Carbon materials such as carbon nanotubes, graphene, graphene oxide, and reduced graphene oxide present useful characteristics and properties for the development of various applications. Therefore, much research is dedicated to studying these materials and developing different technologies such as energy storage, electronic devices, virus detection, and eliminating bacteria, among others. This work investigates carbon materials' applicability in hydrogen storage and polymer modification.

Hydrogen as a fuel has an energy density three times greater than gasoline; it is also an eco-friendly and renewable fuel. Therefore, it is an alternative to replace fossil fuels. However, to develop a hydrogen-based economy, it is necessary to overcome some challenges related to its production, storage, and distribution. The most suitable method to store hydrogen is solid-state storage, which consists of the adsorption of hydrogen on the surface of a material. Carbon materials have attractive properties for storing hydrogen; in particular, graphene oxide has a very low density, high specific surface area, high porosity, and thermal stability. In addition, it has oxygenated functional groups that facilitate the formation of composite materials with favorable properties for hydrogen storage. Experimental work shows that graphene oxide decorated with titanium oxide nanoparticles has a high storage capacity compared to its components under moderate conditions of pressure and temperature. Motivated by this, we used the density functional theory to investigate the adsorption of molecular hydrogen on the surface of titanium-decorated graphene oxide composite material. We start with the study of the main functional groups of graphene oxide and use them to form different models of graphene oxide surfaces to study the adsorption of titanium on them. The results indicate that the adsorption of titanium is better on graphene with higher oxidation level. We also observe titanium oxidation on graphene oxide. The calculated adsorption energy of molecular hydrogen on the graphene oxide surface is -2.31 kJ/mol, which is within the expected values for carbon materials. As the main result, we report the calculated adsorption energies of molecular hydrogen on three different graphene oxide surfaces decorated with titanium; these energies are -37.82 kJ/mol, -12.5 kJ/mol, and -35.2 kJ/mol, which are within the adequate range (10-50 kJ/mol) to reach high hydrogen storage capacities at moderate conditions of pressure and temperature, and manage to explain the experimental results reported in the literature.

Experimentally, we succeeded in manufacturing composite membranes of Polyvinylidene fluoride (PVDF) fibers modified with carbon materials. We manufacture four types of membranes, pure PVDF, PVDF with graphene oxide, PVDF with reduced graphene oxide, and PVDF with graphite. The samples were produced using the Electrospinning technique, a simple and effective method for obtaining membranes. The influence of carbon materials on the PVDF properties was studied using various characterization techniques. Raman spectroscopy measurements identify the different carbon materials used and confirm that they were correctly incorporated into the PVDF fibers. The morphology and the diameter of the PVDF fibers of the samples were studied using scanning electron microscopy; the results indicate that there is an increase in the average diameter of the fibers in the composite membranes, possibly due to the rise in the viscosity of the polymer solution related to the presence of additives before Electrospinning. X-ray diffraction measurements and Fourier-transformed infrared spectroscopy were used to evaluate the composition of crystalline phases in polymeric membranes; the results show the presence of two crystalline phases, the alpha phase, which is dominant in all samples and the beta phase, which decreases when carbon materials are added. X-ray photoelectron spectroscopy was used to study the chemical states of the fiber surface.

Os métodos de extração de ácidos nucleicos são ferramentas fundamentais para o diagnóstico e estudo de
doenças. Nesse sentido, a tecnologia de extração e purificação por meio de
nanopartículas é apropriado, pois permitem seu isolamento eficiente de agentes biológicos
suspensões. Neste trabalho, relatamos um método alternativo usando óxido de grafeno
funcionalizados como grânulos magnéticos para extrair o RNA do Vírus da Raiva (RABV). As células BHK-21
infectadas com o vírus Pasteur (PV). o Fe2O3
/Fe3O4nanocompósitos foram
sintetizados por combustão assistida por microondas, então sua superfície foi modificada com sílica
usando o método Stöber e funcionalizado com óxido de grafeno (GO) para obter um material
que foi avaliado como um possível extrator de RNA viral. Os resultados da difração de raios X e
A espectroscopia VSM revelou que era possível obter compósito magnético, o
modificação de sua superfície e funcionalização reduziu a saturação, mas manteve
suas propriedades magnéticas. A análise de termogravimetria revelou que o material é
estável termicamente. Os nanocompósitos GO foram usados nos métodos de extração e o
a eficiência foi medida por quantificação de RNA usando um espectrofotômetro. o sucesso de
o método com GO foi determinado com RT-PCR e eletroforese em gel de agarose.
O óxido de grafeno teve uma interação promissora com os nanocompósitos que melhoraram a
quantidade de material de RNA extraído, mostrando esses sistemas como um baixo custo e alta eficiência
alternativa que torna este material um método potencial para extração de RNA viral

Nanocompósitos poliméricos contendo nanopartículas de carbono, como nanotubos ou grafeno, têm sido estudados nos últimos anos visando-se melhorar diferentes propriedades, como condutividade elétrica e propriedades mecânicas. Este trabalho tem como objetivo o estudo de nanocompósitos com matriz em polietileno de baixa densidade (PEBD) contendo nanotubos de carbono de paredes múltiplas e nanoplacas de grafeno para avaliar o efeito da adição dessas nanopartículas nas propriedades mecânicas, reológicas e elétricas. Os nanotubos de carbono e o grafeno foram incorporados no polietileno de baixa densidade por meio de um misturador de alta velocidade tipo drais, para promover melhor dispersão das partículas. Neste trabalho foram utilizados quatro tipos de PEBD, com diferentes massas molares e graus de ramificação. Foram obtidas duas formulações para cada tipo de PEBD, uma formulação com a adição de 1% de nanotubos de carbono multicamadas e outra com 5% de grafeno em nanoplacas. A distribuição das nanopartículas na matriz polimérica foi analisada por microscopia eletrônica de varredura, e as propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração. As propriedades reológicas dentro do regime de viscoelasticidade linear foram estudadas por reometria de placas paralelas. A condutividade elétrica das amostras também foi avaliado. Foi analisado os efeitos da estrutura molecular dos PEBD’s na dispersão das nanopartículas, e no limite de percolação mecânico e elétrico.

