Desenvolvimento e caracterização de filmes de nano-compósitos de TiO2/WO3 pela técnoca de pulverização catódica

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

NZEB e os novos revestimentos

Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Caracterização de filmes ópticos compósitos nano-estruturados, inomogêneos ou anisotrópicos, produzidos por troca iônica e pelo método sol-gel

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a aplicação de métodos de caracterização de filmes ópticos, associados à sua estrutura inomogênea ou anisotrópica. Os materiais estudados são guias ópticos planares e filmes compósitos com propriedades ópticas não-lineares. Esses materiais são relevantes para aplicações na área de optoeletrônica e óptica integrada. O trabalho é dividido em duas partes principais. A primeira parte é dedicada à caracterização de guias de onda planares produzidos por troca iônica, vidros dopados com íons de Ag e/ou K, através de um e/ou dois processos de troca. O perfil de índice de refração é estudado através da técnica de Modos Guiados, uma técnica óptica empregada tradicionalmente em guias desse tipo. Em complementação a essa medida óptica, são realizadas medidas do perfil de concentração do íon dopante, empregando as técnicas de RBS e EDS. É dedicado um interesse especial pela região próxima à superfície da amostra, a região crítica na análise por Modos Guiados. Os métodos de Abelès-Hacskaylo e de Brewster-Pfund são estendidos a esses guias inomogêneos, permitindo a medida direta do valor do índice de refração superficial. Essa informação e os dados obtidos por Modos Guiados permitem a determinação de um perfil de índice de refração mais acurado ao longo da profundidade do guia. A segunda parte é dedicada ao estudo de materiais compósitos: filmes finos constituídos por uma matriz (silicato, silicato + PVP, e PMMA) dopada com moléculas orgânicas que apresentam propriedades ópticas não-lineares de segunda ordem (PNA, DR-1 e HBO-BO6). Nessas amostras, é aplicado um campo elétrico de alta voltagem (efeito corona), gerando um alinhamento dos cromóforos dopantes. Essa mudança na simetria estrutural do material, de isotrópica para uniaxial, é observada através da assimetria correspondente no valor do índice de refração (birrefringência). O valor da birrefringência induzida é obtido através da medida da variação da refletância de luz pelo material, auxiliada por medidas prévias das constantes ópticas do material por Elipsometria.

Síntese e caracterização elétrica de compósitos poliméricos condutores com o poliuretano derivado de óleo de mamona como matriz

Pós-graduação em Ciência dos Materiais - FEIS

Resíduos de sisal como reforço em compósitos de polipropileno virgem e reciclado

Foram estudadas as propriedades térmicas e mecânicas de compósitos de polipropileno, virgem e reciclado, reforçados com 30% em massa de fibras residuais de sisal, assim como o perfil de processamento e a morfologia da matriz polimérica. Para tanto, foram determinadas a resistência à tração, o módulo de Young, alongamento na ruptura, e energia de impacto. As amostras também foram caracterizadas por MEV, DMTA e TG. Para ambos os compósitos de polipropileno, virgem e reciclado, com a adição das fibras, o alongamento na ruptura mostrou uma queda significativa, enquanto que a resistência à tração não sofreu grandes variações. Houve um aumento significativo nos valores de tração na ruptura e de energia de impacto com a adição das fibras de sisal na matriz de polipropileno. As análises térmicas mostraram ligações secundárias, como as ligações polares, entre as fibras e a matriz, concordando com o comportamento mecânico dos compósitos. Constatou-se que a temperatura de transição vítrea não variou após a adição da fibra.

Free-standing urethane/urea elastomer films undoped and doped with ferro-nano-particles

We report on an experimental study of the structures presented by urethane/urea elastomeric films without and with ferromagnetic nanoparticles incorporated. The study is made by using the X-ray diffraction, nuclear magnetic resonance (NMR), optical, atomic and magnetic force (MFM) microscopy techniques, and mechanical assays. The structure of the elastomeric matrix is characterized by a distance of 0.46 nm between neighboring molecular segments, almost independent on the stretching applied. The shear casting performed in order to obtain the elastomeric films tends to orient the molecules parallel to the flow direction thus introducing anisotropy in the molecular network which is reflected on the values obtained for the orientational order parameter and its increase for the stretched films. In the case of nanoparticles-doped samples, the structure remains nearly unchanged although the local order parameter is clearly larger for the undoped films. NMR experiments evidence modifications in the molecular network local ordering. Micrometer size clusters were observed by MFM for even small concentration of magnetic particles.

