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Dissertações |
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BRUNO HENRIQUE DOS SANTOS
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Caracterização de compósitos de amido termoplástico com fibras de bagaço de cana-de-açúcar
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Orientador : MARCIA APARECIDA DA SILVA SPINACE
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Data: 18/02/2020
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O Brasil é um grande gerador de resíduos lignocelulósicos provenientes da agroindústria. Consequentemente, vêm aumentando as pesquisas visando destinar de forma ambientalmente aceitável esses resíduos. Uma alternativa é substituir as fibras sintéticas como fase dispersa em biocompósitos poliméricos. Nesse projeto, foram preparados os compósitos de TPS e resíduos de bagaço de cana de açúcar por extrusão e moldagem por compressão. Foram avaliados o efeito do uso de fibras com diferentes tamanhos e do tratamento alcalino das fibras com hidróxido de sódio e sulfito de sódio nas propriedades dos compósitos. As faixas de tamanho usadas foram: < 0,595 mm, 0,595 - 0,297 mm, 0,297 - 0,250 mm e > 0,250 mm; e as fibras foram tratadas por 30, 60, 120 e 240 min. As fibras, o TPS e os compósitos foram caracterizados por meio de análises químicas, mecânicas, térmicas e morfológicas. As fibras com diferentes faixas de tamanho apresentaram a mesma composição química e propriedades térmicas similares. Porém, os valores de índice de cristalinidade e a razão de aspecto são maiores para as fibras com maior tamanho, e que os valores de absorção e teor de umidade são maiores para as fibras menores. A variação do período de tratamento alcalino não alterou significativamente as propriedades térmicas, morfologia, teor de umidade ou composição química das fibras tratadas. Verificou-se que 30 min de tratamento foram suficientes para remover 56 % de hemicelulose e 73 % de lignina indicando a eficiência do tratamento alcalino, e não foi verificado aumento da remoção destes componentes após esse período. Os compósitos de TPS com 10% em massa (% m/m) de fibras de bagaço de cana com diferentes tamanhos apresentaram propriedades mecânicas similares às do TPS. No entanto, o compósito com fibras com menor tamanho (< 595 mm) apresentou tendência a obter melhores propriedades mecânicas. O compósito com 10% m/m de fibra (< 595 mm) e tratada por 30 min apresentou propriedade semelhante ao compósito usando fibra sem tratamento. Foram preparados compósitos com 20, 30 e 40% m/m de fibra (< 595 mm) sem tratamento e compósitos com 20 e 30 % m/m com fibras (< 595 mm) tratadas por 30 min. O compósito com 30% m/m de fibra (< 595 mm) tratada por 30 min. apresentou um aumento de 135 % na tensão máxima, aumento de 770 % no módulo elástico comparado ao TPS e estabilidade térmica de ~ 20°C superior ao TPS puro.
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O Brasil é um grande gerador de resíduos lignocelulósicos provenientes da agroindústria. Consequentemente, vêm aumentando as pesquisas visando destinar de forma ambientalmente aceitável esses resíduos. Uma alternativa é substituir as fibras sintéticas como fase dispersa em biocompósitos poliméricos. Nesse projeto, foram preparados os compósitos de TPS e resíduos de bagaço de cana de açúcar por extrusão e moldagem por compressão. Foram avaliados o efeito do uso de fibras com diferentes tamanhos e do tratamento alcalino das fibras com hidróxido de sódio e sulfito de sódio nas propriedades dos compósitos. As faixas de tamanho usadas foram: < 0,595 mm, 0,595 - 0,297 mm, 0,297 - 0,250 mm e > 0,250 mm; e as fibras foram tratadas por 30, 60, 120 e 240 min. As fibras, o TPS e os compósitos foram caracterizados por meio de análises químicas, mecânicas, térmicas e morfológicas. As fibras com diferentes faixas de tamanho apresentaram a mesma composição química e propriedades térmicas similares. Porém, os valores de índice de cristalinidade e a razão de aspecto são maiores para as fibras com maior tamanho, e que os valores de absorção e teor de umidade são maiores para as fibras menores. A variação do período de tratamento alcalino não alterou significativamente as propriedades térmicas, morfologia, teor de umidade ou composição química das fibras tratadas. Verificou-se que 30 min de tratamento foram suficientes para remover 56 % de hemicelulose e 73 % de lignina indicando a eficiência do tratamento alcalino, e não foi verificado aumento da remoção destes componentes após esse período. Os compósitos de TPS com 10% em massa (% m/m) de fibras de bagaço de cana com diferentes tamanhos apresentaram propriedades mecânicas similares às do TPS. No entanto, o compósito com fibras com menor tamanho (< 595 mm) apresentou tendência a obter melhores propriedades mecânicas. O compósito com 10% m/m de fibra (< 595 mm) e tratada por 30 min apresentou propriedade semelhante ao compósito usando fibra sem tratamento. Foram preparados compósitos com 20, 30 e 40% m/m de fibra (< 595 mm) sem tratamento e compósitos com 20 e 30 % m/m com fibras (< 595 mm) tratadas por 30 min. O compósito com 30% m/m de fibra (< 595 mm) tratada por 30 min. apresentou um aumento de 135 % na tensão máxima, aumento de 770 % no módulo elástico comparado ao TPS e estabilidade térmica de ~ 20°C superior ao TPS puro.
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RENAN FERREIRA MENEGASSI DE SOUZA
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BIOCOMPÓSITOS DE AMIDO TERMOPLÁSTICO COM FIBRA DE VISCOSE E DIÓXIDO DE TITÂNIO
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Orientador : MARCIA APARECIDA DA SILVA SPINACE
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Data: 18/02/2020
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Neste trabalho foi usado amido termoplástico (TPS) reforçado com rejeitos de fibras de viscose (FV) e preparados biocompósitos de TPS/FV e nanobiocompósitos de TPS reforçado com FV e dióxido de titânio (TiO2) e denominados de TPS/FV/TiO2. O TiO2 foi adicionado a fim de atuar como reforço e antimicrobiana. Os filmes de TPS e dos biocompósitos de TPS/FV com 10 a 40 % em massa (% m) de FV foram preparados por agitação mecânica à temperatura de 80 ºC e processados moldagem por compressão (MC) e por extrusão mono-rosca seguido de moldagem por compressão (EX) visando comparar a influência dos processos nas propriedades dos biocompósitos. O TPS, a FV e os biocompósitos de TPS/FV foram caracterizados por análises de difração de raios-X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, termogravimetria (TGA), teor e absorção de umidade, e ensaio de tração. O TiO2 e os nanobiocompósitos de TPS/FV/TiO2 foram caracterizados por análises de DRX, TGA, atividade antimicrobiana, microscopia de força atômica e ensaio de tração. A FV apresentou superfície lisa com microfibrilas com diâmetro de ~ 9 μm, razão de aspecto de 48,08, 12,41 % de teor de umidade, cristalinidade de 73,3 % e é constituída de uma mistura de celulose I e II. As amostras de TPS processadas por MC e EX apresentaram umidade de 9,03 e 16,43 %, cristalinidade de 54,4 e 40,6 %, respectivamente. As nanopartículas de TiO2 apresentaram estrutura do tipo rutilo e tamanho de ~1,5 nm. Os resultados dos ensaios de tração mostraram que o biocompósito de TPS/FV com 40 % m de FV do processamento EX apresentou o maior aumento da tensão máxima (366,85 %) comparado ao TPS, indicando que o processamento por extrusão como o mais adequado. Os aumentos nas propriedades mecânicas indicam que a incorporação da FV no TPS resultou em forte interação entre a matriz e as fibras. No biocompósito de TPS com 40 % m de FV processado por EX que apresentou o maior valor de tensão máxima foram incorporadas as nanopartículas de TiO2 com 3 a 5 % m. O nanobiocompósito com 5 %m de TiO2 promoveu um aumento de ~ 482,25 % da tensão máxima comparado ao TPS, resultado que ainda não foi reportado na literatura. Os resultados da atividade antimicrobiana mostraram que os nanobiocompósitos de TPS/FV/TiO2 apesar de atuarem como reforço, não inibiram o crescimento das bactérias Escherichia coli Staphylococcus aureus. As características dos biocompósitos de TPS/FV e dos nanobiocompósitos de TPS/FV/TiO2, comparado ao TPS, indicam o potencial para aplicação direta na área da engenharia.
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Neste trabalho foi usado amido termoplástico (TPS) reforçado com rejeitos de fibras de viscose (FV) e preparados biocompósitos de TPS/FV e nanobiocompósitos de TPS reforçado com FV e dióxido de titânio (TiO2) e denominados de TPS/FV/TiO2. O TiO2 foi adicionado a fim de atuar como reforço e antimicrobiana. Os filmes de TPS e dos biocompósitos de TPS/FV com 10 a 40 % em massa (% m) de FV foram preparados por agitação mecânica à temperatura de 80 ºC e processados moldagem por compressão (MC) e por extrusão mono-rosca seguido de moldagem por compressão (EX) visando comparar a influência dos processos nas propriedades dos biocompósitos. O TPS, a FV e os biocompósitos de TPS/FV foram caracterizados por análises de difração de raios-X (DRX), espectroscopia na região do infravermelho, microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, termogravimetria (TGA), teor e absorção de umidade, e ensaio de tração. O TiO2 e os nanobiocompósitos de TPS/FV/TiO2 foram caracterizados por análises de DRX, TGA, atividade antimicrobiana, microscopia de força atômica e ensaio de tração. A FV apresentou superfície lisa com microfibrilas com diâmetro de ~ 9 μm, razão de aspecto de 48,08, 12,41 % de teor de umidade, cristalinidade de 73,3 % e é constituída de uma mistura de celulose I e II. As amostras de TPS processadas por MC e EX apresentaram umidade de 9,03 e 16,43 %, cristalinidade de 54,4 e 40,6 %, respectivamente. As nanopartículas de TiO2 apresentaram estrutura do tipo rutilo e tamanho de ~1,5 nm. Os resultados dos ensaios de tração mostraram que o biocompósito de TPS/FV com 40 % m de FV do processamento EX apresentou o maior aumento da tensão máxima (366,85 %) comparado ao TPS, indicando que o processamento por extrusão como o mais adequado. Os aumentos nas propriedades mecânicas indicam que a incorporação da FV no TPS resultou em forte interação entre a matriz e as fibras. No biocompósito de TPS com 40 % m de FV processado por EX que apresentou o maior valor de tensão máxima foram incorporadas as nanopartículas de TiO2 com 3 a 5 % m. O nanobiocompósito com 5 %m de TiO2 promoveu um aumento de ~ 482,25 % da tensão máxima comparado ao TPS, resultado que ainda não foi reportado na literatura. Os resultados da atividade antimicrobiana mostraram que os nanobiocompósitos de TPS/FV/TiO2 apesar de atuarem como reforço, não inibiram o crescimento das bactérias Escherichia coli Staphylococcus aureus. As características dos biocompósitos de TPS/FV e dos nanobiocompósitos de TPS/FV/TiO2, comparado ao TPS, indicam o potencial para aplicação direta na área da engenharia.
