Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Teses - EE Higienópolis

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Caracterização dos vidros metálicos CuZrAl e CuZrAlEr
Lustosa, Cicero Junior Rodrigues (2018-12-11)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Vidros metálicos têm atraído o interesse de muitas pesquisas desde sua primeira fabricação, e tem se mostrado promissores para a ciência e a engenharia. Esse tipo de material apresenta propriedades superiores comparado a ligas policristalinas com composição semelhante, com alta resistência específica e elevada dureza. Com estrutura ordenada em pequenas distâncias, apresentando relação de primeira vizinhança, e o estado metaestável fornecem propriedade estrutural incomum e mecanismos de deformação não convencionais. Entretanto, o entendimento físico de sua estrutura amorfa e como ela afeta as propriedades dos vidros metálicos ainda é considerado um grande desafio na física da matéria condensada e ciência dos materiais. Nesse trabalho, foram realizadas caracterização morfológica, térmica e mecânica de dois tipos de amostras de vidros metálicos de grande volume com as composições Cu47,5Zr45,5Al5Er2 e Cu47,75Zr47,75Al4,5. As técnicas utilizadas foram: difração de raios X (DRX), microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia por dispersão de raios X, ensaio de ultramicrodureza, calorimetria de diferencial de varredura e análise dinâmico-mecânica (DMA). Além disso, três modos de operação da microscopia de varredura por sonda foram empregados: microscopia de força atômica, mapeamento nanomecânico quantitativo e microscopia de força Kelvin. Os experimentos feitos complementaram-se mutuamente e produziram algumas informações interessantes provenientes das composições estudadas. Os resultados de DRX identificaram estruturas cristalinas somente em uma das amostras. Já as investigações morfológicas, em todas as técnicas, permitiram a comparação entre as composições. A amostra sem érbio apresentou formação de dendritas e superfície mais irregular. Através do DMA a temperatura que relaciona a temperatura de transição vítrea (Tg) com o aumento do atrito interno foi observada para as duas amostras. Além disso, a relaxação estrutural β, característica em composições vítreas de CuZrAl com 1 Hz de frequência na amplitude de oscilação foram observadas. As análises de ultramicrodureza sugerem que a amostra que possui érbio em sua constituição e apresenta menor variação dos resultados para a dureza e módulo de elasticidade.
Concreto de cimento Portland com adição de pseudoboemita
Emilio, Romualdo (2019-01-24)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O cimento Portland (CP) é a principal matéria-prima para a produção do concreto armado, componente estrutural de grande prestígio por contribuir na tradução do requinte e conforto das edificações urbanas. Patenteado há pouco menos de 200 anos, o CP pode receber diversas adições com componentes que auxiliam em seu desempenho e melhoram suas propriedades aglomerantes, resistência e impermeabilidade. Este trabalho inédito apresenta a síntese em laboratório do nanomaterial pseudoboemita, em grande quantidade, onde, parte da qual foi utilizada na forma de gel úmido e outra liofilizada. O nanomaterial foi adicionado ao CP nas seguintes porcentagens em massa: 5,0% na forma gel, 2,5% e 5,0% gel liofilizado para obtenção de corpos de prova de concreto. Esses corpos-de-prova moldados com e sem adição, utilizando o mesmo traço de concreto, foram avaliados quanto ao calor de hidratação, plasticidade (slump), resistência à compressão (fck) e propagação de onda ultrassônica aos 7, 14, 21 e 28 dias. Os resultados mostram que a adição de pseudoboemita no CP que melhora as propriedades do concreto é 5,0% na forma de gel, pois no caso da adição na forma liofilizada, a água de amassamento compete entre a reação química do concreto e a reidratação da pseudoboemita, necessitando maior fator água/cimento no concreto de CP que recebe adição na forma liofilizada.
