[pt] Materiais plásticos são largamente utilizados em nosso dia-a-dia em embalagens, sacos e outros produtos. Este tipo de material é utilizado devido a suas propriedades como baixo custo, fácil processabilidade, baixa densidade, resistência a microorganismos e água, estabilidade química e durabilidade. Devido às duas últimas propriedades, os polímeros apresentam baixa degradabilidade, causando problemas ambientais. Como óxido de titânio (TiO2) tem se apresentado eficiente como fotocatalisador, reforçar plástico com partículas deste material tem sido uma nova maneira de decompor polímeros a céu aberto. Nanotubos de trititanato (TTNT) podem ser tratados para produzir nanomateriais à base de TiO2 com alta atividade fotocatalítica para a degradação de gases poluentes. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo produzir e caracterizar filmes de polietileno reforçados com quatro tipos de nanomateriais à base de TiO2: TTNT sem pós-tratamento (A1), TTNT pós-tratado termicamente a 550 graus Celsius (A5), TTNT pós-tratado com ácido (A11) e, como referência, partículas de óxido de titânio comercial fornecido pela Degussa (P-25). Os filmes foram expostos à luz UV em uma caixa fechada por 350 horas em temperatura ambiente. A degradação foi avaliada por meio da perda de peso do filme ao longo do tempo. Os filmes virgens e fotodegradados foram caracterizados por Difração de Raios-X (DRX), Calorimetria diferencial de Varredura (DSC), Termogravimetria (TGA) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os filmes com TTNT pós-tratado fotodegradaram mais do que os com TTNT não tratado, mas menos que os que continham TiO2. Este resultado foi parcialmente atribuído à dificuldade de dispersão dos nanomateriais. / [en] Plastic materials are widely used in our daily lives in bags, food packaging and other products and applications. This type of material is used because of properties such as low-cost, easy processability, low density, resistance to water and microorganisms, and chemical stability and durability. Due to the last two properties, polymers show low biodegradability causing enviro nmental pollution. As titanium dioxide (TiO2) has been shown to be an efficient photocatalyst, the mixture of plastic with this material has been proven to be a new and useful way to decompose solid polymers in open air. Trititanate nanotubes (TTNT) can also be used as a route for developing TiO2-based nanomaterials with high photocatalytic activity for degradation of gas pollutants. Thus, the present research aims to produce degradable polyethylene polymer (PE) films composed with four types of TiO2-based nanomaterials: TTNT as synthesized (A1), TTNT with thermal post-treatment at 550 Celsius degrees (A5), TTNT with acid post-treatment (A11), and, as a reference, commercial TiO2 nanoparticles from Degussa Company (P25).The main characterization tool was the weight reduction measurement during the degradation process. The films were exposed to artificial UV light under ambient air for 350 hours. Virgin and degraded filmes where characterized by X-ray Diffraction, UV-Vis absorption, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), and Scanning Electron Microscopy (SEM). Films with post-treated TTNT showed stronger degradation than films with non-treated loads, but weaker than films containing TiO2. This result was partially assigned to the poor dispersion of the nanomaterials.