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JOAO HENRIQUE QUINTINO PALHARES
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Effect of doping in tantalum oxide-based resistive switching devices (Memristors)
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Orientador : ANDRE SANTAROSA FERLAUTO
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Data: 14/08/2020
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Resistive switching (RS) devices (memristors) based on ionic carriers have attracted attention due to their simple structure (only two terminals), low energy consumption, high scalability, endurance, and possibility of novel computing architectures. However, variability is still a limiting factor for RS applications. In oxide-based RS devices, the reversible change (switching) in the resistance of a thin dielectric layer results from movement of oxygen vacancies induced by high electric fields. To reduce variability, better understating and control of oxygen vacancy formation and movement is paramount. In this work, the intrinsic and extrinsic doping of tantalum oxide layers in RS devices was investigated. Pure and Zr-doped tantalum oxide thin films were prepared by pulsed laser deposition (PLD) and characterized by atomic force microscopy (AFM), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and spectroscopic ellipsometry (SE) to evaluate surface morphology, film thickness, stoichiometry, electronic structure, and presence of defects. The pure and Zr-doped films were amorphous and had smooth surface. SE reveals that Zr addition promotes a sub-gap optical absorption that can be associated with increased concentration of oxygen vacancies. In pure tantalum oxide films, a similar effect can be achieved by reducing the oxygen partial pressure during deposition. RS devices were micropatterned by photolithography using dog-bone and common bot contact architectures. The device response was analyzed using an electronic hopping transport model that enables determination of defect (trap) concentration, which should be proportional to the O vacancy concentration. Such analysis confirms the SE results that that Zr doping promotes O vacancy formation. Systematic electrical parametrization shows that Zr-doped devices are more reliable, have a higher resistance window, higher yield, and lower forming voltage, which might be ascribed to doping effects on filament confinement and oxygen vacancy formation. This study suggests that Zr doping of tantalum oxide memristor is a promising vacancy engineering strategy to tune memristor performance.
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Resistive switching (RS) devices (memristors) based on ionic carriers have attracted attention due to their simple structure (only two terminals), low energy consumption, high scalability, endurance, and possibility of novel computing architectures. However, variability is still a limiting factor for RS applications. In oxide-based RS devices, the reversible change (switching) in the resistance of a thin dielectric layer results from movement of oxygen vacancies induced by high electric fields. To reduce variability, better understating and control of oxygen vacancy formation and movement is paramount. In this work, the intrinsic and extrinsic doping of tantalum oxide layers in RS devices was investigated. Pure and Zr-doped tantalum oxide thin films were prepared by pulsed laser deposition (PLD) and characterized by atomic force microscopy (AFM), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and spectroscopic ellipsometry (SE) to evaluate surface morphology, film thickness, stoichiometry, electronic structure, and presence of defects. The pure and Zr-doped films were amorphous and had smooth surface. SE reveals that Zr addition promotes a sub-gap optical absorption that can be associated with increased concentration of oxygen vacancies. In pure tantalum oxide films, a similar effect can be achieved by reducing the oxygen partial pressure during deposition. RS devices were micropatterned by photolithography using dog-bone and common bot contact architectures. The device response was analyzed using an electronic hopping transport model that enables determination of defect (trap) concentration, which should be proportional to the O vacancy concentration. Such analysis confirms the SE results that that Zr doping promotes O vacancy formation. Systematic electrical parametrization shows that Zr-doped devices are more reliable, have a higher resistance window, higher yield, and lower forming voltage, which might be ascribed to doping effects on filament confinement and oxygen vacancy formation. This study suggests that Zr doping of tantalum oxide memristor is a promising vacancy engineering strategy to tune memristor performance.
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MAURICIO MARUO KATO
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RECUPERAÇÃO DE DIÓXIDO DE TITÂNIO DA ÁGUA DE LAVAGEM DE TANQUES DA INDÚSTRIA DE TINTAS
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Orientador : DERVAL DOS SANTOS ROSA
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Data: 25/11/2020
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O dióxido de titânio (TiO2) é o pigmento branco mais utilizado mundialmente, sendo encontrado em praticamente todas as tintas e revestimentos. O Brasil possui apenas 1% da produção mundial, sendo muito dependente da exportação desse material de maiores produtores, agregando alto custo financeiro e ambiental ao material. Embora iniciativas para recuperação de resíduos provenientes da indústria de tintas existam, não são focados na recuperação seletiva dos materiais mais nobres como o TiO2. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para recuperação seletiva de TiO2 da água de lavagem de tanques (resíduo de maior volume gerado) que se mostra como uma fonte alternativa sustentável de TiO2. Por meio de medidas de pH, condutividade elétrica, gravimetria, fluorescência de raios-x (FRX), análises termogravimétricas (TGA), análises de espécies orgânicas por ressonância magnética nuclear de 1H (RMN) e análise morfológica dos sólidos por microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por energia dispersiva (MEV-EDS) foi possível determinar as propriedades e composição média da água de lavagem de tanques gerado pela indústria de tinta, a fim de simular em laboratório, um material similar com composição não variável para estudos por metodologia de superfície de resposta (MSR). Estes estudos se basearam nos teores de sólidos e óxidos de uma série de ensaios realizados para a criação de modelos estatísticos que mostraram que ambas as técnicas de floculação e flotação são capazes de recuperar o TiO2 da matriz abordada, entretanto, apenas a técnica de flotação teve seu modelo validado estatisticamente. A utilização da técnica de flotação na água de lavagem de tanques da indústria de tintas, com os parâmetros definidos pelas análises de superfície de respostas (7 minutos de processo, 0,2% m/m de cloreto de cetil trimetil amônio, em pH 10,0) resultou em uma recuperação de 70,9% do TiO2 contido na água de lavagem de tanques com 25,0% de pureza. O resultado indica um aumento de 135% na quantidade de TiO2 do material, mostrando seletividade no processo de flotação, entretanto, análises por MEV-EDS mostram que o material se encontra parcialmente recoberto pelo tensoativo utilizado no processo, sendo necessário mais uma etapa para uma recuperação completa do material. Por fim, este trabalho se mostra muito importante ao abrir um precedente de estudos de recuperação seletiva do TiO2 em uma matriz tão rica e complexa quanto a abordada neste trabalho, sendo que a técnica de flotação pode ser mais amplamente estuda em futuros trabalhos a fim de se otimizar as taxas de recuperação e pureza de TiO2
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O dióxido de titânio (TiO2) é o pigmento branco mais utilizado mundialmente, sendo encontrado em praticamente todas as tintas e revestimentos. O Brasil possui apenas 1% da produção mundial, sendo muito dependente da exportação desse material de maiores produtores, agregando alto custo financeiro e ambiental ao material. Embora iniciativas para recuperação de resíduos provenientes da indústria de tintas existam, não são focados na recuperação seletiva dos materiais mais nobres como o TiO2. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia para recuperação seletiva de TiO2 da água de lavagem de tanques (resíduo de maior volume gerado) que se mostra como uma fonte alternativa sustentável de TiO2. Por meio de medidas de pH, condutividade elétrica, gravimetria, fluorescência de raios-x (FRX), análises termogravimétricas (TGA), análises de espécies orgânicas por ressonância magnética nuclear de 1H (RMN) e análise morfológica dos sólidos por microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por energia dispersiva (MEV-EDS) foi possível determinar as propriedades e composição média da água de lavagem de tanques gerado pela indústria de tinta, a fim de simular em laboratório, um material similar com composição não variável para estudos por metodologia de superfície de resposta (MSR). Estes estudos se basearam nos teores de sólidos e óxidos de uma série de ensaios realizados para a criação de modelos estatísticos que mostraram que ambas as técnicas de floculação e flotação são capazes de recuperar o TiO2 da matriz abordada, entretanto, apenas a técnica de flotação teve seu modelo validado estatisticamente. A utilização da técnica de flotação na água de lavagem de tanques da indústria de tintas, com os parâmetros definidos pelas análises de superfície de respostas (7 minutos de processo, 0,2% m/m de cloreto de cetil trimetil amônio, em pH 10,0) resultou em uma recuperação de 70,9% do TiO2 contido na água de lavagem de tanques com 25,0% de pureza. O resultado indica um aumento de 135% na quantidade de TiO2 do material, mostrando seletividade no processo de flotação, entretanto, análises por MEV-EDS mostram que o material se encontra parcialmente recoberto pelo tensoativo utilizado no processo, sendo necessário mais uma etapa para uma recuperação completa do material. Por fim, este trabalho se mostra muito importante ao abrir um precedente de estudos de recuperação seletiva do TiO2 em uma matriz tão rica e complexa quanto a abordada neste trabalho, sendo que a técnica de flotação pode ser mais amplamente estuda em futuros trabalhos a fim de se otimizar as taxas de recuperação e pureza de TiO2
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GABRIELLE LUANA JIMENEZ TEODORO NEPOMUCENO
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BIÓPSIA ÓPTICA LÍQUIDA DE CÂNCER ORAL POR ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO NO INFRAVERMELHO POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FTIR)
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Orientador : HERCULANO DA SILVA MARTINHO
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Data: 09/12/2020
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A espectroscopia vibracional é uma ferramenta de obtenção de dados a nível molecular, e por isso tem sido estudada como método de viabilizar o diagnóstico e monitoramento de patologias. A espectroscopia de absorção de infravermelho por transformada de Fourier tem obtido resultados promissores, principalmente nos estudos relacionados a diagnóstico de tecidos cancerosos, como o câncer de mama e próstata, pois é uma técnica minimamente invasiva para o paciente e rápida e alta precisão. Além disto, os estudos quanto a biópsia líquida, ou seja, utilizando biofluídos corporais chamada de biópisia líquida, vem ganhando espaço na comunidade médico-científica, devido a disponibilidade de amostras, facilidade de armazenamento e fácil reprodutibilidade de testes, além da coleta de amostras ser minimamente invasiva. O objetivo deste trabalho analisar salivas de pacientes de dois grupos, um grupo de pacientes sem nenhum tipo de câncer, e outro grupo de pacientes com câncer em específico câncer de cavidade oral, sendo destes grupos pessoas fumantes, ex-fumantes e pessoas que nunca fumaram, por espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourier a fim de saber se seria possível discriminar os grupos por suas diferenças espectrais, utilizando-o como ferramenta de diagnóstico, comparando as amostras igualmente preparadas e analisadas. Foi desenvolvida uma metodologia de preparo das amostras de saliva em ambiente de alta umidade relativa <80% para a secagem homogênea dos componentes para utilizar no FTIR. Os resultados de análise espectrais, bem como a análise de cluster (HCA) mostraram a separação dos grupos de estudo, o grupo controle e o grupo com a patologia, mostrando que a partir da metodologia de preparo e padrões utilizados no equipamento, o FTIR mostrou-se eficiente para diagnóstico de câncer oral.
