Jato transversal de gotas: simulações por ALE/FEM e efeitos interfaciais.

Um código computacional para escoamentos bifásicos incorporando metodologia híbrida entre oMétodo dos Elementos Finitos e a descrição Lagrangeana-Euleriana Arbitrária do movimento é usado para simular a dinâmica de um jato transversal de gotas na zona primária de quebra. Os corpos dispersos são descritos por meio de um método do tipo front-tracking que produz interfaces de espessura zero através de malhas formadas pela união de elementos adjacentes em ambas as fases e de técnicas de refinamento adaptativo. Condições de contorno periódicas são implementadas de modo variacionalmente consistente para todos os campos envolvidos nas simulações apresentadas e uma versão modificada do campo de pressão é adicionada à formulação do tipo um-fluido usada na equação da quantidade de movimento linear. Simulações numéricas diretas em três dimensões são executadas para diferentes configurações de líquidos imiscí veis compatíveis com resultados experimentais encontrados na literatura. Análises da hidrodinâmica do jato transversal de gotas nessas configurações considerando trajetórias, variação de formato de gota, espectro de pequenas perturbações, além de aspectos complementares relativos à qualidade de malha são apresentados e discutidos.

Processos de formação de ligações cruzadas de polietileno de alto peso molecular

No projeto desenvolvido, ligações cruzadas foram formadas no polietileno de alta densidade e alto peso molecular, grade HS5103, através dos processos reticulação por peróxidos e silanos, com o objetivo de se avaliar o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas deste PEAD. Misturas entre o HS5103 e os peróxidos orgânicos, 2,5-Dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano (DHBP) e peróxido de dicumila (DCP), foram produzidas e analisadas para a avaliação do efeito dos tipos de peróxido na reticulação e propriedades do PEAD e para determinação da concentração e do tipo de peróxido a ser utilizado como agente iniciador de reticulação por silano. Ensaios de índice de fluidez (MFI), reometria capilar, extração de polímero por xileno (teor de gel), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial de varredura (DSC) e tração foram realizados para caracterização das misturas com peróxidos. Os resultados indicaram aumento da viscosidade com o aumento da concentração de peróxido, sendo o DHBP o que apresentou maior índice de aumento; não houve mudanças relevantes nas propriedades mecânicas e, ocorreu aumento do grau de cristalinidade, sendo mais significativo nas amostras com DCP. Após avaliação dos resultados citados, para as amostras a serem reticuladas via silano, foi promovida a graftização de diferentes concentrações de viniltrimetóxisilano (VTMS) na presença de 0,01%p/p de DCP com a adição de 0,05%p/p de catalisador, posteriormente a reticulação foi promovida em água. As amostras produzidas foram caracterizadas por ensaios de teor de gel, análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR), TGA, ensaios de desgaste por deslizamento e tração. Nas amostras com silano a formação de ligações cruzadas foi gradativa, apresentando de 8% de gel para amostra com 0,5%p/p de VTMS a 57 % para amostra com1,5% p/p de silano, maior concentração utilizada. A análise dinâmico-mecânica (DMA) realizada evidenciou que houve um aumento densidade de ligações cruzadas e do módulo de armazenamento após temperatura de fusão com o teor de silano, concordando com os resultados de teor de gel. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no PEAD HS5103. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o PEAD modificado. E os testes de desgaste por deslizamento indicaram um aumento da resistência ao desgaste das amostras reagidas com VTMS.

Preparação e Avaliação da Atividade Catalítica de Polímeros de Condensação de Metilpiridinas e Tereftalaldeído em Reações de Nitroaldol e Cicloadição Heterodipolar [3+2]

Nesse estudo, foram preparadas bases poliméricas derivadas de 2,6-dimetilpiridinas e tereftaladeído utilizando a 2,4,6-trimetilpiridina como agente de reticulação. As resinas foram sintetizadas sob aquecimento convencional e purificadas por precipitação em metanol, apresentando rendimentos variando de 59 a 95%. Os copolímeros produzidos foram caracterizados por análise termogravimétrica (TGA), ressonância nuclear magnética de núcleo de hidrogênio (RMN-1H) e espectroscopia na região do infravermelho com técnica de ATR (FTIR - ATR), além de sua atividade básica. A capacidade catalítica do material produzido foi avaliada em reações nitroaldólicas, do tipo Henry, tanto em aquecimento convencional quanto com o uso de reator de micro-ondas. Não sendo observada atividade catalítica significativa para as resinas testadas, nestas reações. O material polimérico produzido também foi testado como suporte para cobre na catálise de reações de cicloadição heterodipolar do tipo [3+2] com benzilazida e propiolato de etila, para a formação de triazóis, processadas em reator de micro-ondas e sob aquecimento convencional. A reação mostrou-se regiosseletiva e processos de reciclo do catalisador se mostrou eficiente em reações consecutivas