As ligas de titânio são de grande interesse para aplicações biomédicas, devido suas excelentes propriedades mecânicas, resistência a corrosão e biocompatibilidade.  Dentre elas, a liga Ti-6Al-4V é a mais utilizada. Entretanto, estudos revelam que os elementos alumínio e vanádio, presentes na composição desta liga, são nocivos para o corpo humano. Além disso, o módulo de Young desta liga é significativamente superior ao do osso, dificultando uma otimização de compatibilidade entre o osso e o implante, por exemplo. Dado esse cenário e o aumento da expectativa de vida mundial, a busca por alternativas a liga Ti-6Al-4V tornou-se relevante e necessária. Ligas de Ti- β metaestáveis tem sido relatada como promissora alternativa, devido as excelentes propriedades mecânicas, módulo elástico inferior ao da liga Ti-6Al-4V e portanto mais próximo ao do osso, favorecendo a ósseointegração e ausência de elementos nocivos. Neste trabalho, investigou-se a influência do processamento ECAP e microestrutura nas propriedades mecânicas de uma liga Ti-b metaestável TNTZ, Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr, cuja composição foi escolhida por meio de mapa de estabilidade, fundamentado no modelo do orbital molecular e determinado pelo método do cluster vibracional e aproximação de Hartree-Fock-Slater.

Adesivos epóxis são utilizados em diversas aplicações, dentre elas estão as aplicações estruturais automotivas, construção civil, reparo de equipamentos e peças, encapsulamento e preenchimento de componentes eletrônicos, médicos, dentre outros tipos. As principais resinas epóxi mundialmente utilzadas são obtidas a partir de bisfenol A, denominadas éter diglicidílico de bisfenol A (DGEBA). Estas resinas epóxi, no geral, são produzidas a partir de recursos fósseis e, vem se aumentado o interesse em estudos para substituir essa fonte para um material renovável, como por exemplo a lignina. A lignina é um biopolímero, presente em abundância nos vegetais, sendo a segunda molécula orgânica mais abundante na crosta terrestre, depois da celulose. Por ser composta por monolignóis, representada pela presença de grupos fenólicos, a lignina se apresenta como uma excelente candidata para a substituição do bisfenol A na produção da DGEBA. O bisfenol A, além de ser um recurso de origem fóssil, tem a sua contribuição negativa a saúde humana, visto que causa prejuízos ao sistema endócrino humano. Neste contexto, este trabalho propõe a epoxidação de lignina kraft para posterior aplicação como substituinte parcial de DGEBA em formulação de adesivo epóxi. A lignina kraft foi epoxidada seguindo duas rotas distintas: i. epoxidação direta da lignina kraft; ii. fenolação da lignina kraft seguida pela epoxidação. As amostras epoxidadas foram caracterizadas por ressonância magnética nuclear (RMN), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TG). Os resultados confirmam a modificação da lignina, revelando a maior eficiência de conversão para as amostras previamente fenoladas. As ligninas foram incorporadas em formulação de adesivo epóxi, em porcentagem mássica de 20%, na qual foram curados com poliamida e caracterizadas quanto à adesão prática, por ensaio de cisalhamento de placas paralelas, e avaliadas quanto à tensão de ruptura, alongamento e módulo de elasticidade por meio do ensaio de tração.

A busca por processos de alta sustentabilidade tem levado a comunidade científica a explorar diversas alternativas que congregam diferentes mercados. Dentre estes no Brasil estão em destaque os setores canavieiros com a produção de álcool e açúcar e também o setor de revestimento cerâmico, os quais apresentam significativo crescimento a cada ano. De um lado temos a geração de elevada quantidade de resíduo, a cinza de bagaço de cana de açúcar (CBCA), a qual deve ser descartada de forma adequada e do outro temos o elevado consumo de materiais primas naturais na fabricação de revestimento cerâmico. A CBCA é gerada a partir da queima do bagaço de cana-de-açúcar nas caldeiras geradoras de vapor das usinas. O resíduo gerado apresenta em sua composição alto teor de sílica (SiO₂), além de pequenas quantidades de óxidos de Al, Fe, Ca, Mg e K. Isto significa que do ponto de vista químico a CBCA contém quantidades apreciáveis de óxidos presentes nas matérias-primas usadas na fabricação de produtos cerâmicos. A utilização do resíduo de CBCA nas cerâmicas para revestimento representa maior interesse devido a composição química apresentada pela cinza, pois pode proporcionar não só uma diminuição na temperatura de sinterização do corpo cerâmico (proporcionando redução de consumo energético), como também apresenta uma alternativa na redução no consumo da elevada quantidade de matérias primas naturais nas massas cerâmicas de revestimento e que na maioria das vezes implicam em operações que geram degradação. Dito isso, este trabalho visa o estudo do potencial da cinza do bagaço de cana-de-açúcar, obtida em diferentes regiões do Brasil, na produção de massas cerâmicas aplicadas na fabricação de grés porcelanato, sendo avaliadas as propriedades físicas, químicas e mecânicas das amostras. Dessa forma, as matérias-primas foram caracterizadas química e fisicamente através dos ensaios de fluorescência de raios X, picnometria, granulometria, difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Foram confeccionados corpos de prova contendo 5% em porcentagem mássica de CBCA em substituição ao quartzo e ao feldspato os corpos obtidos foram sinterizados nas temperaturas de1150ºC e 1200ºC. Foram analisadas as propriedades físicas dos corpos de prova por meio dos ensaios de retração linear, absorção de água, análise mineralógica, porosidade aparente (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), massa específica aparente e resistência a flexão.