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A espectroscopia vibracional é uma ferramenta de obtenção de dados a nível molecular, e por isso tem sido estudada como método de viabilizar o diagnóstico e monitoramento de patologias. A espectroscopia de absorção de infravermelho por transformada de Fourier tem obtido resultados promissores, principalmente nos estudos relacionados a diagnóstico de tecidos cancerosos, como o câncer de mama e próstata, pois é uma técnica minimamente invasiva para o paciente e rápida e alta precisão. Além disto, os estudos quanto a biópsia líquida, ou seja, utilizando biofluídos corporais chamada de biópisia líquida, vem ganhando espaço na comunidade médico-científica, devido a disponibilidade de amostras, facilidade de armazenamento e fácil reprodutibilidade de testes, além da coleta de amostras ser minimamente invasiva. O objetivo deste trabalho analisar salivas de pacientes de dois grupos, um grupo de pacientes sem nenhum tipo de câncer, e outro grupo de pacientes com câncer em específico câncer de cavidade oral, sendo destes grupos pessoas fumantes, ex-fumantes e pessoas que nunca fumaram, por espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourier a fim de saber se seria possível discriminar os grupos por suas diferenças espectrais, utilizando-o como ferramenta de diagnóstico, comparando as amostras igualmente preparadas e analisadas. Foi desenvolvida uma metodologia de preparo das amostras de saliva em ambiente de alta umidade relativa <80% para a secagem homogênea dos componentes para utilizar no FTIR. Os resultados de análise espectrais, bem como a análise de cluster (HCA) mostraram a separação dos grupos de estudo, o grupo controle e o grupo com a patologia, mostrando que a partir da metodologia de preparo e padrões utilizados no equipamento, o FTIR mostrou-se eficiente para diagnóstico de câncer oral.
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RENNAN FÉLIX DA SILVA BARBOSA
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Desenvolvimento de filmes poliméricos biodegradáveis ativos contendo cápsulas de óleo essencial e nanoestruturas de celulose
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Orientador : DERVAL DOS SANTOS ROSA
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Data: 09/12/2020
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O desenvolvimento de produtos com atividade antimicrobiana é de interesse científico e comercial, em destaque no setor de produtos alimentícios, de modo a garantir a segurança do alimento e uma maior vida de prateleira. Além disso, os produtos usualmente empregados em embalagens são plásticos que aos serem descartados geram um problema ambiental. Nesse contexto, o desenvolvimento de novos sistemas que alinhem características biodegradáveis com propriedades antimicrobianas tem atraído a atenção nos últimos anos. Nesse estudo foram desenvolvidos filmes poliméricos utilizando um polímero biodegradável, o poli(butileno adipato-co-tereftalato) - PBAT, com incorporação de nanoestruturas de celulose (NECs) e cápsulas de óleos essenciais. As NECs foram obtidas a partir de resíduos de eucalipto, previamente tratada, por moagem mecânica durante 12 horas. Os resultados demonstraram que o tratamento foi eficaz para redução do teor de lignina e hemicelulose das fibras de eucalipto. Após o processo de moagem foi observado que as NECs apresentaram tamanhos nanométricos, elevada cristalinidade, e propriedades térmicas adequadas. Para produção das cápsulas foram utilizados os óleos essenciais (OE) de pau rosa e canela cassia. Os OE foram emulsionados utilizando o surfactante polisorbato 80, com posterior deposição de solução polimérica de PBAT e precipitação das cápsulas poliméricas. Foi observado que as cápsulas apresentaram morfologia esférica, e tamanho dependente do volume de solução utilizada. As cápsulas auxiliaram na estabilidade térmica dos OE, sendo observado um carregamento maior para as cápsulas de canela (29%). O perfil de liberação demonstrou uma curva logarítmica que foi matematicamente ajustada segundo o modelo de Korsmeyer-Peppas e demonstrou que o processo de difusão é associado ao transporte Fickiano. As cápsulas apresentaram atividade antimicrobiana contra Escherichia coli, sendo observados halos de inibição de 5,5 e 4,7 mm, para as cápsulas de OE de pau rosa e canela, respectivamente. As NECs e cápsulas foram incorporadas utilizando a técnica de casting. A presença de NEC aumentou a rigidez do filme, enquanto que o OE promoveu um efeito plastificante. Os compósitos apresentaram propriedades superior ao do filme puro. A estrutura cristalina do filme foi alterada, sendo que a NEC pode impor restrições a difusão do OE no filme. Esse efeito foi corroborado pelo ensaio de liberação que demonstrou que no mesmo período uma menor quantidade de OE é liberada para o sistema contendo NEC e cápsulas quando comparado ao sistema contendo apenas cápsulas. O ensaio antimicrobiano demonstrou que os filmes contendo cápsulas inibiram o crescimento da bactéria na estrutura do filme. Esses resultados indicam o potencial dos filmes desenvolvidos visando aplicação com atividades antimicrobianas, sendo atrativas para produção de embalagens de produtos alimentícios.
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O desenvolvimento de produtos com atividade antimicrobiana é de interesse científico e comercial, em destaque no setor de produtos alimentícios, de modo a garantir a segurança do alimento e uma maior vida de prateleira. Além disso, os produtos usualmente empregados em embalagens são plásticos que aos serem descartados geram um problema ambiental. Nesse contexto, o desenvolvimento de novos sistemas que alinhem características biodegradáveis com propriedades antimicrobianas tem atraído a atenção nos últimos anos. Nesse estudo foram desenvolvidos filmes poliméricos utilizando um polímero biodegradável, o poli(butileno adipato-co-tereftalato) - PBAT, com incorporação de nanoestruturas de celulose (NECs) e cápsulas de óleos essenciais. As NECs foram obtidas a partir de resíduos de eucalipto, previamente tratada, por moagem mecânica durante 12 horas. Os resultados demonstraram que o tratamento foi eficaz para redução do teor de lignina e hemicelulose das fibras de eucalipto. Após o processo de moagem foi observado que as NECs apresentaram tamanhos nanométricos, elevada cristalinidade, e propriedades térmicas adequadas. Para produção das cápsulas foram utilizados os óleos essenciais (OE) de pau rosa e canela cassia. Os OE foram emulsionados utilizando o surfactante polisorbato 80, com posterior deposição de solução polimérica de PBAT e precipitação das cápsulas poliméricas. Foi observado que as cápsulas apresentaram morfologia esférica, e tamanho dependente do volume de solução utilizada. As cápsulas auxiliaram na estabilidade térmica dos OE, sendo observado um carregamento maior para as cápsulas de canela (29%). O perfil de liberação demonstrou uma curva logarítmica que foi matematicamente ajustada segundo o modelo de Korsmeyer-Peppas e demonstrou que o processo de difusão é associado ao transporte Fickiano. As cápsulas apresentaram atividade antimicrobiana contra Escherichia coli, sendo observados halos de inibição de 5,5 e 4,7 mm, para as cápsulas de OE de pau rosa e canela, respectivamente. As NECs e cápsulas foram incorporadas utilizando a técnica de casting. A presença de NEC aumentou a rigidez do filme, enquanto que o OE promoveu um efeito plastificante. Os compósitos apresentaram propriedades superior ao do filme puro. A estrutura cristalina do filme foi alterada, sendo que a NEC pode impor restrições a difusão do OE no filme. Esse efeito foi corroborado pelo ensaio de liberação que demonstrou que no mesmo período uma menor quantidade de OE é liberada para o sistema contendo NEC e cápsulas quando comparado ao sistema contendo apenas cápsulas. O ensaio antimicrobiano demonstrou que os filmes contendo cápsulas inibiram o crescimento da bactéria na estrutura do filme. Esses resultados indicam o potencial dos filmes desenvolvidos visando aplicação com atividades antimicrobianas, sendo atrativas para produção de embalagens de produtos alimentícios.
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MATHEUS MENDES DE OLIVEIRA
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Influence of processing on electrical and mechanical properties of epoxy nanocomposites filled with carbon nanoparticles
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Orientador : DANILO JUSTINO CARASTAN
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Data: 10/12/2020
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Avanços nas propriedades mecânicas de compósitos ao longo das últimas décadas permitiram que a indústria aeroespacial substituísse o alumínio das fuselagens por polímeros reforçados com fibras. Porém, o caráter isolante desses materiais faz com que a estrutura do avião fique vulnerável a graves danos caso seja atingida por raios, incluindo delaminação e fragilização. A solução atual tem sido o uso de malhas metálicas instaladas ao redor da fuselagem, mas elas tornam a estrutura mais pesada, minando a principal vantagem dos compósitos. Portanto, a indústria se beneficiaria com um material leve, condutor e sem emendas. Nanoplaquetas de grafeno (GNPs) e nanotubos de carbono (CNTs) têm sido usados para melhorar propriedades mecânicas e elétricas em nanocompósitos de matriz epóxi. GNPs são pequenas partículas de grafeno multicamada que herdam parte das excelentes propriedades mecânicas e elétricas do grafeno monocamada, mas a um custo de produção muito menor. CNTs são muito conhecidos pela alta condutividade e baixo limite de percolação, assim como alto módulo elástico. Há evidências na literatura de que efeitos sinérgicos ocorrem ao se incorporar ambas as nanopartículas em epóxi, mas ainda não há consenso sobre muitos fatores importantes para a fabricação destes nanocompósitos híbridos, especialmente aqueles que dizem respeito ao processamento e à razão mássica ideal dos dois reforços. O objetivo da primeira parte deste trabalho foi usar medidas reológicas para investigar como os parâmetros de sonicação afetam a dispersão deste sistema, e então avaliar seu impacto nas propriedades elétricas e mecânicas dos nanocompósitos curados. Resultados mostraram que tempo e amplitude de sonicação têm grande impacto nestas propriedades, confirmando que o controle cuidadoso destes parâmetros é essencial para otimizar a fabricação de nanocompósitos avançados. A segunda parte do trabalho focou na avaliação do efeito sinérgico entre CNT e GNP em matriz epóxi. Diferentes razões de CNT:GNP foram testadas com concentração total de 0,1 e 1,0 % (m/m). Apesar de a concentração mais baixa não ter mostrado sinergia clara, os nanocompósitos híbridos com concentração de 1,0 % (m/m) nas proporções 7:3 e 9:1 atingiram maiores condutividades elétricas, e as proporções 1:9 e 3:7 melhoraram E’ e Tg quando comparados com os nanocompósitos simples de mesma concentração. Os possíveis motivos que levaram ao efeito sinérgico são apresentados e discutidos.