Desenvolvimento e avaliação de nanocompósitos à base de polietileno de alta densidade (hdpe-vERDE)/poli(ácido lático) (pla) e nanocarbonato de cálcio para fabricação de embalagens

Este trabalho traz como proposta a obtenção de nanocompósitos (PLA/HDPE-g-AM/HDPE-Verde/n-CaCO3) com propriedades mecânicas e de fluxo adequadas para aplicação no setor de embalagens. A produção desses nanocompósitos ocorreu por meio de uma mistura de PLA e polietileno proveniente de fonte renovável (HDPE-Verde), viabilizada pela ação do agente compatibilizante polietileno enxertado com anidrido maleico (HDPE-g-AM) e do aditivo carbonato de cálcio nanoparticulado (n-CaCO3), através do estudo das condições ótimas de processamento e composição, realizado por meio do Planejamento Fatorial Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR). A obtenção deste balanço ótimo se deu ao se avaliar a influência dos fatores de estudo velocidade de rotação (100-400rpm), teor da fase dispersa PLA 2003D (0-35%) e teor da nanocarga mineral - n-CaCO3 (1-4%) sobre as propriedades mecânicas, térmicas, morfológicas e de fluxo dos nanocompósitos, através das variáveis de resposta - módulo de Young, resistência ao impacto, grau de cristalinidade (c) e índice de fluidez (MFI).Avaliações preliminares conduziram à escolha do PLA como fase dispersa dos compósitos. As variáveis de resposta do planejamento indicaram que a viscosidade dessas amostras é diretamente proporcional à concentração de n-CaCO3 e a velocidade de processamento, por promoverem, respectivamente, maior resistência ao escoamento e dispersão da carga. As composições apresentaram como característica resistência ao impacto similar ao comportamento do PLA puro e em contrapartida, módulo de Young similar a matriz de HDPE-Verde. A cristalinidade dos polímeros foi melhorada, observando-se uma ação mútua do HDPE-Verde e do PLA para este aumento, havendo ainda colaboração do n-CaCO3 e da velocidade de mistura. A morfologia dos compósitos foi função da velocidade que favoreceu maior dispersão e distribuição da fase dispersa e ainda por maiores teores de n-CaCO3 que ocasionaram a formação de gotas de PLA de menores dimensões, favorecendo uma estrutura mais homogênea. Maiores teores de PLA alteraram a morfologia dos compósitos, ocasionando a formação de grandes domínios dessa fase na forma de gota que atribuíram ao material maior rigidez. A avaliação individual do efeito do n-CaCO3 sobre o PLA e o HDPE-Verde individualmente apontaram que a ação da carga mineral em geral é benéfica para a melhoria das propriedades, com exceção da resistência ao impacto. Além disso, os resultados mostram que a compatibilizante HDPE-g-AM também minimiza a atuação da carga. Em relação à influência do HDPE-g-AM sobre a mistura HDPE-Verde/PLA é possível observar que a compatibilização da mistura tende a ocorrer, porém não de forma eficiente como o esperado

Preparação, caracterização e avaliação de nanocompósitos de PBAT/amido de milho e vermiculita organofilizada

