Este trabalho investigou a influência do tipo de erodente à base de alumina na incrustação em um revestimento metálico à base de FeCr, aspergido por arco elétrico, empregados em ensaios de desgaste erosivo, tanto à temperatura ambiente como a 400°C, com ângulo de incidência entre o erodente e a superfície de 30° e 90° e velocidade de projeção de 25 m/s. Como erodente, utilizou-se alumina eletrofundida com faces anguladas e irregulares e também alumina calcinada com formando aglomerados esferoides. O revestimento dos corpos-de-prova foi caracterizado quanto à morfologia (MEV), porosidade, densidade aparente, análise térmica, espessura da camada depositada, taxa de erosão e mapeamento de elementos por espectrometria de energia dispersiva (EDS). Os erodentes foram caracterizados quanto a sua morfologia (MEV), distribuição granulométrica e área superficial (BET). Os resultados mostraram que à temperatura ambiente os ensaios realizados com alumina calcinada com ângulo de 30° e alumina eletrofundida a 90° foram os que apresentaram maiores quantidades de alumínio incrustado no revestimento para uma mesma área de análise. Os ensaios realizados com a alumina eletrofundida com ângulo de 30° foi a que apresentou a maior taxa de erosão. Já a distribuição granulométrica e área superficial dos erodentes após ensaio de erosão apresentaram uma diminuição em relação aos valores de antes do ensaio. Os ensaios realizados a 400°C de temperatura mostraram que a alumina calcinada, para os dois ângulos de ensaio, resultou em maior incrustação no revestimento ensaiado, sendo maior para o ângulo de 90° do que para o ângulo de 30°. Para essa temperatura de ensaio, a maior taxa de erosão ocorreu para o ensaio conduzido com ângulo de 30°, utilizando alumina calcinada. Ainda para os ensaios a 400°C, os resultados para o tamanho médio de partícula na distribuição granulométrica indicaram uma redução nos valores iniciais para todos os ensaios realizados. No entanto, a área superficial de ambos erodentes permaneceu com valores muito próximos ao de antes do ensaio. / This work investigated the influence of the kind of erodent based on alumina embedded in a metallic coating based on FeCr, sprayed by arc electric technique, used in erosive wear test at room temperature and 400°C with angle of incidence between the erodent and the surface of 30° and 90° and erodent velocity of 25 m/s. As erodent was used fused alumina that showed angled and irregular surfaces and also calcined alumina forming spheroids agglomerates. The coating of the samples was characterized morphology (SEM), porosity, density, thermal analysis, the layer thickness, erosion rate and mapping of elements by energy dispersive spectrometry (EDS). The erodent was characterized by their morphology (SEM), particle size distribution and surface area (BET). The results showed that the room temperature tests performed with alumina calcined with angle of 30° and fused alumina with angle of 90° were those with larger amounts of aluminum embedded in the coating to the same area of analysis. Tests performed with the electro alumina with angle of 30° were presented the highest rate of erosion. Already the particle size distribution and surface area of erodent after testing erosion showed a decrease compared to the values before the test. The tests performed at 400°C temperature showed that the calcined alumina for the both angles test resulted in greater embedded of aluminum in the tested coating, being higher for the 90° angle than the angle of 30°. For this test temperature, the higher erosion rate occurred for the experiment with 30° angle using calcined alumina. Also for the tests at 400°C, the results for the average particle size in the particle size distribution showed a reduction in initial values for all tests. However, the surface area of erodent remained with both values very close to that of before the test.

Orientador: Ulf Friedrich Schuchardt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:51:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Steffen_RafaelAugusto_M.pdf: 657835 bytes, checksum: efc464baf50683cc652c38220caa0600 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Testou-se a atividade catalítica de duas aluminas, uma comercial (Fluka) e outra obtida via processo sol-gel, na oxidação Baeyer-Villiger utilizando cicloexanona como substrato e peróxido de hidrogênio como oxidante. Os catalisadores foram caracterizados por análise termo gravimétrica e difração de raios-X e os produtos identificados por cromatografia a gás e ressonância magnética nuclear de H e C. Os catalisadores mostraram-se altamente eficientes nas oxidações utilizando-se peróxido de hidrogênio aquoso 70 % (m/m) como oxidante, com rendimentos em e-caprolactona superiores a 75 % com seletividade de 98 %. As condições foram otimizadas, sendo 20 h de reação, 90 ± 2 ºC, razão molar de peróxido de hidrogênio:cicloexanona 8:1 e 300 mg de alumina, utilizando-se acetato de etila como solvente, com o sistema acoplado a um Dean-Stark para remoção da água do meio reacional. Os catalisadores apresentaram menores rendimentos na presença de água, perdendo a seletividade já na primeira reciclagem. Porém, nas reações em que se fez a remoção de água os catalisadores mantiveram a mesma atividade