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Avanços nas propriedades mecânicas de compósitos ao longo das últimas décadas permitiram que a indústria aeroespacial substituísse o alumínio das fuselagens por polímeros reforçados com fibras. Porém, o caráter isolante desses materiais faz com que a estrutura do avião fique vulnerável a graves danos caso seja atingida por raios, incluindo delaminação e fragilização. A solução atual tem sido o uso de malhas metálicas instaladas ao redor da fuselagem, mas elas tornam a estrutura mais pesada, minando a principal vantagem dos compósitos. Portanto, a indústria se beneficiaria com um material leve, condutor e sem emendas. Nanoplaquetas de grafeno (GNPs) e nanotubos de carbono (CNTs) têm sido usados para melhorar propriedades mecânicas e elétricas em nanocompósitos de matriz epóxi. GNPs são pequenas partículas de grafeno multicamada que herdam parte das excelentes propriedades mecânicas e elétricas do grafeno monocamada, mas a um custo de produção muito menor. CNTs são muito conhecidos pela alta condutividade e baixo limite de percolação, assim como alto módulo elástico. Há evidências na literatura de que efeitos sinérgicos ocorrem ao se incorporar ambas as nanopartículas em epóxi, mas ainda não há consenso sobre muitos fatores importantes para a fabricação destes nanocompósitos híbridos, especialmente aqueles que dizem respeito ao processamento e à razão mássica ideal dos dois reforços. O objetivo da primeira parte deste trabalho foi usar medidas reológicas para investigar como os parâmetros de sonicação afetam a dispersão deste sistema, e então avaliar seu impacto nas propriedades elétricas e mecânicas dos nanocompósitos curados. Resultados mostraram que tempo e amplitude de sonicação têm grande impacto nestas propriedades, confirmando que o controle cuidadoso destes parâmetros é essencial para otimizar a fabricação de nanocompósitos avançados. A segunda parte do trabalho focou na avaliação do efeito sinérgico entre CNT e GNP em matriz epóxi. Diferentes razões de CNT:GNP foram testadas com concentração total de 0,1 e 1,0 % (m/m). Apesar de a concentração mais baixa não ter mostrado sinergia clara, os nanocompósitos híbridos com concentração de 1,0 % (m/m) nas proporções 7:3 e 9:1 atingiram maiores condutividades elétricas, e as proporções 1:9 e 3:7 melhoraram E’ e Tg quando comparados com os nanocompósitos simples de mesma concentração. Os possíveis motivos que levaram ao efeito sinérgico são apresentados e discutidos.
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ADRIANA GOMES VERDI
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EMBALAGEM BIODEGRADÁVEL BACTERICIDA E ANTIFÚNGICA PARA MORANGO À BASE DE PBAT E PÓ DE SEMENTE DE MORINGA OLEIFERA
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Orientador : DERVAL DOS SANTOS ROSA
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Data: 11/12/2020
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Nos últimos anos diferentes materiais têm sido utilizados na fabricação de embalagens para alimentos, e dentre eles estão metais, vidros e polímeros. Para garantir a conservação do produto cada material possui características específicas como: propriedade de barreira a gases, luz, água, microrganismos e resistência mecânica. O Brasil destaca-se pela disponibilidade de recursos naturais renováveis que podem ser utilizados no desenvolvimento de embalagens biodegradáveis e ativas. Grande interesse na pesquisa e no desenvolvimento dessas embalagens tem sido despertado nos últimos anos com o intuito de diminuir o acúmulo de resíduos plásticos no meio ambiente, assim como, favorecer o consumidor com produtos finais de qualidade e maior durabilidade. O objetivo deste estudo foi desenvolver filmes biodegradáveis ativos, para aplicação em embalagens alimentícias, utilizando o poli (butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT), um polímero biodegradável, e o pó de semente de Moringa oleifera como agente ativo (bactericida e antifúngico). A metodologia consistiu nas caracterizações do pó de moringa: análise granulométrica e microscopia ótica, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman (FT-RAMAN), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e análise termogravimétrica (TGA) e do PBAT: ensaios mecânicos, (MEV), (FT-RAMAN), (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), (DRX), taxa de permeabilidade ao oxigênio (TPO), taxa de permeabilidade ao vapor d’água (TPVA) e avaliação do desempenho dos filmes na aplicação de embalagens para morangos. Filmes de PBAT e pó de moringa (0, 1, 3, 5 e 10% em massa) foram preparados pela técnica de extensor por fio. Os filmes com concentração de 1% de pó mostraram melhores propriedades mecânicas, com aumento no módulo de elasticidade e flexibilidade do material, indícios de boa dispersão, onde a adição do pó, atuou no ganho de outras propriedades, como antifúngicas. Os resultados de avaliação do desempenho dos filmes na aplicação de embalagens para morangos evidenciam a possibilidade de obtenção de uma embalagem biodegradável ativa microbiológica (bactericida e antifúngica) que proporciona aos morangos um aumento da vida de prateleira.
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Nos últimos anos diferentes materiais têm sido utilizados na fabricação de embalagens para alimentos, e dentre eles estão metais, vidros e polímeros. Para garantir a conservação do produto cada material possui características específicas como: propriedade de barreira a gases, luz, água, microrganismos e resistência mecânica. O Brasil destaca-se pela disponibilidade de recursos naturais renováveis que podem ser utilizados no desenvolvimento de embalagens biodegradáveis e ativas. Grande interesse na pesquisa e no desenvolvimento dessas embalagens tem sido despertado nos últimos anos com o intuito de diminuir o acúmulo de resíduos plásticos no meio ambiente, assim como, favorecer o consumidor com produtos finais de qualidade e maior durabilidade. O objetivo deste estudo foi desenvolver filmes biodegradáveis ativos, para aplicação em embalagens alimentícias, utilizando o poli (butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT), um polímero biodegradável, e o pó de semente de Moringa oleifera como agente ativo (bactericida e antifúngico). A metodologia consistiu nas caracterizações do pó de moringa: análise granulométrica e microscopia ótica, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman (FT-RAMAN), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX) e análise termogravimétrica (TGA) e do PBAT: ensaios mecânicos, (MEV), (FT-RAMAN), (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), (DRX), taxa de permeabilidade ao oxigênio (TPO), taxa de permeabilidade ao vapor d’água (TPVA) e avaliação do desempenho dos filmes na aplicação de embalagens para morangos. Filmes de PBAT e pó de moringa (0, 1, 3, 5 e 10% em massa) foram preparados pela técnica de extensor por fio. Os filmes com concentração de 1% de pó mostraram melhores propriedades mecânicas, com aumento no módulo de elasticidade e flexibilidade do material, indícios de boa dispersão, onde a adição do pó, atuou no ganho de outras propriedades, como antifúngicas. Os resultados de avaliação do desempenho dos filmes na aplicação de embalagens para morangos evidenciam a possibilidade de obtenção de uma embalagem biodegradável ativa microbiológica (bactericida e antifúngica) que proporciona aos morangos um aumento da vida de prateleira.
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FERNANDO TAKASHI DA ROCHA ARITA
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FILMES FINOS DE SULFETO DE ANTIMÔNIO: DEPOSIÇÃO POR EVAPORAÇÃO TÉRMICA RÁPIDA E SIMULAÇÃO DE CÉLULAS SOLARES
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Orientador : ANDRE SANTAROSA FERLAUTO
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Data: 11/12/2020
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Os dispositivos fotovoltaicos de calcogenetos são amplamente estudados e o sulfeto de antimônio tem se destacado como um promissor candidato devido suas propriedades, sendo o foco deste estudo. A deposição deste material ocorreu por evaporação térmica rápida em diferentes substratos e variando algumas condições de deposição. Inicialmente, avaliou-se a deposição de filmes em regiões de baixa supersaturação para a formação de um filme fino, porém os filmes depositados não apresentaram boa cristalinidade e nem controle de estequiometria. Em razão disso, realizaram-se deposições em regiões com alta supersaturação, variando a temperatura ajustada na seção contendo os substratos. Ajustando a 20°C, verificou-se por meio dos difratogramas de raios X que os filmes são depositados preferencialmente ao longo dos planos (121). Quando a temperatura era elevada para 240°C, os filmes eram preferencialmente depositados nas direções (120). Por fim, os filmes apresentaram picos referentes ao óxido de antimônio quando a temperatura era elevada para 420°C, indicando perda de enxofre. Além disso, foi verificada uma influência do tipo de substrato no modo de crescimento dos filmes de sulfeto de antimônio.Este trabalho também realizou um estudo do dispositivo final utilizando o software SCAPS. Verificou-se que a configuração mais comum para este material apresenta saturação de densidade de corrente (roll-over). Simularam-se camadas transportadoras de buracos para reduzir este efeito. Verificou-se que uma camada fina de Cu2O foi capaz de suprimir este efeito e ainda maximizou as propriedades do dispositivo final. Além disso, simulou-se a utilização de compostos do sistema Sb-S-Se como camada ativa, dos quais um máximo de eficiência de conversão foi observado na composição com teor de Se a 0,8. As tendências observadas nesta simulação são similares às apresentadas em dispositivos experimentais.
