Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-27Bitstream added on 2014-06-13T19:32:46Z : No. of bitstreams: 1 costa_fb_me_ilha.pdf: 9510999 bytes, checksum: 9a5d3acde99bb0f41fcb579520ce6a76 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os vidros preparados para diversas aplicações têm um ponto em comum: a possibilidade de nuclear e cristalizar novas fases, quando preparados a partir de uma massa fundida ou através de um tratamento térmico acima da temperatura de transição vítrea. Neste trabalho são apresentadas de forma sucinta as formulações teóricas de formação de vidros incidindo principalmente nos processos de nucleação e crescimento de fases. O estudo da cristalização de vidros pode ser feito através de métodos cinéticos baseados na descrição teórica formulada por Johnson-Mehl- Avrami (JMA). Estes métodos descrevem os processos de nucleação e cristalização utilizando dados provenientes das curvas de DTA/DSC. Uma delas é aquela proposta por Kurajica, que determina os parâmetros cinéticos utilizando um modelo para a resolução da sobreposição dos picos de cristalização. Para a aplicação deste modelo, foram utilizados vidros teluretos, de composição 80TeO2 - 10Nb2O5 - 8Li2O - 2V2O5 (mol%) denominados TNLV, e vidros fosfatos, de composição 50P2O5 - 36Na2O - 10CdO - 4La2O3 (mol%), dopados com 20 e 60mg de CeO2 denominados PNCL20 e PNCL60. O estudo cinético teve início com a identificação das fases cristalinas formadas, utilizando a difratometria de raios X (DRX). Considerando a formação de três fases cristalinas para cada sistema vítreo, a equação proposta por Kurajica foi aplicada, utilizando o software Origin 7.0, para determinação dos parâmetros cinéticos, a partir dos ajustes dos dados de DSC. Os coeficientes de Avrami (n) determinados mostraram que para o sistema TNLV o crescimento se dá em três dimensões com mecanismos diferentes, enquanto que para os sistemas PNCL20 e PNCL60, o crescimento ocorre em três dimensões com reação de interface. Foi observado que... / The glasses prepared for various applications have one common point: the possibility of new phases nucleation and crystallization, when prepared from a melt or through a heat treatment above the glass transition temperature. In this work are presented briefly the theoretical formulations of formation of glass focusing mainly in the processes of phases nucleation and growth. The study of glass crystallization can be done by kinetic methods based on the theoretical description formulated by Johnson- Mehl-Avrami (JMA). These methods describe the processes of nucleation and crystallization using data from DTA/DSC curves. One model is that proposed by Kurajica which determine the kinetic parameters resolving overlapping peaks of crystallization. To apply this model were used a tellurite glass, with composition 80TeO2 - 10Nb2O5 - 8Li2O - 2V2O5 (mol%) denominated TNLV, and two phosphate glasses of composition 50P2O5 - 36Na2O - 10CdO - 4La2O3 (mol%) doped with 20 and 60mg of CeO2 denominated PNCL20 and PNCL60. The kinetic study started us with the identification of crystalline phase, using the X-ray diffraction (XRD). Considering that three crystalline phases are formed for each glassy system, the Kurajica equation was applied using the Origin 7.0 software, for determining the kinetic parameters. The calculated Avrami coefficients (n) shown that for the TNLV system the growth occurs in three dimensions with different mechanisms, while for the PNCL20 and PNCL60 systems the growth occurs in three dimensions with an interface reaction. It was observed that the PNCL20 system has higher activation energy that the PNCL60 system and XRD patterns showed that the characteristic peaks of the phases containing CeO2, become higher and thinner in the system PNCL60. These results show that the cerium may favors the glass crystallization.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-02-23Bitstream added on 2014-06-13T18:29:00Z : No. of bitstreams: 1 idalgojr_e_me_ilha.pdf: 1145563 bytes, checksum: 9825b9c19b93cf47a7eb53b6fde8f279 (MD5) / Baterias Ajax / Os vidros teluretos têm despertado grande interesse entre os pesquisadores por possuirem propriedades de interesse tecnológico como alta transmissão no infravermelho, altos índices de refração linear e não-linear, estabilidade térmica, resistência à corrosão, altos coeficientes de expansão térmica e alto valor de sua constante elétrica em comparação com o valor para os vidros silicatos. Neste trabalho, as propriedades estruturais e térmicas da matriz 20Li2O-80TeO2 foram investigadas. A matriz foi preparada pela técnica do melt quenching e estudada com o objetivo de entender a cinética de nucleação e cristalização. A amostra foi granulada na forma de partículas em diferentes tamanhos e em seguida submetidas a tratamentos térmicos entre a temperatura de