catalítica após cinco ciclos. Testes em que se comparou o desempenho do catalisador na epoxidação e na oxidação Baeyer-Villiger mostraram que existe competição entre os sítios ativos dessas reações. Com base nos resultados obtidos propô-se um mecanismo no qual a reação poderá ocorrer por dois caminhos distintos / Abstract: Two aluminas, one comercial (Fluka) and the other obtained by sol-gel methods, were used as catalysts for the Baeyer-Villiger oxidation using cyclohexanone as substrate and hydrogen peroxide as oxidant. The catalysts were characterized by X-ray diffraction and thermogravimetric analysis and the oxidation products were analysed by gas chromatography and H and C nuclear magnetic resonance. Both aluminas showed to be high efficient catalysts for Baeyer- Villiger oxidation with aqueous hydrogen peroxide 70 % (w/w), reaching yields as high as 75 % for the e-caprolactona with selectivity of 98 %. The optimized conditions was found to be 20 h of reaction at 90 ± 2 ºC, with peroxide:cyclohexanone molar ratio of 8:1, 300 mg of catalyst, ethyl acetate as solvent and a Dean-Stark system coupled for water removal. The catalysts showed lower selectivity in the presence of water, losing the activity at the first recycling test. However, when the water was removed, the catalysts presented the same activity in 5 consecutive cycles. Tests comparing the alumina as epoxidation and Baeyer-Villiger oxidation catalyst showed that there is a competition between the catalytic sites for these reactions. Based on the results obtained we were able to propose a mechanism, admitting that the reaction could occur by two different pathways / Mestrado / Quimica Organica / Mestre em Química

O desgaste é responsável por um grande número de falhas em materiais, provocando a sua substituição antecipada e consequentemente diminuindo a sua vida útil. Por isso, estudos são realizados para caracterizar os limites de utilização desses materiais, evitando assim situações catastróficas. A partir das variáveis e parâmetros envolvidos no ensaio de desgaste, é possível construir mapas que tem como finalidade direcionar para uma correta escolha do material, de acordo com a aplicação desejada, além de identificar o seu comportamento frente à determinadas condições de uso. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo conhecer o comportamento de desgaste de nanocompósitos de alumina contendo 5% de inclusões nanométricas de zircônia, visando construir um diagrama de transição de desgaste entre os limites de combinação de velocidade de deslizamento e carga aplicada. Para isso, corpos de prova conformados na forma de pinos com uma das extremidades semiesféricas foram caracterizados quanto a dureza e tenacidade à fratura, submetidos ao ensaio de desgaste do tipo pino-no-disco com temperaturas e umidades ambientes, variando os parâmetros de velocidade e carga. As velocidades de deslizamento variaram de 1,2 m/s à 0,1 m/s e as cargas variaram de 2 N à 100 N. Os valores de dureza e tenacidade a fratura obtidos foram de 14,08 ± 1,22 GPa e 3,99 ± 0,14 MPa.m1/2, respectivamente. Os resultados de desgaste mostraram que a partir da caracterização e construção do diagrama de transição de regime de desgaste, com combinações de parâmetros extrínsecos de carga e velocidade de deslizamento, foi possível definir e atingir as condições limites entre o regime de desgaste moderado e a transição para o regime severo. Esse diagrama auxilia na seleção e comparação da transição entre os limites de desgaste do material estudado com outros tipos usados na engenharia. / Wear is responsible for a large number of material failures, causing them to be replaced early and consequently shortening their life-time. Therefore, studies are conducted to characterize the limits of use of these materials, thus avoiding catastrophic situations. From the variables and parameters involved in the wear test, it is possible to construct maps that aim to direct the correct choice of material according to the desired application, as well as to identify its behavior against certain conditions of use. In this context, the objective of this work was to know the wear behavior of alumina nanocomposites containing 5% nanometric zirconia inclusions in order to construct a simplified wear transition diagram between the sliding speed and applied load combination limits. For this, test pieces shaped like pins with semi-spherical tips were characterized in terms of hardness and fracture toughness, took to the wear test of the pin-on-disk with ambient temperatures and humidity, varying the speed and load parameters. Slip velocities ranged from 1.2 m/s to 0.1 m/s and loads ranged from 2 N to 100 N. The values of hardness and fracture toughness obtained were 14.08 ± 1.22 GPa and 3.99 ± 0.14 MPa.m1/2, respectively. The results of wear showed that from the characterization and construction of the wear regime transition diagram, with combinations of extrinsic load parameters and slip speed, it was possible to define and reach the boundary conditions between the moderate wear regime and the transition for the severe regime. This diagram helps in the selection and comparison of the transition between the wear limits of the studied material with other types used in engineering.