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Os dispositivos fotovoltaicos de calcogenetos são amplamente estudados e o sulfeto de antimônio tem se destacado como um promissor candidato devido suas propriedades, sendo o foco deste estudo. A deposição deste material ocorreu por evaporação térmica rápida em diferentes substratos e variando algumas condições de deposição. Inicialmente, avaliou-se a deposição de filmes em regiões de baixa supersaturação para a formação de um filme fino, porém os filmes depositados não apresentaram boa cristalinidade e nem controle de estequiometria. Em razão disso, realizaram-se deposições em regiões com alta supersaturação, variando a temperatura ajustada na seção contendo os substratos. Ajustando a 20°C, verificou-se por meio dos difratogramas de raios X que os filmes são depositados preferencialmente ao longo dos planos (121). Quando a temperatura era elevada para 240°C, os filmes eram preferencialmente depositados nas direções (120). Por fim, os filmes apresentaram picos referentes ao óxido de antimônio quando a temperatura era elevada para 420°C, indicando perda de enxofre. Além disso, foi verificada uma influência do tipo de substrato no modo de crescimento dos filmes de sulfeto de antimônio.Este trabalho também realizou um estudo do dispositivo final utilizando o software SCAPS. Verificou-se que a configuração mais comum para este material apresenta saturação de densidade de corrente (roll-over). Simularam-se camadas transportadoras de buracos para reduzir este efeito. Verificou-se que uma camada fina de Cu2O foi capaz de suprimir este efeito e ainda maximizou as propriedades do dispositivo final. Além disso, simulou-se a utilização de compostos do sistema Sb-S-Se como camada ativa, dos quais um máximo de eficiência de conversão foi observado na composição com teor de Se a 0,8. As tendências observadas nesta simulação são similares às apresentadas em dispositivos experimentais.
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PEDRO HENRIQUE THIAYAMITI SANTOS
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Modelagem computacional de interfaces água/metal
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Orientador : LUANA SUCUPIRA PEDROZA
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Data: 14/12/2020
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O comportamento da água nas superfícies metálicas é importante tanto do ponto de vista teórico quanto prático. O primeiro, porque o entendimento dos detalhes microscópicos dos processos eletroquímicos associados é necessário para melhorar esse campo de pesquisa. O segundo devido ao fato de ter um papel fundamental em muitas aplicações na eletroquímica, por exemplo, em dispositivos de conversão e armazenamento de energia, em corrosão e em catálise heterogênea. No entanto, as caracterizações experimentais da interface metal/água até o momento são complexas e limitadas, levando a muitos aspectos nebulosos. Nesse sentido, simulações atomísticas podem complementar o quadro nanoscópico desse sistema, validando e prevendo dados empíricos e também auxiliando na sua interpretação. A abordagem ideal seria realizar uma simulação de dinâmica molecular totalmente ab initio para descrever com precisão as propriedades estruturais e dinâmicas da interface. No entanto, isso é computacionalmente muito caro. Portanto, os protótipos geralmente têm modelos restritos em termos de tamanho e tempo. Uma alternativa para contornar esse obstáculo é realizar um protocolo computacional híbrido do tipo QM/MM. Nesta estrutura, uma abordagem em multi escala para as interações entre água e metal pode ser implementada, com métodos de mecânica quântica fornecendo a reatividade da superfície em simulações em larga escala. Por meio desse método, a interface de ouro e água, influenciada pelos efeitos de polarização do metal devido à presença de água, foi analisada com o objetivo de desenvolver um campo de força incluindo polarização para descrever de forma acurada essa interface.
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O comportamento da água nas superfícies metálicas é importante tanto do ponto de vista teórico quanto prático. O primeiro, porque o entendimento dos detalhes microscópicos dos processos eletroquímicos associados é necessário para melhorar esse campo de pesquisa. O segundo devido ao fato de ter um papel fundamental em muitas aplicações na eletroquímica, por exemplo, em dispositivos de conversão e armazenamento de energia, em corrosão e em catálise heterogênea. No entanto, as caracterizações experimentais da interface metal/água até o momento são complexas e limitadas, levando a muitos aspectos nebulosos. Nesse sentido, simulações atomísticas podem complementar o quadro nanoscópico desse sistema, validando e prevendo dados empíricos e também auxiliando na sua interpretação. A abordagem ideal seria realizar uma simulação de dinâmica molecular totalmente ab initio para descrever com precisão as propriedades estruturais e dinâmicas da interface. No entanto, isso é computacionalmente muito caro. Portanto, os protótipos geralmente têm modelos restritos em termos de tamanho e tempo. Uma alternativa para contornar esse obstáculo é realizar um protocolo computacional híbrido do tipo QM/MM. Nesta estrutura, uma abordagem em multi escala para as interações entre água e metal pode ser implementada, com métodos de mecânica quântica fornecendo a reatividade da superfície em simulações em larga escala. Por meio desse método, a interface de ouro e água, influenciada pelos efeitos de polarização do metal devido à presença de água, foi analisada com o objetivo de desenvolver um campo de força incluindo polarização para descrever de forma acurada essa interface.
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GUILHERME RIBEIRO PORTUGAL
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NaTaO3 perovskite structural and electronic properties: a theoretical approach from infinite surfaces to nanostructures
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Orientador : SYDNEY FERREIRA SANTOS
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Data: 16/12/2020
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Sodium tantalate (NaTaO3) structures have been considered one of the most promising materials to conduct water-splitting photocatalytic reactions. Understanding the structural and electronic behavior of atomically distinct surfaces is of fundamental importance to elucidate the relationship between reactivity and different terminations. A first broader systematic investigation of infinite slabs points to the orthorhombic NaTaO-terminated surface as the best candidate to perform photocatalytic reactions. The cleavage-induced TaO4 arrangements, although more energetically expensive, allow structural reconstruction to take place. Well-localized Ta energy states are introduced inside the bandgap, and happen to be coherently aligned with the water oxidation potential. In nanostructures, a similar behavior is observed for cubic [110]-oriented (Na,K)TaO3 ultrathin films. Surface Ta shallow states emerge into the bandgap since the (110) cleavage breaks the octahedral symmetry to create TaO4 units. We physically explain the associated orbital stabilization, which is maximized when biaxial tensile increases the TaO4 planarity and moves surface states into the bandgap. Compressive biaxial strain induces the opposite behavior. Such strain-driven modulation is desired in different applications. Yet, NaO-TaO2 polar slabs indicate the presence of surface 2D carries carrier gases in NaTaO3 ultrathin films. Furthermore, we elucidate their formation mechanism, thickness dependence, and tuning through biaxial in-plane strain, which concerns specially nanoelectronics. Regarding nanowires, chemically different facets affected structural and electronic properties even more prominently. Interestingly, besides the half-metal character of NaO-terminated wires, NaTaO-terminated nanowires also have surface TaO4 units that become more planar upon structural reconstruction and introduce occupied Ta 5d states below their conduction band. Finally, the initial study of the H2O-surface interactions in nanowires reveals their hydrophilic character and shows the particularities of adsorption in different sites of NaO, TaO and NaTaO facets. The aforementioned common characteristics that have been observed from infinite slabs to nanowires have led to a better understanding of possible reasons why NaTaO3 stands out intrinsically in photocatalytic terms, and can therefore guide experimental studies and future investigations on the subject.
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Sodium tantalate (NaTaO3) structures have been considered one of the most promising materials to conduct water-splitting photocatalytic reactions. Understanding the structural and electronic behavior of atomically distinct surfaces is of fundamental importance to elucidate the relationship between reactivity and different terminations. A first broader systematic investigation of infinite slabs points to the orthorhombic NaTaO-terminated surface as the best candidate to perform photocatalytic reactions. The cleavage-induced TaO4 arrangements, although more energetically expensive, allow structural reconstruction to take place. Well-localized Ta energy states are introduced inside the bandgap, and happen to be coherently aligned with the water oxidation potential. In nanostructures, a similar behavior is observed for cubic [110]-oriented (Na,K)TaO3 ultrathin films. Surface Ta shallow states emerge into the bandgap since the (110) cleavage breaks the octahedral symmetry to create TaO4 units. We physically explain the associated orbital stabilization, which is maximized when biaxial tensile increases the TaO4 planarity and moves surface states into the bandgap. Compressive biaxial strain induces the opposite behavior. Such strain-driven modulation is desired in different applications. Yet, NaO-TaO2 polar slabs indicate the presence of surface 2D carries carrier gases in NaTaO3 ultrathin films. Furthermore, we elucidate their formation mechanism, thickness dependence, and tuning through biaxial in-plane strain, which concerns specially nanoelectronics. Regarding nanowires, chemically different facets affected structural and electronic properties even more prominently. Interestingly, besides the half-metal character of NaO-terminated wires, NaTaO-terminated nanowires also have surface TaO4 units that become more planar upon structural reconstruction and introduce occupied Ta 5d states below their conduction band. Finally, the initial study of the H2O-surface interactions in nanowires reveals their hydrophilic character and shows the particularities of adsorption in different sites of NaO, TaO and NaTaO facets. The aforementioned common characteristics that have been observed from infinite slabs to nanowires have led to a better understanding of possible reasons why NaTaO3 stands out intrinsically in photocatalytic terms, and can therefore guide experimental studies and future investigations on the subject.
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Teses |
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ASAPH ARMANDO JACINTO
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Nanocellulose extracted from different cellulose sources using high intensity ultrasound
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Orientador : MARCIA APARECIDA DA SILVA SPINACE
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Data: 20/02/2020
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O interesse pelos nanomateriais de celulose (nanocelulose) para reforço em nanocompósitos poliméricos tem crescido. Eles podem ser obtidos por diversas técnicas, como por exemplo o ultrassom de alta intensidade (HIUS), usando apenas água como solvente. A extração de nanocelulose a partir de diferentes fontes de celulose (resíduos de membrana de celulose bacteriana, curauá, bagaço de cana de açúcar e resíduo de viscose) foi estudada, avaliando os efeitos da massa e do tempo de sonificação nas propriedades do nanomaterial. As amostras foram caracterizadas por DRX, microscopia óptica, FT-IR, FT-Raman, MEV, MET, DLS, AFM, AFM-IR e TGA. O HIUS promoveu um aumento no índice de cristalinidade, especialmente para as amostras de curauá (onde o índice de cristalinidade aumentou de 89,7 para 93,8 %). Foi possível extrair nanomateriais de todas as fontes, em todas as condições testadas, porém foi observada uma mistura de partículas micro e nanométricas em amostras de curauá, bagaço de cana e resíduo de viscose. O consumo energético na melhor condição de extração (140 MWh/ton), que usou 2 g de celulose bacteriana em 150 mL de água durante 45 min, resultou no menor valor publicado na literatura de nanocelulose por HIUS. Portanto, a nanocelulose extraída pelo HIUS neste trabalho apresenta o potencial para ser aplicada como reforço em nanocompósitos poliméricos.
