[pt] O presente trabalho apresenta um estudo preliminar sobre a síntese de membranas macroporosas de óxido de magnésio, com uma faixa de porosidade estreita e homogênea, mediante uma técnica reprodutível e visando sua aplicação futura na separação de substâncias gasosas impossíveis de serem separadas por métodos convencionais. As membranas foram criadas a partir da sinterização das respetivas nanopartículas obtidas pelo método sol-gel/nano matriz, usando nitrato de magnésio como precursor principal e álcool polivinílico, PVA, como matriz das nanoestruturas. Foram avaliados diferentes parâmetros de pressão e temperatura de sinterização. As amostras obtidas foram analisadas por MEV, DRX, BET e Porosimetria por Intrusão de Mercúrio (PIM). Os resultados mostram que o material obtido apresenta tamanho de partículas uniforme, confirmando assim a sinterização. O tamanho de cristalito médio foi de 160nm, sendo que o tamanho médio de grãos foi de 450nm; os materiais que apresentaram melhores propriedades foram aqueles sinterizados a 1000 e 1100 graus Celsius com pressão de 173MPa, e a 1000 graus Celsius com 260MPa. A macroporosidade obtida se encontra numa faixa muito perto do limite com a mesoporosidade, sendo que quase 97 por cento dos macroporos estão entre 50 e 150nm de raio. Os resultados indicam que a técnica foi reprodutível e a faixa de poros é razoavelmente estreita, o que permitirá aplicar a membrana na separação de substâncias específicas. / [en] This work present a preliminary study on the synthesis of macroporous membranes of magnesium oxide with a homogeneous and a narrow range of porosity obtained by a reproducible technique, which aims their future application in the separation of gaseous substances impossible to separate by conventional techniques. The membranes were obtained by the sintering of the respective nanoparticles which were obtained by the sol-gel/nanotemplate technique, using a magnesium nitrate as the main precursor and polyvinyl alcohol, PVA, as a template of the nanostructures. Pressure and Temperature were the sintering parameters evaluated in the present research. The samples obtained were analyzed by SEM, XRD, BET, and Intrusion Mercury Porosimetry (IMP). The results show uniformity in the particles size of the material, confirming the sintering process. The average crystallite size was 160nm, and the average grain size was 450nm, the samples showing better properties were those sintered at 1000 and 1100 Celsius degrees at a pressure of 173MPa, and 1000 Celsius degrees at 260MPa. The range macroporosity obtained limit with the mesoporosity, nearly 97 per cent of the macropores is between 50 and 150nm radius. The results indicate that the technique is reproducible and the pores range is reasonably small, this will allow to apply the membrane in the separation of certain substances.

[pt] Os minérios, uma vez extraídos, passam por diversas etapas de beneficiamento antes que possam ser devidamente utilizados. Os finos de minérios que, ao final dessa etapa, não possuem a granulometria necessária para alimentar os fornos de redução, passam por processos de aglomeração para alcançá-la, como a pelotização e a sinterização, cujo material produzido em uma das etapas deste último processo é o foco do presente trabalho. Esses finos passam primeiramente por uma etapa de microaglomeração, que é fundamental para o processo, pois muitas das características e propriedades do sínter são função da estrutura do microaglomerado pré-tratamento térmico. Ela consiste numa mistura do sinter feed com água, fundentes e combustível sólido (coque). Existem 3 estruturas típicas para um microaglomerado: quasipartícula, micropelota e partícula não aglomerada. A presente dissertação desenvolveu uma rotina automática no programa de processamento e análise de imagens FIJI, baseada em processamento e análise de imagens do microaglomerado obtidas por microscópio ótico, que é capaz de identificar as partículas de diferentes granulometrias que compõem a amostra, e classificá-las quanto às 3 classes supramencionadas. Após a classificação, a rotina é capaz de extrair atributos dos objetos identificados (percentual de cada classe, circularidade média, espessura média), e analisar os núcleos das quasipartículas, classificando-os quanto à fase (hematita, magnetita, goethita e outros). Ademais, a rotina apresenta todos os dados já citados na forma de um relatório em pdf, que contém também uma listagem das quasipartículas e micropelotas em ordem crescente de tamanho. Essa rotina elimina a imprecisão e a subjetividade do operador humano, obtém medidas não realizáveis manualmente, permitindo prever características futuras do sínter de forma totalmente automática. / [en] The ores, once extracted, undergo several stages of processing before they can be properly used. The fines of ores that, at the end of this stage, do not have the granulometry required to feed the reduction furnaces, pass through agglomeration processes to reach it, such as pelletizing and sintering. The material produced in one of the stages of the latter process is the focus of this work. These fines first go through a micro-agglomeration stage, which is fundamental to the process because many of the characteristics and properties of the sinter are function of the structure of the pre-heat treatment microcluster. It consists of a mixture of the sinter feed, water, fluxes and solid fuel (coke). There are 3 typical structures for a microcluster: quasiparticle, micropellet, and non-agglomerated particles. The present dissertation has developed an automatic routine in the FIJI image-processing program, based on optical microscope image processing and analysis, which is able to identify the particles of different granulometry that compose the sample, and classify them in the 3 classes mentioned above. After classification, the routine is able to extract attributes of the identified objects (percentage of each class, average circularity, average thickness), and to analyze the quasiparticle nuclei, classifying them as to the phase (hematite, magnetite, goethite and others). In addition, the routine presents all the data in the form of a pdf report, which also contains a listing of quasiparticles and micropellets in increasing order of size. This automatic classification eliminates the lack of reproducibility and subjectivity of the human operator, provides measures that would be untenable manually, allowing the forecast of the future characteristics of the sinter in a fully automatic fashion.

