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- TeseAplicação da tecnologia de plasma na rede de logística reversa de rejeitos radioativosGonçalves, Max Filipe Silva (2021-04-14)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
For the conservation of the environment, it is necessary to provide efficient alternatives for the disposal of solid waste and, mainly, for radioactive waste that can cause serious damage to the environment and society. Considering technical options for waste disposal, thermal plasma technology presents itself as an efficient possibility for disposal of radioactive waste. Therefore, this work aims to employ plasma technology for the proper disposal of radioactive waste, evaluating its impact on the reverse logistics network for this waste. This work includes the evaluation of the mass alteration of the materials processed in the plasma system by transferred arc, evaluation of the chemical properties of the process outputs, identification of the parameters optimized for the operation of the plasma system for disposal of the studied waste and evaluation of the effectiveness of implantation of the plasma treatment in the reverse logistics network. In addition to being supported by legislation, the reverse logistics structure is necessary to ensure environmentally correct disposal. Experiments were carried out with samples composed of various elements and isotopes such as Pb, Cs, I and Co, and after incineration, the slag from the process, and filters used in the gas outlet, were subjected to mass and SEM/EDS characterizations. Scenarios that simulated the allocation of the plasma reactor in the reverse logistics chain were also simulated considering the result of the mass reduction and it was found that it is feasible to allocate it in the sorting site and the logistical cost is high. With this work, it was possible to conclude before the established parameters, that the use of this technology is technically feasible, since there was a mass reduction of more than 50% of the samples used and the study also allowed the understanding of the behavior of the isotopes. It is recommended to advance in future studies addressing samples with different compositions, using other isotopes and new experimental conditions, seeking to know the behavior of the isotopes through other characterizations. It is also suggested to evaluate the energy efficiency of the system, studying whether there is effectiveness in the use of plasma technology given its energy consumption. - TeseAvaliação de métodos de mistura na obtenção de compósitos à base de cobre reforçado com óxido de grafenoSouza, Caique Movio Pereira de (2025-02-11)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O grafeno e o óxido de grafeno tem se destacado promissores materiais de reforço para compósitos de matriz metálica devido às suas excepcionais propriedades mecânicas, ampla área superficial e elevada estabilidade química e térmica. No entanto, a obtenção de uma dispersão homogênea desses materiais em matrizes metálicas, como o cobre, ainda representa um desafio significativo. Isso se deve principalmente à baixa molhabilidade do grafeno e do óxido de grafeno na matriz metálica e à diferença de densidade entre os materiais, o que favorece a formação de aglomerados, comprometendo a eficiência do reforço. O presente trabalho teve como objetivo avaliar diferentes métodos de mistura para a produção de compósitos de matriz de cobre reforçados com óxido de grafeno, empregando a técnica de metalurgia do pó. Foram investigados quatro métodos de dispersão do reforço: agitação mecânica, ultrassom, rotoevaporação e a combinação de ultrassom com agitação mecânica. Esses métodos foram avaliados quanto à sua capacidade de promover a dispersão homogênea do óxido de grafeno e sua influência nas propriedades do material. Os resultados demonstraram que a combinação do ultrassom com a agitação mecânica, utilizando acetona como meio líquido, foi o método mais eficiente para a produção dos compósitos, apresentando o melhor equilíbrio entre condutividade elétrica, resistência mecânica e distribuição homogênea do reforço, além de reduzir a formação de aglomerados. Essa abordagem resultou em um aumento significativo na microdureza Vickers, que atingiu 78,2 HV, representando um incremento de 31,8% em relação ao cobre puro, sem comprometer de forma relevante a condutividade elétrica do material, que apresentou uma redução de 16% IACS. Os resultados deste estudo são inovadores ao comparar diferentes técnicas de mistura, fornecendo metodologias para otimizar a dispersão do óxido de grafeno em compósitos de matriz metálica. Além disso, os parâmetros de processamento estabelecidos contribuem para o avanço da fabricação de compósitos de cobre reforçados com nanomateriais, estabelecendo parâmetros otimizados para o processamento e aprimorando a dispersão do reforço na matriz metálica. - TeseAvaliação do uso de substratos à base de grafeno na