▼ 

Fluids prepared with water, polyacrylamide (PAM) and carbon nanotubes (CNT) were studied viscosity and light scattering measurements. A previous characterization of PAM and CNT materials was also carried out. The carbon nanotube has a multi-walled structure, functionalized with 5% mass of acidic groups (MWCNT-COOH). Moreover, the CNT sample presents high purity (>95%), and diameter ranging from 5 to 10 nm. The polyacrylamides were characterized by NMR, CHN, TG, DSC, DLS1 and viscosity. Two fluid systems were investigated, one of them using commercial and the other one synthesized PAM. The difference between these two systems is the PAM characteristics. A commercial PAM, which is a copolymer of polyacrylamide containing 1 % acrylic acid (CPAM) and wM= 3.84 x 106 g.mol-1, was used at the concentration of 3 g.L-1 to produce the first set of fluids. The synthetic polyacrylamide (SPAM), Mw = 2.97 x 104 g.mol-1, was used to prepare dispersions in a concentration of 50 g.L-1. In both systems, the concentration of carbon nanotubes ranging from 0 to 1 % m/m (CNT/PAM). A decrease in the viscosity and an increase in the diffusion coefficient were observed for both fluids, as a function of CNT concentration . This can be explained by the reduction of the sizes of the polymeric coil (decrease in gyration radius) with increasing concentration of CNT. The results obtained from viscosity and light scattering showed a change of behavior at 0.2 m/m % of CNT for both systems, with different PAM. An abrupt decrease of viscosity and increase in diffusion coefficient was observed around this concentration. This may be consequence of the carbon nanotubes connecting polymeric coils, leading to group behavior in the diluted polymer concentration regime

Nesse trabalho foi realizado um estudo de fluidos preparados com água, poliacrilamida (PAM) e nanotubos de carbono (NTC) através de medidas de viscosidade e espalhamento de luz. Um estudo prévio de caracterização de ambos os materiais também foi realizado. O nanotubo de carbono utilizado possui paredes múltiplas e é funcionalizado com grupos ácidos (MWCNT-COOH). O NTC foi caracterizado quanto às suas propriedades térmicas e morfológicas, e apresentou uma alta pureza, um diâmetro que varia de 5 a 10 nm e aproximadamente 5% de funcionalização. As poliacrilamidas foram caracterizadas através de RMN, CHN, TG, DSC, espalhamento de luz e viscosidade. Dois sistemas fluidos foram investigados, um comercial e outro sintetizado. A diferença entre esses dois sistemas está na PAM utilizada. No preparo do sistema comercial contendo uma concentração fixa de 3 g.L-1 de PAM, utilizou-se uma PAM comercial que é um copolímero de poliacrilamida e 1% de ácido acrílico (CPAM) de massa molecular 3,84 x 106 g.mol-1. Já no sistema sintetizado,tr a concentração estudada foi de 50 g.L-1 da poliacrilamida sintetizada (SPAM) de massa molecular 2,97 x 104 g.mol-1. Ambos os sistemas foram preparados com quantidades de nanotubos variando de 0 a 1% m/m (NTC/PAM). Para ambos os sistemas observou-se uma diminuição da…

Advisors/Committee Members: Glaura Goulart Silva, Glaura Goulart Silva, Maria Elisa Scarpelli R e Silva, Fabiano Vargas Pereira.