[pt] O aumento do interesse em materiais nanoestruturados, nos anos recentes, tem incentivado o desenvolvimento de materiais compósitos de matriz metálica reforçados com nanotubos de carbono. No presente estudo foi produzido um material nano compósito de matriz de cobre contendo nanotubos de carbono (CNT 2% peso), a partir de síntese por métodos químicos. O procedimento começa pela dissociação do nitrato de cobre na presença de CNT e um tensoactivo aniônico a 250°C e sua posterior redução in-situ com atmosfera de Hidrogênio sobre pressão de 1 atm. a 350°C. A análise por difração de Raios X confirmou a formação de CuO puro no momento da dissociação, assim como de cobre metálico após a redução. A presença dos CNT foi detectada nas duas etapas por essa técnica. Análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET)mostram que o tamanho médio de partícula do óxido e de 30nm em quanto que para o material reduzido está na faixa de 150-300nm, apresentando-se boa dispersão dos nanotubos. O material reduzido foi compactado, em forma de pastilhas, por pressão uniaxial a frio sob 25MPa e, posteriormente, por pressão isostática a 150MPa. O material compactado foi sinterizado em atmosfera de Argônio a 650°C por 15 min. Análise por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) assim como TEM do material sinterizado, mostrou uma distribuição heterogênea de tamanho de grão na faixa de 100nm a 4 μm. Medidas de resistividade elétrica mostram que o compósito apresenta uma resistividade sensivelmente menor a baixa temperatura (2x10(-6) ? .cm) a 83°K que o cobre sem nanotubos (5.9x10(-6) ? .cm). / [en] The increasing interest in nanostructure materials in recent years has provided incentive to develop nanostructure composite materials with metal matrix, reinforced with carbon nanotubes. In the present work, copper matrix nano composite with carbon nanotubos (2% wt) was produced by chemical synthesis method. The procedure begins by the copper nitrate dissociation containing SWCNT and anionic tensoactive agent at 250°C, followed by in-situ reduction at 350°C, under hydrogen atmosphere at pressure of 1atm. CuO and Cu formation was confirmed by X ray diffraction at the moment of dissociation and reduction respectively. CNTs presence was detected at both steps by this characterization method. Transmission Electron Microscopy analysis, estimate particles grain size of 30nm for CuO powder while Cu powder particles were observed to be in the 100-300nm range, showing good dispersion of CNT. Bulk nano-composite pellets of the reduced material were obtained by pre-compactation under uniaxial pressure of 17 MPa followed by issostatic pressure of 150MPa. Sinterizing of the compacted material was carry out at 650°C under Argon atmosphere by 15 min. Scanning Electron Microscopy and Transmission Electron Microscopy analysis of the sinterized material showed an heterogeneous grain size distribution in the 100nm to 4 ìm range. Electric resistivity measures show that the nanocomposite material has lower resistivity at low temperature (2x10(-6) ? .cm) at 83°K than the copper without carbon nanotubes (5.9x10(-6) ? .cm).