[pt] A rápida evolução tecnológica vem acompanhada da necessidade de se obter cada vez mais materiais com melhores desempenhos. Os materiais poliméricos, muito utilizados em nosso cotidiano devido as suas características de boa resistência, boa estabilidade química, fácil processabilidade e baixo custo, ainda são restritos para algumas aplicações devido as suas baixas propriedades mecânicas e térmicas, quando comparados ao aço. A fim de atender a essas características, os materiais compósitos à base de polímeros vêm ganhando um importante espaço. Muito já foi relatado sobre a eficiência da inclusão de cargas em escala nanométrica em uma matriz polimérica, para se obter melhoras nas propriedades térmicas e mecânicas. A poliamida 11, muito utilizada em aplicações offshore como revestimento de risers, é um exemplo de polímero que pode possuir melhores propriedades com a aplicação de reforços. Os nanotubos de titanato apresentam boas características mecânicas com módulo de Young em torno de 230 GPa e se apresentam como uma boa carga para nanocompósitos. Sendo assim, no presente trabalho foram fabricados compósitos à base de poliamida 11 com cargas de nanotubos de titanano (TTNT) e nanopartículas de TiO2. Os nanotubos utilizados possuem estrutura de trititanatos e as nanopartículas são do tipo comercial P-25 e foram utilizadas no intuito de comparar os resultados obtidos com os nanotubos, uma vez que estas possuem uma área superficial bem menor. Os nanocompósitos fabricados (A1, A2, A3 e A4) e a poliamida 11 pura (A0 e Ap) foram submetidos a ensaios de tração, termogravimetria (TGA) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foi observada uma melhora significativa nas propriedades mecânicas para as amostras A1 e A3 e nas propriedades térmicas para as amostras A1, A3 e A4, quando comparadas com a poliamida pura. / [en] The fast technological developments comes with the need to obtain more materials combined with better performance. Polimeric materials, commonly used in our daily because of its characteristics of good strength, good chemical stability, easy processability and low cost, are still restricted for some applications owing to their low mechanical and thermal properties compared to steel. In order to improve these characteristics, composite materials based on polymers are gaining an important space. Much has been reported on the effectiveness of inclusion of fillers at nanoscale in a polymer matrix, to obtain improvements in mechanical and thermal properties. The polyamide 11, widely used in offshore applications as coatings of risers, is one example of polymer which can has better properties with the use of reinforcement. The titanate nanotubes exhibit good mechanical properties with Young’s modulus around 230 GPa and appear as good nanocomposite reinforcement. In this study, polyamide 11 composites reinforced with titanate nanotubes (TTNT) and TiO2 nanoparticles were manufactured. The nanotubes used have trititanate structure and the nanoparticles are the commercial type P-25 and were used in order to compare the results with the nanotubes, as the nanoparticles have a smaller surface area. The nanocomposites produced (A1, A2, A3 and A4) and pure polyamide 11 (A0 and Ap) were submitted to tensile tests, thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). A significant improvement on mechanical properties for samples A1 and A3 and for thermal properties in samples A1, A3 and A4 were observed when compared to pure polyamide.

[pt] Foram desenvolvidos nanocompósitos de óxidos dopados com níquel metálico pelo processo Sol-Gel modificado pelo uso do PVA (Álcool Polivinílico) na função de matriz de crescimento dos nanocompósitos. Os precursores dos óxidos foram os nitratos de seus próprios metais. Foram sintetizados três tipos de nanocompósitos óxido de magnésio, óxido de alumínio e óxido de zinco. O trabalho envolveu quatro etapas principais: levantamento bibliográfico, desenvolvimento e caracterização dos nanocompósitos e uso dos nanocompósitos como catalisadores na síntese de nanotubos de carbono. O desenvolvimento dos nanocompósitos foi motivado pela necessidade de materiais com tamanho e estrutura controláveis para emprego como catalisadores pela indústria. Na síntese dos nanocompósitos foi usada uma relação de PVA/ Água de 1/12 que depois foi variada para avaliar a influência sobre a força de hidrólise, a relação entre metal da matriz e níquel metálico foi de 9:1, em porcentagem