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O interesse pelos nanomateriais de celulose (nanocelulose) para reforço em nanocompósitos poliméricos tem crescido. Eles podem ser obtidos por diversas técnicas, como por exemplo o ultrassom de alta intensidade (HIUS), usando apenas água como solvente. A extração de nanocelulose a partir de diferentes fontes de celulose (resíduos de membrana de celulose bacteriana, curauá, bagaço de cana de açúcar e resíduo de viscose) foi estudada, avaliando os efeitos da massa e do tempo de sonificação nas propriedades do nanomaterial. As amostras foram caracterizadas por DRX, microscopia óptica, FT-IR, FT-Raman, MEV, MET, DLS, AFM, AFM-IR e TGA. O HIUS promoveu um aumento no índice de cristalinidade, especialmente para as amostras de curauá (onde o índice de cristalinidade aumentou de 89,7 para 93,8 %). Foi possível extrair nanomateriais de todas as fontes, em todas as condições testadas, porém foi observada uma mistura de partículas micro e nanométricas em amostras de curauá, bagaço de cana e resíduo de viscose. O consumo energético na melhor condição de extração (140 MWh/ton), que usou 2 g de celulose bacteriana em 150 mL de água durante 45 min, resultou no menor valor publicado na literatura de nanocelulose por HIUS. Portanto, a nanocelulose extraída pelo HIUS neste trabalho apresenta o potencial para ser aplicada como reforço em nanocompósitos poliméricos.
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LEANDRO ANTONIO DE OLIVEIRA
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INFLUÊNCIA DO TRATAMENTO DE ANODIZAÇÃO DA LIGA DE MAGNÉSIO AZ31B SOBRE SEU COMPORTAMENTO DE CORROSÃO ASSOCIADA À FADIGA EM MEIO FISIOLÓGICO
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Orientador : RENATO ALTOBELLI ANTUNES
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Data: 13/03/2020
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Estudos têm destacado o êxito de tratamentos de anodização na obtenção de camadas não-tóxicas e protetoras frente à corrosão sobre as ligas de magnésio. Em sua maioria, estes trabalhos não têm como foco o estudo da correlação entre a degradação em ambiente fisiológico aliada às tensões cíclicas as quais estes materiais anodizados são submetidos quando empregados como implantes temporários. Deste modo, esta tese tem como objetivo o estudo da influência de tratamentos de anodização da liga de magnésio AZ31B sobre seu comportamento de corrosão associada à fadiga. Inicialmente, foi realizada a produção de camadas anodizadas com o objetivo de explorar o efeito do eletrólito, a tensão elétrica, a densidade de corrente e o tempo do processo de anodização sobre o comportamento de corrosão da liga AZ31B. Análises de microscopia eletrônica de varredura e microscopia confocal de varredura a laser foram realizadas para examinar a morfologia superficial, espessura e rugosidade das camadas anodizadas. Em seguida, foram realizadas análises de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e difração de raios-X com incidência rasante (DRX) com o intuito de investigar a composição química superficial e a microestrutura das camadas anodizadas e sua relação com o comportamento eletroquímico. Ainda, a técnica de microscopia eletroquímica de varredura (SECM) foi empregada para identificar os sítios ativos de corrosão localizada na superfície anodizada da liga AZ31B, estudando sua correlação com o mecanismo de corrosão associada à fadiga. Adicionalmente, foram conduzidos experimentos de citotoxicidade a fim de avaliar a resposta biológica das camadas. Assim, a partir destes resultados, foi definida uma configuração de anodização para a sequência do projeto, sendo então, conduzidos os ensaios de fadiga ao ar. Os resultados parciais obtidos mostraram que o comportamento eletroquímico é governado de maneira mais acentuada pelas características morfológicas do que pela composição química das camadas anodizadas. Pelas análises de SECM observou-se que houve redução significativa do valor de corrente local das regiões mais ativas da condição polida comparada à condição anodizada. Ainda, os resultados do ensaio de fadiga ao ar das amostras na condição polida apresentaram uma resistência à fadiga com amplitude de tensões próximas de 155 MPa para 106 ciclos de tensão.
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Estudos têm destacado o êxito de tratamentos de anodização na obtenção de camadas não-tóxicas e protetoras frente à corrosão sobre as ligas de magnésio. Em sua maioria, estes trabalhos não têm como foco o estudo da correlação entre a degradação em ambiente fisiológico aliada às tensões cíclicas as quais estes materiais anodizados são submetidos quando empregados como implantes temporários. Deste modo, esta tese tem como objetivo o estudo da influência de tratamentos de anodização da liga de magnésio AZ31B sobre seu comportamento de corrosão associada à fadiga. Inicialmente, foi realizada a produção de camadas anodizadas com o objetivo de explorar o efeito do eletrólito, a tensão elétrica, a densidade de corrente e o tempo do processo de anodização sobre o comportamento de corrosão da liga AZ31B. Análises de microscopia eletrônica de varredura e microscopia confocal de varredura a laser foram realizadas para examinar a morfologia superficial, espessura e rugosidade das camadas anodizadas. Em seguida, foram realizadas análises de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) e difração de raios-X com incidência rasante (DRX) com o intuito de investigar a composição química superficial e a microestrutura das camadas anodizadas e sua relação com o comportamento eletroquímico. Ainda, a técnica de microscopia eletroquímica de varredura (SECM) foi empregada para identificar os sítios ativos de corrosão localizada na superfície anodizada da liga AZ31B, estudando sua correlação com o mecanismo de corrosão associada à fadiga. Adicionalmente, foram conduzidos experimentos de citotoxicidade a fim de avaliar a resposta biológica das camadas. Assim, a partir destes resultados, foi definida uma configuração de anodização para a sequência do projeto, sendo então, conduzidos os ensaios de fadiga ao ar. Os resultados parciais obtidos mostraram que o comportamento eletroquímico é governado de maneira mais acentuada pelas características morfológicas do que pela composição química das camadas anodizadas. Pelas análises de SECM observou-se que houve redução significativa do valor de corrente local das regiões mais ativas da condição polida comparada à condição anodizada. Ainda, os resultados do ensaio de fadiga ao ar das amostras na condição polida apresentaram uma resistência à fadiga com amplitude de tensões próximas de 155 MPa para 106 ciclos de tensão.
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HUGO GAJARDONI DE LEMOS
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Investigation of nanocomposite electrodes for dye-sensitized solar cells
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Orientador : SYDNEY FERREIRA SANTOS
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Data: 30/03/2020
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The fabrication of efficient a and low-cost electrodes is a highlighted topic for the development of advanced dye-sensitized solar cells (DSSCs). In the first part of this thesis, water-dispersible polyaniline/graphene oxide (PANI-GO)-based CEs was developed. This CE was straightforwardly prepared by deposition of the nanocomposite dispersion onto FTO substrate. The aqueous dispersions of PANI-GO nanocomposites were prepared by two different routes: simple physical mixture of PANI and GO, and in-situ polymerization of aniline in GO aqueous dispersion. DSSC assembled with emeraldine salt polyaniline (PANI-ES)-based CE generated current density (Jsc) of 12.34 mA/cm² and power conversion efficiency (PCE) of 5.18%, which is comparable to the device prepared with Pt-based CE (PCE of 5.24%). The addition of GO is found to increase the Jsc to 13.04 mA/cm² and the fill factor to 68% in CE containing 0.45 wt% of GO (in respect to aniline during synthesis) where the PCE is boosted to 6.21%, which is about 20% higher than Pt-based CE. The investigation of both morphological features and spectroscopic properties showed that PANI-GO nanocomposites prepared by in-situ route have dissimilar protonation and oxidation states when compared with those prepared by physical mixture route. These results give insights into the role of GO in tuning PANI chemical and physical properties in addition to provide a simpler and more efficient methodology for the synthesis of new CEs for DSSCs. In the second part of the Thesis, a simple and scalable methodology was carried out to prepare photoanode by the addition of Ti3C2Tx MXenes into the TiO2 nanoparticulate paste. The incorporation of only 0.075 wt% of the MXene 2D compound (with respect to the TiO2) resulted in an increase of Jsc from 10.25 mA/cm² (bare photoanode) to 12.66 mA/cm² and boosted the PCE from 5.22% to 6.17% (an improvement of about 18% of DSSC PCE). These results indicate that MXene nanostructures work as an efficient pathway for photogenerated electrons from the dye through the mesoporous structured photoanode.
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The fabrication of efficient a and low-cost electrodes is a highlighted topic for the development of advanced dye-sensitized solar cells (DSSCs). In the first part of this thesis, water-dispersible polyaniline/graphene oxide (PANI-GO)-based CEs was developed. This CE was straightforwardly prepared by deposition of the nanocomposite dispersion onto FTO substrate. The aqueous dispersions of PANI-GO nanocomposites were prepared by two different routes: simple physical mixture of PANI and GO, and in-situ polymerization of aniline in GO aqueous dispersion. DSSC assembled with emeraldine salt polyaniline (PANI-ES)-based CE generated current density (Jsc) of 12.34 mA/cm² and power conversion efficiency (PCE) of 5.18%, which is comparable to the device prepared with Pt-based CE (PCE of 5.24%). The addition of GO is found to increase the Jsc to 13.04 mA/cm² and the fill factor to 68% in CE containing 0.45 wt% of GO (in respect to aniline during synthesis) where the PCE is boosted to 6.21%, which is about 20% higher than Pt-based CE. The investigation of both morphological features and spectroscopic properties showed that PANI-GO nanocomposites prepared by in-situ route have dissimilar protonation and oxidation states when compared with those prepared by physical mixture route. These results give insights into the role of GO in tuning PANI chemical and physical properties in addition to provide a simpler and more efficient methodology for the synthesis of new CEs for DSSCs. In the second part of the Thesis, a simple and scalable methodology was carried out to prepare photoanode by the addition of Ti3C2Tx MXenes into the TiO2 nanoparticulate paste. The incorporation of only 0.075 wt% of the MXene 2D compound (with respect to the TiO2) resulted in an increase of Jsc from 10.25 mA/cm² (bare photoanode) to 12.66 mA/cm² and boosted the PCE from 5.22% to 6.17% (an improvement of about 18% of DSSC PCE). These results indicate that MXene nanostructures work as an efficient pathway for photogenerated electrons from the dye through the mesoporous structured photoanode.