Liberação controlada de bioativos suportados por nanopartículas de pseudoboemita obtidas pelo processo sol-gel
Barbosa, Isabella Tereza Ferro (2019-11-06)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The use of hydrogels combined with various additives in tissue regeneration, injuries and burns has been an option in anti-aging treatments. Poly (N-vinyl-2-pyrrolidone) based hydrogels form an effective barrier against external bacteria, although they allow the passage of oxygen and cosmetic assets because they are permeable to them. The pseudoboehmites obtained by the sol-gel process are nanoparticles with high surface area, besides having expressive absorption properties, which can adsorb large concentration of actives and these are gradually released in an aqueous medium. The aim of the study was to obtain nanoemulsion hydrogels containing pseudoboehmite, essential oil and vegetable nanoparticles carrying long-acting active ingredients without the use of preservatives. In this work, several PVP-based hydrogels (10%, 7%, 5% weight) containing nanoemulsions with palmarosa essential oil, rosehip vegetable oil, mandellic acid, hyaluronic acid and pseudoboehmite nanoparticles (1%, 3% e 5% weight) were obtained and characterized. The hydrogels were obtained by ionizing radiation with 25kGy dose. The characterization of the hydrogels was performed by visual characterization, sensory aspects, dehydration as a function of time, isothermal density with air drag, pH, density, thermal analysis, optical microscopy, skin biometric assays, UV-Vis electron spectroscopy and microscopy scanning electronics. The results showed the possibility of obtaining a cosmetic product, PVP based hydrogel containing pseudoboehmite / mandellic acid nanoemulsion, pseudoboehmite / hyaluronic acid nanoemulsion, palmarosa essential oil and rosehip vegetable oil without the use of preservatives, kept sterile by the action of ionizing radiation. The hydrogel containing rosehip vegetable oil, 3wt% pseudoboemite, 2.1wt% mandellic acid, palmarosa essential oil, 1wt% pseudoboemite and 2.1wt% hyaluronic acid was the most suitable for obtaining an anti-aging cosmetic.
Caracterização microestrutural e interpretações genéticas de texturas em astromateriais
Gonçalves, Augusto Nobre (2020-01-30)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
This work sought to contribute to the scientific knowledge on astromaterials in three ways: (i) advocating the need for uniformity in the terminologies employed with respect to the classification and interpretation of meteoric material textures, since there are some imprecise terms traditionally used in their description, causing noise in communication; (ii) proposing and describing the use of more geologically rigorous terminology, as a way to reach the advocated uniformization; and (iii) producing a micrography atlas for a systematic mineralogical and microstructural characterization of those materials according to the prescribed terminology. From the organization of the collection of samples, those which would be the most representative pieces of their taxonomic groups to go to preparation of laminas for microscopy were defined. The laminas with the selected samples were characterized by petrographic microscopy – a traditional technique for mineralogy and petrology studies that uses two light polarizing filters in its optical system to allow microstructure identification and its highlighting. The result was the creation of a photomicrography catalogue that allowed interpretation of identified textures in terms of igneous, metamorphic and sedimentary phenomena, employing the astromaterial classification terminology proposed in this thesis. Part of the micrography atlas was used in a project of culture and extension that will become a themed artistic-scientific exposition for scientific propagation and popularization of the importance of studying meteoritic materials.
