Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis
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Navegando Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis por Orientador "Massi, Marcos"
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- DissertaçãoAvaliação tribológica de filmes de TiN dopados com cobre 4. depositados pela técnica magnetron sputteringPereira, Felipe Muniz do Amaral (2023-02-16)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Revestimentos superduros vêm sendo estudados há algum tempo, e entre os quais os filmes finos de TiN têm recebido especial atenção por apresentarem características mecânicas aprimoradas e ao mesmo tempo serem economicamente viáveis. Estudos apontam que, ao serem dopados com outros elementos, como o Cu, Ag, Au, Ni, Si e B, tais revestimentos apresentam a formação de um nanocompósito que pode ocasionar a modificação de suas características. Assim, neste trabalho, uma série de filmes finos de TiN foram depositados sobre aço 4340 pela técnica magnetron sputtering, variando a polarização do substrato entre +30 e -30 V. Foram produzidas amostras com e sem a incorporação de cobre em sua composição No processo de deposição foi usado um alvo de Ti (com pureza de 99,99%) e, simultaneamente, um alvo de Cu (com 99,99% de pureza). Além dos processos químicos de limpeza, as amostras foram submetidas ao processo conhecido como plasma etching, para a remoção de óxidos na superfície e imediatamente antes de se iniciar o processo de deposição. O alvo de Ti foi acoplado a uma fonte RF enquanto o alvo de Cu a uma fonte DC, as potências utilizadas foram de 70W e 3W, respectivamente. Como gases de trabalho foram utilizados o Ar (99,999% de pureza) e o N2 (99,999% de pureza) e a pressão total das deposições foi de 7,0 mTorr em média, com tempo total de deposição de 90 minutos para cada amostra. Os resultados indicam que quando uma estrutura cristalina de cobre está ligada ao nitreto de titânio há um aumento das características mecânicas do filme depositado. - DissertaçãoEfeito da sílica coloidal nas propriedades mecânicas e microestrutura de argamassas de cimentoMorais, Pedro Guilherme Gomes de (2021-06-25)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A crescente demanda por novos produtos e a escassez dos recursos naturais, incentivam a investigação de materiais mais eficientes que possam oferecer novas e melhores propriedades. O uso de várias partículas sintetizadas por processos químicos se tomou, na última década, um dos métodos mais populares de criação de inovadores compostos de cimento. A incorporação de partículas sintetizadas pela abordagem bottom-up apresenta-se como uma viável alternativa que pode alterar a hidratação e a evolução da microestrutura de materiais a base de cimento, assim como melhorar a sua durabilidade devido ao empacotamento das partículas, promovendo um refinamento dos poros. O presente trabalho teve como objetivo investigar um método simples e econômico para obtenção de partículas de sílica a serem incorporadas em argamassas de cimento e avaliada sua influência em relação as suas propriedades fisico-químicas e mecânicas. As partículas coloidais de sílica (sílica gel) foram produzidas a partir de metasilicato de sódio pelo método de precipitação sol-gel com escalas micro e submicrométricas e caracterizadas por análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espetroscopia no infravermelho (FTIR). Além disso, ao efeito da dispersão das partículas na presença de um tensoativo não iônico e por ultrasonicacão foram estudadas através do potencial zeta e distribuição de tamanho. Nas argamassas estudadas foram realizados ensaios de trabalhabilidade no estado fresco e de resistência à compressão axial no estado endurecido. Os resultados mostram que as partículas de sílica modificaram a resistência à compressão axial das argamassas de cimento até a idade de 28 dias, consequentemente por tomar a estrutura mais densa. As argamassas com substituição de 1% e 2% de sílica gel por massa de cimento aos 1, 3, 7 e 28 dias gel apresentaram proeminentes modificações em comparação à argamassa de referência e incorporada com 10% de sílica ativa. O maior acréscimo aos 28 dias, foi de 85,65% para o teor de 1%, e acréscimo a 1 dia de 80,34% para teor de 2%. - DissertaçãoEstudo da dopagem de GO em TiO2 para aplicação em células solares de terceira geraçãoRodrigues, Matheus Freitas (2020-02-17)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A energia elétrica é fundamental para a vida cotidiana do homem moderno e está presente em muitas atividades realizadas no dia a dia. Uma das técnicas que o homem desenvolveu para converter a energia proveniente do Sol em energia elétrica consiste nas chamadas células solares fotovoltaicas. A energia solar representa uma fonte renovável por conta de a constante emissão da radiação solar atuar como um recurso inesgotável, além de ser também considerada uma fonte de energia limpa, visto que seu funcionamento não implica na emissão de produtos poluentes. O Brasil apresenta grande potencial para investir em um plano de energia solar devido a sua extensão e localização nas proximidades da linha do Equador. Nos últimos anos, o custo da energia solar diminuiu cerca de 50% nos últimos anos e 70% na última década, devido às inovações tecnológicas alcançadas no setor. O presente trabalho tem o objetivo de avaliar o efeito da mistura com nanocompósitos a base do óxido de grafeno (GO) ao material semicondutor presente em uma célula solar (TiO2). O GO foi obtido pelo método de Hummers modificado e convertido em óxido de grafeno reduzido (r-GO) por meio de tratamentos térmicos realizados em diferentes temperaturas, 100°C e 200°C, com as cargas de 1%, 2% e 3% em peso de material. Tanto o material isolado, quanto a mistura foram caracterizados por meio de difração de raios X (DRX) e por espectroscopia de infravermelho. Os principais resultados mostram que a conversão do GO em r-GO aconteceu melhor a uma temperatura de 200°C e com concentração de 3% em peso de GO misturado à pasta de TiO2, por conta de uma melhor remoção dos grupos oxigenados formados junto com o GO obtido sem que houvesse a degradação da pasta por causa da concentração de GO. A conversão do GO para o r-GO é muito importante pois o último apresenta melhores propriedades fotovoltaicas em relação ao primeiro, permitindo que alcance os objetivos propostos no presente trabalho. - DissertaçãoFolhas de grafite ativadas por plasma de oxigênio para aplicações eletroquímicasGutierrez, Mônica (2022-02-18)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