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JÚLIA ROCHA GOUVEIA
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DESENVOLVIMENTO DE ADESIVO POLIURETANO TERMOPLÁSTICO A PARTIR DE LIGNINA KRAFT
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Orientador : DEMETRIO JACKSON DOS SANTOS
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Data: 25/08/2020
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Nas últimas décadas, acompanhamos inúmeros esforços em pesquisa e desenvolvimento de poliuretanos (PUs) utilizando lignina como poliol, o segundo biopolímero mais abundante no planeta. A maioria desses trabalhos foi dedicado à síntese de PUs termorrígidos ou espumas, porém, mais recentemente, ganharam força investigações sobre a possibilidade da obtenção de poliuretanos termoplásticos a partir de lignina (LTPUs). Apesar de avanços significativos, a relação entre os parâmetros de formulação dos LTPUs e suas propriedades, e a possível aplicação desses novos materiais ainda foi pouco abordada na literatura. No presente trabalho, lignina Kraft foi parcialmente acetilada com o objetivo de reduzir a funcionalidade da lignina, minimizando, assim, a formação de ligações cruzadas. A modificação química foi confirmada por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e quantificada por ressonância magnética nuclear de 31P. Os resultados confirmaram que o teor de hidroxila pode ser reduzido, de forma controlada, pela metade. Em seguida, a lignina modificada foi empregada na síntese de LTPUs, que foram sintetizados com diferentes teores de lignina, razão NCO:OH e peso molecular do segmento flexível, e caracterizados quanto às propriedades químicas, mecânicas e térmicas. Os resultados revelaram que a alteração dos parâmetros de formulação, principalmente o teor de lignina, permite a obtenção de LTPUs em uma ampla faixa de propriedades termo-mecânicas. Por fim, os LTPUs foram aplicados como adesivos do tipo hot-melt em substratos de madeira e seu comportamento mecânico foi avaliado em ensaio de juntas sobrepostas. Todas as formulações propostas apresentaram falha coesiva ou mista no ensaio de adesão, evidenciando assim uma possível aplicação desses materiais. Os resultados deste trabalho podem embasar o desenvolvimento e aplicação de um adesivo parcialmente verde, com potencial para promover um significativo impacto econômico e ambiental positivo.
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Nas últimas décadas, acompanhamos inúmeros esforços em pesquisa e desenvolvimento de poliuretanos (PUs) utilizando lignina como poliol, o segundo biopolímero mais abundante no planeta. A maioria desses trabalhos foi dedicado à síntese de PUs termorrígidos ou espumas, porém, mais recentemente, ganharam força investigações sobre a possibilidade da obtenção de poliuretanos termoplásticos a partir de lignina (LTPUs). Apesar de avanços significativos, a relação entre os parâmetros de formulação dos LTPUs e suas propriedades, e a possível aplicação desses novos materiais ainda foi pouco abordada na literatura. No presente trabalho, lignina Kraft foi parcialmente acetilada com o objetivo de reduzir a funcionalidade da lignina, minimizando, assim, a formação de ligações cruzadas. A modificação química foi confirmada por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e quantificada por ressonância magnética nuclear de 31P. Os resultados confirmaram que o teor de hidroxila pode ser reduzido, de forma controlada, pela metade. Em seguida, a lignina modificada foi empregada na síntese de LTPUs, que foram sintetizados com diferentes teores de lignina, razão NCO:OH e peso molecular do segmento flexível, e caracterizados quanto às propriedades químicas, mecânicas e térmicas. Os resultados revelaram que a alteração dos parâmetros de formulação, principalmente o teor de lignina, permite a obtenção de LTPUs em uma ampla faixa de propriedades termo-mecânicas. Por fim, os LTPUs foram aplicados como adesivos do tipo hot-melt em substratos de madeira e seu comportamento mecânico foi avaliado em ensaio de juntas sobrepostas. Todas as formulações propostas apresentaram falha coesiva ou mista no ensaio de adesão, evidenciando assim uma possível aplicação desses materiais. Os resultados deste trabalho podem embasar o desenvolvimento e aplicação de um adesivo parcialmente verde, com potencial para promover um significativo impacto econômico e ambiental positivo.
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DOUGLAS JOSÉ BAQUIÃO RIBEIRO
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Bulk materials with Intrinsic Intermediate Band: data study and applicability to
solar energy conversion
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Orientador : GUSTAVO MARTINI DALPIAN
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Data: 18/09/2020
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Intermediate band (IB) materials are of great interest when considered the possible applications of its
unique properties. The existence of a narrow band of energy in the surroundings of the Fermi level is intriguing
and still presents multiple questions to answer, mainly for the less common compounds that present
this property naturally in the bulk form. Solar cell materials are being studied for decades as great candidates
for clean energy production and have been subject to constant development. At least since the 1990
decade, the concept of IB materials applied for solar cells has gained widespread interest. The possibility of
searching for materials with intrinsic IB to be applied in solar cells was propelled by recent advancements
in computational calculations and the creation of materials repositories. Using DFT (Density Functional
Theory) based simulations and computational screening, we could select metallic IB compounds that satisfied
the conditions for efficient application in solar energy conversion, presenting 3 previously synthesized
candidates (Bi2Rh2O7, Ca5FeN6, and OsTb6I10). Through machine learning and data mining, we could expand
the number of metallic IBs, identifying prototypical structures able to provide minimal features to build
new metallic IB materials, reporting 68 novel stable results and relating ligand field splitting to its origins.
The existence of this intermediate band for both metals and semiconductors was associated with variables
that could lead to more confined states as bigger radii of separators in ternaries, lower dimensionality and
packing, besides the presence of highly electronegative elements. The presence of d states and the number
of electrons were identified as important in order to separate IB materials in terms of their occupation level.
Between the semiconductor IBs, we found compounds with the expected characteristics for thermoelectric
applications. The information collected was enough to use classification techniques that could provide combinations
of elements and formulas leading to the prediction of materials with higher chances of having IBs,
reaching rates above 80%.
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Intermediate band (IB) materials are of great interest when considered the possible applications of its
unique properties. The existence of a narrow band of energy in the surroundings of the Fermi level is intriguing
and still presents multiple questions to answer, mainly for the less common compounds that present
this property naturally in the bulk form. Solar cell materials are being studied for decades as great candidates
for clean energy production and have been subject to constant development. At least since the 1990
decade, the concept of IB materials applied for solar cells has gained widespread interest. The possibility of
searching for materials with intrinsic IB to be applied in solar cells was propelled by recent advancements
in computational calculations and the creation of materials repositories. Using DFT (Density Functional
Theory) based simulations and computational screening, we could select metallic IB compounds that satisfied
the conditions for efficient application in solar energy conversion, presenting 3 previously synthesized
candidates (Bi2Rh2O7, Ca5FeN6, and OsTb6I10). Through machine learning and data mining, we could expand
the number of metallic IBs, identifying prototypical structures able to provide minimal features to build
new metallic IB materials, reporting 68 novel stable results and relating ligand field splitting to its origins.
The existence of this intermediate band for both metals and semiconductors was associated with variables
that could lead to more confined states as bigger radii of separators in ternaries, lower dimensionality and
packing, besides the presence of highly electronegative elements. The presence of d states and the number
of electrons were identified as important in order to separate IB materials in terms of their occupation level.
Between the semiconductor IBs, we found compounds with the expected characteristics for thermoelectric
applications. The information collected was enough to use classification techniques that could provide combinations
of elements and formulas leading to the prediction of materials with higher chances of having IBs,
reaching rates above 80%.
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ENESIO MARINHO DA SILVA JUNIOR
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Estudos de primeiros princípios de modificações estratégicas do BiVO4 para clivagem fotocatalítica da água: Análise de defeitos pontuais, ligas semicondutoras e tensionamento epitaxial
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Orientador : CEDRIC ROCHA LEAO
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Data: 14/10/2020
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No presente trabalho, estudamos por meio de cálculos ab initio baseados na teoria do funcional da densidade como algumas modificações estratégicas do vana- dato de bismuto monoclínico (BiVO 4 ) alteram suas propriedades eletrônicas para aplicação em clivagem fotocatalítica da água. Analisamos a tendência de formação de complexos de defeitos doador-doador em BiVO 4 dopado com Mo. Os resultados mostraram que quandos os pares de defeitos substitucionais de Mo são incorpo- rados em sítios primeiros vizinhos, a hibridização das nuvens eletrônicas entre as impurezas de Mo gera um ganho de entalpia que sobrepujam os efeitos de repul- são eletrostática e deformação local da rede cristalina. Investigamos também as modulações nas propriedades eletrônicas e de transporte das ligas semicondutoras BiV 1–x Mo x O 4 , com o intuito de correlacionarmos estas modulações com a concen- tração ótima de Mo verificada experimentalmente. Os resultados indicaram que em baixas concentrações de Mo nas ligas, a atividade fotocatalítica do material tende a ser melhorada pelo aumento na concentração de elétrons livres. E para maiores frações molares de Mo, a mobilidade dos buracos nas ligas semicondutoras caiu substancialmente pelo aumento no acoplamento elétron-fônon. Com isso, propuse- mos que o surgimento da concentração ótima de Mo em ligas BiV 1–x Mo x O 4 deve-se à modulação na condutividade das ligas semicondutoras. Finalmente, apresentamos um estudo sobre as variações das propriedades eletrônicas do BiVO 4 por engenharia de deformação epitaxial nos planos cristalográficos de baixo índice (001), (010), e (100). Os resultados indicaram que o BiVO 4 sob deformação epitaxial de compres- são nos 3 planos analisados, com epitaxual≤1 , tende a apresentar melhor eficiência na absorção óptica no visível, melhora na mobilidade dos portadores de carga levando em consideração somente as massas efetivas, e na eficiência na separação dos éxcitons fotogerados. Entretanto, a aplicação de deformação de compressão no BiVO 4 piorou o alinhamento da banda de condução com o potencial de redução do H + , embora estas variações tenham sido sutis. Como resultado, a melhora no desempenho fotocatalítico do BiVO 4 sob deformação epitaxial deve ser mais eficiente para compressões até −1%, devendo haver uma deformação ótima que equilibra asmodulações nas propriedades eletrônicas do BiVO 4 .