A pirólise de aerossóis ou spray pirólise (SP, do inglês Spray Pyrolysis) é uma importante metodologia para a obtenção de luminóforos e diferentes matrizes sólidas em dimensões nano a micrométricas, desde a escala laboratorial ao nível industrial. O arranjo experimental permite o ajuste de uma ampla faixa das temperaturas de pirólise (100 a 1000 °C), possibilitando que sistemas de interesse sejam obtidos em uma única etapa. Contudo, não existe um controle eficiente do ambiente de coordenação do íon emissor e a simetria deste será consequência do ambiente imposto pela estrutura cristalina ou amorfa da matriz sólida final. O tratamento térmico rápido, característico desta metodologia, pode dificultar a total cristalização de determinadas fases e, sendo assim, uma heterogeneidade nos sítios de simetria será obtida. Este trabalho tem como objetivos estudar as propriedades luminescentes de aluminatos dopados com íons terras raras. E nesse sentido, propuseram-se inicialmente metodologias para a obtenção de diferentes matrizes inorgânicas por SP visando o estudo do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Num primeiro momento, foi proposto a metodologia para a obtenção de matrizes inorgânicas por SP mantendo a estrutura do sítio de coordenação de íons lantanídeos. Nesta estratégia foi escolhido um meio inorgânico estável, protegendo os íons terras raras ativos de perturbações externas, estável tanto do ponto de vista químico e térmico durante o processo de pirólise, YVO4:Eu3+ foi o escolhido por possuir sítios de simetria bem definidos e por ser um composto de grande interesse tecnológico. Ainda dentro dos objetivos, estudou a síntese de aluminatos dopados com íons ítrio visando à formação de sistemas compósitos (-Al2O3 / YAG). Os compostos foram primeiro obtidos pela co-dopagem com íons Eu3+ visando um estudo estrutural, e posteriormente, sistemas contendo Itérbio/Érbio e Itérbio/Túlio foram preparados, visto que são escassos os trabalhos que descrevem a síntese de partículas com propriedades de conversão ascendente de energia pela metodologia de pirólise de aerossol. A fase YAG foi obtida para diferentes proporções de Y3+/Al3+, porém também foi obtido a fase meta estável YAlO3 (YAH) em uma única etapa, sendo que essa fase é reportada na literatura como de difícil obtenção. Os compostos obtidos foram caracterizados principalmente por espectroscopia de fotoluminescência (espectros de emissão/excitação e tempos de vida), espectroscopia vibracional, Difratometria de raios X de pó, microscopia eletrônica e análise térmica / Spray Pyrolysis (SP) is an important methodology to obtain phosphors and different solid matrices in a nano-to-micrometric dimension, ranging from the laboratory scale up to the industrial level. The experimental arrangement allows the adjustment of a wide range of pyrolysis temperatures (100 up to 1000 ° C), which allows the system of interest obtention in a single step. However, there is no efficient control concerning the emitter ion coordination environment, and its symmetry will be a consequence of the environment imposed by the resultant solid matrix crystalline or amorphous structure. The rapid thermal treatment, which is the main characteristic of this methodology, it might hinder the total crystallization of certain phases and, thus, heterogeneity in the symmetry sites will be obtained. This study aims to study the luminescent properties of aluminates doped with Rare Earth (RE) ions. Under this perspective, several methodologies have been initially proposed in order to obtain different inorganic matrices using SP to study lanthanides coordination sites. At first, the methodology for obtaining inorganic matrices through SP maintaining the structure of the lanthanide ion coordination site was proposed. In this strategy, a stable (both chemically and thermally) inorganic medium was chosen, protecting the active rare earth ions from external perturbations during the pyrolysis process. YVO4:Eu3+ was selected for presenting well-defined symmetry sites and for its wide technological appeal. Moreover, the synthesis of aluminates doped with yttrium ions to form composite systems (-Al2O3 / YAG) has been carried out. The compounds were first obtained by co-doping with Eu3+ ions for a structural study. Subsequently systems containing Ytterbium / Erbium and Ytterbium / Yttrium were prepared, since there is a lack of description of these systems in the literature when its considered the synthesis of particles with energy upward conversion properties by aerosol pyrolysis methodology. The YAG phase was obtained using different proportions of Y3+/Al3+, but the stable YAlO3 (YAH) phase was also attained in a single step, even being reported as difficult to achieve in the literature. The compounds synthesized were characterized mainly by photoluminescence spectroscopy (emission/excitation spectra and lifetimes), vibrational spectroscopy, powder X-ray diffraction, electron microscopy and thermal analysis