Dissulfeto de Molibdênio (MoS2) bidimensional como carga para matrizes poliméricas
Rodriguez, Camila Laura Celis (2020-01-31)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O dissulfeto de molibdênio (MoS2) tem despertado interesse na comunidade científica e industrial devido a suas excelentes propriedades físico-químicas e possíveis aplicações em diversas áreas, tais como: nanoeletrônica, biotecnologia e compósitos poliméricos. Nessse projeto de pesquisa, a esfoliação em fase líquida (EFL) em meio aquoso foi utilizada para a preparação de partículas bidimensionais de MoS2 e posterior utilização na produção de nanocompósitos, por ser uma opção extremamente atraente, de baixo custo e ambientalmente amigável. Verificou-se por diferentes técnicas (Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV, Microscopia de Força Atômica - AFM, Espectroscopia de Raman, Espectroscopia UV-VIS, Microscopia Ótica, Potencial Zeta, Espalhamento de Luz e Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier – FTIR) que a água é um excelente solvente para produção de MoS2 com poucas camadas, gerando uma dispersão com excelente estabilidade. Através de simulações quânticas ab initio baseadas na teoria do funcional da densidade (DFT), pôde-se inferir que essa estabilidade se deve a funcionalização das bordas de enxofre “S” com hidrogênio “H”. Em uma primeira etapa, utilizou-se o poliestireno (PS) como matriz polimérica na produção dos nanocompósitos com MoS2, empregando uma extrusora dupla rosca como meio de mistura dos componentes. Diversas técnicas de caracterização foram utilizadas para avaliação dos nanocompósitos produzidos, como: Cromatografia por exclusão de tamanho (SEC), Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Confocal Raman, Difração de Raios X (DRX), Ângulo de contato (AC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microtomografia de Raios X, Análise Termogravimétrica (TGA), Análise Dinâmico-Mecânica (DMA), Ensaios de Tração e Ensaios Reológicos. Os nanocompósitos apresentaram aumento da tenacidade quando comparados ao PS puro (especialmente com teor de carga de 0,002% em massa), como também conduziram a alterações positivas na estabilidade térmica, evitando com isso a degradação térmica do PS durante o processamento. Os resultados obtidos também indicaram que a carga foi homogeneamente dispersa e com boa adesão a matriz polimérica. Posteriormente foi realizado um estudo empregando uma matriz polimérica biodegradável, o poli (butileno adipato-co-tereftalato) – (PBAT). Esse é considerado um dos polímeros mais promissores para a produção de embalagens de filmes sustentáveis. Dessa forma, foram obtidos filmes por extrusão plana de PBAT incorporando 0,001, 0,002 e 0,003% em massa de MoS2. As diferentes composições obtidas na forma de filmes foram caracterizadas por DRX, FTIR e por ensaio mecânico de tração no sentido longitudinal e transversal. As análises de DRX mostraram que as fases cristalinas presentes no PBAT não apresentaram mudanças significativas com a adição do MoS2. As propriedades mecânicas dos nanocompósitos de PBAT/MoS2 apresentaram melhor desempenho no sentido longitudinal. Esses resultados evidenciaram que a estrutura bidimensional dessa carga com baixo número de camdas (~5) conseguiu proporcionar excelentes propriedades as matriz poliméricas de PS e PBAT, mesmo em teores extremamente baixos até então nunca apresentados na literatura.
Síntese e caracterização de sistema óxido de grafeno e pseudoboemita
Peres, Renato Meneghetti (2020-04-14)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A pseudoboemita é um oxihidróxido hidratado de alumínio obtido a partir de precursores inorgânicos pelo processo sol-gel sendo utilizada como precursor da alumina, como reforço na obtenção de nanocompósitos e em sistemas de liberação controlada de fármacos. Nesta última aplicação, uma das principais propriedades do material é a apresentação de uma alta área específica. A utilização do óxido de grafeno na síntese da pseudoboemita tem a finalidade de promover um aumento no espaçamento das partículas primárias de pseudoboemita, que se aglomeram nos processos de desidratação do material, aumentando sua área específica por meio da presença de maior quantidade de poros no material e proporcionar a obtenção de um material com a presença de grupos funcionais (C=C, C-OH, C=O, C-O). Estes centros poderão ampliar a gama de substâncias adsorvidas pela pseudoboemita pura. Para avaliação destas propriedades, como exemplo, área específica, potencial zeta e diâmetro de partícula, foram variados os teores de óxido de grafeno e os precursores inorgânicos utilizados na síntese da pseudoboemita. A avaliação dos dados obtidos na caracterização do material, não apontam problemas na síntese da pseudoboemita pela presença do óxido de grafeno. O aumento do teor de óxido de grafeno promoveu, na maioria dos casos redução da área específica das amostras, no entanto, aumentou a estabilidade da dispersão das partículas.