No presente trabalho, o aço SAE 9254 foi utilizado para estudar as propriedades mecânicas e eletroquímicas mediante aplicação de um processo de têmpera e partição de ciclo duplo. Inicialmente, foram analisadas as temperaturas críticas de transformação de fases por dilatometria para delineamento do experimento. As amostras, então, foram tratadas por quatro rotas de têmpera e partição em dilatômetro com temperaturas de interrupção de têmpera em 250 e 200°C e por reaquecimentos a 300 e 400°C. As caracterizações quantitativas de teor de fases γ e α foram realizadas por difração de raios-X. Caracterizações qualitativas foram realizadas por metalografia ótica (MO) e microscopia eletrônica de varredura com canhão de emissão por campo (MEV-FEG) além de avaliações quantitativas de composição química de segregações por espectroscopia por energia dispersiva (EDS). As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de microdureza Vickers e por nanodureza. As propriedades eletroquímicas foram analisadas por espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização potenciodinâmica, em solução de 0,1 mol/l de NaCl. A caracterização por difração de raios-X evidenciou a presença de austenita retida nas quatro rotas de partição e com valores próximos em todas as condições. As caracterizações microestruturais por MO mostram presença de martensita e austenita retida, com ocorrência de regiões de segregação e, possivelmente, maior incidência de austenita retida. Essas regiões foram analisadas por EDS, evidenciando concentração de manganês, silício, cromo e carbono diferente das demais regiões. As curvas dilatométricas mostraram ocorrência de expansão volumétrica durante aquecimento para partição, demonstrando formação de martensita secundária (fresh martensite).

Ligas de magnésio são materiais de grande interesse em diversas aplicações por possuírem uma boa relação entre resistência e densidade, porém mostram-se susceptíveis à corrosão, limitando seu uso. Dentre as ligas de magnésio, a ZK60A (Mg-Zn-Zr) se destaca por sua excelente combinação entre resistência mecânica e ductilidade à temperatura ambiente. Uma alternativa para melhorar a resistência à corrosão é utilizando revestimentos de superfície, como os revestimentos à base de grafeno e seus derivados, que em ligas de magnésio têm se mostrado eficientes e de baixo custo. Para estudos do comportamento de corrosão, o uso de técnicas de varredura eletroquímica tem se tornado frequente, e dentre as técnicas disponíveis, a microscopia eletroquímica de varredura se destaca por permitir uma avaliação eletroquímica local e de alta resolução em ligas de magnésio. O presente trabalho busca, por meio de ensaios de impedância eletroquímica, polarização potenciodinâmica e microscopia eletroquímica de varredura, estudar o comportamento de corrosão da liga de magnésio ZK60A revestida óxido de grafeno, utilizando silano como agente de acoplamento. Até o momento, utilizando ensaios de impedância eletroquímica e polarização potenciodinâmica em solução de NaCl 3,5% m/v, foram avaliados os comportamentos de corrosão da liga sem tratamento e em condições de pré-tratamento de superfície, em imersão em NaOH 3M e APTES 5% v/v. Os resultados obtidos mostraram que ocorre um aumento da resistência à corrosão nas condições de pré-tratamento, quando comparados com a condição sem tratamento.

Neste trabalho foram polimerizadas cationicamente três resinas hidrocarbônicas aromáticas à base de estireno, indeno e alfametilestireno. Estes homopolímeros foram utilizados na preparação de blendas com copolímero em bloco poliestireno-b-poli(etileno-co-butileno)-b-estireno (SEBS), com o propósito de avaliar a compatibilidade entre os polímeros. Os polímeros estudados foram poliestireno (PS), poliindeno (PIn), polialfametilestireno (PAMS) e SEBS. As blendas foram preparadas a partir de solução em tolueno. Os homopolímeros sintetizados foram caracterizados por espectroscopia vibracional no infravermelho (FTIR), cromatografia de permeação por gel (GPC) e monômeros residuais por cromatografia gasosa (GC-FID). As blendas foram caracterizadas por técnicas reológicas, por meio do ensaio de cisalhamento oscilatório de pequenas amplitudes (SAOS), ensaios dinâmico-mecânicos a baixas temperaturas (DMA) e ensaios de compatibilidade em solução a partir da determinação do ponto de névoa (MMAP/DACP). Os resultados demonstraram que a obtenção das resinas hidrocarbônicas de monômeros puros em reatores de tanques agitados é perfeitamente possível à temperatura de 20 °C com controles precisos da inserção das cargas (monômeros/solvente), iniciadores nucleófilos (neste trabalho H₂O) e dos coiniciadores ácidos de Friedel Crafts (neste trabalho o trifluoreto de boro), obtendo-se homopolímeros com características amorfas e baixa massa molar. Em relação às blendas, foi possível realizar a homogeneização pela técnica de solubilização em tolueno, obtendo-se assim os corpos de prova para a caracterização posterior.