[pt] O estudo a respeito de homojunções e heterojunções se apresenta como de grande interesse científico e tecnológico, pois os mecanismos de formação e de atuação dessas estruturas ainda não são plenamente conhecidos. Essas junções estão na base de diferentes tecnologias, tais como, diodos, transistores, capacitores e supercapacitores, varistores, células fotovoltaicas, detectores de luz UV, diversos tipos de sensores, catalisadores e fotocatalisadores, entre outros. A presente tese de doutorado visa contribuir para o desenvolvimento de sistemas cerâmicos policristalinos (micro e nanoestruturados) à base de ZnO e SnO2 e para a compreensão dos mecanismos de formação das homojunções e heterojunções presentes nesse sistema material e suas relações com o comportamento varistor, em termos da estabilidade e degradação dessas junções. Microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de raios-X por dispersão de energia e difração de raios-X foram utilizadas para a caracterização microestrutural. Análises térmica e dilatométrica foram utilizadas para a determinação dos parâmetros e mecanismos de densificação e sinterização que dão origem às junções consideradas. Para a determinação das características elétricas foi utilizada a análise de capacitância e levantamento das curvas de polarização. Em função das composições químicas avaliadas foram obtidas microestruturas composta por homojunções e heterojunções, com diferentes níveis de densificação e características varistoras, ou seja, comportamento não-linear entre tensão e corrente elétrica, com tensões de chaveamento de diferentes magnitudes, permitindo relacionar o comportamento eletrotérmico dos varistores com as características das homojunções e heterojunções consideradas. / [en] The study about homojunctions and heterojunctions has scientific and technological value, because the mechanisms of formation and performance of these structures are not fully known. These junctions are in the base of different technologies, such as diodes, transistors, capacitors and supercapacitors, varistors, photovoltaic cells, detector of UV light, many kinds of sensors, catalysts and photocatalysts, among others. The present thesis aims to contribute to the development of polycrystalline ceramic systems (micro and nanostructured) based on ZnO and SnO2 and to the understanding ofthe mechanisms of formation of homojunctions and heterojunctions present in these systems and their relations with the varistor behavior, in terms of stability and degradation. Scanning electron microscopy, X-ray energy dispersive spectroscopy and X-ray diffraction were used to the microstructural characterization. Thermal and dilatometric analyses were used to determine the parameters and mechanisms of densification and sintering that give rise to the junctions considered. For the determination of the electrical characteristics, analysis of capacitance and polarization curves were used. Depending on the chemical compositions a variely of microstructures were obtained containing homojunctions and heterojunctions, with different densification levels and distinct varistors characteristics, that it, nonlinear behavior between voltage and electric current, with different magnitudes of switching voltages permitting to correlate the electrothermal behavior of varistors with the characteristics of homojunctions and heterojunctions considered.

[pt] O objetivo deste trabalho foi estabelecer uma metodologia de síntese de pós nanométricos a submicrônicos de Y2W3O12, como também relacionar as propriedades óticas, térmicas e mecânicas do Al2W3O12 com métodos distintos de sinterização. As partículas de Y2W3O12 foram obtidas pelo método de co-precipitação reversa modificada mantendo pH constante, com o intuito de manter a supersaturação elevada, garantindo alta taxa de nucleação evitando o crescimento indesejável dos núcleos. As metodologias para cristalização empregadas (tratamento hidrotérmico e calcinação) permitiram obter pós submicrônicos de Y2W3O12 (0.3 ̶ 0.5 Mm) com menor grau de aglomeração em relação ao previamente reportado na literatura. O envelhecimento da dispersão de Y2W3O12 revelou diminuição do tamanho médio de aglomerados em 50 por cento quando comparado à distribuição primária de aglomerados precursores. A dispersão utilizando surfactante CTAB reduziu a aglomeração em 50 por cento. O pó de Al2W3O12 foi sinterizado pelo método de spark plasma sintering (SPS) e comparado com Al2W3O12 sinterizado pelo método de três etapas 1. As propriedades óticas e mecânicas foram estudadas, revelando comportamento distinto entre os materiais consolidados por vias diferentes, evidenciando a importância do método de sinterização sobre a microestrutura final e sobre formação de defeitos pontuais. A espectroscopia de refletância difusa revelou que as amostras obtidas por SPS apresentam absorbância total na faixa da luz visível, sendo coerente com sua coloração preta fosca, assim, a energia de banda proibida dessas amostras situa-se abaixo da energia do espectro visível (EGAP menor que 1,7eV). A amostra sinterizada em três etapas, de coloração branca, possui absorbância