Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis

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  • Dissertação
    Análise multivariada de sinais SERS para a detecção de moléculas sobre nanocompósito de tetraóxido de tricobalto e nanopartículas de prata
    Tieppo, Kamila (2024-02-20)

    Escola de Engenharia Mackenzie (EE)

    Diagnosticar doenças precocemente resulta em uma probabilidade maior de sucesso no tratamento e em prognósticos positivos, no entanto, envolve também a detecção de ana litos em baixa concentração e o uso de ensaios demorados para detectar analitos ligados a uma doença específica. Por outro lado, métodos aplicados em laboratórios de pesquisa, como a espectroscopia Raman intensificada por superfície (ou SERS), são ultra-sensíveis, altamente seletivos e podem detectar instantaneamente a presença de um ou mais analitos diferentes. A espectroscopia SERS se baseia na interação entre o analito e uma superfície, que normalmente consiste em nanopartículas metálicas. Consequentemente, a eficiência do SERS é diretamente dependente da superfície, e selecionar os materiais que a constituem e sintetizá-los tornam-se etapas cruciais para obtenção de sinais magnificados e reprodutíveis. As nanopartículas de prata (AgNPs) têm sido amplamente aplicadas como constituintes de plataformas SERS e, ao combiná-las a materiais bidimensionais (2D), resultam em nanocompósitos com propriedades plasmônicas superiores às dos materiais isolados. Além disso, os materiais 2D podem atuar como suporte para as AgNPs e estabilizá-las durante o processo de síntese. Ainda assim, apesar da obtenção de substratos SERS eficientes e baseados no nanocompósito, ao aplicá-los para a detecção de analitos em amostras complexas, a extração das informações do sinal SERS, correspondentes a cada analito, se torna um processo complexo também. Uma maneira de lidar com tal complexidade é implementar modelos de Machine Learning para análise multivariada dos sinais. O modelo aprende com base na similaridade dos sinais e pode relacioná-los a analitos específicos. A Análise de Componentes Principais (ou PCA) é um dos métodos de análise multivariada e, portanto, uma alternativa de aumentar a interpretabilidade e reduzir a complexidade de um conjunto de sinais SERS, preservando o máximo de informações estatísticas do sinal original. Em vista disso, este trabalho dispõe os resultados da (i) síntese de um nanocompósito baseado em óxido de cobalto (Co3O4) e AgNPs, por meio de uma rota de síntese interfacial, em que o nanocompósito se forma em uma interface água/tolueno; (ii) obtenção dos substratos SERS ao pescar o nanocompósito da interface com um substrato de Si/SiO2; e (iii) implementação de um modelo de análise multivariada dos sinais SERS baseado no PCA, para detecção e classificação de soluções de moléculas-modelo, como a rodamina 6G e o azul de metileno, de concentração 1×10−4 mol L−1 . Em (iii), as moléculas-modelo foram analisadas individualmente ou misturadas entre si e, no caso das misturas, foram preparadas em proporções de 1:1, 1:2 e 1:3 (v/v, R6G:MB). Ao alcançar (i)-(iii), medidas SERS estarão mais próximas da aplicação final, não somente difundidas no ambiente de pesquisa, e o modelo poderá ser aplicado na detecção de analitos reais.
  • Dissertação
    O estudo da viabilidade da utilização de ferro fundido para extração de grafita como matéria-prima para obtenção de óxido de grafeno
    Magalhães, Dilmo (2023-12-20)

    Escola de Engenharia Mackenzie (EE)