Concreto aditivado com pseudoboemita e poliacrilato de sódio
Pacheco, Caroline Valadão (2020-04-16)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A pseudoboemita é um oxihidróxido hidratado de alumínio obtido a partir de precursores inorgânicos pelo processo sol-gel sendo utilizado como precursor da alumina e como reforço na obtenção de nanocompósitos. Neste trabalho foi utilizado pseudoboemita com adição de poliacrilato de sódio com a finalidade de promover um aumento no espaçamento das particulasde pseudoboemita, que tendem a se aglomerar no material. O material obtido foi adicionado ao concreto com o objetivo de melhorar a sua trabalhabilidade e a sua resistência. O novo concreto obtido foi caracterizado por meio de ensaio reológicos, mecânicos e microestruturais. Os resultados mostraram que a adição da pseudoboemita com o poliacrilato de sódio aumentou a significadamente a resistência a compressão e melhorou a trabalhabilidade do concreto. Para avaliação destas propriedades foram realizados ensaios de abatimento tronco cone, ensaio de resistência à compressão, ultrassom e caracterização do nanomaterial. Os dados de resistência a compressão mostraram uma tendência de aumento da resistência adicionado ao concreto a compressão com adição de pseudoboemita e poliacrilato de sódio.
Desenvolvimento de uma ferramenta analítica para purificação de dispersões de materiais bidimensionais (2D)
Santos, Marcos Alves dos (2020-06-08)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
With the advent of graphene, in 2004 by Geim and Novoselov, this new twodimensional (2D) material and its derivatives such as graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO), have been widely studied and used in the development of several technologies, such as energy conversion and storage devices, optoelectronics, (bio) sensors, composite materials, among others. The main way to obtain GO is through the oxidation of graphite, using the Hummers method, by strong oxidizing agents. However, the GO purification process is a key parameter in the production of this 2D material. This step demands a large volume of water, energy and time. The inefficient removal of the contaminants (residual species from the synthesis process, such as ions and metal oxides) present in GO may affect GO properties and turn unfeasible some applications, as in the biological field. In this sense, this thesis demonstrates the development of a new purification device, which involves a continuous flow system, coupled to a diffusion cell, with a microporous nitrocellulose membrane. The contaminant removal process is led by a concentration gradient. The purification system developed in this work had its efficiency compared to traditional purification methods, such as dialysis and centrifugation. It was also evaluated how the contaminants impurities and the purification processes can impact the structural, morphological and electrochemical behavior of the GO. In addition, the contaminants impurities were quantified by pH and conductivity measurements of the GO dispersions and analyzed by ion chromatography and graphite furnace atomic absorption spectrometry. The purification device developed by this work, achieves the best performance in the removal of the major contaminants (K+(aq.), Na+(aq.), Cl-(aq.), SO42-(aq.), Mn2+(aq.) and MnO2(s)), demanding ~95% less water than dialysis and in a shorter time (~23 h). The system operates in flow, with a minimum handling of the operator and allows to preserve and select the GO sheets by the pore size of the membrane used. This work represents a simple and fast alternative to purification of GO dispersion that can be easily scaled-up and applied in the purification of other dispersions of 2D materials.
A influência da nitretação nas propriedades tribológicas de rolamentos de roda automotiva
Silva, Jorge Gonçalves (2020-09-14)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Este trabalho apresenta a influência do tratamento termoquímico de nitretação gasosa em mancais de rolamento aplicados em roda automotiva. Mancais de rolamento, são elementos de máquina utilizados para manter diferentes componentes em movimento relativo, portanto, seguem as leis atribuídas à Tribologia. Sua aplicação busca manter baixos níveis de atrito, vibração, ruído e garantir a rigidez necessária para o correto funcionamento do sistema. Para roda automotiva, três conceitos são comumente utilizados, são eles: os rolamentos de primeira geração, os de segunda geração e os de terceira geração. Tal nomenclatura se dá pela evolução desta família de rolamentos a partir do conceito do rolamento de primeira geração, que se caracteriza pela presença de duas carreiras de esferas de contato angular. Tal rolamento foi utilizado como objeto de estudo para este trabalho, pois, os resultados obtidos podem ser aplicados nas demais evoluções. As análises realizadas demonstram, de maneira comparativa, os efeitos da nitretação gasosa no objeto de estudo, em termos de variação dimensional, transformações microestruturais, rugosidade e dureza. Os resultados obtidos demonstram que uma nova rota de endurecimento pode ser aplicada para os anéis de mancais de rolamento, se considerado o processo de nitretação gasosa. A dureza superficial, obtida após a nitretação dos rolamentos estudados, atingiu os níveis praticados pelos maiores fabricantes desse tipo de produto e, portanto, indicam a possibilidade de se evitar a têmpera e o revenimento na fabricação de mancais de rolamento. Outros benefícios da nitretação são apresentados como úteis para aplicação em mancais de rolamento, são eles: a tensão compressiva residual que induz maior resistência à fadiga e a maior resistência à corrosão.
