Caracterização da liga Ti-15Zr visando aplicações biomédicas

With advances in health care, has been na increase of demand for material that could replace the functions of the human body parts, thus evolved biomedic prosthesis which today are responsible for the constant improvement of the quality of life. The Titanium alloys are widely used as implants due to its properties, like high mechanical resistance, biocompatibility and corrosion resistance, and the addition alloying elements like Zirconium, may improve some of those properties. Such properties are related to the microstructure and consequently to the type of processing performed. The purpose of this dissertation was to characterize the experimental alloy Ti15Zr after route of processsing and heat treatment in order to extend the knowledge about this alloy. The latter has been abtained by fusion of pure metals in a arc melting furnace with an inert argon atmosphere. The material has been homogenized in a tube furnace at 950ºC for 24h and cold worked by swaging, after that, bars with 10 mm of diameter were obtained by the process of rotary forging. The samples were solubilized at 900º C for 2 hours and quenched in water. After that, 4 samples were submitted to the aging, at 400º C, 450º C, 500º C and 550º C. The microstructure and phase analysis was done by optical microscopy and X-rays diffraction (XRD), the mechanical characterization was carried out by microhardness test and finally, evaluation of corrosion resistance of the alloy by electrochemical tests. The XRD and the optical microscopy made it possible to analyze that the heat treatment influenced the phase shifting from α to α', and probably affected the alloy hardness, at the first aged sample at 500º Chas been a sudden increase in the value of hardness, probably by appearance of omega phase, unwanted phase to the medical application duo to great fragility, and finally ... (Complete abstract click electronic access below)

Preparação e caracterização de híbridos orgânico-inorgânicos à base de epoxí-silica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Desenvolvimento de conjunto membrana-eletrodos para célula a combustível de metanol direto passiva

Direct methanol fuel cells (DMFCs) without external pumps or other ancillary devices for fuel and oxidant supply are known as passive DMFCs and are potential candidates to replace lithium-ion batteries in powering portable electronic devices. This paper presents the results obtained from a membrane electrode assembly (MEA) specifically designed for passive DMFCs. Appropriated electrocatalysts were prepared and the effect of their loadings was investigated. Two types of gas diffusion layers (GDL) were also tested. The influence of the methanol concentration was analyzed in each case. The best MEA performance presented a maximum power density of 11.94 mW cm^-2.

Avaliação da bioatividade de revestimentos produzidos sobre Tântalo por oxidação eletrolítica assistida por plasma

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Caracterização da liga Ti-15Zr visando aplicações biomédicas

With advances in health care, has been na increase of demand for material that could replace the functions of the human body parts, thus evolved biomedic prosthesis which today are responsible for the constant improvement of the quality of life. The Titanium alloys are widely used as implants due to its properties, like high mechanical resistance, biocompatibility and corrosion resistance, and the addition alloying elements like Zirconium, may improve some of those properties. Such properties are related to the microstructure and consequently to the type of processing performed. The purpose of this dissertation was to characterize the experimental alloy Ti15Zr after route of processsing and heat treatment in order to extend the knowledge about this alloy. The latter has been abtained by fusion of pure metals in a arc melting furnace with an inert argon atmosphere. The material has been homogenized in a tube furnace at 950ºC for 24h and cold worked by swaging, after that, bars with 10 mm of diameter were obtained by the process of rotary forging. The samples were solubilized at 900º C for 2 hours and quenched in water. After that, 4 samples were submitted to the aging, at 400º C, 450º C, 500º C and 550º C. The microstructure and phase analysis was done by optical microscopy and X-rays diffraction (XRD), the mechanical characterization was carried out by microhardness test and finally, evaluation of corrosion resistance of the alloy by electrochemical tests. The XRD and the optical microscopy made it possible to analyze that the heat treatment influenced the phase shifting from α to α', and probably affected the alloy hardness, at the first aged sample at 500º Chas been a sudden increase in the value of hardness, probably by appearance of omega phase, unwanted phase to the medical application duo to great fragility, and finally ... (Complete abstract click electronic access below)