O interesse pelo emprego de materiais cerâmicos na odontologia surgiu, inicialmente, devido ao excelente resultado estético proporcionado pela similaridade aos dentes naturais. Entretanto, a fragilidade, inerente das cerâmicas tradicionais, era uma limitação que impossibilitava a utilização em condições em que o material fosse submetido à solicitação mecânica. Com o desenvolvimento de materiais à base de alumina e zircônia, os quais conciliam aspecto estético, biocompatibilidade e bom desempenho mecânico, o emprego de cerâmicas na fabricação de restaurações dentais começou a ser considerado. A incorporação de fase vítrea de reforço nestas cerâmicas tem como finalidade minimizar as taxas de retração e melhorar a adesão ao agente cimentante resinoso, necessário para união da infraestrutura cerâmica à estrutura dental remanescente. Comercialmente, esses materiais são conhecidos como sistemas In-Ceram®. Considerando-se que o aprimoramento dos métodos de síntese e de técnicas de processamento de pós cerâmicos é um dos fatores fundamentais para o bom desempenho desses materiais, o presente trabalho teve como objetivo o estudo de obtenção de cerâmicas à base de alumina e/ou zircônia estabilizada com 3 mol% de ítria com infiltração de fase vítrea de aluminoborossilicato de lantânio, partindo-se de insumos obtidos pela rota de coprecipitação de hidróxidos. Os pós sintetizados foram conformados por prensagem uniaxial e pré-sinterizados na faixa de temperatura entre 950 e 1650 ºC, visando a obtenção de corpos cerâmicos porosos. A incorporação da fase vítrea foi realizada pela impregnação do pó de aluminoborossilicato de lantânio, também preparado neste trabalho, e posterior tratamento térmico entre 1200 e 1400oC. As técnicas empregadas para caracterização dos pós incluíram: termogravimetria, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, adsorção gasosa (BET) e espalhamento a laser. A sinterabilidade das amostras compactadas de alumina e/ou zircônia foi avaliada por dilatometria. As cerâmicas pré-sinterizadas foram avaliadas por medidas de densidade aparente pelo princípio de Archimedes, difração de raios X e observação da microestrutura por microscopia eletrônica de varredura. Testes de impressão Vickers e de citotoxicidade foram realizados após incorporação da fase vítrea. Tendo em vista a integridade estrutural, homogeneidade da microestrutura, elevados valores de tenacidade à fratura (3,6 4,9 MPa.m1/2) e a não citotoxicidade dos materiais preparados, constatou-se, neste trabalho, que as cerâmicas à base de alumina preparadas a partir de pós coprecipitados, são adequadas para obtenção de infraestruturas dentais com infiltração com fase vítrea. / The interest for the use of ceramic materials for dental applications started due to the good aesthetic appearance promoted by the similarity to natural teeth. However, the fragility of traditional ceramics was a limitation for their use in stress conditions. The development of alumina and zirconia based materials, that associate aesthetic results, biocompatibility and good mechanical behaviour, makes possible the employment of ceramics for fabrication of dental restorations. The incorporation of vitreous phase in these ceramics is an alternative to minimize the ceramic retraction and to improve the adhesion to resinbased cements, necessary for the union of ceramic frameworks to the remaining dental structure. In the dentistry field, alumina and zirconia ceramic infiltrated with glassy phase are represented commercially by the In-Ceram® systems. Considering that the improvement of powders synthesis routes and of techniques of ceramic processing contributes for good performance of these materials, the goal of the present work is the study of processing conditions of alumina and/or 3 mol% yttria-stabilized zirconia ceramics infiltrated with aluminum borosilicate lanthanum glass. The powders, synthesized by hydroxide coprecipitation route, were pressed by uniaxial compaction and pre-sintered at temperature range between 950 and 1650oC in order to obtain porous ceramics bodies. Vitreous phase incorporation was performed by impregnation of aluminum borosilicate lanthanum powder, also prepared in this work, followed by heat treatment between 1200 and 1400oC .Ceramic powders were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, gaseous adsorption (BET) and laser diffraction. Sinterability of alumina and /or stabilized zirconia green pellets was evaluated by dilatometry. Pre-sintered ceramics were characterized by apparent density measurements (Archimedes method), X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Vickers impression tests and citotoxicity essays were performed after glass phase incorporation. Considering the structural integrity of samples, homogeneity of microstrutures, high fracture toughness values (3.6 4.9 MPa.m1/2) and no citotoxity effects, it was verified that alumina based ceramics, prepared from coprecipitated powders, are adequate for production of dental frameworks infiltrated by vitreous phase.

A iminente escassez de recursos naturais e de fontes energéticas não renováveis são forças motrizes para a adoção de práticas sustentáveis. Dentre os processos industriais que fazem uso intensivo de recursos naturais, estão os que utilizam processos de usinagem baseados em ferramentas abrasivas para desbaste, esmerilhamento, corte, entre outros. A partir deste panorama geral, é possível enxergar a necessidade de estudar os processos de usinagem com ferramentas abrasivas a fim de aumentar a compreensão sobre eles e de torná-los sustentáveis. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é avaliar, por meio do comportamento mecânico de compósitos abrasivos resinoides, o potencial de reciclagem de grãos de alumina oriundos de ferramentas abrasivas. No presente trabalho, foi estudada a preparação e caracterização de compósitos abrasivos resinoides reforçados com grãos alumina reciclada e virgem. Uma das aluminas recicladas é oriunda de rebolos e discos de corte resinoides, outra alumina é oriunda de rebolos vitrificados, e a última, composta por alumina branca, é recuperada de rebolos vitrificados refugados ou usados. As amostras de grãos de alumina reciclada e a de grãos de alumina marrom virgem foram caracterizadas por meio das técnicas de fluorescência de raios X (FRX), difratometria de raios X (DRX), microscopias óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV). Corpos de prova de compósitos utilizando os quatro tipos de alumina foram preparados por meio da mistura, prensagem e tratamento térmico de grãos de alumina e resinas fenólicas resol e novolaca. Por fim, os compósitos foram caracterizados por meio das técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), módulo elástico por excitação por impulso, impacto Izod, flexão em quatro pontos, análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), dureza por Sand Blasting Penetration (SBP), porosidade pelo método de Arquimedes e microscopias óptica e eletrônica de varredura. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram que os compósitos de alumina reciclada apresentaram depreciação em todas as propriedades estudadas em relação ao compósito de alumina virgem, exceto a resistência ao impacto Izod, no qual todas as amostras apresentaram baixa resistência. A razão desta baixa resistência ao impacto deveu-se à estrutura formada pelo grão de alumina, ligante (resina fenólica) e porosidade, na qual a baixa proporção de resina fenólica (10% m.) foi a responsável pelo resultado. Por outro lado, a causa da depreciação nas propriedades mecânicas apresentadas pelos compósitos de alumina reciclada foi a menor concentração em alumina e a presença de impurezas oriundas da produção das ferramentas abrasivas. Neste caso, o compósito de alumina branca reciclada apresentou melhores resultados das propriedades mecânicas em relação aos compósitos de alumina oriunda de rebolos vitrificados e os de alumina oriunda de rebolos e discos resinoides. Concluindo, o potencial de reciclagem dos grãos de alumina oriundos de ferramentas abrasivas visando o seu reaproveitamento no processo de fabricação destas ferramentas é limitado pela sua pureza, de modo que se no processo de reciclagem dos grãos for aumentada a concentração de alumina haverá possibilidade de seu reaproveitamento. / The imminent scarcity of natural resources and nonrenewable energy sources are driving forces for the adoption of sustainable practices. Among the industrial processes that make intensive use of natural resources, there are those that use machining processes based on abrasive tools for roughing, grinding, cutting, among others. From this general panorama, it is possible to see the need to study the machining processes with abrasive tools in order to increase the understanding about them. Thus, the objective of this work is to evaluate, through the mechanical behavior of resin-bound abrasive composites, the recycling potential of alumina grits from abrasive tools. In the present work, the preparation and characterization of resinoid abrasive composites reinforced with recycled and virgin alumina grits was studied. One of the recycled aluminas comes from resin-bound grinding wheels and thin wheel cut-off discs, another alumina comes from vitrified grinding wheels, and the latter, composed of white alumina, is recovered from scrapped or used glazed grinding wheels. The samples of recycled alumina grits and virgin brown alumina grits were characterized by X-ray fluorescence spectroscopy (XRF), X-ray diffractometry (XRD), optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). Composite test bodies using the four types of alumina were prepared by mixing, pressing and heat treatment of alumina grits and resol and novolak phenolic resins. Finally, the composites were characterized by differential scanning calorimetry (DSC), impulse excitation elastic modulus, Izod impact, four-point flexing, dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA), Sand Blasting Penetration hardness (SBP), porosity by the Archimedes method and optical and scanning electron microscopy. The results of the mechanical tests showed that the recycled alumina composites presented depreciation in all the studied properties in relation to the virgin alumina composite, except the Izod impact resistance, in which all the samples presented low resistance. The reason for this low impact strength was due to the structure formed by the alumina grit, binder (phenolic resin) and porosity, in which the low proportion of phenolic resin (10% m) was responsible for the result. On the other hand, the reason for the depreciation in the mechanical properties presented by the recycled alumina composites was the lower concentration in alumina and the presence of impurities from the production of the abrasive tools. In this case, the recycled white alumina composite presented better mechanical properties in relation to alumina composites from vitrified grinding wheels and those from alumina from grinding wheels and resinoid disks. In conclusion, the recycling potential of the alumina grits from abrasive tools aiming at their reuse in the process of manufacturing these tools is limited by their purity, so that if in the grit recycling process the alumina concentration increases it will make possible its reuse.

Nanoestructuras de alumina anódica porosa (AAP) têm sido tradicionalmente fabricadas por duas etapas de anodização a temperaturas relativamente baixas (de 0 até 5°C), e usadas como máscaras ideais para formação de vários materiais nanoestruturados. Neste sentido, o objetivo do trabalho foi estudar sistematicamente a formação e a fabricação de nanoestruturas de AAP autoorganizadas por uma só etapa de anodização e posterior aplicação na síntese de nanopartículas e nanofios metálicos. As nanoestruturas auto-organizadas de AAP foram obtidas por apenas uma etapa de anodização em ácido oxálico (H2C2O4) a temperatura ambiente; diferentemente dos processos convencionais onde são utilizados duas ou mais etapas de anodização. As características estruturais dos filmes de AAP foram moduladas através do controle dos parâmetros da concentração da solução, temperatura e potencial de polarização. O procedimento principal, para a obtenção de AAP auto-organizadas apenas por uma etapa de anodização, foi o pós-processamento de abertura dos poros através de um processo de corrosão química. Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que o diâmetro médio dos poros apresentou uma dependência linear com a temperatura, potencial e tempo de corrosão química e foi constante em relação à concentração da solução eletrolítica. No entanto, a análise estrutural via microscopia eletrônica de varredura (MEV), mostrou que a circularidade e a ordem dos nanoporos sobre a superfície anodizada melhoraram com o aumento da concentração do eletrólito. A estrutura de AAP com um arranjo hexagonal de poros regularmente distribuídos foi obtida quando a anodização foi realizada em 0,3M de H2C2O4, a 45V e 20°C de temperatura seguido de uma corrosão química a temperatura de 17°C por 102 minutos. Adicionalmente foram obtidos nanopartículas e nanofios metálicos utilizando-se as nanoestruturas de AAP como moldes. Como os filmes de AAP são isolantes a obtenção das nanopartículas e nanofios foi realizado através de um processo de eletrodeposição de corrente alternada (CA). Os resultados deste trabalho mostraram que nanoestruturas de AAP autoorganizadas podem ser fabricadas por uma etapa de anodização controlando o tempo de corrosão química. Os resultados apresentados neste trabalho mostram-se vantajosos em relação aos reportados na literatura, já que normalmente as nanoestruturas de AAP são obtidas mediante processos de anodização em duas etapas e tempos longos de anodização. / Nanostructures of porous anodic alumina (PAA) have been traditionally manufactured by two steps anodization at relatively low temperatures (0 to 5°C) and used as templates suitable for the formation of various nanostructured materials. In this sense, the goal of this work was the fabrication of self-organized porous Anodic alumina nanostructures (AAP) by a one anodization step and subsequent application in the synthesis of metal nanowires and nanoparticles. The self-organized nanostructures of PAA were obtained by just one anodization step in oxalic acid (H2C2O4) at ambient temperature unlike to conventional processes where they are used two or more anodization steps. The structural characteristics of PAA films were modulated through control of the solution concentration, temperature and potential of polarization. The key procedure to obtain the periodic organized PAA by only one step anodization was the post-processing of pore opening through a process of corrosion chemistry. The results of this work showed that the average diameter of pores presented a linear dependence with temperature, time of chemical corrosion, polarization potential and it was constant relative to the concentration of the electrolyte solution. However, the structural analysis via scanning electron microscopy (SEM) showed that the roundness and the order of nanoporos over the anodized surface improved with the electrolyte concentration increasing. The PAA structure with a hexagonal arrangement of pores was obtained when the anodization was held in 0.3 M of H2C2O4, 45V, and 20°C of temperature followed by a chemical corrosion at 17°C of temperature for 102 minutes. Additionally it was obtained nano particles and nano metal wires using the PAA structures as molds. Since the PAA films are insulating, the nanoparticles and nanowire were obtained through an electrodeposition process using alternating current. The results of this work have shown that self-organized PAA nanostructures can be fabricated by one anodization step controlling the time of chemical etching process. The results presented in this work are advantageous in relation to reported in the literature, since normally the structures of PAA are obtained by two step anodization and for long anodization time.

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No. of bitstreams: 1 aryrodriguesferreirajunior.pdf: 3094807 bytes, checksum: 6847722cf7c001b55fb374bb7d01b63a (MD5) Previous issue date: 2013-11-28 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A alumina, Al2O3, é um material largamente utilizado na indústria. A fase   é o α produto mais estável da calcinação de hidróxidos e oxi­hidróxidos como a boehmita,  γ AlO(OH), a bayerita,  ­Al(OH) α 3, e a gibbsita  ­Al(OH) γ 3, acima de 1.000°C. Em temperaturas intermediárias, diferentes fases da alumina podem ser observadas, as quais são denominadas aluminas de transição ( ,  ,  ,  ,   e  ). A fase   deste óxido é reconhecida como um material η γ χ δ κ θ γ extremamente   importante   em   vários   processos   industriais   atuando   como   adsorvente, catalisador ou suporte. Esta alumina de transição é muito utilizada na indústria petroquímica como suporte para catalisadores a base de sulfetos de metais de transição Co(Ni)MoS no processo de hidrotratamento (HDT). O polidimetilsiloxano (PDMS) é um polímero de fórmula geral [(CH3)2SiO]n, empregado como fluído de perfuração na indústria do petróleo, porém a sua aplicação como agente antiespumante em processos de transformação e tratamento nas refinarias merece maior atenção, devido ao problema da contaminação de catalisadores utilizados no processo de HDT. A sua degradação pode ocorrer a temperaturas superiores a 400°C alcançadas nos processos térmicos não catalíticos. Logo, as frações do petróleo que seguem para o processo de HDT, como a nafta leve e pesada ou o óleo diesel, já podem estar carregando para o reator oligômeros em concentrações suficientes para a desativação do catalisador. Neste trabalho, a Teoria do Funcional da Densidade (DFT)   foi utilizada na modelagem das superfícies (100) e (110) da  ­alumina e também da fase ativa do catalisador γ MoS/ ­Al γ 2O3. Foi possível realizar a simulação de propriedades como os parâmetros espectrais de Ressonância Magnética Nuclear de Estado Sólido de 27Al e 29Si bem como as frequências vibracionais dos modos normais associados aos grupos hidroxila superficiais. Este conjunto de simulações permitiu que uma série de trabalhos experimentais relevantes relacionados à caracterização das superfícies do óxido e do catalisador envenenado fossem revisitados. Com a termodinâmica estatística foi possível discutir a