    O grafeno é um material de interesse devido principalmente pelas extraordinárias propriedades físicas e químicas que este material possui como elevada condutividade eléctrica e térmica, a largura controlada do gap de energia, o quantum Efeito Hall, uma elevada mobilidade de suporte, alta elasticidade e boas propriedades eletromecânicas e um dos métodos possíveis para sua obtenção é através da exfoliação mecânica de uma grafita natural ou sintética. No entanto, nessa rota acima utilizada propriedades especificas são dependentes da qualidade do cristal de grafita em que foi extraído. Esse trabalho teve como objetivo principal utilizar a grafita presente nos ferros fundidos cinzentos, aumentando o seu comprimento para uma dimensão superior aos atuais 0,20 mm para facilitar o processo de exfoliação, fornecendo um potencial candidato para a produção em escala industrial do óxido de grafeno (GO), com as mesmas características obtidas em laboratório. Foi produzido um ferro fundido específico para esse fim, partindo de um teor mínimo de 5,50% de carbono com potencial para gerar uma grafita primaria com o mínimo de defeitos cristalinos. Corpos de prova do material sugerido foram elaborados em forno de indução com teores de carbono (5,50% a 6,00% em peso), silício (1,90% a 2,10% em peso) e manganês (0,60% a 0,80% em peso). As amostras obtidas foram analisadas via espectrômetro de emissão óptica (EEO), microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A análise em microscópio confirmou a presença de grandes veios de grafita do tipo “C” com dimensões de 1,00 a 1,20 mm. A remoção da grafita da matriz ferrosa foi feita através de corrosão ácida após moagem mecânica do material. Para a caracterização do ferro fundido e da grafita, análises adicionais foram utilizadas como a Espectroscopia Raman, Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectroscopia de Raios - X de energia dispersiva (EDS), Difração de Raios – X (DRX) e Analise Termogravimétrica (TGA) confirmando a presença e viabilidade do material obtido.
  • Dissertação
    Fotoestabilização de nanocompósitos híbridos a base de borracha EPDM, negro de fumo e óxido de grafeno
    Lima, Lucas Pacanaro de (2023-02-10)

    Escola de Engenharia Mackenzie (EE)

    A borracha EPDM (etileno, propileno, dieno e metileno) é um elastômero sintético presente em diversas aplicações. Uma delas é o uso desse material em guarnições automotivas. Quando usado nisso, o material é exposto a diversas fontes de energia (como a luz solar) que podem provocar sua degradação mais rapidamente, o que faz o uso de fotoestabilizantes necessário para essa aplicação. Esse trabalho teve como objetivo a produção e caracterização de nanocompósitos a base de EPDM, óxido de grafeno e negro de fumo para o uso em guarnições automotivas que sejam mais resistentes a fotodegradação. As partículas de óxido de grafeno (GO) foram introduzidas na composição da borracha de EPDM em duas composições, sendo elas 0,2 phr e 0,5 phr (part per hundred), em um misturador interno do tipo Haake e depois exposto a radiação UV incessantemente por períodos de 0 a 672 horas a 60°C. Para comparação, também foi formulado e caracterizado uma composição com 0,3 phr do fotoestabilizante Tinuvin P (indicado para o uso em EPDM). Após a exposição foram realizados ensaios de resistência à tração, dureza, inchamento, ângulo de contato, espectroscopia infravermelho e microscopia eletrônica de varredura (MEV) no EPDM base e nanocompósitos. Os ensaios de resistência à tração mostram que a carga de GO atua como agente reforçante do material uma vez que os valores de tensão a 50%, 100% e 200% de deformação aumentaram quando comparado com os materiais não expostos. A composição que teve menor alteração percentual das propriedades mecânicas foi o EPDM contendo 0,5 phr de GO, indicando que o GO pode atuar como um absorvedor ou filtro, impedindo que a radiação seja danosa as moléculas do polímero. Os valores de dureza também aumentaram ao longo do tempo de exposição do material, sendo que a composição contendo 0,2 phr de GO foi a que obteve menor alteração nessa propriedade. O ensaio de inchamento indicou que a carga de GO agiu como agente de reticulação na matriz elastomérica devido a seus grupos funcionais, tornando a borracha mais rígida. As análises superficiais de ângulo de contato (em água e etilenoglicol) e espectroscopia infravermelho corroboram essa hipótese, pois os valores de ângulos de contato para o composto com GO são altos (θ > 90°) sendo considerada uma superfície hidrofóbica, indicando que o GO estaria diminuindo sua polaridade pela interação com o EPDM. Os dados de espectroscopia Raman e FTIR (Fourrier transformed infra-red) dos nanocompósitos e do GO separadamente após exposição à radiação indicam que o GO perde grande quantidade de seus grupos funcionais; isso indica que tanto a nanocarga como a cadeia de EPDM geram radicais livres e interagem entre si, formando reticulações por meio do composto ENB. O FTIR mostrou alta formação de grupos hidroxila e carbonila, o que foi confirmado pelos índices carbonila e hidroxila posteriormente. As fotomicrografias da superfície irradiada mostram que houve elevada formação de densidade de trinca para os materiais degradados para todas as composições, sendo que o EPDM com 0,5 phr de GO mostrou a menor formação de trincas dentre as composições, indicando que essa composição atuou positivamente para a fotoproteção da superfície do material. Com os resultados das caracterizações tanto do nanomaterial quando do nanocompósito, conclui-se que a nanocarga de GO atua positivamente na fotoestabilização da matriz EPDM, mesmo estando em baixas concentrações.
  • Dissertação
    Avaliação das propriedades mecânicas e metalúrgicas de tubo de aço carbono com costura para aplicações industriais
    Souza, Sebastião José de (2023-08-10)