em massa. Também foi avaliada a influência do surfactante Dodecil Sulfato de sódio (SDS) e do hidróxido de amônio na síntese dos nanocompósitos. Os nanocompósitos sintetizados neste trabalho foram testados como catalisadores no crescimento de nanotubos de carbono pela técnica de High Vacuum Chemical Vapor Deposition (CVD). Os catalisadores utilizados tinham tamanho de cristalito aproximado de 11nm no caso de óxido de magnésio e de 5 nm no caso do óxido de alumínio, o níquel metálico formado nestes suportes estava bem disperso e com dimensões estimadas de 3nm. Nanotubos de carbono de uma camada e mais de uma camada foram obtidas somente quando o suporte do níquel metálico era o óxido de magnésio. Os nanotubos foram caracterizados por Raman e microscopia eletrônica de varredura. / [en] Metallic Nickel and oxide nanocomposite have been developed by Sol-Gel process modified by the use of PVA (polyvinyl alcohol) as a matrix for the growth of the nanocomposites. The oxides precursors were nitrates from their own metal. Three types of oxides were synthetized, magnesium oxide, aluminum oxide and zinc oxide. This work is presented in four sections: literature survey, development and characterization of nanocomposites and the use of nanocomposites as catalysts in the synthesis of carbon nanotubes. The development of these nanocomposites was motivated by the need for materials with controllable size and structure for use as catalysts in industry. The synthesis of the nanocomposites used a ratio of PVA / water of 1/12 that was later varied to evaluate the influence of the force of hydrolysis, the relationship between the matrix oxide metal and metallic nickel was 9:1 in mass percentage. The influence of the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) and the ammonium hydroxide was also evaluated in the nanocomposites synthesis. The nanocomposites synthesized in this work were tested as catalysts in the growth of carbon nanotubes by the technique of High Vacuum Chemical Vapor Deposition (CVD). The catalysts used had a crystallite size of approximately 11nm in the case of magnesium oxide and 5 nm in the case of aluminum oxide, metallic nickel formed on these supports was well dispersed with a size of 3nm. Single layer and multiple layer carbon nanotubes were obtained only when magnesium oxide was the nickel substrate. The nanotubes were characterized by Raman and scanning electron microscopy.

[pt] Neste trabalho estudamos a síntese e caracterização de nanotubos de carbono de paredes simples com incorporação de fósforo. Os nanotubos foram produzidos em duas diferentes temperaturas (800 e 850 Graus Celsius), usando um precursor em pó (fase sólida) sem diluição em nenhum liquido. O sistema utilizado na síntese foi o CVD em alto vácuo. Para a caracterização comparamos as amostras incorporadas com SWNTs crescidos com etanol. Usamos a espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons induzida por raios x (XPS) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM) para caracterizar as amostras. A espectroscopia Raman e a microscopia eletrônica de transmissão foram usadas para confirmar a presença de SWNTs na amostra. Encontramos evidencia de que o fósforo foi incorporado nas amostras ao compararmos os espectros Raman dos SWNTs com amostra de referência. A partir dos resultados de XPS, observamos a presença de fósforo ligado a átomos de carbono que nós faz concluir que houve incorporação de fósforo nos nanotubos. / [en] In this work was studied the synthesis and characterization of single wall carbon nanotubes (SWCN) with phosphorus incorporation. The nanotubes were produced in two different temperatures (800 and 850 Degrees Celsius), using a powder precursor (solid phase) without liquid dilution. The system used for the synthesis was High Vacuum Chemical Vapor Deposition (HVCVD). The samples were characterized comparing the samples with phosphorus with SWNT synthetized with ethanol. Raman spectroscopy, x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) on transmission electron microscopy (TEM) were employed to characterize the samples. The Raman spectroscopy and TEM were employed to confirm the presence of SWNT in the samples. We found evidences that phosphorus were incorporated comparing the Raman spectra with the reference sample. The XPS results showed the presence of phosphorus atoms bonded to carbon atoms which make us conclude that the phosphorus were incorporated to the nanotubes.