Preparação e caracterização de híbridos orgânico-inorgânicos à base de epoxí-silica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Electrocatalytic Activity of Platinum-Niobium Nanoparticles for Ethanol Oxidation

Three nanostructured platinum-niobium supported on Vulcan XC-72R carbon black materials were prepared as catalysts for the ethanol electroxidation: (i) deposition of platinum and niobium on Vulcan XC-72R carbon black, (ii) platinum decorated on a mixture of commercial amorphous Nb2O5/carbon black, and (iii) the same than ii but using crystalline Nb2O5, by reduction of the precursors with sodium borohydride in ethanol. All the catalysts showed platinum crystal sizes in the range of 3-4 nm, with no or little modification of the lattice parameter. The analyses of the electronic structure from the XANES region of the XAS spectra displayed some interactions between platinum and niobium, despite the niobium was primarily in the form of pentoxide in all the catalysts. CO stripping exhibited a promising low onset potential and a large current density, especially in the case of the deposited catalyst. Ethanol electroxidation experiments revealed that the Pt-Nb(2)O(5)crystalline/C generated the largest current. However it was not effective to completely oxidize ethanol, leading to acetic acid as the main product. In this sense, the highest efficiency for the complete oxidation of ethanol was obtained for the deposited catalyst. These results were interpreted in terms of the physico-chemical characteristic displayed by the different catalysts. (C) 2012 The Electrochemical Society. [DOI: 10.1149/2.040210jes] All rights reserved.

Detorque evaluation of dental abutment screws after immersion in a fluoridated artificial saliva solution

Purpose: Implant-abutment connections still present failures in the oral cavity due to the loosening of mechanical integrity by detorque and corrosion of the abutment screws. The objective of this study was to evaluate the detorque of dental abutment screws before and after immersion in fluoridated solutions. Materials and Methods: Five commercial implant-abutment assemblies were assessed in this investigation: (C) Conex˜aoR , (E) EmfilsR , (I) INPR , (S) SINR , and (T) Titanium FixR . The implants were embedded in an acrylic resin and then placed in a holding device. The abutments were first connected to the implants and torqued to 20Ncmusing a handheld torque meter. The detorque values of the abutments were evaluated after 10 minutes. After applying a second torque of 20 Ncm, implant-abutment assemblies were withdrawn every 3 hours for 12 hours in a fluoridated solution over a period of 90 days. After that period, detorque of the abutments was examined. Scanning electronicmicroscopy (SEM) associated to energy dispersive spectroscopy (EDS) was applied to inspect the surfaces of abutments. Results: Detorque values of systems C, E, and I immersed in the fluoridated solution were significantly higher than those of the initial detorque. ANOVA demonstrated no significant differences in detorque values between designs S and T. Signs of localized corrosion could not be detected by SEM although chemical analysis by EDS showed the presence of elements involved in corrosive processes. Conclusion: An increase of detorque values recorded on abutments after immersion in fluoridated artificial saliva solutions was noticed in this study. Regarding chemical analysis, such an increase of detorque can result from a corrosion layer formed between metallic surfaces at static contact in the implant-abutment joint during immersion in the fluoridated solutions.

Pozolanicidade dos resíduos industriais, lã de vidro e lã cerâmica

As fibras cerâmicas se caracterizam por ser um material leve, com alto grau de pureza, baixo armazenamento de calor, baixa condutividade térmica, resistência a choque térmico e alta resistência à corrosão em altas temperaturas. Essas características levam a uma grande procura das indústrias mínero-metalúrgicas e de outros setores para revestimentos de distribuidores, muflas, fornos de aquecimentos, entre outros. Após utilização no processo, por perderem sua capacidade de isolamento, os resíduos gerados precisam de destinação. Esse trabalho enfoca, especificamente, resíduos de lã cerâmica e lã de vidro. Pelo fato de a composição das fibras cerâmicas ser rica em sílica e alumina, efetuou-se uma investigação acerca da atividade pozolânica das mesmas com a cal e o cimento, especificamente CPV ARI, CPII E32 e CPIII 32RS, para avaliação da perspectiva de reciclagem em possível incorporação no concreto.