Nos últimos 20-30 anos polímeros biodegradáveis vêm sendo estudados e desenvolvidos e atualmente já são comercializados. Contudo, o custo, a processabilidade e algumas propriedades ainda dificultam a penetração desses polímeros no mercado e a competição com as chamadas commodities. Não são poucos os autores que se dedicam a desenvolver aditivos e formulações para superar essas limitações. Desta forma, esta Tese se dedicou ao desenvolvimento de compósitos de Ecobras, fabricado pela Basf e comercializado pela Corn Products, utilizando como carga mineral resíduo da extração da bauxita, no município de Santa Luzia/PB, o qual consiste em sua totalidade de vermiculita. Esta vermiculita foi quimicamente modificada com sais de alquil fosfônio para melhorar a compatibilidade com a matriz polimérica e também espaçar as camadas de aluminossilicato. De fato, a modificação com o brometo de hexadecil tributil fosfônio resultou na esfoliação da vermiculita tornando-a potencialmente apropriada para a obtenção de nanocompósitos. A preparação dos compósitos foi realizada pelo método de intercalação no estado fundido e foram comparadas a utilização da câmara interna de mistura e da mini extrusora de dupla rosca, sendo esta última mais eficaz na dispersão da vermiculita, conforme revelado pela microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X e reometria de placas. O grau de dispersão também foi influenciado pela estrutura química do modificador da vermiculita e pelo teor dessa carga incorporada à matriz. Teores mais elevados levaram a formação de aglomerados, enquanto a modificação da carga implicou na formação de micro e nanocompósitos. Ainda houve alterações das propriedades térmicas com aumento dos valores da temperatura de transição vítrea, de cristalização e fusão, embora o grau de cristalinidade tenha sido mantido. Nitidamente, foram obtidos materiais mais rígidos, com maior módulo e menor capacidade de deformação. Cerca de 58% de perda de massa foi observada para os micro e nanocompósitos obtidos após 17 semanas de enterro em solo simulado para avaliação da biodegradabilidade, valor bem próximo ao Ecobras puro. De modo geral, a incorporação das diferentes vermiculitas retardou nas primeiras semanas a biodegradação, provavelmente em função de modificações na estrutura cristalina, conforme sugerido pelos maiores valores de temperatura de fusão observados durante o acompanhamento do processo de biodegradação. No entanto, após 7 semanas os perfis de biodegradação dos micro e nanocompósitos se aproximaram bastante do Ecobras puro. Desta forma, foi possível nesta Tese obter um nanocompósito de Ecobras com vermiculita modificada com brometo de hexadecil fosfônio utilizando ferramentas comuns de processamento no estado fundido com biodegradabilidade próxima ao polímero de partida, porém mais rígido e menos deformável

Estudo do equilíbrio líquido-líquido e da estabilidade de sistemas envolvendo biodiesel, álcoois e água

O estudo da estabilidade de emulsões de biocombustíveis destaca-se, dentre outros aspectos, pela necessidade de identificação das características destas. Esta necessidade reforça-se pela dificuldade de detecção de biodiesel e suas misturas quando estão fora de especificação, além de se aplicar aos processos de separação e purificação do biodiesel após a transesterificação. O entendimento deste problema poderá ser alcançado a partir de estudos de estabilidade associados aos modelos termodinâmicos de equilíbrio líquido-líquido (modelo NRTL) em sistemas ternários, que serão a base da modelagem proposta neste trabalho. O levantamento de dados envolve técnicas de observação direta em titulação, e ensaios de estabilidade e tensiometria, com algumas alterações das técnicas clássicas. Desta forma, o objetivo principal do trabalho é propor uma maneira de identificar e caracterizar as interfaces das emulsões formadas e estudar a estabilidade das fases envolvidas. Além disso, estuda-se a introdução de alcoóis como agentes tensoativos para viabilizar a utilização de misturas de combustíveis, mesmo na região de mais de uma fase. Para o desenvolvimento do trabalho, emulsões envolvendo os constituintes básicos serão combinadas entre si em diferentes proporções. A etapa inicial constitui-se de um mapeamento das misturas e proporções que formam as emulsões, baseadas nas curvas de equilíbrio. Em seguida, faz-se o estudo de caracterização e estabilidade destes sistemas. Com estas informações é possível mapear o sentido de incremento de tensão na interface e instabilidade da separação de fases das emulsões em relação aos diagramas ternários correspondentes. Por fim, propõe-se uma estratégia para estimar os parâmetros termodinâmicos do NRTL para as espécies presentes nos sistemas estudados e prever o comportamento dos mesmos e de sistemas similares. Este modelo matemático proposto tem como objetivo complementar a técnica experimental adotada para construção das curvas de equilíbrio, sendo bem sucedido

Wet-spinning of amyloid protein nanofibers into multifunctional high-performance biofibers.