[pt] Apresenta-se neste trabalho dados relativos à incorporação de nitrogênio em nanotubos de carbono de múltiplas paredes. As amostras foram produzidas exclusivamente pelo processo de spray-pirólise usando ferroceno como catalisador. Como fonte de carbono foi usado tolueno juntamente com duas fontes de nitrogênio : acetonitrila e propionitrila. O parâmetro principal investigado é a fração proporcional dos precursores mas o papel da temperatura também é investigado. A caracterização das amostras inclui espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, e analise XPS para avaliar a proporção e concentração química nos produtos. Como complemento alguns testes preliminares foram realizados usando nanotubos de carbono como sensores de gás. Análise para vapores de gasolina e etanol são mostrados. Gases como por exemplo amônia foram também testados sob condições de pressão reduzida. / [en] In this work we report results concerning the nitrogen incorporation into multiwalled carbon nanotubes. Samples were grown by spray-pyrolysis and use ferrocene as catalist. As carbon source, toluene is used along two nitrogen precursors : acetonitrile and propionitrile. The main parameter investigated was the proportional fraction of precursors but the temperature role was also investigated. Characterization of the samples includes Raman spectroscopy, scanning and transmission electron microscopy and for evaluate proportional atomic and chemical concentrations in the tubes: XPS analysis. Few preliminary tests were performed using carbon nanotubes as gas sensors. Vapour of gasoline and ethanol data are sampled. Gases were tested also under reduced pressure conditions.

[pt] Neste trabalho é feito um estudo da incorporação de fósforo na estrutura dos nanotubos de carbono de paredes múltipla pelo método de crescimento de Spray Pyrolysis. Para este fim, foi variada a concentração de fósforo no precursor de partida para obter amostras com diferentes concentrações de átomos dopantes visando propiciar a dopagem substitucional. Foi mostrado através da microscopia eletrônica de varredura e de transmissão que uma vez introduzido o fósforo estes tubos experimentam mudanças na sua estrutura, pois os tubos dopados crescem formando corrugações com uma morfologia tipo corrente de carbono, chegando a ser até dez vezes mais curtos que um nanotubo não dopado crescido pela mesma técnica em condições semelhantes. A análise feita por espectroscopia Raman mostrou que a relação entre as intensidades das bandas D e G aumenta com o aumento da concentração de fósforo e que a banda G se desloca para menores frequências como evidencia de mudanças na estrutura eletrônica e de fônons dos nanotubos dopados. O resultado obtido por espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) foi um dos mais relevantes, pois mostrou que o pico P 2p do fósforo está constituído de duas componentes, um devido às ligações P-Fe associadas à formação de nanopartículas de fosfato e/ou fosfeto de ferro e o segundo atribuído às ligações C-P, e que pode ser associado a possível presença de dopagem substitucional por átomos de fósforo na rede hexagonal dos nanotubos. Finalmente os resultados obtidos por termogravimetria mostraram que os nanotubos dopados com fósforo são mais reativos que os nanotubos não dopados, o que os faz mais promissores em aplicações como sensores de gases ou em eletrodos em capacitores eletroquímicos. / [en] The thesis addresses the incorporation of phosphorus atoms into the structure of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) grown by the Spray Pyrolysis method. To this end, the concentration of ferrocene in the precursor was fixed in 2,0 wt %, while the concentration of triphenylphosphine (Ph3P) was varied from 0,15 to 0,65 wt %. Scanning and transmission electron microscopy images showed as first evidence of doped tubes, the presence of corrugated tubes, constituted of a special bamboo type morphology, like a carbon necklace growth being approximately ten times shorter when compared to the undopes tubes. The analysis of the Raman spectra shows that the D to G band ratios increase as the Ph3P concentration was increased from 0,15 to 0,65 wt % as an indication of the defects introduced into the nanotubes. On the other hand, the frequency of the G band, highly sensitive to changes in the sp2 carbon structures induced by doping or defects, downshifts as the phosphorus concentration increases, possibly related to a renormalization of the energies of the phonons and the electrons of the nanotubes at the defect or doping sites of the carbon lattice. The XPS spectra obtained from doped tubes were compared with the spectra obtained from Ph3P and metallic phosphorus. The most important results was obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) because without unprecedented detail, the studies on the P 2p peak shows it’s constitute of two components located at 133,3 and 129,5 eV, attributed to P-Fe and C-P bonding, confirming the phosphorus doping MWCNTs. The X-ray diffraction analysis showed a high degree of crystallinity and the formation of iron oxides and iron-phosphorus compounds once the Ph3P was introduced as the starting material in the nanotubes growth. Finally, thermogravimetric analysis in oxidative and inert atmospheres shows the doped tubes has higher chemical reactivity and more defects in their structure.