parcial no UV-Vis, absorvendo todos os comprimentos de onda até 300nm e conforme o comprimento de onda aumenta e adentra na região visível a absorbância diminui e se torna nula. As amostras de SPS apresentaram ganho expressivo no módulo de Young (80 por cento) e dureza (61-116 por cento) quando comparado com o material obtido por sinterização convencional, previamente descrito na literatura 2, 1. As amostras de SPS quando comparadas com a amostra sinterizada em três etapas 1, apresentou módulo de Young 47 por cento maior e aumento de dureza entre 19-59 por cento, embora, ambas apresentem mesma densidade relativa de 96 por cento, sendo as amostras de SPS com microestrutura de grãos nanométricos proporcionando maior resistência mecânica. O CTE das amostras SPS foi medido, sendo similar ao valor encontrado para a amostra em três etapas 2, constatando que o CTE não foi afetado pela intorução dos defeitos pontuais na Al2W3O12 durante SPS. / [en] The aim of this work is to establish a methodology for the synthesis of submicron nanocomposites of Y2W3O12, as well as to relate the properties, optical and mechanical, of Al2W3O12 with different methods of sintering. The Y2W3O12 particles were obtained by the modified reverse co-precipitation method, maintaining a constant pH along the drip, in order to maintain a high super saturation, ensuring a high nucleation rate, avoiding the undesirable growth of the nuclei. As the methodologies for the crystallization used (hydrothermal treatment and calcination) allowed to obtain post-submicron of Y2W3O12 (0.3 - 0.5 Mm) with lower degree of agglomeration in relation to the report published in the literature. The aging of the dispersion was studied and showed a decrease of 50 percent the average size of agglomerates when compared to the primary distribution of precursor agglomerates. A dispersion using CTAB surfactant reduced 50 percent the agglomeration, as verified by characterization techniques. The Al2W3O12 powder was sintered by the Sintering of Spark Plasma method (SPS) and compared with Al2W3O12 sintered by the three-step method (TSS) 1. The optical and mechanics properties were studied, revealing a differentiated behavior between materials consolidated by different paths, evidencing the importance of the sintering method in a final microstructure. Diffuse reflectance spectroscopy showed that the samples obtained by SPS, it is able to absorb the total wavelengths in the visible light range, being consistent with its black matte color, so the energy gap is below the energy of the spectrum visible (EGAP less than 1.7 eV). The conventional (white) sample absorb all wavelengths up to 300 nm and increasing wavelength decreases absorption and renders it zero. The samples by SPS showed significant gain in the Young s modulus (80 percent) and hardness (61-116 percent) when compared to TSS sample 2, 1. The SPS samples when compared to TSS sample [1], the Young s modulus increased 47 percent and the hardness increased 19-59 percent, although both of them obtained 96 percent relative densities. The reason for the improve of mechanical properties of SPS samples is justified by nanosized grain microstructure providing greater mechanical resistance. The CTE of the SPS samples was measured, being similar to the value found for a three-step sample 2, noting that the CTE was not affected by the introduction of defects in Al2W3O12 after SPS.

[pt] Nanocompósitos de cobre com nanotubos de carbono (Cu-CNT) são considerados promissores para aplicações em materiais eletrônicos, trocadores de calor e como elementos estruturais. Espera-se que com a adição de CNTs, a matriz de cobre possa melhorar as propriedades mecânicas e de transporte. No presente estudo foram produzidos materiais nanocompósitos de matriz de cobre reforçados 0,5, 2 e 5,0 por cento em massa de MWCNT. O procedimento parte da funcionalização dos MWCNTS por método de oxidação convencional e microondas, e sua posterior incorporação na solução de nitrato de cobre, dispersão, dissociação e redução in-situ, com atmosfera de hidrogênio. Foram avaliadas soluções dispersantes como a água e THF no processo da síntese. Técnicas de compactação a frio com posterior sinterização convencional e Spark Plasma Sintering (SPS) foram usadas para produção de pastilhas. Os CNTs funcionalizados pelo método convencional se mostram efetivos para dispersão e decoração quando utilizado THF como solução dispersante. Análises por TEMEELS indicam a presença de cobre metálico na interface Cu-MWCNT. As pastilhas produzidas por sinterização convencional apresentaram tamanho de grão entre 50 nm e 4 um, com boa distribuição dos CNTs, assim como uma diminuição na resistividade elétrica em 98 por cento usando 5wt por cento MWCNT. Por outro lado, as pastilhas produzidas por SPS apresentaram tamanho de grão entre 50nm e 2 um, com alta segregação e modificação dos MWCNTs nos contornos de grão da matriz, assim como o aumento na resistividade elétrica. Aumento de 139 por cento na dureza e 65.5 por cento no módulo de elasticidade foi observado na amostra contendo 0.5 wt por cento MWCNTs produzida por SPS, enquanto valores