Amyloid nanofibers derived from hen egg white lysozyme were processed into macroscopic fibers in a wet-spinning process based on interfacial polyion complexation using a polyanionic polysaccharide as cross-linker. As a result of their amyloid nanostructure, the hierarchically self-assembled protein fibers have a stiffness of up to 14 GPa and a tensile strength of up to 326 MPa. Fine-tuning of the polyelectrolytic interactions via pH allows to trigger the release of small molecules, as demonstrated with riboflavin-5'-phophate. The amyloid fibrils, highly oriented within the gellan gum matrix, were mineralized with calcium phosphate, mimicking the fibrolamellar structure of bone. The formed mineral crystals are highly oriented along the nanofibers, thus resulting in a 9-fold increase in fiber stiffness.

Frictional flow of damp granular material in a conical centrifuge

An analysis is given of velocity and pressure-dependent sliding flow of a thin layer of damp granular material in a spinning cone. Integral momentum equations for steady state, axisymmetric flow are derived using a boundary layer approximation. These reduce to two coupled first-order differential equations for the radial and circumferential sliding velocities. The influence of viscosity and friction coefficients and inlet boundary conditions is explored by presentation of a range of numerical results. In the absence of any interfacial shear traction the flow would, with increasing radial and circumferential slip, follow a trajectory from inlet according to conservation of angular momentum and kinetic energy. Increasing viscosity or friction reduces circumferential slip and, in general, increases the residence time of a particle in the cone. The residence time is practically insensitive to the inlet velocity. However, if the cone angle is very close to the friction angle then the residence time is extremely sensitive to the relative magnitude of these angles. © 2011 Authors.

Highly chiral-selective growth of single-walled carbon nanotubes with a simple monometallic Co catalyst

We report on the growth of single-walled carbon nanotubes from a monometallic Co catalyst on an oxidized Si wafer support by the most simple growth recipe (vacuum annealing, growth by undiluted C 2H 2). Nevertheless, multiwavelength Raman spectroscopy and transmission electron spectroscopy show a remarkable selectivity for chiral indices and thus, e.g., high abundance with a single chirality representing 58% of all semiconducting tubes. In situ x-ray photoelectron spectroscopy monitors the catalyst chemistry during carbon nanotube growth and shows interfacial Co-Si interactions that may help to stabilize the nanoparticle/nanotube diameter. We outline a two-mechanism model explaining the selective growth. © 2012 American Physical Society.

Evaluation and modeling of lanthanum diffusion in TiN/La 2O 3/HfSiON/SiO 2/Si high-k stacks

In this study, TiN/La 2O 3/HfSiON/SiO 2/Si gate stacks with thick high-k (HK) and thick pedestal oxide were used. Samples were annealed at different temperatures and times in order to characterize in detail the interaction mechanisms between La and the gate stack layers. Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) measurements performed on these samples show a time diffusion saturation of La in the high-k insulator, indicating an La front immobilization due to LaSiO formation at the high-k/interfacial layer. Based on the SIMS data, a technology computer aided design (TCAD) diffusion model including La time diffusion saturation effect was developed. © 2012 American Institute of Physics.

The influence of substrate on the properties of Er2O3 films grown by magnetron sputtering

The structural properties and the room temperature luminescence of Er2O3 thin films deposited by RF magnetron sputtering have been studied. Films characterized by good morphological properties have been obtained by using a SiO2 interlayer between the film and the Si substrate. The evolution of the properties of the Er2O3 films due to rapid thermal annealing processes in O2 ambient performed at temperatures in the range 800-1200 °C has been investigated in details. The existence of well-defined annealing conditions (temperature of 1100 °C or higher) allowing to avoid the occurrence of extensive chemical reactions with the oxidized substrate has been demonstrated and an increase of the photoluminescence (PL) intensity by about a factor of 40 with respect to the as deposited material has been observed. The enhanced efficiency of the photon emission process has been correlated with the longer lifetime of the PL signal. The same annealing processes are less effective when Er2O3 is deposited on Si. In this latter case interfacial reactions and pit formation occur, leading to a material characterized by stronger non-radiative phenomena that limit the PL efficiency. © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Characterization of vertical Mo/diamond Schottky barrier diode from non-ideal I-V and C-V measurements based on MIS model