O constante crescimento populacional e consequente crescimento habitacional demandam por novos e mais eficientes sistemas construtivos, o que impulsiona o desenvolvimento de novas tecnologias ambientalmente mais amigável. O Brasil ocupa um papel protagonista na produção e consumo de revestimentos cerâmicos e para seu assentamento é utilizada a argamassa colante, que tradicionalmente é constituída por areia e cimento e, por isso, possui uma característica dura e frágil. Além disso, a crescente utilização de revestimentos mais tecnológicos e diferentes substratos, com menor porosidade e menor absorção de água, dificulta ainda mais o assentamento do revestimento. Os problemas patológicos como desplacamentos dos revestimentos são comuns. Com a finalidade de desenvolver um material com viés ambiental que substitua a utilização do cimento Portland, esse trabalho consistiu na elaboração de uma argamassa com ligante geopolimérico para assentamento de revestimento cerâmico. Como a característica principal de uma argamassa colante é a aderência, a modificação da argamassa geopolimérica com um copolímero redispersível de acetato de vinila-etileno (VAE) teve a intenção de melhorar as suas características mecânicas e estruturais, contribuindo principalmente para questões de aderência e flexibilidade. Os resultados obtidos mostraram que é possível confeccionar um material similar a uma argamassa colante, com ligante geopolimérico substituindo o cimento Portland, utilizando NaOH, metacaulim e cinza de casca de arroz (relações molares SiO₂/Al₂O₃ = 3,96, Na₂O/SiO₂ = 0,22, Na₂O/Al₂O₃ = 0,88), sendo uma alternativa à argamassa convencional. A argamassa geopolimérica sem aditivação apresentou, em relação às argamassas cimentícias convencionais, aos 28 dias de idade, resultados superiores de resistência à tração na flexão (9,25 MPa), resistência à compressão (56,6 MPa) e resistência de aderência à tração em cura em estufa (2,10 MPa), submersa (1,47 MPa) e tempo em aberto (1,67 MPa). Já a aditivação de 2% a 10% VAE foi eficiente em conferir deformação transversal à argamassa geopolimérica, dobrando a deformação (1,78 mm) com adição de 6% de VAE. A aditivação também auxiliou em ganho de consistência no estado fresco, tornando o geopolímero resistente ao deslizamento. Evidenciou-se também que o filme polimérico, característico de uma aditivação polimérica em argamassas convencionais, realizou ancoragem química com o revestimento. Por fim, observou-se que a adição polimérica também incorporou ar à mistura. Constatou-se que a aditivação do copolímero VAE, comumente empregado em materiais cimentícios, performou de forma similar na argamassa geopolimérica.

O magnésio e suas ligas apresentam propriedades físicas que os tornam interessantes em aplicações na engenharia. Em usos estruturais, esses materiais apresentam a vantagem de possuírem massa específica menor que a de aços e de ligas de alumínio. Contudo, são susceptíveis à corrosão e diversos estudos são realizados com o intuito de minimizar este fenômeno com enfoque, por exemplo, em tratamentos de superfície como a anodização. Além disso, assim como materiais metálicos de alta resistência mecânica como aços de alta resistência e baixa liga (ARBL), as ligas de magnésio são sujeitas à corrosão sob tensão. O objetivo do presente trabalho é investigar o efeito de parâmetros de anodização da liga de magnésio AZ61 sobre seu comportamento de corrosão sob tensão. Os parâmetros de anodização foram estudados com o intuito de aumentar a resistência à corrosão, pelas técnicas eletroquímicas, em relação ao material na condição como-recebida. O intuito é estudar seu efeito sobre comportamento de corrosão sob tensão, avaliando a morfologia, a espessura, a rugosidade e a composição das camadas anodizadas. A etapa inicial do trabalho, aqui retratada, consistiu na execução de tratamentos de anodização da liga AZ61 utilizando diferentes concentrações com densidade de corrente de anodização constante. Em etapas posteriores, foram variados o tipo de eletrólito, a densidade de corrente e o tempo de anodização. Os resultados mostraram que a concentração não foi efetiva para melhorar o comportamento eletroquímico do material. Por outro lado, o aumento da densidade de corrente e do tempo de anodização produziram efeitos favoráveis para minimizar a degradação do material. Os eletrólitos de anodização a base de silicato com borato; e de fosfato também formaram os filmes de óxido com as melhores características frente à corrosão da liga de magnésio AZ61, em relação ao estado como-recebido. Os resultados mostraram que essas melhoraram as propriedades eletroquímicas contra a degradação do material tornando seus potenciais de corrosão menos negativos e suas densidades de corrente de corrosão diminuíram.

A manufatura aditiva (AM) tem evoluído muito com os avanços tecnológicos. Um dos principais métodos de processamento de polímeros através de métodos de manufatura aditiva é a deposição por extrusão, também conhecida como impressão 3D via fabricação por filamento fundido (FFF), um dos métodos comerciais mais utilizado de impressão 3D. Este projeto de mestrado tem como objetivo analisar a influência das propriedades de diferentes poliuretanos termoplásticos (TPU’s) no processo de impressão 3D via deposição por extrusão e analisar como a modificação de parâmetros de processo pode influenciar na qualidade das peças impressas fabricadas com estes diferentes materiais. A comparação será feita entre dois TPU’s comerciais chamados ao longo do trabalho de TPU 575 e TPU 690, usando como referência um TPU 3D comercial próprio para impressão. Os materiais foram caracterizados nas técnicas de Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Termogravimetria (TGA) e também em análises reológicas como Índice de Fluidez (MFI) e Reometria Capilar. Posteriormente o TPU 575 e o TPU 690 foram processados em uma extrusora de rosca simples para obter o filamento necessário para a impressão 3D. Os resultados obtidos até o momento nos permitem inferir que poderá haver uma grande influência da temperatura e também da taxa de cisalhamento no processo de impressão e por consequência na qualidade das peças impressas. Desta forma foram escolhidos 3 parâmetros de impressão que podem alterar as condições de cisalhamento e temperatura durante a impressão 3D para a análise: a temperatura de impressão, o diâmetro do bico de extrusão e também a altura da camada impressa. A análise das propriedades mecânicas e do aspecto superficial das peças será feita através dos ensaios de tração e de microscopia confocal ou ótica.

Componente internos de motores a combustão, como as válvulas, são expostos a condições extremas de operação, como elevadas temperaturas, carregamentos mecânicos cíclicos e atmosferas corrosivas, e estes componentes devem manter suas propriedades e características funcionais ao longo da vida útil estimada. Mais recentemente, os motores desenvolvidos para uso em caminhões diesel, tiveram o volume da câmara de combustão reduzido em relação aos motores antigos (de 16 litros para 12 ou 13 litros), atingem pressões de até 220 bar ou superior. Essas novas condições foram necessárias para atender as rígidas normas ambientais de controle de emissões. É nesse contexto que surge o aço válvula X30CrNiMnNbN25-12, objeto de estudo desse trabalho, que foi desenvolvido como opção ao uso das superligas de níquel, com melhor custo e expectativa de desempenho superior ao das ligas precedentes. O presente trabalho apresentará resultados de estudos sobre mecanismo de oxidação em altas temperaturas e corrosão. Irá também estudar o mecanismo de formação da camada de óxido, assim como quantificar as fases formadas para que se conheça as condições na qual esse material pode ser aplicado.