produção de células solares de terceira geração sensibilizadas por coranteOliveira, Andressa de Aguiar (2022-04-18)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O aprimoramento técnico e o avanço nos conhecimentos sobre a geração de energia elétrica por células solares sensibilizadas com corante (do inglês, dye sensitized solar cells ou DSSC) é uma tarefa fundamental para atender às demandas regulares e crescentes de energia. Neste sentido, dispositivos promissores de conversão da luz solar em energia elétrica com alta densidade, elevadas taxas de carga/descarga e alto desempenho ao longo do ciclo de vida, têm recebido forte atenção da comunidade técnico-científica visando desenvolver dispositivos inovadores, de baixo custo e escalável técnico, econômico e comercialmente. O grafeno é um nanomaterial 2D da família do carbono que vem revolucionando a ciência dos materiais devido suas propriedades elétricas, mecânicas e ópticas, comprovando ser um ótimo material para ser usado em dispositivos de conversão de energia e aplicações de armazenamento, como, por exemplo, células de combustível, células solares e supercapacitores. Atentos a estas propriedades e características aditivas de performance e aplicabilidade, nos últimos anos, diversos cientistas e pesquisadores avaliaram a utilização do grafeno e seus derivados, compostos feitos de nanopartículas de óxidos/hidróxidos de metais de transição e polímeros condutores e não condutores, como eletrodos para aumentar a capacitância de vários tipos de células solares. Neste trabalho estudou-se o desenvolvimento de nanocompósitos à base de dióxido de titânio, grafeno e óxido de grafeno (G/TiO2 e GO/TiO2) para a produção de células solares de terceira geração sensibilizadas por corante. Os materiais foram adquiridos e/ou obtidos e posteriormente avaliados separadamente. A análise de resistência elétrica dos compósitos constatou que o grafeno era mais indicado para continuação dos estudos por apresentar resistência de folha menor. O nanocompósito à base de G/TiO2 passou por tratamento térmico e análises mais elaboradas, permitindo associar as diferentes características e propriedades a fim de observar o desempenho fotocatalítico do nanomaterial. Os resultados apresentados para o grafeno comercial são inéditos no que diz respeito à largura do band gap: menor band gap se comparado com outras DSSC à base de TiO2 relatadas na literatura, indicando uma menor taxa de recombinação entre portadores de carga, com uma alta mobilidade de elétrons, evidenciando uma maior absorção da luz solar. Desta forma, através das análises de XRD, MEV e Raman o nanocompósito à base de G/TiO2 foi caracterizado de tal maneira que os resultados sugerem uma viabilidade do seu uso como material para a produção de células solares de terceira geração sensibilizadas por corante com potencial de melhoria efetiva na conversão de energia solar em elétrica. - TeseFilmes finos de ligas binárias Ti-Zr depositados por magnetron sputtering para aplicações biomédicasLustosa, Cícero Junior Rodrigues (2023-02-13)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Devido as suas excelentes propriedades como resistência à corrosão e baixa densidade, as ligas de titânio são amplamente usadas em próteses e outros acessórios implantáveis. Porém, a constituição química de algumas ligas pode culminar em inflamações em partes diferentes do corpo, provocando rejeição e complicações pós-operatórias. Uma forma eficiente de se resolver esse problema é o recobrimento dessas ligas com filmes finos de materiais biocompatíveis atóxicos. Nesse trabalho, foram estudados filmes finos da liga binária Ti-Zr depositados por reator de magnetron sputtering, no qual foram usadas fontes de corrente contínua (DC) e pulsada (do tipo HiPIMS) simultaneamente, onde os parâmetros da fonte DC foram mantidos constantes enquanto na fonte HiPIMS foram alteradas a largura de pulso e frequência, com intuito de otimizar propriedades ideais ao uso biomédico. As técnicas de caracterização escolhidas para estudar os filmes foram: Perfilometria, Difração de Raios X, Microscopia Eletrônica de Varredura, Espectroscopia por Dispersão de Raios X, Nanoindentação e Molhabilidade. Foram identificados dois picos cristalinos correspondentes a liga Ti-Zr por meio de DRX em todas as amostras, um deles referente a orientação preferencial no plano (002) e outro referente ao plano (200) com menor intensidade. Foram observadas espessuras de filme diferentes conforme alteram-se os parâmetros; baixas frequências resultaram em espessura menores, possivelmente devido à alta energia transmitida às partículas com as colisões no alvo, enquanto alterações na largura de pulso proporcionaram variações de espessuras que podem estar ligadas a ionizações de átomos ejetados dos alvos e devido a energia de colisão nos alvos. As durezas (Hit) de 7 a 10 GPa e módulos de elasticidade (Eit) entre 114 e 157 GPa foram obtidas em amostras produzidas com variações de