[pt] Esta Tese consiste na pesquisa, dimensionamento e desenvolvimento de estruturas de microondas que utilizam grafeno e nanotubos de carbono como componente fundamental. São apresentadas aplicações em dispositivos de micro-ondas e no domínio óptico, tais como filtros, conversores de frequência, antenas de microondas, absorvedores de microondas etc. Também são apresentados os resultados dos testes realizados em todos os dispositivos desenvolvidos. Alguns dispositivos contém inovações ainda não reportadas na literatura. / [en] This Thesis consists inthe research, dimensioning and design of microwave structures that use graphene and carbon nanotubes as fundamental component. Applications are presented in microwave devices and in the optical domain, such as filters, frequency converters, microwave antennas, microwave absorber etc. Besides that, the results of the tests performed in all designed devices are presented. Some devices have innovations not yet reported in the literature.

[pt] Os nanotubos de carbono desde seu descobrimento têm atraído crescentemente a atenção devido a sua estrutura original e propriedades eletrônicas únicas. Encontrando muitas possíveis aplicações, como na área de materiais suportes para catálise, dada sua grande área superficial e boa condutividade elétrica quando comparado aos materiais convencionais à base de carbono. Essas características favorecem uma maior dispersão e estabilização de nanopartículas metálicas o que propicia o acceso a um número maior de átomos cataliticamente ativos. Neste trabalho foram produzidos nanotubos de carbono de paredes múltiplas de uma boa qualidade estrutural utilizando o método de Spray Pyrolysis. Foram encontrados os parâmetros de crescimento ideais de nosso sistema tais como fluxo de gás e faixa de valores para a concentração da solução precursora, 1800 sccm e 2,0-2,9% em peso, respectivamente. Os nanotubos foram decorados com partículas de cobalto através de uma rota química sendo o processo mais eficiente o que envolve a dissolução do nitrato de cobalto em acetona para a formação de um pó homogêneo de nanotubos-oxido de cobalto para sua posterior redução em atmosfera de H2 a 573 K. A qualidade estrutural dos nanotubos produzidos bem como do material decorado foi avaliado através de diferentes técnicas de caracterização tais como espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, e difração de raios-X. / [en] Carbon nanotubes since they are observed for the first time have been attracted attention due to their structure and unique electronic properties. Many applications, as support materials for catalysts, are proposed because of their aspect ration and good electrical conductivity. These properties favor a better dispersion and stabilization of the metallic nanoparticles, increasing the number of catalytic active atoms. In this work, we produced multi- walled carbon nanotubes (MWNT) with good structural properties using the Spray Pyrolysis method. We found the optimum parameters for the growth of high quality MWNT, namely, the gas flux and the concentration of the precursor solution, 1800 sccm and 2,0-2,9 wt %, respectively. The nanotubes were decorated via a chemical route, being the most efficient process the one where the cobalt nitrate was diluted in acetone with the formation of a homogeneous cobalt oxide particles-MWNT powder, with a subsequent reduction in H2 atmosphere at 573K. The structural characterization was performed by a multitechnique approach, including Raman spectroscopy, transmission and scanning electron microscopes (TEM and SEM) and x-ray diffraction (XRD).