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No presente trabalho, estudamos por meio de cálculos ab initio baseados na teoria do funcional da densidade como algumas modificações estratégicas do vana- dato de bismuto monoclínico (BiVO 4 ) alteram suas propriedades eletrônicas para aplicação em clivagem fotocatalítica da água. Analisamos a tendência de formação de complexos de defeitos doador-doador em BiVO 4 dopado com Mo. Os resultados mostraram que quandos os pares de defeitos substitucionais de Mo são incorpo- rados em sítios primeiros vizinhos, a hibridização das nuvens eletrônicas entre as impurezas de Mo gera um ganho de entalpia que sobrepujam os efeitos de repul- são eletrostática e deformação local da rede cristalina. Investigamos também as modulações nas propriedades eletrônicas e de transporte das ligas semicondutoras BiV 1–x Mo x O 4 , com o intuito de correlacionarmos estas modulações com a concen- tração ótima de Mo verificada experimentalmente. Os resultados indicaram que em baixas concentrações de Mo nas ligas, a atividade fotocatalítica do material tende a ser melhorada pelo aumento na concentração de elétrons livres. E para maiores frações molares de Mo, a mobilidade dos buracos nas ligas semicondutoras caiu substancialmente pelo aumento no acoplamento elétron-fônon. Com isso, propuse- mos que o surgimento da concentração ótima de Mo em ligas BiV 1–x Mo x O 4 deve-se à modulação na condutividade das ligas semicondutoras. Finalmente, apresentamos um estudo sobre as variações das propriedades eletrônicas do BiVO 4 por engenharia de deformação epitaxial nos planos cristalográficos de baixo índice (001), (010), e (100). Os resultados indicaram que o BiVO 4 sob deformação epitaxial de compres- são nos 3 planos analisados, com epitaxual≤1 , tende a apresentar melhor eficiência na absorção óptica no visível, melhora na mobilidade dos portadores de carga levando em consideração somente as massas efetivas, e na eficiência na separação dos éxcitons fotogerados. Entretanto, a aplicação de deformação de compressão no BiVO 4 piorou o alinhamento da banda de condução com o potencial de redução do H + , embora estas variações tenham sido sutis. Como resultado, a melhora no desempenho fotocatalítico do BiVO 4 sob deformação epitaxial deve ser mais eficiente para compressões até −1%, devendo haver uma deformação ótima que equilibra asmodulações nas propriedades eletrônicas do BiVO 4 .
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DANIEL RICARDO ARGUMEDO
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Characterization of bull sperm motility using optical tweezers
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Orientador : ANTONIO ALVARO RANHA NEVES
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Data: 30/10/2020
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The investigation of spermatozoa has been a major focus of clinical research in the last decade. Frequent topics in motility stem from the swimming forces, the velocity, movements with and without hyperactivity, chemotaxis among others. The motility is a valuable marker of spermatozoa health and a fundamental parameter to characterize the quality of spermatozoa in each species. The optical tweezers can trap and analyze the motility of individual spermatozoa, traps one of the millions of spermatozoids inside a sample with no other comparable technique. In general, optical trapping can confine, separate, orient, and precisely manipulate single cells in controlled environments with no mechanical contact and reduced of optical damage. The technique for freezing and thawing of spermatozoa is an excellent method for the conservation and manipulation of sperm, studies show that there is no significant effect on the escape force and mobility of sperm from these procedures. The fusion of this technique with microfluidics have blended into a symbiotic relationship to achieve ever more complex application. The objective of this investigation is to characterize the sperm motility of bulls with an optical tweezer in a microfluidic channel. Swimming force will determined, this will be achieved with a suitable configuration of optical trapping with an infrared laser diode. We reviewed the literature on a bibliographical timeline that helped us to find the discoveries, advances, contributions, and gaps in the topic of interest. This investigation will be contributing to the measurement and verification of motility for the classification of spermatozoa for the academic investigations as well as for the industrial applications.
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The investigation of spermatozoa has been a major focus of clinical research in the last decade. Frequent topics in motility stem from the swimming forces, the velocity, movements with and without hyperactivity, chemotaxis among others. The motility is a valuable marker of spermatozoa health and a fundamental parameter to characterize the quality of spermatozoa in each species. The optical tweezers can trap and analyze the motility of individual spermatozoa, traps one of the millions of spermatozoids inside a sample with no other comparable technique. In general, optical trapping can confine, separate, orient, and precisely manipulate single cells in controlled environments with no mechanical contact and reduced of optical damage. The technique for freezing and thawing of spermatozoa is an excellent method for the conservation and manipulation of sperm, studies show that there is no significant effect on the escape force and mobility of sperm from these procedures. The fusion of this technique with microfluidics have blended into a symbiotic relationship to achieve ever more complex application. The objective of this investigation is to characterize the sperm motility of bulls with an optical tweezer in a microfluidic channel. Swimming force will determined, this will be achieved with a suitable configuration of optical trapping with an infrared laser diode. We reviewed the literature on a bibliographical timeline that helped us to find the discoveries, advances, contributions, and gaps in the topic of interest. This investigation will be contributing to the measurement and verification of motility for the classification of spermatozoa for the academic investigations as well as for the industrial applications.
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TALITA ANGELICA DOS SANTOS
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Biocompósitos de amido termoplástico reforçados com celulose bacteriana
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Orientador : MARCIA APARECIDA DA SILVA SPINACE
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Data: 11/12/2020
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A substituição parcial de polímeros convencionais em aplicações de baixa vida útil por polímeros biodegradáveis é vantajosa devido ao seu menor período de degradação. Dentre os polímeros biodegradáveis, destaca-se o amido devido ao seu baixo custo e abundância, e a celulose bacteriana (CB) devido à sua alta cristalinidade e altos valores de resistência sob tração. O amido é constituído pelos polissacarídeos amilose e amilopectina, e pode ser transformado em amido termoplástico (TPS) que possui propriedades semelhantes aos termoplásticos. Neste trabalho, amostras de amido nativo proveniente da batata e do milho, foram transformadas em TPS por extrusão e moldagem por compressão usando diferentes teores de glicerol, água e ácido cítrico como plastificante. O amido, a CB e os TPS foram caracterizados por meio de análises térmicas, morfológicas e mecânicas. Biocompósitos foram obtidos no formato de painel “sanduíche” usando filmes de TPS como matriz e filmes de CB como fase dispersa por meio de moldagem por compressão e foram caracterizados. Por fim, a CB, o TPS e o biocompósito que apresentou melhor propriedade mecânica foram submetidos aos ensaios de biodegradação por perda de massa, por liberação de dióxido de carbono (CO2), envelhecimento higrotérmico e degradação ao ambiente. Os resultados indicaram que o TPS proveniente do milho com 20 % em massa (m/m) de glicerol, 20 % (m/m) de água e 0,6 % (m/m) de ácido cítrico apresentou as melhores propriedades mecânicas (Tensão máxima = 5,22 MPa). O biocompósito usando o TPS do milho (20 % de água e 20 % de glicerol) e a água como agente de acoplamento apresentou as melhores propriedades mecânicas (Tensão máxima = 13,87 MPa). O ensaio de biodegradação por perda de massa para este biocompósito mostrou que 90 % da sua degradação ocorreu em 70 dias e os ensaios de liberação de CO2 mostraram que a degradação completa ocorre em períodos superiores há 120 dias. O envelhecimento higrotérmico mostrou que o TPS se dissolve em água em 26 dias e que a CB apenas absorve água por um período de 126 dias. Após 326 dias de ensaio de envelhecimento ao ambiente os materias não apresentaram degradação visual o que indica que podem ser utilizados neste período. A aplicação sugerida do biocompósito na área de embalagens descartáveis de produto de higiene e de alimentos secos.
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A substituição parcial de polímeros convencionais em aplicações de baixa vida útil por polímeros biodegradáveis é vantajosa devido ao seu menor período de degradação. Dentre os polímeros biodegradáveis, destaca-se o amido devido ao seu baixo custo e abundância, e a celulose bacteriana (CB) devido à sua alta cristalinidade e altos valores de resistência sob tração. O amido é constituído pelos polissacarídeos amilose e amilopectina, e pode ser transformado em amido termoplástico (TPS) que possui propriedades semelhantes aos termoplásticos. Neste trabalho, amostras de amido nativo proveniente da batata e do milho, foram transformadas em TPS por extrusão e moldagem por compressão usando diferentes teores de glicerol, água e ácido cítrico como plastificante. O amido, a CB e os TPS foram caracterizados por meio de análises térmicas, morfológicas e mecânicas. Biocompósitos foram obtidos no formato de painel “sanduíche” usando filmes de TPS como matriz e filmes de CB como fase dispersa por meio de moldagem por compressão e foram caracterizados. Por fim, a CB, o TPS e o biocompósito que apresentou melhor propriedade mecânica foram submetidos aos ensaios de biodegradação por perda de massa, por liberação de dióxido de carbono (CO2), envelhecimento higrotérmico e degradação ao ambiente. Os resultados indicaram que o TPS proveniente do milho com 20 % em massa (m/m) de glicerol, 20 % (m/m) de água e 0,6 % (m/m) de ácido cítrico apresentou as melhores propriedades mecânicas (Tensão máxima = 5,22 MPa). O biocompósito usando o TPS do milho (20 % de água e 20 % de glicerol) e a água como agente de acoplamento apresentou as melhores propriedades mecânicas (Tensão máxima = 13,87 MPa). O ensaio de biodegradação por perda de massa para este biocompósito mostrou que 90 % da sua degradação ocorreu em 70 dias e os ensaios de liberação de CO2 mostraram que a degradação completa ocorre em períodos superiores há 120 dias. O envelhecimento higrotérmico mostrou que o TPS se dissolve em água em 26 dias e que a CB apenas absorve água por um período de 126 dias. Após 326 dias de ensaio de envelhecimento ao ambiente os materias não apresentaram degradação visual o que indica que podem ser utilizados neste período. A aplicação sugerida do biocompósito na área de embalagens descartáveis de produto de higiene e de alimentos secos.
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