presença de sítios ácidos de Lewis tricoordenados AlIII em amostras do suporte submetidas a tratamento térmico. Uma análise de energias livres dos primeiros estágios do envenenamento do catalisador sugeriu que os sítios ácidos de Brønsted do suporte são consumidos preferencialmente. / Alumina, Al2O3, is a material widely used in the industry. The   phase is the most α stable product in the calcination of boehmite,  ­ AlO(OH), bayerite  ­Al(OH) γ α 3, and gibbsite ­Al(OH)γ 3, at temperatures above 1.000°C. At intermediate temperatures, different phases of alumina can be observed, which are termed transition aluminas ( ,  ,  ,  ,   e  ). The   phase η γ χ δ κ θ γ of this oxide is known as an extremely important material in a number of industrial processes acting as an adsorbent, a catalyst or a catalyst support. This transition alumina is extensively used in petroleum and petrochemical industries as a support for transition­metal sulfides Co(Ni)MoS in hydrotreatment (HDT) process. Polydimethylsiloxane (PDMS) is a polymer with chemical formula [(CH3)2SiO]n applied in the oil industry as a drilling fluid, but its application as an anti­foaming agent in oil refineries deserves attention, because of the problem associated with catalyst deactivation in the HDT process. Its degradation can occur at temperatures exceeding 400°C in non­catalytic thermal processes. So, some oil fractions which follows to the HDT process, as naphtha or diesel, may already be carrying to the reactor some oligomers like siloxanes, silanes, and silanols, in very low concentrations, but enough for catalyst deactivation due to the accumulation of silicon over the surfaces.  In the present work, the Densidty Functional Theory (DFT) was used for the modeling of the (100) and (110) surfaces of  ­alumina as well as of the active phase of MoS/ ­Al γ γ 2O3 catalyst. With the structural models it was possible to perform simulations of properties like the 27Al and 29Si Solid­State Nuclear Magnetic Resonance spectral parameters as well as the vibrational frequencies of the normal modes associated with the surfaces hydroxyl groups. With this set of simulated data, it was possible to reassess a number of experimental works related to the characterization of the oxide surfaces and the catalyst poisoning. From statistical thermodynamics, the presence of tri­coordinated Lewis acid sites AlIII in samples subjected to thermal treatment was discussed and a free energy analysis considering the first steps of the catlyst poisoning process suggested that the Brønsted acid sites of the support are consumed preferentially.

Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T17:09:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_SandraMariaSantosdeOliveira_D.pdf: 2193089 bytes, checksum: e02431a815e7c5e9923283bd405849a9 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Nesta tese foram investigadas as propriedades físicas, mecânicas e microestruturais de compósitos cerâmicos densos e porosos de Al2O3-ZrO2 cujas matérias primas foram previamente moídas em moinho vibratório com a finalidade de se obter nanocompósitos com melhores propriedades que as cerâmicas de alumina e de zircônia puras, e compósitos microestruturados. A finalidade desses estudos foi desenvolver um processamento de matérias primas para aplicações biomédicas futuras, como por exemplo: cabeça de fêmur e acetábulo cerâmicos, para implantes coxofemorais, pilares cerâmicos, para implantes dentais e braquetes cerâmicos, usados em ortodontia. As matérias primas, Al2O3 e ZrO2-3%Y2O3 foram caracterizadas quanto à composição e suas estruturas cristalinas. Foram cominuídas em moinho vibratório desenvolvido na Escola de Engenharia de São Carlos-USP, por 2, 4, 6 e 10 horas. Os pós resultantes da moagem por seis horas foram misturados e homogeneizados em três proporções, 15, 30 e 45 % de zircônia em alumina por 22 horas. O corpo denso foi conformados convencionalmente, por prensagem uniaxial (50MPa), prensagem isostática (200MPa) e sinterização em 1450°C por 2 horas. Por seu conjunto de características mecânicas a composição com 30% de zircônia e 70% de alumina foi usada para produção do corpo poroso, características estas superiores tanto às do compósito nanoestruturado como às do corpo monolítico e compatíveis à aplicação estrutural. O corpo poroso foi obtido pelo método da esponja, sinterizado em 1600°C e apresentou resistência à compressão de 6,71 MPa, valor que está contido na faixa de resistência do osso esponjoso para uma porosidade acima de 60%, poros interconectados e de tamanho compatíveis aos exigidos pela engenharia tecidual. O teste de citotoxicidade confirmou a biocompatibilidade do compósito poroso. A biocompatibilidade associada ao valor da resistência mecânica à compressão e ao tamanho dos poros permite afirmar a potencialidade do compósito obtido nas condições do trabalho como material a ser testado para crescimento de células / Abstract: In this thesis it was investigated the mechanical properties of a Al2O3-ZrO2 ceramic composite which raw materials were previously ground on a vibratory mill in order to obtain a micro structured nanocomposite with better properties than pure alumina and zirconium. The purpose of this paper was to develop raw materials for future biomedical applications, as: femoral head and ceramic acetabulum, for hip implants, ceramic abutments, for dental implants and ceramics brackets, used in orthodontics. The raw materials, Al2O3 e ZrO2-3%Y2O3 were characterized as to composition and crystal structures. They were comminuted in a vibratory mill designed by Escola de Engenharia-USP/ São Carlos, for 2, 4, 6 e 10 hours. The 6-hours milling post-derived were mixed and homogenized in three ratios, 15, 30 e 45 % of zirconium in alumina for 22 hours. The dense body was conventionally shaped, by single axial pressing (50MPa), isostatic pressing (200MPa) and sintering in 1450°C for 2 hours. Due the set of mechanical characteristic, compositions 30%-zirconium and 70%-alumina was used to produce the porous body production and supported for structural applications. The porous specimen was obtained by the sponge method sintered at 1600ºC showed a compressive strength of 6,71 MPa, a value which is in the resistance in the range of cancellous bone resistance, for a porosity above 60%, interconnected pores and size compatible with those required by tissue engineering. Citotoxicity test confirmed the composite biocompatibility. Biocompatibility associated with mechanical strength and pores size allows to affirm the potential of the composite obtained in those conditions as a material to be tested for cell growth / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutora em Engenharia Mecânica