Utilização de resíduos de construção e demolição na fabricação de blocos de concreto estrutural com adição de óxido de grafeno
Ramos, Elizabeth das Chagas (2020-12-18)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The increased demand for obtaining and improving materials that are more durable and efficient in the construction industry, presents an opportunity invaluable for the development of new materials with the application of nanomaterials and the use of construction and demolition waste (CDW) generated within the construction industry. Graphene oxide (GO) stands out for being a two-dimensional nanomaterial based on carbon that when added to concrete in low proportions modifies the hydration mechanism of Portland cement and its microstructure, improving its compressive strength. The dispersed GO water was purchased at the Technology Center for Nanomaterials and Grafene (CTNANO) for use in this work. For the manufacture of blocks structural construction waste was used, being reusable or recyclable waste such as aggregates and demolition, renovation and pavement repair waste, including soil from earthworks, ceramic components (bricks, blocks, tiles, cladding plates, mortar and concrete, pieces pre-molded in sthe crushing of Class A Type materials, according to CONAMA RESOLUTION number 307/2002 and number 469/2015, and were made available as aggregates (Grit and Gravel 0). For the execution of the concrete used in the manufacture of the structural blocks, the following were added: Portland cement of high initial strength - CP V ARI, aggregates recycled materials, stone powder and water, subsequently received addition of graphene oxide in aqueous dispersion, in order to improve your it`s strenghth. The structural block obtained was characterized through mechanical and microstructural tests. To evaluate properties of the materials used to make the materials used to make the blocks and the final product obtained, until now, tests have been made on the specific mass of the aggregates, moisture content of the aggregates test, unit mass test, determination of the granulometric composition of aggregates, dimensional analysis and determination of compressive strength, determination of water absorption and liquid area, determination of shrinkage by drying, resistance to hollow prism compression, x-ray fluorescence and microscopy optics. The results showed that the addition of graphene oxide in dispersion water,in concentrations between 0,015% and 0,08%, caused a 112% increase in resistance to compression and decreased the water absorption of the structural block. Key words: nanomaterials, graphene oxide, concrete, construction waste (CDW)
Nanocompósitos de poliuretano termoplástico com estruturas de carbono: estudo das propriedades elétricas e do efeito de memória de forma
Valim, Fernanda Cabrera Flores (2021-02-18)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
No presente trabalho, foram produzidos nanocompósitos por meio da incorporação de nanoestruturas de carbono ao poliuretano termoplástico (TPU), de modo a obter nanocompósitos com propriedades elétricas superiores (referentes a permissividade e a condutividade elétrica) e melhoria no efeito de memória de forma (SME), visando ao desenvolvimento de compósitos com memória de forma (SMPCs) eletroativos. Os TPUs são polímeros versáteis amplamente estudados pelos promissores SMEs apresentados. Estes são copolímeros em multiblocos, cuja morfologia é altamente dependente dos parâmetros termodinâmicos. Sendo assim, de modo a compreender a morfologia do TPU utilizado, um primeiro estudo foi desenvolvido em que o material passou por tratamento térmico a 110 ºC em diferentes tempos: 0, 8, 16 e 24 horas. Os resultados apontaram que a separação de fases entre os segmentos rígido e elastomérico, que compõem a estrutura do TPU, aumentou os valores de razão de recuperação da forma (Rr) em virtude da formação de novos domínios rígidos. Por outro lado, a razão de fixação da forma (Rf) apresentou uma diminuição na medida em que o material foi submetido a tempos maiores de tratamento térmico, atribuída ao aumento na rigidez do material. Com o objetivo de melhorar as propriedades elétricas do TPU e os SMEs, foram desenvolvidos SMPCs contendo 0,1% em massa de grafite (Gr), nanoplaquetas de grafeno (GNP) e