O processo de anodização da liga ZK60A foi desenvolvido em eletrólito contendo silicato e óxido de grafeno. O efeito do tempo de tratamento, densidade de corrente e concentração de óxido de grafeno no banho de anodização sobre odo comportamento de corrosão da liga ZK60A foi avaliado. Durante o tratamento de anodização, o tempo e a densidade de corrente aplicada aos processos foram monitorados, a fim de estudar e comparar seus efeitos na estrutura e na resistência a corrosão dos filmes de óxido. Para este propósito, foram utilizadas técnicas de caracterização microestrutural, como a microscopia confocal de varredura a laser, que permitiu a observação das alterações na superfície e na rugosidade da liga ZK60A, com o aumento do tempo de anodização. A microscopia eletrônica de varredura permitiu a observação: da microestrutura de superfície, trincas de tensão de formação e composição química da seção transversal dos filmes de óxidos. Análise de EDS (espectroscopia por energia dispersiva de raios X) revelou a incorporação do elemento silício na camada anodizada. O comportamento eletroquímico foi avaliado por espectroscopia de impedância eletroquímica e polarização potenciodinâmica. Os resultados mostraram que todos os filmes anódicos obtidos aumentaram a resistência à corrosão do substrato. Em função da cinética de anodização, quanto maior a densidade de corrente de anodização, maior a espessura do filme. Entretanto, quanto maior o tempo de anodização, nem sempre melhor a resistência à corrosão ou maior espessura do filme. As amostras que apresentaram melhor desempenho e estabilidade eletroquímica foram os filmes SiB-20-20 e SiB-30-30. Foram acrescentadas variadas concentrações de óxido de grafeno no eletrólito, a fim de estudar seus efeitos na resistência à corrosão conferida pela camada anodizada ao substrato. O filme SiBGO-20-20-1 teve um deslocamento anódico em seu potencial de corrosão e um aumento da região de passividade. Entretanto a densidade de corrente de corrosão não apresentou variação significativa em relação ao filme SiB-20-20.

Lead acid batteries (LABs) are one of the main technological innovations in 20th-century energy storage. However, to this day, LABs dominate the global battery market due to their high efficiency, safety, recyclability, and low cost. LABs have some disadvantages, such as corrosion in the current collector, sulphation in the electrodes, degradation of the active material, and water loss, the latter being one of the most critical. The water loss in LABs can be studied through the interaction of the active material and the H₂O molecules. The active material is made up of a mixture of spongy Pb, α−PbO₂, and β−PbO₂, the latter being in a higher percentage. β−PbO2 has a tetragonal crystalline phase, with surfaces (110) and (101) being the most stable and reactive. In this work, density functional theory (DFT) and experimental methods (cyclic voltammetry) are used to study the water adsorption modes and hydrogen-oxygen evolution processes, respectively. Quantum Espresso computational package is used to calculate the (101) and (110) surfaces stability and reactivity of the β−PbO₂ and β−PbO₂ − OX (with reticular oxygen). The results indicate high thermodynamic stability and reactivity of the (101) surface compared to the (110) surface. Molecular and dissociative adsorption modes, promoted by the strong influence of reticular oxygen (OX), are observed on the (101) and (110) surfaces, respectively. Additionally, the potentiostatic pulse method was used to synthesize β − PbO2 thin films on a glass/Au substrate. The XRD and SEM results confirm the homogeneous electrodeposition of β − PbO2 on the substrate. The cyclic voltammetry results indicate the presence of oxygen and hydrogen evolution reactions, apart from the typical β−PbO₂ sulfation and desulfation processes.

A caracterização de eletrólitos compósitos de Nafion – CsHSO₄ variando a temperatura (T_amb – T _{160 ºC}) foi realizada através de medidas das técnicas de absorção de raios-X: SAXS/XAFS, afim de obter um estudo microestrutural fundamental do processo de termo-ativação de nucleação e crescimento das partículas de CsHSO₄ dentro na membrana de Nafion^®, para a possível aplicação desses eletrólitos compósitos de Nafion – CsHSO₄ em células a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Membrane) para operarem em temperaturas elevadas ( > 120 ºC). A operação em altas temperaturas da célula PEM traz benefícios, como o aumento da cinética das reações eletródicas, o aumento da cinética de transporte difusional nos eletrodos e o aumento da tolerância da célula ao contaminante monóxido de carbono. O Nafion^®, eletrólito polimérico comumente empregado em células do tipo PEM, possui condutividade elétrica dependente da quantidade de água contida em sua estrutura. Desta forma, o aumento da temperatura de operação da célula acima de 100 ºC causa a desidratação do polímero e consequentemente diminuindo acentuadamente a sua condutividade elétrica. Para aumentar o desempenho dos eletrólitos operando em altas temperaturas, uma solução de ácido sólido 0,5 mol/L de CsHSO₄ foi preparada e a membrana de Nafion^® foi embebida nesta solução. A adição de partículas de CsHSO₄ na matriz polimérica do Nafion visa melhorar as condições de condução de carga do eletrólito em temperaturas elevadas, uma vez que as estruturas desses ácidos sólidos são conhecidas por sofrer uma transição de fase estrutural a temperaturas ligeiramente elevadas (50-150 ºC), na qual a condutividade do próton salta em várias ordens de magnitude. Os resultados SAXS/XAFS medidos simultaneamente, mostraram que o aquecimento na membrana até a temperatura de 100 ºC faz com que o pico característico do canal do ionômero reduza seu tamanho e também foi possível observar uma mudança no estado oxidativo do elemento Césio (Cs), uma vez que o perfil da pré-borda sofreu alterações. Através das análises de SAXS, variando a temperatura, evidenciou-se que o processo de termo-ativação para a nucleação e crescimento das partículas de CsHSO₄ mostrou-se relevante a partir de temperaturas acima de 100 ºC, nas quais observou-se o crescimento de um pico na região do canal do ionômero da membrana. As análises de XAFS, mostraram que as distancias interatomicas do elemento Cs, na transformada de Fourier do espaço-k, não mostraram diferenças significativas nos três ciclos térmicos exercidos na membrana, sugerindo assim uma estabilidade térmica para todo o sistema. As modelagens de EXAFS para determinação dos primeiros vizinhos será fundamental para entender o ambiente químico ao redor do elemento Cs.