    Escola de Engenharia Mackenzie (EE)

    Tubos de aço são utilizados em diversas aplicações, como na indústria moveleira, construção civil, sucroalcooleira, autopeças, entre outras. Os tubos, dependendo de sua aplicação, devem atender às exigências para o uso, especialmente para suportar tensões mecânicas a que a estrutura será submetida. No processo de fabricação dos tubos, após a conformação, os tubos são soldados, em geral pelo processo por resistência elétrica (ERW), em que uma corrente elétrica necessária para o aquecimento é transmitida para o metal a ser soldado por meio de uma bobina de indução, que envolve o metal sem tocá-lo. Neste trabalho, foram avaliadas três diferentes condições de soldagem para a fabricação de tubos de aço a partir de chapa AMT TUB 235. Os resultados mostraram que a condição de maior potência e maior velocidade apresentou os melhores resultados nas propriedades mecânicas.
  • Dissertação
    Comparação da microestrutura e das propriedades mecânicas do aço sae 4140 submetido a tempera e revenimento convencional e por indução por meio de uma simulação por dilatometria
    Silva, Bryan Miyahara Moraes (2023-08-03)

    Escola de Engenharia Mackenzie (EE)

    No processo de fabricação de rolamentos para turbinas eólicas, a etapa de tratamento térmico exige controle minucioso de parâmetros, a fim de se obter um produto com propriedades específicas e adequadas para sua aplicação, sendo a dureza uma das principais propriedades consideradas. Entre os métodos de tratamentos térmicos um que vem recebendo destaque na indústria é o tratamento térmico por indução, por apresentar aquecimento simétrico, uniforme e rápido das peças, promovendo ganho em tempo de produção, consequentemente, quantidade de peças produzidas. O presente trabalho tem como objetivo geral desenvolver e avaliar um processo para realizar a têmpera e o revenimento por indução do aço SAE 4140, comparando as microestruturas e propriedades mecânicas entre os processos de têmpera e revenimento por meio de uma simulação de tratamento térmico convencional e por indução por dilatometria. A caracterização do aço foi realizada por meio de microscopia ótica, ensaio mecânico de microdureza (HV), difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. As caracterizações das amostras sub-zero proporcionaram a escolha da taxa de resfriamento utilizada nas demais amostras somente temperadas e temperadas e revenidas. Nas quais mostraram picos característicos do aço SAE 4140 nos difratogramas de todas as amostras, uma microsestrutura constituída de martensita em forma de ripas para as amostras temperadas e martensita revenida nas amostras temperadas e revenidas e uma microdureza igual ou muito semelhante independente dos diferentes parâmetros utilizados nas amostras temperadas e revenidas.