frequência, intervalos que as amostras com largura de pulso entre 50µs e 200µs também estão, exceto o filme fino obtido a 250µs que apresentou alto valor de dureza (16 GPa) e módulo de elasticidade (195 GPa), além de alto desvio padrão, provavelmente pela instabilidade que existe na deposição com esse parâmetro. Já a Molhabilidade apresentou excelentes resultados com baixas frequências, colocando esses filmes finos como revestimentos promissores como proteção e auxiliares na osseointegração, devido a alta adesão evidenciada pelo baixo ângulo de contato. - TeseInfluência do nióbio e morfologia dos seus carbonetos nas propriedades dos ferros fundidos cinzentos utilizados em discos de freioNocera, Eduardo (2024-08-15)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Foi estudado como controlar a morfologia dos carbonetos de nióbio com e sem a adição de titânio em ferro fundido cinzento classe FC250. O controle da morfologia dos carbonetos de nióbio através da adição de titânio pode ser uma ferramenta valiosa no projeto de ligas avançadas com propriedades mecânicas superiores. A formação de carbonetos tipo “escrita chinesa” pode fragilizar a matriz devido a complexa forma geométrica e alta dureza situados em uma matriz metálica com dureza menor. O presente trabalho visou estabelecer uma quebra de paradigma com relação a limitação da porcentagem de nióbio e sua influência nas propriedades mecânicas, uma vez que o mercado automotivo limita a adição em 0,2% para discos de freio devido a uma influência no espaçamento interlamelar da perlita e o número de células eutéticas, aumentando assim a resistência mecânica e causando dificuldades de usinagem. Primeiramente foi vazado por fundição em areia 05 (cinco) ligas com teores de nióbio que variam entre 0,00% e 0,681% com diferentes taxas de resfriamento. Um segundo vazamento foi realizado com teores de nióbio de 0,9% onde uma liga possuía 0,122% de titânio e a outra sem a adição deste elemento. A evolução da microestrutura para todas as condições de vazamento foi caracterizada por microscopia óptica, por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por microscopia digital (DSX). As ligas contendo 0,9% de nióbio, com e sem titânio, foram avaliadas em teste de riscamento (Scrtach Test) para avaliação da fragilidade dos carbonetos e correlação com resistência ao desgaste. Na sequência foi feito um teste de fadiga térmica utilizando-se equipamento para ensaio de fadiga térmica. Os resultados indicaram que o processo de fundição tem maior influência na distribuição e tamanho das grafitas do que o efeito do nióbio como agente refinador. Além disso foi possível observar que não houve influência do nióbio no espaçamento da perlita e que os valores de dureza não se alteraram com a adição deste elemento. O ensaio de fadiga térmica não detectou diferenças entre as amostras com 0,00% e 0,681% de nióbio onde ambas trincaram após 200 ciclos. O titânio exerce uma forte influência no controle da morfologia dos carbonetos de nióbio, transformando-o de uma estrutura tipo “escrita chinesa” para poligonal. Foi possível observar também que os carbonetos tipo “escrita chinesa” são mais frágeis e menos resistentes ao desgaste. - TeseObtenção de filmes finos de nitreto de boro (BN) por RF magnetron sputteringOliveira, Carlos Alberto Monesi de (2022-08-10)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A indústria busca materiais dúcteis que facilitam os processos de fabricação, mas com boa resistência e dureza que garantam um menor desgaste e tempo de trabalho prolongado. Este trabalho investiga sobre as propriedades de recobrimentos de nitreto de boro (BN), que apresenta alta estabilidade térmica e química, depositados sobre aço ABNT 1045, material muito usado para aplicações em componentes mecânicos sujeitos ao desgaste, tais como: eixos, engrenagens e virabrequins. O BN, quando em sua forma cúbica (cBN) possui elevada dureza o que lhe confere resistência ao desgaste e na sua forma hexagonal (hBN) tem baixo coeficiente de atrito qualificando-o ao emprego como um lubrificante sólido. Os recobrimentos de nanopartículas de nitreto de boro foram depositados por Magnetron Sputtering empregando fontes de potência de rádio frequência (RF) e fonte pulsada de elevada potência (High Power Impulse Magnetron Sputtering - HiPIMS). Para a transformação de filme orgânico contendo boro (B) em BN nanocristalino, foi empregado o processo de tratamento térmico em forno tubular de quartzo em temperaturas na faixa de 450 a 850ºC e o processo de tratamento térmico a plasma de eletrodo oco operando em rádio frequência (RF) na mistura dos gases Ar/N2. Neste caso, as temperaturas de processo na faixa de 270 a 380ºC foram atingidas em função da variação da potência de descarga. A estrutura, as fases e a morfologia dos filmes de nanopartículas de nitreto de boro depositadas foram caracterizadas por XPS, DRX, EDS e AFM. A deposição por Magnetron Sputtering formou um filme de nitreto de boro