O Cold Spray (CS) é uma técnica de revestimento de superfícies comumente utilizada para o reparo de peças metálicas. Vem sendo usada com este propósito ao longo das últimas duas décadas. Mais recentemente, vem sendo usada também para manufatura aditiva de peças metálicas completas. A técnica consiste em propelir partículas de pós, geralmente metálicos, ainda na fase sólida contra um substrato usando um gás.

CS tem sido bastante estudada experimentalmente e também por meio de modelagem computacional, principalmente por elementos finitos. Recentemente, a necessidade de entender os mecanismos em nível atômico relacionando a deformação severa experimentada pela partícula durante o impacto e sua adesão ao substrato fizeram com que vários pesquisadores investissem no uso da dinâmica molecular.

Neste trabalho, propusemos um modelo em nível atomístico para investigar o papel da casca frágil envolvendo uma partícula métálica (dúctil) no processo de adesão da partícula. Este modelo é uma simplificação da camada de óxido metálico que tipicamente envolve as partículas metálicas utilizadas no Cold Spray.

O uso de sílica como carga de reforço em compostos de borracha vem crescendo na indústria de pneus graças às propriedades de baixa histerese alcançadas, que são cada vez mais importantes para a redução do consumo de combustíveis dos veículos. Apesar disso, o caracter polar da sílica leva a baixa interação com a matriz polimérica, o que impõe um desafio para o seu uso. Polímeros modificados com grupos químicos para melhor interação com a sílica vêm sendo utilizados na fabricação dos compostos, porém poucos estudos sobre o impacto das condições de processamento na interação entre esses polímeros funcionalizados e a sílica foram realizados. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a influência de diferentes condições de processamento em compostos de borracha de estireno butadieno (SBR) e sílica. Para isso foram selecionados três SBRs funcionalizados e sílica disponíveis comercialmente, comumente utilizados na fabricação de pneus. Os polímeros foram caracterizados por meio de ¹H RMN para identificação dos grupos funcionais, porém a quantificação não foi possível dado a baixa concentração. Os materiais foram processados a temperaturas de 110, 130 e 150 ºC e os compostos obtidos foram caracterizados por meio de RMN no Estado Sólido, varreduras de temperatura, frequência e deformação, tração de anel, dureza e flexão Goodrich. Os resultados indicaram uma pequena influência das temperaturas de processamento sobre os compostos após a primeira fase de mistura. Porém, após as etapas subsequentes de processamento, adição dos demais ingredientes e silanização, os efeitos são mascarados e após a quarta fase de mistura já não é encontrada uma diferença significativa de comportamento preparados nas diferentes condições de processamento. Os ensaios mecânicos de tração de anel, dureza e flexão não indicaram nenhuma diferença para as diferentes temperaturas de mistura. A ressonância magnética nuclear no domínio do tempo mostrou que a nível molecular é possível observar uma maior interação polímero-carga para as maiores temperaturas de processamento.

O desenvolvimento de biossensores com foco na utilização de rGO (óxido de grafeno reduzido) na fabricação de eletrodos para detecção de vírus, deve-se a múltiplas propriedades que este material possui e que apresenta melhor desempenho que oxido de grafeno (GO) e grafeno, no sentido de sua praticidade para seu uso na interação com material biológico e sua facilidade de síntese, o que é demonstrado nesta pesquisa. Multiplos investigações abordaram o uso do rGO no desenvolvimento de sistemas de transdutores, mas com baixa repetibilidade e escalabilidade. Nosso objetivo e fabricar um sistema transdutor, que seja funcional, quer dizer, que possa, em primeira instância, registrar eventos biológicos e, como segunda instância, que seja capaz de diferenciar esses eventos; que seja acessível e facilmente industrializado. Para atingir este objetivo, esta pesquisa também ajuda a compreender as características do eletrodo desenvolvido para sua atuação sem o processo de transdução durante sua aplicação como sensor eletroquímico. Uma metodologia inicia-se com o desenvolvimento de técnicas para a confecção de filmes finos, dividindo esta etapa principalmente em filmes finos metálicos (cobre e ouro) e não metálicos (cisteína e rGO). Para ter certeza de continuar no caminho certo, optou-se por realizar testes de caracterização, tanto da matéria-prima (grafite) quanto dos filmes produzidos, testes esses que também nos ajudaram a evoluir e confirmar os projetos de eletrodos e sua capacidade de detecção. Além disso, no desenvolvimento da pesquisa, reuniões de equipe e experimentação foram continuamente utilizadas como prática comum para o desenvolvimento das técnicas. Obtivemos rGO em uma solução estável e de boa qualidade, pudemos facilmente diferenciar a grafite de GO e rGO, foi obtido um sistema transdutor multifuncional e multicamadas, conseguimos um sistema micro-fluídico solidamente integrado ao sistema transdutor, conseguimos fabricar um equipamento de revestimento por imersão. As principais conclusões são que o rGO obtido, associado a lisozima, pode ser utilizado em escala industrial para a deposição de filmes sobre sistema Cu/Au/Cy (Cisteina), devido à sua elevada estabilidade em solução aquosa. Pode-se concluir, depois de processos de voltametria cíclica, que o eletrodo é estável e mediante a cronoamperometría que o eletrodo auxilia no processo de transdução, que é procurado para a identificação de vírus no biossensor