óxido de grafeno multicamadas (mGO), via mistura por solução. Dos materiais obtidos, os SMPCs apresentaram melhoria no SME, quanto ao aumento nos valores de deformação máxima (εload) e Rr, principalmente após o tratamento térmico por 24 horas; e menor variação nos valores de Rf antes e após o tratamento térmico, quando comparados ao TPU puro. Nas propriedades elétricas, foi verificado um aumento em condutividade elétrica (σAC) para os SMPCs de nanoplaquetas de grafeno (TPU+GNP) e grafite (TPU+Gr), enquanto todos os materiais apresentaram aumentos em σAC após as 24 horas. Por fim, SMPCs com maiores concentrações (até 1,5% em massa) de GNP, nanotubos de carbono (CNT) e seus híbridos foram desenvolvidos, de modo a atingir a percolação elétrica do material. O limiar de percolação elétrica foi verificado para os SMPCs contendo 0,25% em massa de CNTs; e o retorno parcial da forma sob estímulo elétrico foi observado para o SMPC híbrido contendo 0,5% de CNT e 1,0% de GNP, valor este inferior ao reportado na literatura (2% em massa).
Aplicação da tecnologia de plasma na rede de logística reversa de rejeitos radioativos
Gonçalves, 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.
Nanocompósito polimérico a base de poliuretano e óxido de grafeno para aplicação em dispositivo de assistência ventricular (DAV)
Maestrelli, Lícia Maria D'Arezzo (2021-05-07)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Uma nova geração de nano materiais com estrutura grafítica como o grafeno e seus derivados (óxido de grafeno – GO e óxido de grafeno reduzido – rGO) tem sido exponencialmente estudada devido ao seu potencial de uso em diversas áreas, incluindo a área dos biomateriais. O objetivo deste trabalho é produzir nanopartículas na forma de GO com caraterísticas adequadas (dimensão lateral, quantidade de folhas empilhadas e nível de oxidação) para utilização como carga de reforço em um diafragma fabricado com policarbonato-uretano (PCU) apresentando elevado desempenho mecânico para ser utilizado em um dispositivo de assistência ventricular (DAV) pediátrico. Inicialmente foram produzidos dois tipos de GO com níveis de oxidação diferentes seguindo uma metodologia baseada na oxidação do grafite via Método de Hummers modificado. A caracterização desses materiais foi realizada por técnicas de análise termogravimétrica gravimétrica (ATG), difração de raios x (DRX), espectroscopia Raman e no infravermelho (FTIR), microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia de fótons excitados por raios x (XPS). Esses materiais apresentaram níveis de oxidação diferentes, e também possuem estruturas distintas em termos de tamanhos lateral e número de folhas empilhadas. Nanocompósitos PCU-GO foram produzidos por mistura em solvente aprótico utilizando os dois tipos de GO em concentrações em massa de 0,2%, 0,4% e 2,0%. Filmes poliméricos foram obtidos por evaporação do solvente, sendo esses caracterizados por calorimetria diferencial exploratória (DSC), análise dinâmico-mecânica (DMA), medidas de ângulo de contato, ensaios mecânicos de tração e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os resultados obtidos por DMA e DSC indicaram claramente que a atuação das partículas de GO ocorre principalmente junto aos segmentos rígidos da estrutura do PCU, devido à similaridade química polar dessas estruturas. As partículas de GO oxidado por duas horas (GO-II) inseridas na matriz de PCU apresentaram-se mais bem distribuídas e dispersas (especialmente em concentrações em massa inferiores, 0,2%), consequentemente, melhores respostas mecânicas para os nanocompósitos PCU-GO-II foram obtidas quando comparadas com os compósitos produzidos com o GO oxidado por 4 horas. Esse resultado é uma consequência do menor número de camadas empilhadas e maior grau de oxidação para o GO-II produzido que conduziu a uma melhor e maior área de interação polímero-partícula. O comportamento biológico do nanocompósito foi avaliado quanto a citotoxicidade e viabilidade celular, proliferação celular e adesão celular. Foram também medidos o tempo de resposta ao pulso de pressão e resistência `a fadiga no conjunto do DAV montado com diafragmas produzidos. Os resultados mostraram-se promissores para a produção de diafragmas com performance mecânica adequada para uso em dispositivos de assistência ventricular.