Estudo eletroquímico da recuperação de metais de pilhas e de baterias descartadas após o uso

O objetivo da pesquisa é recuperar os principais metais presentes em um lote com uma mistura de diversos tipos de pilhas e de baterias descartadas após o uso, lote obtido em um posto de coleta. Para esse estudo, o resíduo das pilhas e das baterias foi moído, reduzido em forno elétrico, submetido à separação magnética e lixiviado. A composição química, após a lixiviação, foi reproduzida em uma solução sintética, que foi submetida à extração por solventes e reextração sendo que as soluções obtidas, após as reextrações, foram utilizadas como eletrólitos. Manganês, cobre, cobalto e níquel são recuperados na forma metálica após um tratamento que inclui as etapas pirometalúrgica, hidrometalúrgica e eletroquímica. Estudos anteriores definiram os parâmetros das etapas pirometalúrgica, lixiviação e extração por solventes que proporcionaram separação mais seletiva dos íons metálicos que se pretende recuperar. A contribuição do presente estudo é encontrar um processo que trate de todos os tipos de pilhas e de baterias juntos e recuperar seus metais mais importantes, evitando, assim, a etapa de separação prévia das baterias. Os filmes foram analisados quanto à sua espessura e composição.

The β to α phase transition of tantalum coatings deposited by modulated pulsed power magnetron sputtering

Tantalum coatings are of particular interest today as promising candidates to replace potentially hazardous electrodeposited chromium coatings for tribological and corrosion resistant applications, such as the internal lining on large-caliber gun barrels. Tantalum coatings have two crystalline phases, α-Ta (body-centered-cubic) and β-Ta (metastable tetragonal) that exhibit relatively different properties. Alpha-Ta is typically preferred for wear and corrosion resistant applications and unfortunately, is very difficult to deposit without the assistance of substrate heating or post-annealing treatments. Furthermore, there is no general consensus on the mechanism which causes α or β to form or if there is a phase transition or transformation from β → α during coating deposition. In this study, modulated pulsed power (MPP) magnetron sputtering was used to deposit tantalum coatings with thicknesses between 2 and 20 μm without external substrate heating. The MPP Ta coatings showed good adhesion and low residual stress. This study shows there is an abrupt β → α phase transition when the coating is 5–7 μm thick and not a total phase transformation. Thermocouple measurements reveal substrate temperature increases as a function of deposition time until reaching a saturation temperature of ~ 388 °C. The importance of substrate temperature evolution on the β → α phase transition is also explained.

Theoretical and experimental studies on the electronic, optical, and structural properties of poly-pyrrole-2-carboxylic acid films

A theoretical approach is used here to explain experimental results obtained from the electrosynthesis of polypyrrole-2-carboxylic acid (PPY-2-COOH) films in nonaqueous medium. An analysis of the Fukui function (reactivity index) indicates that the monomer (pyrrole-2-carboxylic acid, PY-2-COOH), and dimers and trimers are oxidized in the C4 or C5 positions of the heterocyclic ring of the PY-2-COOH structure. After calculating the heat of formation using semiempirical Austin Model 1 post-Hartree-Fock parameterization for dimer species, both C4 and C5 positions adjacent to the aromatic rings of PPY-2-COOH were considered the most susceptible ones to oxidative coupling reactions. The ZINDO-S/CI semiempirical method was used to simulate the electronic transitions typically seen in the UV-VIS-NIR range in monomer and oligomers with different conjugation lengths. The use of an electrochemical quartz crystal microbalance provides sufficient information to propose a polymerization mechanism of PY-2-COOH based on molecular modeling and experimental results.

