânicos resultantes do processo de biodegradação.

Effect of magnesium addition on the vacancy-Mg binding free enthalpy in Al-Cr alloys

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Nanopartículas magnéticas: o cobalto

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)