É crescente a busca por materiais que combinem facilidade de automação, baixo custo, processos de produção com pouco ou nenhum resíduo ao meio ambiente e que solucionem problemas como, por exemplo, a otimização de sistemas de sensoriamento. Para isso, materiais de carbono como o grafite ganham destaque devido à sua abundância e características singulares em aplicações eletroquímicas. Quando sua superfície é modificada por meio de plasma, suas propriedades são aprimoradas, podendo se tornar mais hidrofílicos e com maior área superficial. Nesta dissertação, quatro folhas de grafite comercial foram ativadas por plasma de oxigênio em um reator a plasma do tipo reactive ion etching utilizando uma fonte de rádio frequência, onde duas destas amostras, referidas como Exp1 e Exp2, foram tratadas com cátodo oco, que intensifica o bombardeamento de íons tornando o plasma mais denso, e outras duas amostras, identificadas por Exp3 e Exp4, foram tratadas sem este cátodo. Uma amostra de grafite limpo foi reservada com o propósito de ser a referência dos estudos. A caracterização das folhas de grafite por microscopia eletrônica de varredura indicou que o grafite referência possui uma superfície mais lisa e com pouca irregularidade, enquanto as amostras ativadas por plasma apresentaram defeitos e escamações das camadas. A espectroscopia Raman corroborou com os resultados anteriores, revelando bandas características de defeitos, D e D’, nas amostras modificadas enquanto no grafite referência essas bandas não surgiram. Pela análise por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X foi possível identificar a inserção de grupamentos oxigenados em todas as amostras tratadas por plasma, tendo Exp3 e Exp4 as maiores proporções de oxigênio. A caracterização por ângulo de contato revelou que todas as amostras modificadas se tornaram muito mais hidrofílicas. As análises eletroquímicas em par redox [Fe(CN)6] 3-/4- revelaram um aumento de área eletroativa, onde Exp1 teve um aumento de 2,9, Exp2 de 2,3, Exp 3 de 2,4 e Exp4 de 2,5 vezes, em relação ao grafite referência. As correntes de pico das amostras modificadas por plasma apresentaram aumento significativo, tendo a amostra Exp1 o dobro da corrente da amostra referência. Os estudos de capacitância apresentaram bons resultados, onde Exp1 e Exp2 tiveram uma capacitância específica aproximadamente 2,5 vezes maior do que o grafite referência, indicando uma potencialidade no armazenamento de carga para as amostras modificadas. Nas análises para aplicação em sensores, os testes com ácido ascórbico e com dopamina apresentaram linearidade e aumento de sinal corrente, com resultados de limites de detecção de 6,4 µmol L-1 e 0,24 µmol L-1 , respectivamente, indicando que as folhas de grafite modificadas por plasma de oxigênio são promissoras em aplicações eletroquímicas. - DissertaçãoModificação da superfície do aço AISI 4140 pela nitretação por plasmaMonção, Francisco das Chagas (2019-02-04)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Currently, the plasma nitriding process is presented as an excellent alternative for thermochemical treatment to meet the growing demand of industries of various segments for surface treatments in machine parts, made of low alloy steels that promote the hardening of surfaces of these parts with significant improvements in their wear resistance, preserving the core tenacity of the material and ensuring a good life performance in fatigue. Compared to most treatments available on the market, plasma nitriding provides hardening of the surface of low alloy steels in a short time, ensuring the above mentioned properties without undesirable phase change effects of the material structure during the treatment. In this context, the present work aims to study and present the results for practical applications of plasma nitriding of AISI 4140 steel that is widely used in several industrial segments. The samples were submitted to plasma nitriding with gas mixture in the proportion of 25% vol.N2: 75% vol.H2 for 3 hours and at three temperature ranges: 500 ° C, 550 ° C and 600 ° C. After the treatment, characterization tests were performed by optical microscopy, scanning electron microscopy and X- ray diffraction with the aim of verifying the microstructure, the morphology, the thickness of the nitrided layer named as compound layer also known as “white layer" and the phases. Were also carried out tests with atomic force microscopy to verify the topography of the nitrided surface as well as the morphology of the nitride layers. The results show an increase in the surface roughness of the samples, caused by the sputtering process in argon and nitrogen plasma. Measurements of surface microhardness after nitriding showed values between 649 and 759HV0.05, significantly higher than those obtained before treatment between 280 and 300HV1. Finally, the microhardness profile was measured to determine the total depth of the nitrided layers. As a result, a depth varying between 256 and 358μm was obtained, according to the nitriding temperature level.