▼ Nesta tese de doutorado, nanocristais de celulose (NCCs), preparados a partir de polpa de eucalipto, foram utilizados como material de reforço em bionanocompósitos poliméricos com o biopolímero quitosana e na preparação de nanoestruturas de carbono, através de pirólise controlada. As nanoestruturas de carbono obtidas foram usadas para modificar a superfície de vermiculita expandida (VE). Os NCCs foram obtidos por meio da hidrólise da polpa de eucalipto com H2SO4 e caracterizados com diferentes técnicas incluindo MET, DRX, FT-IR e titulação potenciométrica. Os NCCs obtidos apresentaram em média 145+-25 nm de comprimento e 6+-1,5 nm de diâmetro e uma superfície negativamente carregada, com 141mmol.Kg-1 de grupos funcionais ácidos na superfície dos nanocristais.Para preparação dos bionanocompósitos de quitosana com NCCs foram utilizadas três diferentes estratégias. Primeiro, os bionanocompósitos de quitosana com NCCs foram preparados utilizando o método de evaporação do solvente. O efeito da incorporação dos NCCs nas propriedades mecânicas, térmicas e de capacidade de absorção de água dos filmes dos nanocompósitos com diferentes concentrações de NCCs foram avaliados. Foi verificado que os NCCs encontram-se uniformemente dispersos na matriz interagindo fortemente com as cadeias poliméricas da quitosana. Essas interações fortes resultaram em melhorias de até 160% no módulo de elasticidade, 115% na resistência a tração e numa diminuição significativa da capacidade de absorção de água do biopolímero. Nos bionanocompósitos obtidos através da ligação química entre os NCCs e a quitosana foram observadas propriedades mecânicas semelhantes às observadas para os materiais preparados com NCCs não funcionalizados. No entanto, neste compósito, a diminuição da capacidade de absorção de água foi consideravelmente maior que a observada no material obtido pela simples incorporação de NCCs no biopolímero. A técnica de deposição camada por camada foi também utilizada para preparação de filmes finos de bionanocompósitos QT/NCCs. Verificou-se, com a espectroscopia UV-Vis, um crescimento linear dos filmes com os ciclos de imersão, e, em cada ciclo mediu-se uma deposição de 14,7 mg.m-2 de quitosana. Essa massa de quitosana depositada, mais a camada de NCC formaram uma bicamada (QT+NCC) de 7 nm de espessura. Além disso, imagens obtidas com MEV mostraram que a superfície dos filmes apresentam uma morfologia porosa tipo ¿espaguete¿ sendo caracterizada, por microscopia de força atômica (MFA), como relativamente suave com um valor de rugosidade médio menor que 11 nm para um filme de 20 bicamadas. Os NCCs foram também utilizados na preparação de nanoestruturas de carbono por meio de pirólise em diferentes temperaturas. Foi verificado que as diferentes temperaturas de pirólise modificam profundamente as características do carbono obtido. Com a pirólise a 300ºC tem-se uma carbonização incompleta, entretanto foi possível identificar através da MET-AR a presença de estruturas tubulares com ordenamento grafítico. Com o aumento da temperatura de pirólise… Advisors/Committee Members: Claudio Luis Donnici, Fabiano Vargas Pereira, Claudio Luis Donnici, Fabiano Vargas Pereira, Denise Freitas Siqueira Petri, Mercês Coelho da Silva, Luiz Carlos Alves de Oliveira, Rodrigo Lassarote Laval.

▼ 

Compósitos di-fásicos contendo óxidos dos tipos perovskita e espinélio têm sido estudados devido à coexistência de propriedades elétricas, magnéticas e magnetoelétricas em um mesmo material. Do ponto de vista tecnológico, esses compósitos são promissores para aplicações em dispositivos multifuncionais, transdutores e novos meios de memória. Tradicionalmente, compósitos perovskita-espinélio têm sido preparados por método de mistura física. Neste trabalho, compósitos BaTiO3-CoFe2O4 (1,3:1,0 p/p) foram preparados por método de mistura e por dispersão da fase magnética em um gel obtido por método sol-gel. As fases simples BaTiO3 (perovskita) e CoFe2O4 (espinélio) também foram preparadas. O método de dispersão resultou em um compósito com micro-estrutura melhorada em relação ao método de mistura, caracterizada por uma maior homogeneidade, menor tamanho e distribuição mais homogênea de grão. A morfologia dos grãos de CoFe2O4 também foi afetada, tornando-se mais regular, pela inserção no gel. A condução elétrica dos compósitos, à temperatura ambiente, diminuiu duas ordens de grandeza em comparação com a fase simples BaTiO3, na faixa 103-106 Hz. Apesar disso, os compósitos apresentaram maior condução elétrica acima de 150 °C, devido à ativação térmica do mecanismo de hopping da estrutura CoFe2O4. Uma transição ferroelétrica bem definida, em 126 °C, foi observada por espectroscopia de impedância na amostra simples de BaTiO3. Nas amostras de compósitos, o comportamento ferroelétrico da estrutura perovskita não foi observado. A redução do caráter ferroelétrico dos compósitos foi justificada por uma combinação dos fatores razão Ba/Ti sub-estequiométrica e alto stress na interface BaTiO3-CoFe2O4. A magnetometria (SQUID) dos compósitos indicou magnetização de saturação e campo coercivo iguais a 66-68 emu/g e 300-490 Oe. Esses valores são próximos aos reportados na literatura (Ms=40-78 emu/g; Hc=200-830 Oe)