Efeito dos elementos de liga Cr, Ni e Mo nos aços inoxidáveis da série 300 na cinética dos processos de nitretação a gás e nitretação a plasma
Simião, Mauricio (2021-05-24)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
The effect of the chemical composition of austenitic stainless steels on the response to plasma and gas nitriding treatments was treatments were studied. The experimental techniques employed were metallographic analysis, microhardness tests, and measurements of the nitrogen content of the mass / volume nitrided. The work was carried out using commercial materials, with increasing levels of alloy elements, starting from the AISI 304L, 316L, 317 and up to 310 (superaustenitic) alloys. The results and discussions were organized for different levels of chromium, nickel and molybdenum, evaluating the effect of increasing levels for first two, and of molybdenum for nickel and “constant” chromium. The results indicate that the increase in the sum of chromium + nickel elements reduces the growth rate of nitride layer. Molybdenum alone also reduces the thickness of the “nitrided layer”.
Construção de equipamento para obtenção de filamentos para impressão 3D: um estudo com copolímero ABS e microcompósitos com fibras de celulose
Sanchez Junior, Miguel (2021-05-28)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
This work had as main objective to assemble a set of equipment to produce polymeric filaments for 3D printing by FDM (Fused Deposition Modeling), which is compact and easy to operate in order to have control, mainly, of the diameter of the produced filament. Two types of filaments were prepared based on the acrylonitrile-co-butadiene-co-styrene (ABS) terpolymer using the equipment assembled here: a) using granules of virgin material and b) using granules of ABS / cellulose microfiber composites. Tensile, bending and impact specimens were prepared with these two types of filaments using the FDM technique and for comparative purposes, specimens with commercial ABS filament were also produced. The electromechanical equipment proved to be suitable for the manufacture of the filaments consisting of a thermal fusion unit and pellet homogenization, electromechanical pulling of the extruded filament, digital monitoring of the extruded filament diameter and electromechanical filament winding, keeping the diameter of the same constant and around 1.75 mm. The production of cellulose microfibers was carried out by acid hydrolysis of Eucalyptus grandis wood, obtaining microfibers with crystallinity greater than 83%. ABS/ cellulose fiber microcomposites were prepared by mixing in the molten state with 0.5% by weight of fiber in a co-rotating twin screw extruder. Despite the need for a refinement of the processing variables to obtain the filaments (avoiding thermal degradation), the presence of cellulose microfiber has managed to significantly improve the tensile and banding mechanical properties of ABS.
Processos de oxidação de grafite e sacarose com utilização de sulfatos como oxidantes auxiliares para obtenção de materiais à base de grafeno
Martínez, 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.