similares ou inferiores foram observados nas outras frações em massa de MWCNTs. / [en] Copper- multiwall carbon nanotube nanocomposites (Cu-MWCNT) are been considered as a promising material for applications in electronic materials, heat exchanger and structural elements. It is expected that MWCNT addition in a copper matrix can improve the mechanical and transport properties. In this work Cu matrix nanocomposites reinforced with 0,5 wt percent; 2 wt percent; and 5,0 wt percent MWCNT were produced. The procedure starts from the MWCNTs functionalization by conventional oxidation and microwave methods and subsequent incorporation into the copper nitrate solution, dispersion, dissociation, and in-situ reduction in hydrogen atmosphere. Also, it was evaluated water and THF solutions for MWCNTs dispersants. Cold compaction follow by conventional sintering and Spark Plasma Sintering (SPS) techniques were used to produce pellets. CNTs functionalized by conventional method are shown effective for dispersing and decorating CNTs when THF was used as dispersant solution. TEM-EELS analyses indicate the presence of metallic copper in the Cu- MWCNT interface. Pellets produced by conventional sintering were in the 50nm - 4 um grain size, with good CNT distribution and decreasing in 98 per cent the electrical resistivity using 5wt percent MWCNT. Meanwhile, pellets produced by SPS were in the 50nm - 2um grain size with high segregation and modification of MWCNTs at the grain boundaries, as well as the increase in electrical resistivity. Increase of hardness 139 percent and 65.5 percent in elastic modulus were observed in the sample containing 0.5 wt percent MWCNTs produced by SPS, while similar or lower values were observed in the other MWCNTs fractions.

[pt] A busca pela diminuição da dependência de combustíveis fósseis faz com que a ciência avance, diariamente, na utilização de combustíveis ecológicos, como o H2. Uma das formas de sua obtenção é através da fotocatálise. Esse processo consiste em uma reação catalítica com o uso de energia, na forma de luz. A fotólise da água é amplamente utilizada, principalmente com luz solar como fonte luminosa, que é abundante e reduz os custos de sua produção. O desempenho desta reação depende da posição das bandas de condução (BC) e valência (BV) do fotocatalisador. O TiO2 é utilizado como fotocatalisador em diversas reações, inclusive para a produção de H2. Os fotocatalisadores utilizados na forma de pós nanométricos apresentam dificuldade de separação após a reação. A transformação do pó em um material compacto é uma alternativa para retirá-lo do meio reacional evitando perdas e custos com separação. Desse modo, a compactação do pó é uma alternativa para facilitar sua reciclagem. O principal método de sua produção é pelo processo de sinterização, que envolve temperaturas elevadas (geralmente, 75 por cento do ponto de fusão do material) e longo tempo, podendo durar até dias. Para diminuir os gastos energéticos, o processo de sinterização a frio é uma opção, que consiste na densificação do material com uso de pressão e um solvente (aquoso ou não) e, temperaturas de sinterização de até 500 Graus C. O objetivo do estudo consistiu na produção de pastilhas de TiO2, comercial, e P25, através de uma variação do método de sinterização a frio, onde aplicou-se a pressão no pó, junto com o solvente, antes de seu tratamento térmico. As pastilhas produzidas foram caracterizadas pelas técnicas de TGA/DSC, XRD, MEV, CV, e DRS. / [en] The quest to reduce dependence on fossil fuels makes science advance, daily, in the use of ecological fuels, such as H2. One of the ways to obtain it is through photocatalysis. This process consists on a catalytic reaction using energy, in the form of light. Water photolysis is widely used, mainly with sunlight as a light source, which is abundant and reduces production costs. The performance of this reaction depends on the position of the conduction (CB) and valence (VB) bands of the photocatalyst. TiO2 is used as a photocatalyst in several reactions, including the production of H2. Photocatalysts used in the form of nanometric powders have difficulty in separating after the reaction. The transformation of the powder into a compact material is an alternative to remove it from the reaction medium, avoiding losses and costs with separation. Thus, the compaction of the powder is an alternative to facilitate its recycling. The main method of its production is through the sintering process, which involves high temperatures (generally 75 percent of the material s melting point) and a long time, which can last up to days. To reduce energy costs, the cold sintering process is an option, which consists of densifying the material using pressure and a solvent (aqueous or not) and sintering temperatures of up to 500 C degrees. The aim of the study was the production of commercial TiO2 and P25 pellets, through a variant of the cold sintering method, where pressure was applied to the powder, with the proper solvent, before the heat treatment. The pellets produced were characterized by the techniques of TGA/DSC, XRD, SEM, CV, and DRS.