Di-phase composites containing perovskite and spinel oxides have been studied due to the coexistence of electrical, magnetic and magnetoelectric properties in the same structure. From the technological point of view, these composites are promising as component of multifunctional devices, transducers and new memory devices. Composites with perovskite and spinel phases have been traditionally prepared by physical mixture method. In this work, BaTiO3-CoFe2O4 composites (1.3:1.0 w/w) were prepared by physical mixture and by dispersing of the magnetic phase in a wet gel obtained by sol-gel process. The single phases BaTiO3 (perovskite) and CoFe2O4 (spinel) were also prepared. The dispersion method resulted in composites with improved microstructure, evidenced by a higher homogeneity, lower grain size and homogeneous grain size distribution. The morphology of CoFe2O4 grains was also affected by inserting in the sol-gel matrix, becoming more regular. The electrical conduction of the composites, at room temperature, decreased two hundred times in comparison with the single-phase BaTiO3, in the range 103-106 Hz. In spite of this, the…

Advisors/Committee Members: Nelcy Della Santina Mohallem, Juliana Batista da Silva, Nelcy Della Santina Mohallem, Juliana Batista da Silva, Anderson Dias, Marco Antônio Schiavon, Nelson Gonçalves Fernandes, Fabiano Vargas Pereira.

▼ 

Neste trabalho foi realizado um estudo das propriedades físico-químicas de filmes finos e materiais particulados de TiO2 e Ag/TiO2 obtidos pelo processo sol-gel a partir de soluções alcoólicas contendo isopropóxido de titânio (IV) como precursor do TiO2 e AgNO3 como precursor da prata metálica. Adicionalmente, luz ultravioleta (UV-C / 254 nm) foi utilizada para promover a redução dos íons Ag+ no sol formado. Os filmes foram confecionados pelo método dip-coating e o tratamento térmico empregado gerou modificações estruturais, morfológicas e texturais nos filmes finos que se mostraram dependentes de fatores como o tipo de substrato, taxa de resfriamento e concentração da prata utilizada. Estas modificações foram estudadas com o auxílio de técnicas de microscopia de alta resolução que forneceram informações sobre a cristalinidade, tamanho e forma das nanopartículas de TiO2 e Ag, além de possibilitarem o acompanhamento do processo de crescimento e segregação das nanopartículas de Ag na matriz de TiO2. Transições de fase cristalina insitu ocorreram quando filmes finos de Ag/TiO2 amorfos foram bombardeados por um feixe de elétrons com tensão de 200 kV durante as medidas de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM). Nanoindentações realizadas nos filmes finos forneceram importantes informações mecânicas como o módulo de Young e a dureza que variaram quando se comparou filmes de TiO2 e Ag/TiO2 tratados termicamente na mesma temperatura. A técnica de elipsometria espectroscópica se mostrou útil na avaliação das propriedades ópticas como índice de refração, coeficiente de extinção, rugosidade e espessura óptica dos filmes estudados. Foi também possível estudar a variação do valor da banda de energia proibida do TiO2 com a inserção de nanopartículas de prata, parâmetro este fundamental no direcionamento da aplicabilidade tecnológica dos filmes produzidos. Os filmes finos de TiO2 e Ag/TiO2 foram testados quanto às suas propriedades hidrofóbico/hidrofílicas, bactericidas e anticorrosivas. As soluções precursoras de filmes após processo de gelificação e tratamento térmico geraram materiais particulados de TiO2 puro e de TiO2 com nano e microcristais de prata na superfície. Estes materiais foram caracterizados utilizando diversas técnicas que possibilitaram avaliar a evolução textural, estrutural e morfológica com a temperatura. A morfologia dos cristais de Ag foi moldada pela rede porosa da matriz de TiO2 e se apresentaram em diversas formas cristalográficas. As amostras de TiO2 e Ag/TiO2 particuladas foram testadas quanto à suas atividades fotocatalíticas e as amostras de TiO2 quanto à capacidade de absorção de ultravioleta.

In this work, a study of physical-chemistry properties of materials consisting of TiO2 and Ag/TiO2 produced by sol-gel method was accomplished. Thin films and particulate materials were prepared from alcoholic solutions containing titanium isopropoxide (IV) as precursor for TiO2 and AgNO3 for metallic silver. Additionally, ultraviolet light (UV-C / 254 nm) was used to promote the…

Advisors/Committee Members: Nelcy Della Santina Mohallem, Karla Balzuweit, Nelcy Della Santina Mohallem, Karla Balzuweit, Marco Antônio Schiavon, Sidney Nicodemos da Silva, Arilza de Oliveira Porto, Fabiano Vargas Pereira.