In this study, we investigated non-ideal characteristics of a diamond Schottky barrier diode with Molybdenum (Mo) Schottky metal fabricated by Microwave Plasma Chemical Vapour Deposition (MPCVD) technique. Extraction from forward bias I-V and reverse bias C- 2-V measurements yields ideality factor of 1.3, Schottky barrier height of 1.872 eV, and on-resistance of 32.63 mö·cm2. The deviation of extracted Schottky barrier height from an ideal value of 2.24 eV (considering Mo workfunction of 4.53 eV) indicates Fermi level pinning at the interface. We attributed such non-ideal behavior to the existence of thin interfacial layer and interface states between metal and diamond which forms Metal-Interfacial layer-Semiconductor (MIS) structure. Oxygen surface treatment during fabrication process might have induced them. From forward bias C-V characteristics, the minimum thickness of the interfacial layer is approximately 0.248 nm. Energy distribution profile of the interface state density is then evaluated from the forward bias I-V characteristics based on the MIS model. The interface state density is found to be uniformly distributed with values around 1013 eV - 1·cm- 2. © 2013 Elsevier B.V.

Self-similar organization of arrays of individual carbon nanotubes and carbon nanotube micropillars

It is well-known that carbon nanotube (CNT) growth from a dense arrangement of catalyst nanoparticles creates a vertically aligned CNT forest. CNT forests offer attractive anisotropic mechanical, thermal, and electrical properties, and their anisotropic structure is enabled by the self-organization of a large number of CNTs. This process is governed by individual CNT diameter, spacing, and the CNT-to-CNT interaction. However, little information is known about the self-organization of CNTs within a forest. Insight into the self-organization is, however, essential for tailoring the properties of the CNT forests for applications such as electrical interconnects, thermal interfaces, dry adhesives and energy storage. We demonstrate that arrays of CNT micropillars having micron-scale diameters organize in a similar manner as individual CNTs within a forest. For example, as previously demonstrated for individual CNTs within a forest, entanglement of small-diameter CNT micropillars during the initial stage of growth creates a film of entwined pillars. This layer enables coordinated subsequent growth of the pillars in the vertical direction, in a case where isolated pillars would not grow in a self-supporting fashion. Finally, we provide a detailed overview of the self-organization as a function of the diameter, length and spacing of the CNT pillars. This study, which is applicable to many one-dimensional nanostructured films, demonstrates guidelines for tailoring the self-organization which can enable control of the collective mechanical, electrical and interfacial properties of the films. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Development of accurate, robust liquid equations of state for multi-phase CFD simulations with a modified AUSM+-up scheme

Eight equations of state (EOS) have been evaluated for the simulation of compressible liquid water properties, based on empirical correlations, the principle of corresponding states and thermodynamic relations. The IAPWS-IF97 EOS for water was employed as the reference case. These EOSs were coupled to a modified AUSM+-up convective flux solver to determine flow profiles for three test cases of differing flow conditions. The impact of the non-viscous interaction term discretisation scheme, interfacial pressure method and selection of low-Mach number diffusion were also compared. It was shown that a consistent discretisation scheme using the AUSM+-up solver for both the convective flux and the non-viscous interfacial term demonstrated both robustness and accuracy whilst facilitating a computationally cheaper solution than discretisation of the interfacial term independently by a central scheme. The simple empirical correlations gave excellent results in comparison to the reference IAPWS-IF97 EOS and were recommended for developmental work involving water as a cheaper and more accurate EOS than the more commonly used stiffened-gas model. The correlations based on the principles of corresponding-states and the modified Peng-Robinson cubic EOS also demonstrated a high degree of accuracy, which is promising for future work with generic fluids. Further work will encompass extension of the solver to multiple dimensions and to account for other source terms such as surface tension, along with the incorporation of phase changes. © 2013.

Growth of straight InAs-on-GaAs nanowire heterostructures.

One of the main motivations for the great interest in semiconductor nanowires is the possibility of easily growing advanced heterostructures that might be difficult or even impossible to achieve in thin films. For III-V semiconductor nanowires, axial heterostructures with an interchange of the group III element typically grow straight in only one interface direction. In the case of InAs-GaAs heterostructures, straight nanowire growth has been demonstrated for growth of GaAs on top of InAs, but so far never in the other direction. In this article, we demonstrate the growth of straight axial heterostructures of InAs on top of GaAs. The heterostructure interface is sharp and we observe a dependence on growth parameters closely related to crystal structure as well as a diameter dependence on straight nanowire growth. The results are discussed by means of accurate first principles calculations of the interfacial energies. In addition, the role of the gold seed particle, the effect of its composition at different stages during growth, and its size are discussed in relation to the results observed.