O objetivo deste projeto foi sintetizar e caracterizar cápsulas de melamina-formaldeído contendo óleo de Argan como núcleo. O maior desafio deste projeto foi obter cápsulas de tamanho uniforme, entre 5 – 30 mm de diâmetro. Para tanto, foram investigados os parâmetros de síntese, como velocidade de agitação e estabilidade da emulsão formada, agitação magnética e o uso de ultrassom de sonda de alta energia. Além disso, foi investigado o uso de diferentes surfactantes aniônicos, tais como, dodecil sulfato de sódio (SDS) e alquil benzeno sulfonato de sódio (LABS), bem como o uso de poloxamer. Os resultados obtidos mostraram que na presença de SDS, agitação magnética vigorosa e utilizando-se o ultrassom de sonda ou agitação mecânica para a obtenção da emulsão óleo/água (O/W), foram obtidas estruturas de formato esférico com dimensões da ordem de 1-20 mm. Na presença de LABS foram obtidas capsulas com uma distribuição de tamanho da ordem de 1-10 mm. Em ambos os casos, a presença de poloxamer propiciou a formação de capsulas, sendo que a emulsão obtida com LABS na presença de poloxamer apresentou maior estabilidade. Os resultados de determinação do tamanho de partículas das emulsões por meio de espalhamento de luz mostraram partículas com dimensão média da ordem de 3 mm. Entretanto, também foi observado um material sólido sem forma definida, o qual pode estar associado à formação de microcápsulas colapsadas em função das condições de processamento utilizadas. Estes resultados foram evidenciados pelos ensaios realizados por meio das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia ótica. Os resultados de caracterização espectroscópica (FTIR) indicou a formação do polímero de poli(melamina formaldeído).

Para reduzir os efeitos colaterais da ingestão oral ou via injeção de fármacos, a impregnação assistida por dióxido de carbono supercrítico (scCO2) tem sido usada para desenvolver novos sistemas de entrega de fármacos. Apesar de ser um sistema bem conhecido quanto a influência dos parâmetros de processo e quanto a influência das interações físico-químicas na impregnação de um composto em uma matriz polimérica, não há estudos sistemáticos sobre esses parâmetros na impregnação de sistemas multicomponentes, como os extratos naturais. Apesar de não existir esse tipo de estudo, a impregnação desses sistemas multicomponentes tem ganhado a atenção devido a sua elevada bioatividade e baixa toxicidade. O presente trabalho tem como objetivo identificar e explicar fenômenos específicos na impregnação simultânea de diferentes compostos em um polímero a fim de se otimizar a impregnação de sistemas multicomponentes. Para isso foram escolhidas duas matrizes poliméricas, o Poli(L-Ácido Láctico) (PLLA) e o Polietileno Linear de Baixa Densidade (PELBD), e a combinação de dois compostos entre a aspirina, o cetoprofeno e a carvona para realizar a impregnação dupla. As impregnações foram investigadas em duas condições, {60 ºC; 90 bar} e {80 ºC; 300 bar} por 3h. A quantidade de compostos impregnados foi determinada gravimetricamente e por HPLC, FTIR foi utilizado para verificar a impregnação e as interações entre o polímero/composto e a análise de DSC foi utilizada para verificar o impacto da impregnação na microestrutura dos polímeros e para auxiliar na explicação das quantidades impregnadas. As impregnações observadas para o PLLA foram maiores do que as observadas para o PELBD, porém ambas apresentaram a mesma tendência. A {60ºC; 90bar} a carvona mostrou uma boa impregnação, auxiliando na impregnação do cetoprofeno e da aspirina. A {80 ℃; 300 bar} o cetoprofeno e a aspirina apresentaram maiores impregnações, mostrando que essa condição é mais favorável para a sua impregnação, e desta vez auxiliando na impregnação da carvona. Os resultados indicam que a presença de um composto de alta ação plastificante em uma dada condição de temperatura e pressão auxilia na impregnação dos demais compostos. A liberação dos compostos impregnados simultaneamente e individualmente no PLLA foi comparada.

Os adesivos a base de resina epóxi são muito utilizados em aplicações estruturais devido à sua capacidade de aderir em uma ampla variedade de materiais e também por possuírem propriedades como alto módulo de elasticidade, elevada resistência à tração, baixa fluência e excelente resistência química. Porém, devido à alta densidade de ligações cruzadas em sua estrutura molecular, e consequente fragilidade, o adesivo epóxi pode apresentar baixa resistência a iniciação e propagação de trincas, resultando em baixas propriedades de impacto e resistência ao peeling. Para superar essas limitações, aditivos tenacificantes têm sido incorporados em formulações de adesivos epóxi, com o objetivo de otimizar a resistência à fratura e a resistência ao peeling com mínima alteração nas demais propriedades mecânicas destes adesivos. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo avaliar comparativamente a influência de dois tipos de tenacificantes elastoméricos nas propriedades mecânicas de um adesivo epóxi. Como tenacificantes foram utilizados: um pré-polímero de resina epóxi com um teor de 40% em massa de um copolímero de butadieno acrilonitrila com terminação carboxila (CTBN) e partículas pré-formadas com estrutura em “core-shell” que possuem um núcleo de borracha polibutadieno e uma fina camada externa de PMMA. As propriedades mecânicas da junção adesiva foram caracterizadas pelos ensaios de resistência ao cisalhamento e resistência ao peeling. Os ensaios de tração uniaxial, resistência ao impacto e análise dinâmico-mecânica (DMA) foram utilizados como complemento do estudo do comportamento mecânico e termomecânico dos adesivos. Por último, foi realizada a análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV) na caracterização morfológica e da fratura a fim de avaliar o comportamento dos elastômeros na matriz epóxi.