[pt] O aço carbono é amplamente utilizado na confecção de equipamentos e tubulações que atendem às necessidades dos processos de produção e transporte de combustíveis fósseis. Sabe-se que o aço carbono em contato com o ambiente de CO2 sofrem corrosão, levando à perda de qualidade no processo e consequentemente impactos nos custos de produção. Os revestimentos não-metálicos podem ser utilizados como método de prevenção contra à corrosão, assegurando a qualidade do produto final e diminuindo os custos de produção. Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento do aço AISI 1020 revestido por nanocoating em um meio contendo CO2. Os testes foram realizados em solução salina de 3 por cento wt de NaCl saturada com CO2 a 75 bar de pressão, temperturas de 50 graus Celsius e 100 graus Celsius e tempos de exposição que variaram de 15 a 30 dias. O comportamento da corrosão foi avaliado através de técnicas eletroquímicas, tais como, Resistência à Polarização Liner (RPL), Impedância Eletroquímica (EIS) e Curvas Tafel e pela variação de massa. A Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foi utilizada para avaliar a morfologia do filme formado e a Difração de Raios X (DRX) e Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) foram utilizadas para determinar a composição química. O melhor resultado do revestimento foi observado para o tempo de 15 dias a 50 graus Celsius, mesmo assim há formação de uma camada de corrosão. Em todas as outras condições estudadas não houve proteção efetiva do revestimento. Para as condições estudadas, os resultados obtidos indicam que este tipo de revestimento não pode ser utilizado para temperaturas acima de 50 graus Celsius. / [en] Carbon steel is widely used in the manufacture of equipment and piping to meet the needs of the production and transportation of fossil fuels. It is well known that carbon steel in contact with the CO2 environment will corrode leading to the loss of quality in the process and consequently impacts in production and repair costs, among others. Non-metallic coatings can be used as a method of preventing corrosion, ensuring the quality of the final product and reducing production costs. The objective of this work was the evaluation of a nano coated AISI 1020 steel in a CO2 environment. Corrosion tests were performed in a brine solution of 3 per cent wt NaCl saturated with CO2, at a pressure of 75 bar and temperatures of 50 Celsius degrees and 100 Celsius degrees for 15 and 30 days. The corrosion rate behavior was evaluated through electrochemical techniques, such as, Linear Polarization Resistance (LPR), Electrochemical Impedance (EIS) and Tafel Curves and mass variation. Corrosion products were analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Diffraction (XRD) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). For the conditions tested the coating with nanotubes and polymeric matrix withstand the maximum of 15 days at 50 Celsius degrees, although a corrosion layer was observed. No effective coating protection was observed for the other conditions studied, indicating that this type of coating can not be used for temperatures above 50 Celsius degrees.

[pt] Neste trabalho estudamos a síntese e caracterização de nanotubos de carbono de parede simples dopados com boro, que foram produzidos em diferentes condições, usando um precursor líquido em um sistema CVD de alto vácuo. Para a caracterização comparamos as amostras com outras − de referência sem dopagem − e também usamos microscópios de transmissão e varredura, espectroscopia Raman e espectroscopia por fotoelétrons excitados por raio X (XPS). A microscopia de transmissão e a espectroscopia Raman foram usadas para confirmar a presença de nanotubos de parede simples, enquanto a microscopia de varredura foi usada para identificar em qual faixa de temperatura os nanotubos foram produzidos. Achamos evidências de que as amostras estão dopadas ao compararmos os espectros Raman dos nanotubos com as amostras de referência. Usando os resultados do XPS, determinamos que os nossos tubos estão dopados com boro. Comparando a análise Raman com esses resultados, desenvolvemos uma regra simples para estimar o nível de dopagem a partir de medidas Raman. / [en] We studied in this work the synthesis and characterization of boron doped single wall carbon nanotubes. They were produced, at different conditions, using a new liquid precursor in a high vacuum chemical vapour deposition system. In order to characterize the samples we compared them to an undoped reference sample and used a transmission and field emission scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and a X-ray photoemission spectroscopy (XPS). The transmission electron microscopy and the Raman spectroscopy were used to confirm the presence of single wall carbon nanotubes, while the scanning electron microscopy was used to identify in which temperature range the tubes were produced. We found evidences that the produced sample were doped by comparing the Raman spectra of the samples with the reference one. By using the XPS, we could determine that our tubes are boron doped. By comparing the Raman analysis with the XPS results, we developed a simple rule to estimate the doping level through Raman measurements.