Reaction intermediates of ethanol electro-oxidation on platinum investigated by SFG spectroscopy

Although electrochemical oxidation of simple organic molecules on metal catalysts is the basic ingredient of fuel cells, which have great technological potential as a renewable source of electrical energy, the detailed reaction mechanisms are in most cases not completely understood. Here, we investigate the ethanol-platinum interface in acidic aqueous solution using infrared-visible sum frequency generation (SFG) spectroscopy and theoretical calculations of vibrational spectra in order to identify the intermediates present during the electro-oxidation of ethanol. The complex vibrational spectrum in the fingerprint region imply on the coexistence of several adsorbates. Based on spectra in ultra-high-vacuum (UHV) and electrochemical environment from the literature and our density functional theory (DFT) calculations of vibrational spectra, new adsorbed intermediates, never before observed with conventional infrared (IR) spectroscopy, are proposed here: g2-acetaldehyde, g2-acetyl, ethylidyne, monodentate acetate, methoxy, tertiary methanol derivative, COH residue, g2-formaldehyde, mono and bidentate formate, CH3 and CH2 residues. In addition, we present new evidences for an ethoxy intermediate, a secondary ethanol derivative and an acetyl species, and we confirm the presence of previously observed adsorbates: a tertiary ethanol derivative, bidentate acetate, and COad. These results indicate that the platinum surface is much more reactive, and the reaction mechanism for ethanol electro-oxidation is considerably more complex than previously considered. This might be also true for many other molecule-catalyst systems.

Strategie di conservazione per bronzi esposti all'aperto: studio di metodologie di pulitura, patinazione e consolidamento

Con l’aumento dell’acidità e degli inquinanti nelle deposizioni umide, la corrosione atmosferica dei bronzi esposti all’aperto è stata accelerata e la stabilità della patina di prodotti di alterazione, che solitamente protegge parzialmente il substrato metallico, risulta compromessa. La patina costituisce il supporto reale nelle condizioni d’impiego dell’inibitore o del protettivo, il quale viene applicato in seguito ad una pulitura del manufatto corroso che non espone il metallo nudo. L’inibitore attualmente più utilizzato, benzotriazolo (BTA), risulta non totalmente adeguato nei confronti del bronzo, tossico per l’ambiente e sospetto cancerogeno per l’uomo. Occorre quindi sviluppare soluzioni alternative per la conservazione dei bronzi all’aperto: a questo scopo, il presente lavoro di tesi si è sviluppato in tre fasi: (i) patinazione via invecchiamento artificiale accelerato, simulando la pioggia battente (dropping test) e la pioggia stagnante (wet&dry) su campioni di bronzo quaternario Cu-Sn-Zn-Pb, al fine di produrre un substrato rappresentativo, diversificando le patine prodotte dalle due geometrie di esposizione, sul quale possa essere applicato un inibitore o protettivo. La patinazione artificiale ha permesso di riprodurre efficacemente le due tipologie di patine naturali: le superfici patinate in pioggia battente hanno mostrato il tipico arricchimento in Stagno dovuto alla decuprificazione, mentre le superfici patinate in pioggia stagnante hanno presentato la comparsa dei tipici prodotti precursori dei solfati basici. (ii) pulitura di una patina naturale su bronzo quaternario (fontana del XVII sec.) mediante sabbiatura criogenica (dry-ice blasting), al fine di verificare l’efficienza di questa tecnica per preparare le superfici patinate all’applicazione di un inibitore o protettivo e il suo eventuale utilizzo in sostituzione alle tecniche tradizionali. La sabbiatura criogenica si è tuttavia dimostrata non selettiva nei confronti dei depositi calcarei, dimostrandosi non utilmente applicabile. (iii) protezione di superfici di bronzo quaternario, patinate artificialmente simulando la pioggia battente, mediante un trattamento innovativo di biopatinazione ottenuto applicando il ceppo fungino Beauveria Bassiana, potenzialmente in grado di convertire in ossalati i prodotti di corrosione della patina naturale. Lo scopo è quello di valutare l’efficienza protettiva della biopatina in seguito ad un invecchiamento accelerato simulante la pioggia battente. La biopatinazione è risultata applicabile anche a superfici arricchite in Stagno artificialmente (dropping test), ma la biopatina ottenuta non si è mostrata in grado di limitare i fenomeni corrosivi. Si ritengono necessarie ulteriori prove per valutarne l’efficienza a più lungo termine.