Este trabalho visa estudar revestimentos antiaderentes fluoropoliméricos em panelas conformadas por estampagem profunda, analisando o efeito da formulação das tintas na incidência do defeito do desplacamento do antiaderente após o processo de conformação. Para isso, diferentes tintas foram formuladas e aplicadas em discos de alumínio que posteriormente passaram pelo processo de estampagem. Os distintos esquemas de pintura estudados apresentaram diferentes níveis de desplacamento, indicando que a incidência do defeito estaria diretamente correlacionada com as formulações das tintas. Através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e fotoelétrons excitados por raios X (XPS), foi observado que o desplacamento pode surgir da falha adesiva entre as camadas da tinta nas proximidades do revestimento com o substrato. A falha estaria relacionada à falta de resistência ao estiramento do revestimento no processo de estampagem profunda, propriedade esta que foi avaliada através de ensaios de tração.

Novos materiais híbridos contendo 1,4,5,8-naftalenodiimidas (NDI) como ligante orgânico e zinco como cátion metálico foram sintetizados. Para isto, o composto N,N’-(2-fosfonoetil)-1,4,5,8-naftalenodiimida (PNDI) foi reagido com nitrato de zinco. Inicialmente, os dois compostos foram dissolvidos em separado, e em seguida as duas soluções foram misturadas, resultando na precipitação de materiais sólidos, os quais foram nomeados PNDI/Zn. Foram utilizados dois solventes diferentes: água e N,N-dimetilformamida (DMF). As amostras de PNDI/Zn foram caracterizadas por análise elementar, espectroscopias de infravermelho e de UV-visível e difração de raios-x (DRX), além de isotermas de adsorção de nitrogênio. De acordo com as análises de DRX, as amostras de PNDI/Zn apresentaram estrutura lamelar, típica de fosfonatos metálicos. As amostras precipitadas em água ficaram melhor estruturadas do que aquelas precipitadas em DMF. Os materiais PNDI/Zn mostraram porosidade similar a outros fosfonatos de zinco orgânicos, com adsorção de N₂ chegando a quase 90 cm³/g.

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A crescente utilização de nanocompósitos deriva da busca por um melhor desempenho em diversas aplicações, particularmente naquelas envolvendo otimização de propriedades mecânicas e aplicações funcionais diversas. Dentre os materiais utilizados como reforços de nanocompósitos, destacam-se aqueles com estruturas 2D, devido às suas altas resistências mecânicas e possibilidades de modificação da superfície visando melhorar a interação matriz / reforço. Nesta dissertação, foram realizados estudos teóricos e experimentais de um novo nanocompósito com matriz de poliuretano termoplástico reforçado com o MXene Ti₃C₂(T_x). Buscando entender com maior profundidade a interação do reforço com a matriz, foram realizadas sínteses e caracterizações experimentais, bem como simulações computacionais. Os cálculos de DFT da interação entre o polímero e o Ti₃C₂(T_x) indicaram que todas as possíveis terminações dos  MXenes apresentam boa interação com a matriz polimérica, especialmente o grupo funcional  –OH que promove uma interação mais favorável com a matriz polimérica. Experimentalmente, a boa interação MXenes-TPU foi corroborada através da fabricação de compósitos bem dispersos por um método simples de preparação.

O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito de diferentes condições de usinagem sobre o comportamento de corrosão do aço inoxidável austenítico AISI 304. As operações de usinagem foram conduzidas por fresamento, , variando três diferentes parâmetros: rotação da fresa, velocidade de avanço e profundidade. Após usinagem, a rugosidade superficial foi caracterizada por microscopia confocal de varredura a laser (CSLM), determinando a rugosidade média (Ra) e a maior protuberância da superfície (Rp). Além disso, a composição química do filme passivo formado naturalmente ao ar foi analisada por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). Investigou-se o estado químico dos principais elementos constituintes do filme (Fe, Cr, O e Ni) e também o perfil de profundidade (depth profile) ao longo da espessura do filme passivo, determinando a relação Cr/Fe para cada condição de usinagem. Foram determinadas, ainda, as tensões residuais na superfície das amostras usinadas a fim de avaliar seu possível efeito sobre o comportamento de corrosão do aço 304. Para isso foi empregado método do sen²Y a partir de medidas de difração de raios X. O comportamento de corrosão foi avaliado por meio de curvas de polarização potenciodinâmica obtidas em solução de NaCl 3,5% em massa a temperatura ambiente.

O presente trabalho teve por finalidade avaliar a microestrutura, o comportamento mecânico e corrosivo de chapas do aço DP-780 e aço TRIP-780 soldados por resistência a ponto no campo de soldabilidade. Ambas as chapas soldadas foram realizadas por controle dos parâmetros: tempo de soldagem e corrente de soldagem, utilizando uma força constante dos eletrodos nas chapas de aço. O campo de soldabilidade foi determinado por testes preliminares de arrancamento. A sua caracterização mecânica foi realizado por medidas de microdureza Vickers e ensaios de tração cisalhante. A análise microestrutural foi realizada por difração de raios-X, microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura e a resistência à corrosão foi realizada por polarização potenciodinâmica. Os resultados de soldagem por resistência a ponto mostraram uma boa qualidade de solda dentro campo de soldabilidade, obtendo-se valores de diâmetro da pepita de solda acima de 4,8 mm e forças de cisalhamento acima de 9,9 kN. Micro estruturalmente foi observado que a pepita de solda é constituída pela zona termicamente afetada e a zona fundida. O metal base da chapa DP envolve as fases: ferrita e martensita e a chapa TRIP envolve as fases: ferrita, bainita e austenita retida. A zona fundida em ambas as chapas é constituída predominantemente por martensita. Já a zona termicamente afetada envolve uma microestrutura mais complexa por envolver transformações de fase. A microdureza no metal base, para ambas as chapas, foi consideravelmente menor que da zona fundida. Já na zona afetada termicamente se observou uma queda de dureza em relação ao metal base e aumento gradual de dureza. Os resultados de corrosão mostraram que a pepita de solda apresentou menor resistência corrosiva frente ao metal base para ambas as chapas DP e TRIP.

Aguardando entrega da versão final.

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