Orientadores: Gustavo Paim Valença, Ricardo Vieira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T00:05:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_NataliaMairaBraga_M.pdf: 2188373 bytes, checksum: 7d467de1163b278869ab8a52ee898f4f (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A reação de deslocamento de gás d'água, também conhecida como water gas shift reaction (WGSR), é muito utilizada na produção de hidrogênio, por meio da conversão do monóxido de carbono em CO2 e da água em H2. No presente trabalho, catalisadores de cobre e níquel suportados em alumina ou nanofibras de carbono (NFC) foram utilizados para estudo da WGSR. Os catalisadores foram preparados através da impregnação de nitrato do metal nos suportes, sendo 5% em massa o valor nominal de teor metálico empregado. Os materiais foram secados, calcinados e caracterizados através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios X (DRX), Adsorção Física de Nitrogênio e Espectrometria de Emissão Óptica por Plasma Indutivamente Acoplado (ICP OES). Depois de calcinados, os catalisadores foram carregados no reator, reduzidos e então testados na WGSR a baixas temperaturas (125 - 300 °C). Os gases que saíram do reator foram analisados online por Cromatografia Gasosa (CG). Houve produção de CO2, H2 e, provavelmente, de coque em pequenas quantidades. A pressão parcial de CO variou entre 4,64 e 11,35 kPa, e a pressão parcial de água variou entre 20,01 e 47,44 kPa. As condições de reação mais favoráveis para 5% Cu/Al2O3 foram pH2O = 38,64 kPa e pCO = 11,35 kPa, em todas as temperaturas reacionais empregadas. Já para 5% Cu/NFC as condições mais favoráveis foram pH2O = 20,01 kPa e pCO = 6,56 kPa, correspondendo a uma razão molar H2O:CO de 3,05. Outra variável testada foi corrente elétrica aplicada em 5% Ni/NFC, com o objetivo de verificar sua influência na atividade do catalisador. Entretanto, diferentes intensidades de corrente elétrica (entre -1,4 e 1,4 A) não alteraram a taxa ou a seletividade da WGSR. Dentre os catalisadores testados, 5% Cu/Al2O3 foi o mais ativo em todas as condições reacionais, devido à alta dispersão das partículas metálicas no suporte. Níquel suportado em Al2O3 se mostrou pouco ativo, porque as partículas metálicas estavam muito dispersas e, provavelmente, não foram reduzidas pelo H2. Ni/NFC e Cu/NFC apresentaram baixas conversões de CO, devido à hidrofobicidade do suporte. A energia de ativação aparente calculada para a WGSR foi de 86,05 kJ/mol para 5% Cu/Al2O3 e de 69,80 kJ/mol para 5% Cu/NFC. O mecanismo de reação proposto para Cu/NFC foi redox de cooperação e as ordens aparentes de reação obtidas foram 0,64 em relação ao CO e aproximadamente zero em relação à água / Abstract: The water gas shift reaction (WGSR) is widely used in the production of hydrogen, by the conversion of carbon monoxide into CO2 and of water into H2. In the present work, copper and nickel catalysts supported on alumina or carbon nanofibers (CNF) were used to study the WGSR. The catalysts were prepared by impregnating metal nitrate in the supports, with a nominal mass metallic content of 5%. The solids were dried, calcined and characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), Nitrogen Adsorption and Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP OES). After calcination, the catalysts were loaded into the reactor, reduced and then tested in the WGSR at low temperatures (125 - 300 °C). The gases from reactor were analyzed online by Gas Chromatography (GC). The products were CO2, H2 and, probably, small amounts of coke. The CO partial pressure varied between 4.64 and 11.35kPa, and the water partial pressure varied between 20.01 and 47.44 kPa. The most favorable reaction conditions for 5% Cu/Al2O3 were pH2O = 38.64 kPa and pCO = 11.35 kPa, for all reaction temperatures used in this work. For 5% Cu/CNF the most favorable conditions were pH2O = 20.01kPa and pCO = 6.56 kPa, corresponding to a molar ratio H2O:CO of 3.05. In a different experiment, electrical current was used in the 5% Ni/CNF bed, in order to verify its influence on the catalyst activity. The electrical current was varied between -1.4 and 1.4 A and no change was observed in the rate or selectivity of the WGSR. Among the catalysts tested, 5%Cu/Al2O3 was the most active under all conditions used in this work, due to the high dispersion of the metal particles on the support. Nickel supported on Al2O3, under reaction conditions studied, was less active, because the metal particles were widely dispersed and, probably, were not reduced by H2. Ni/CNF and Cu/CNF had low CO conversions, due to the support hydrophobicity. The apparent activation energy calculated for the WGSR was 86.05kJ/mol for 5% Cu/Al2O3 and 69.80 kJ/mol for 5% Cu/CNF. For Cu/CNF a co-operative redox reaction mechanism was proposed, and apparent reaction orders were 0.64 in relation to CO and approximately zero in relation to water / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestra em Engenharia Química