Investigação do mecanismo cinético da reação de redução de oxigênio em solventes não aquosos

O aumento no consumo energético e a crescente preocupação ambiental frente à emissão de gases poluentes criam um apelo mundial favorável para pesquisas de novas tecnologias não poluentes de fontes de energia. Baterias recarregáveis de lítio-ar em solventes não aquosos possuem uma alta densidade de energia teórica (5200 Wh kg-1), o que as tornam promissoras para aplicação em dispositivos estacionários e em veículos elétricos. Entretanto, muitos problemas relacionados ao cátodo necessitam ser contornados para permitir a aplicação desta tecnologia, por exemplo, a baixa reversibilidade das reações, baixa potência e instabilidades dos materiais empregados nos eletrodos e dos solventes eletrolíticos. Assim, neste trabalho um modelo cinético foi empregado para os dados experimentais de espectroscopia de impedância eletroquímica, para a obtenção das constantes cinéticas das etapas elementares do mecanismo da reação de redução de oxigênio (RRO), o que permitiu investigar a influência de parâmetros como o tipo e tamanho de partícula do eletrocatalisador, o papel do solvente utilizado na RRO e compreender melhor as reações ocorridas no cátodo dessa bateria. A investigação inicial se deu com a utilização de sistemas menos complexos como uma folha de platina ou eletrodo de carbono vítreo como eletrodos de trabalho em 1,2-dimetoxietano (DME)/perclorato de lítio (LiClO4). A seguir, sistemas complexos com a presença de nanopartículas de carbono favoreceu o processo de adsorção das moléculas de oxigênio e aumentou ligeiramente (uma ordem de magnitude) a etapa de formação de superóxido de lítio (etapa determinante de reação) quando comparada com os eletrodos de platina e carbono vítreo, atribuída à presença dos grupos laterais mediando à transferência eletrônica para as moléculas de oxigênio. No entanto, foi observada uma rápida passivação da superfície eletrocatalítica através da formação de filmes finos de Li2O2 e Li2CO3 aumentando o sobrepotencial da bateria durante a carga (diferença de potencial entre a carga e descarga > 1 V). Adicionalmente, a incorporação das nanopartículas de platina (Ptnp), ao invés da folha de platina, resultou no aumento da constante cinética da etapa determinante da reação em duas ordens de magnitude, o qual pode ser atribuído a uma mudança das propriedades eletrônicas na banda d metálica em função do tamanho nanométrico das partículas, e estas modificações contribuíram para uma melhor eficiência energética quando comparado ao sistema sem a presença de eletrocatalisador. Entretanto, as Ptnp se mostraram não específicas para a RRO, catalisando as reações de degradação do solvente eletrolítico e diminuindo rapidamente a eficiência energética do dispositivo prático, devido ao acúmulo de material no eletrodo. O emprego de líquido iônico como solvente eletrolítico, ao invés de DME, promoveu uma maior estabilização do intermediário superóxido formado na primeira etapa de transferência eletrônica, devido à interação com os cátions do líquido iônico em solução, o qual resultou em um valor de constante cinética da formação do superóxido de três ordens de magnitude maior que o obtido com o mesmo eletrodo de carbono vítreo em DME, além de diminuir as reações de degradação do solvente. Estes fatores podem contribuir para uma maior potência e ciclabilidade da bateria de lítio-ar operando com líquidos iônicos.