Novel nano-organisms from Australian sandstones

We report the detection of living colonies of nano-organisms (nanobes) on Triassic and Jurassic sandstones and other substrates. Nanobes have cellular structures that are strikingly similar in morphology to Actinomycetes and fungi (spores, filaments, and fruiting bodies) with the exception that they are up to 10 times smaller in diameter (20 nm to 1.0 mu m). Nanobes are noncrystalline structures that are composed of C, O, and N. Ultra thin sections of nanobes show the existence of an outer layer or membrane that may represent a cell wall. This outer layer surrounds an electron dense region interpreted to be the cytoplasm and a less electron dense central region that may represent a nuclear area. Nanobes show a positive reaction to three DNA stains, [4',6-diamidino-2 phenylindole (DAPI), Acridine Orange, and Feulgen], which strongly suggests that nanobes contain DNA. Nanobes are communicable and grow in aerobic conditions at atmospheric pressure and ambient temperatures. While morphologically distinct, nanobes are in the same size range as the controversial fossil nannobacteria described by others in various rock types and in the Martian meteorite ALH84001.

Characterization of Adherent Umbilical Cord Blood Stromal Cells Regarding Passage, Cell Number, and Nano-biomarking Utilization

Adherent umbilical cord blood stromal cells (AUCBSCs) are multipotent cells with differentiation capacities. Therefore, these cells have been investigated for their potential in cell-based therapies. Quantum Dots (QDs) are an alternative to organic dyes and fluorescent proteins because of their long-term photostability. In this study we determined the effects of the cell passage on AUCBSCs morphology, phenotype, and differentiation potential. QDs labeled AUCBSCs in the fourth cell passage were differentiated in the three mesodermal lineages and were evaluated using cytochemical methods and transmission electron microscopy (TEM). Gene and protein expression of the AUCBSCs immunophenotypic markers were also evaluated in the labeled cells by real-time quantitative PCR and flow cytometry. In this study we were able to define the best cellular passage to work with AUCBSCs and we also demonstrated that the use of fluorescent QDs can be an efficient nano-biotechnological tool in differentiation studies because labeled cells do not have their characteristics compromised.

Gas permeation in silicon-oxide/polymer (SiOx/PET) barrier films: role of the oxide lattice, nano-defects and macro-defects

We propose a model for permeation in oxide coated gas barrier films. The model accounts for diffusion through the amorphous oxide lattice, nano-defects within the lattice, and macro-defects. The presence of nano-defects indicate the oxide layer is more similar to a nano-porous solid (such as zeolite) than silica glass with respect to permeation properties. This explains why the permeability of oxide coated polymers is much greater, and the activation energy of permeation much lower, than values expected for polymers coated with glass. We have used the model to interpret permeability and activation energies measured for the inert gases (He, Ne and Ar) in evaporated SiOx films of varying thickness (13-70 nm) coated on a polymer substrate. Atomic force and scanning electron microscopy were used to study the structure of the oxide layer. Although no defects could be detected by microscopy, the permeation data indicate that macro-defects (>1 nm), nano-defects (0.3-0.4 nm) and the lattice interstices (<0.3 nm) all contribute to the total permeation. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Influence of nano-structure on electrolytic properties in CeO2 based system

Doped ceria (CeO2) compounds are fluorite type oxides that show oxygen ionic conductivity higher than yttria stabilized zirconia, in oxidizing atmosphere. In order to improve the conductivity, the effective index was suggested to maximize the oxygen ionic conductivity in doped CeO2 based oxides. In addition, the true microstructure of doped CeO2 was observed at atomic scale for conclusion of conduction mechanism. Doped CeO2 had small domains (10-50 nm) with ordered structure in a grain. It is found that the electrolytic properties strongly depended on the nano-structural feature at atomic scale in doped CeO2 electrolyte.

Análise numérica de freqüência natural de materiais compósitos híbridos com memória de forma

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2007.

Carbon Nanofiber Type and Content Dependence of the Physical Properties of Carbon Nanofiber Reinforced Polypropylene Composites

The variation of the physical properties of four differ- ent carbon nanofibers (CNFs), based-polymer nano- composites incorporated in the same polypropylene (PP) matrix by twin-screw extrusion process was investigated. Nanocomposites fabricated with CNFs with highly graphitic outer layer revealed electrical isolation-to-conducting behaviors as function of CNF’s content. Nanocomposites fabricated with CNFs with an outer layer consisting on a disordered pyro- litically stripped layer, in contrast, revealed better mechanical performance and enhanced thermal sta- bility. Further, CNF’s incorporation into the polymer increased the thermal stability and the degree of crystallinity of the polymer, independently on the filler content and type. In addition, dispersion of the CNFs’ clusters in PP was analyzed by transmitted light opti- cal microscopy, and grayscale analysis (GSA). The results showed a correlation between the filler concentration and the variance, a parameter which measures quantitatively the dispersion, for all composites. This method indicated a value of 1.4 vol% above which large clusters of CNFs cannot be dispersed effectively and as a consequence only slight changes in mechanical performance are observed. Finally, this study establishes that for tailoring the physical properties of CNF based-polymer nanocomposites, both adequate CNFs structure and content have to be chosen.