Influência do teor de cobre e da velocidade de rotação na microestrutura de ligas al-si fundidas por centrifugação
Domingues Junior, Nilton Inacio (2021-08-15)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Na fundição por centrifugação de ligas de alumínio hipereutéticas, especificamente na liga Al19%Si, os compostos de menor densidade envolvidos nessa liga, sempre irão se posicionar na região interna da massa centrifugada. No caso de cilindros centrifugados os compostos de menor densidade em relação ao alumínio como o silício tenderão a se concentrar mais próximo a região do diâmetro interno do cilindro. O objetivo deste estudo é obter o maior número de informações possíveis com as variações de velocidade de centrifugação que possam contribuir no conhecimento dos mecanismos da migração de partículas de silício em uma liga de alumínio hipereutética fundida por centrifugação. Foram elaboradas duas ligas de Al-19%Si, sem adição de cobre e com adição de 5% de cobre para serem vazadas alternando-se a velocidade de centrifugação para seleção de três amostras de cada liga, sendo uma com 1000 rpm, uma com 1250 rpm e outra com 1500 rpm. Na sequência através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura com sistema de análise de imagem foi realizada a caracterização microestrutural em diversas regiões dos cilindros centrifugados. A dureza foi determinada na escala Vickers ao longo da parede do cilindro e em sua extensão, abrangendo as diversas posições do metal no preenchimento da coquilha levando-se em consideração a taxa de resfriamento. Devido a essas zonas de resfriamento diferenciadas na coquilha a fração das fases presentes foi determinada ao longo da parede do cilindro e nas diversas posições de preenchimento do vazamento. O processo de segregação das partículas de silício primário deuse para a parede interna do cilindro, região final de preenchimento do metal fundido centrifugado, região está onde a segregação fica mais acentuada devido ser maior o tempo de solidificação durante o processo de centrifugação. As partículas de silício também ficaram retidas a parede externa do cilindro centrifugado em decorrência de uma taxa de resfriamento elevada devido o contato do metal líquido em alta temperatura entrar em contato com a coquilha que apesar de quente apresentava temperatura bem inferior à do metal fundido, essa retenção das partículas ocorreu com uma maior incidência no início do vazamento se comparado com o final de vazamento. A inoculação de cobre na liga trouxe alguns benefícios como aumento de densidade do metal fundido intensificando a migração de partículas, inibindo a presença de dendritas de alumínio primário presentes nas paredes dos cilindros centrifugados.
Síntese, 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.
Methods to enhance the nonlinear optical frequency conversion in transition metal dichalcogenides
Vianna, Pilar Gregory (2022-02-11)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Since the isolation of graphene, an increasing number of 2D materials have been produced, attracting attention of researchers. Graphene, however, behaves as a zero-gap semiconductor, which limits its applicability in photonic and optoelectronic devices. 2D transition metal dichalcogenides (TMDs), on the other hand, can exhibit different phases, with tunable bandgap energy, enabling photonic applications including modulators, photodetectors, and lightemitting diodes. Furthermore, TMD monolayers present large nonlinear optical susceptibilities, which are responsible for effects such as second- and third-harmonic generation (SHG/THG), important for all-optical wavelength conversion. However, and despite the enormous number of benefits, direct TMD utilization for practical nonlinear optical applications is still an ongoing challenge. The atomic thickness of these materials results in reduced light–matter interaction, which naturally leads to low net frequency converted intensities (even if the conversion efficiency per unit thickness is higher than that in conventional materials). Therefore, ways to enhance the process and maximize the nonlinear interaction are crucial for making practical applications viable. In this work, we propose two different approaches for enhancing the nonlinear conversion efficiency in 2D TMDs. In our first strategy, we propose optimizing the overall system through the influence of the substrate. We demonstrate the use of fluorinedoped-thin-oxide (FTO) with an epsilon-near-zero point close to the pump wavelength to increase the nonlinear conversion efficiency in monolayer TMDs. Polarized SHG measurements reveal an intensity one order of magnitude higher on TMDs deposited on FTO than that on a bare glass substrate. Secondly, a promising alternative is to increase the lightmatter interaction length by integration of 2D materials in on-chip waveguides. We exploit an exfoliation method to obtain macroscopic single-crystal monolayers, comparable in quality to microscopic flakes, which can in principle be transferred to waveguide structures, opening a path to real photonic devices. Thus, we present the use of different techniques to manipulate 2D TMDs and propose the use of different substrates and platforms to obtain optimized and more efficient nonlinear optical responses.
Avaliação do uso de substratos à base de grafeno na produção de células solares de terceira geração sensibilizadas por corante
Oliveira, 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.

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