hexagonal (hBN) com coeficiente de atrito três vezes menor que a do substrato (aço 1045). O Tratamento em forno tubular a 450ºC não levou à formação da fase BN na camada. Uma fase de BN não estequiométrica com deficiência de nitrogênio foi obtida para a temperatura de 650ºC. No tratamento a 850ºC, a fase BN formada é estequiométrica. Os efeitos do BN depositado e incorporado nas propriedades de atrito e dureza do aço ABNT 1045 também foram estudados. O processo de tratamento térmico em forno tubular melhorou a dureza de 5,35 para 11,4 GPa, mostrando uma dependência linear com a temperatura. - TeseProcessos de oxidação de grafite e sacarose com utilização de sulfatos como oxidantes auxiliares para obtenção de materiais à base de grafenoMartínez, José Armando Espinosa (2021-08-06)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O completo entendimento dos processos envolvidos na obtenção de materiais bidimensionais continua sendo um desafio para as comunidades científica e industrial. Neste trabalho utilizaram-se novos agentes oxidantes (superóxidos) na busca da simplificação ou melhoria do processo de oxidação e intercalação de grafite para síntese de materiais a base de grafeno e pesquisou-se o uso de sacarose e sulfatos na obtenção direta de oxido de grafeno magnético. Em um primeiro momento, se testaram diferentes graus de esfoliação, intercalação e oxidação para três combinações diferentes de oxidantes (H2O2, HNO3 e KClO3) com ácido sulfúrico em diferentes tipos de grafites, sob sonificação. Em seguida, como novos agentes oxidantes utilizaram-se os sulfatos CuSO4, CoSO4 e FeSO4 e aplicou-se um mesmo protocolo de processo em todos os experimentos, porém sem realizar as etapas de centrifugação e sonificação. A etapa de secagem foi realizada, para todos os processos, de três formas: em estufa a 80oC por 24 horas, sob radiação infravermelha por 30 min com lâmpada de luz infravermelha comum, e em um forno com fluxo de gás inerte por 40 min a 800ºC. Nos experimentos com sacarose, desidratada com ácido sulfúrico, aplicou-se uma modificação do método de Pechini, se utilizando BaSO4, FeSO4, ácido acetilsalicílico e NaOH no processo de oxidação, e tratamento térmico a 400oC em atmosfera inerte. Na análise dos diferentes grafites, tem-se como principal resultado uma maior esfoliação e intercalação para a combinação de HNO3 e H2SO4 e de KClO3 e H2SO4. Para todos os processos usando os sulfatos (CuSO4, CoSO4 e FeSO4), o material resultante apresenta menos de 10 camadas e tem características de óxido de grafeno quando secado na estufa, de óxido de grafeno reduzido na secagem com radiação infravermelho e de grafeno ao tratar no forno. Ressalta-se que nestes processos, o óxido de grafeno reduzido foi obtido diretamente no processo de secagem e não por posterior redução química de óxido de grafeno. Na síntese realizada com sacarose como fonte carbonosa, destaca-se a obtenção de um óxido de grafeno com propriedades magnéticas (compósito de óxido de grafeno e Ba2FeO4) diretamente durante o processo de síntese proposto. - TeseSíntese, caracterização e comparação de uma matriz para Scaffold à base de Poli (L-Ácido Láctico) (PLA) estruturado com partículas de pseudoboemita (PB) e óxido de Grafeno (GO)Almeida, Fábio Jesus Moreira De (2021-12-09)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Em casos de ferimentos graves ou queimaduras, os enxertos artificiais de pele (scaffolds) são frequentemente substitutos necessários. Para não prejudicar o paciente ou o doador, são necessárias pesquisas em busca de heteroenxertos, formados por biomateriais que simultaneamente são biodegradáveis e bioabsorvíveis ao corpo humano, como é o caso do poli (L-ácido láctico) - PLA. Porém, os polímeros naturais, quando em contato com a pele, sofrem grande degradação em meios com grandes quantidades de carbono e água, possuem pouca durabilidade devido à sua baixa ductilidade e a temperatura corpórea acelera sua degradação. No trabalho proposto, foram obtidas e caracterizadas nanocargas de óxido de grafeno (GO) e pseudoboemita (PB) com o intuito de dispersá-las na matriz polimérica de PLA de forma a melhorar as propriedades mecânicas quanto à ductilidade e tenacidade, sem perder as propriedades térmicas. Posteriormente, as nanocargas híbridas foram dispersadas na matriz do poli (L-Ácido Lático) (PLA), formando os materiais para o arcabouço desejado. Assim sendo, nesta pesquisa, foram fabricados espécimes injetáveis de PLA puro, PLA aditivado com nanopartículas de GO e PLA aditivado com nanopartículas de PB. As caracterizações microestruturais e mecânicas realizadas nos corpos de prova, mostram que a adição com GO promove uma maior aumento de resistência ao impacto, maior tenacidade e ductilidade. As caracterizações térmicas dos corpos de prova, evidenciaram que a pseudoboemita aumentou a densidade do material, bem como seu calor específico e capacidade térmica, tornando-o mais resistente à exposição da temperatura corpórea.