Análise estática e dinâmica de painéis corrugados construídos em materiais compósitos

Os painéis corrugados têm cada vez maior aplicabilidade em engenharia. São frequentemente utilizados em estruturas sandwich, em telhados e têm muitas outras aplicações nas indústrias civil, mecânica, aeronáutica e naval. Esta crescente aplicação deve-se ao facto de as suas corrugações conferirem maior rigidez ao painel devido ao aumento do rácio resistência/peso, evitando-se assim o recurso a reforços estruturais. Este facto, associado às características dos materiais compósitos laminados, que comparativamente com os materiais “tradicionais”, evidenciam uma relação rigidez/peso, bem como um comportamento mecânico; no mesmo sentido, contribui para uma potencial utilização deste tipo de solução, em variadíssimas situações na área das engenharias. Este tipo de painéis é particularmente adequado em situações de carga em que se verificam esforços de compressão e torção. Com o presente trabalho, pretende-se efectuar um estudo de análise do comportamento mecânico, quer em termos de análise estática linear, quer de vibrações livres de um painel corrugado em material compósito, sendo analisadas várias variáveis, nomeadamente: o tipo de material, a geometria da corrugação, a sequência de empilhamento das camadas de fibra, entre outras. Para este efeito, e após o enquadramento do tipo de problema que se possui, é utilizado o software comercial de análise por elementos finitos, Ansys®.

Estudo das tensões interlaminares e rotura de elementos curvos em materiais compósitos

Este trabalho aborda o comportamento mecânico de elementos curvos em materiais compósitos aquando sujeitos a forças e momentos nas extremidades. Os modos de falha mais comuns são estudados em detalhe: falha transversal na matriz devido a tensões de flexão (tensões circunferenciais), ou falha por delaminagem devido as tensões interlaminares de tracção verificadas ao longo da espessura na região curva (tensões radiais). Inicialmente, faz-se uma abordagem sobre a influência de Z-Pins na resistência interlaminar, uma abordagem sobre os efeitos de bordo, e sobre tensões interlaminares com base em teorias Layerwise de ordem superior. Salienta-se, ainda, a importância do estudo feito com o World-Wide Failure Exercise (WWFE) (Hinton et al. 2004) na comunidade científica relacionada com o tema dos materiais compósitos. O presente trabalho, é essencialmente dividido em duas partes: modelos analíticos e modelos numéricos. São estudados provetes curvos, em forma de C (semicircular), geometria analisada por Ko e Jackson (1989); e em forma de L (cantoneira de abas iguais), analisados por Sun e Kelly (1988). Começa-se por fazer uma análise teórica, através da Teoria Multicamada, ao trabalho Ko e Jackson, autores da mesma. Analisou-se também, através desta teoria, a parte em quarto de círculo da viga estudada por Sun e Kelly. Após ter a solução analítica bem compreendida, essa teoria é aplicada ao principal estudo deste trabalho, um provete semicircular, usando os empilhamentos de Sun e Kelly. É ainda estudado, e aplicado a este último, o critério de falha em três dimensões (3D) proposto por Hashin (1980). Na segunda parte, é feita uma validação numérica dos três casos anteriores, com recurso ao software comercial de elementos finitos (EF), ANSYS. Estes estudos de EF têm a diferença, relativamente aos originais, de serem em 3D, podendo assim ser retiradas todas as tensões necessárias para se aplicar o critério de falha. No final, é feita uma comparação geral entre os resultados analíticos e numéricos.

Análise estática de vigas em materiais compósitos usando computação simbólica

Na presente dissertação estuda-se o comportamento mecânico em vigas construídas em materiais compósitos, abordando diferentes teorias de base. Foram desenvolvidos dois elementos Lagrangeanos de viga-barra, baseados na teoria ao corte de primeira ordem e na teoria ao corte de ordem superior, quadráticos e cúbicos, respectivamente. Os modelos foram implementados na aplicação de computação simbólica MAPLE e comparados com soluções alternativas. Foram realizados estudos em análise estática linear e nesse contexto foi estudada a influência da variação dos ângulos de orientação das fibras e do número de camadas de empilhamento do laminado. Foi iniciado um estudo sobre o comportamento de materiais FGM.