transição vítrea (Tg) e temperatura de início da cristalização (Tx). Por meio da técnica de calorimetria diferencial de varredura (DSC) e espectroscopia no infravermelho (FT-IR) a nucleação e a cristalização foram monitoradas verificando que a temperatura de início da cristalização (Tx) ocorre por volta de 338ºC com precisão de l0,1ºC. Por outro lado, a temperatura de transição vítrea (Tg) manteve-se por volta de 264ºC com precisão de l0,1ºC para as amostras com diferentes tamanhos de partículas. O estudo em função do tamanho de partícula permitiu estabelecer que nesta matriz vítrea favorece a cristalização da fase TeO2 (rutilo), como resultado, as assimetrias observadas nos picos de cristalização deve-se à formação de diferentes fases cristalinas. / The tellurite glasses have awake great interest in the researchers for have properties of technological interest as high transmission in the infrared, high linear and nonlinear refractive indices, thermal stability, resistance to the corrosion, high coefficients of thermal expansion and high value of its electric constant in comparison with the value for glasses silicates. In this work, the structural and thermal properties of the matrix 20LiO2-80TeO2 had been investigated. The matrix was prepared by the technique of melt quenching and studied with the objective to understand kinetic of nucleation and the crystallization. The sample was granulated in the particle form in different sizes and after that submitted the thermal treatments between the glass transition temperature (Tg) and temperature of crystallization onset (Tx). Through the technique of differential scanning calorimetry (DSC) and spectroscopy in the infrared (FT-IR) the nucleation and the crystallization had been monitored verifying that the temperature of crystallization onset (Tx) occurs for return of 338ºC with precision of l0,1ºC. On the other hand, the glass transition temperature (Tg) was remained for return of 264ºC with precision of l0,1ºC for the samples with different sizes of particles. The study in function of the size of particle it allowed to establish that in this glass matrix it favors the crystallization of the TeO2 phase (rutilo), as resulted, the asymmetric observed in the crystallization peaks must it the formation of different crystalline phases.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-08-28Bitstream added on 2014-06-13T20:44:04Z : No. of bitstreams: 1 souzafilho_mp_dr_guara.pdf: 3300858 bytes, checksum: 28f848b21612cf810bf7d4ab1078db03 (MD5) / Neste trabalho estudou-se as vitrocerâmicas obtidas a partir de vidro base do sistema SiO2-Al2O3-MgO-Li2O com adição de ZrO2, como agente nucleante e do B2O3, que tem a função de reduzir a viscosidade do sistema durante o processo de fusão. Os vidros precursores foram obtidos por fusão na temperatura de 1650 ºC, em cadinhos de mulita-zirconia. Os vidros fundidos foram vertidos em molde de grafite para obtenção das amostras monolíticas, e em água para obtenção do material particulado. Este material foi moído e passou por processo de prensagem uniaxial e isostática, antes da sinterização. Para produção das vitrocerâmicas foram realizados tratamentos térmicos em duas condições diferentes. Na primeira as amostras foram aquecidas até 1100 ºC, com taxa de 10 ºC/min, e, na segunda, aquecimento inicial até a temperatura de 780 ºC, com taxa de 10 ºC/min e, em seguida, aquecimento até 1100 ºC, com taxa de 1ºC/min. Sobre os vidros foram feitas análises de dureza indicando valores em torno de 7,0 GPa. Com relação às vitrocerâmicas, os maiores valores de dureza, em torno de 9,2 ± 0,5 GPa, foram verificados nas amostras monolíticas cristalizadas no volume e que estiveram sob tratamento térmico com duas taxas de aquecimento (10 ºC/min até 780 ºC e 1 ºC/min até 1100 ºC) / This work presents the results of the study with glass-ceramics obtained from base glass of the MgO-Al2O3-SiO2-Li2O system with addition of ZrO2 as nucleating agent and B2O3, which has the function to reduce the viscosity of the system during the melting process. The parent glasses were obtained by fusing at the temperature of 1650 ºC in crucible zirconia-mullite. The molten glasses were poured into a graphite mold to obtain the monolithic samples and also in water in order to obtain particulate material. Such material was grinded and then pressed by the uniaxial and isostatic pressing method before being sintered. Both the monolithic and pressed samples were performed under two different conditions of heat treatment for their nucleation and crystallization. In the first one the samples were heated to 1100 ºC with a heating rate of 10 ºC/min In the second one there was an initial heating rate of 10 ºC/min until reaching 780 ºC. Such temperature was kept for 5 minutes. After that, the samples were heated to 1100 ºC at a rate of 1 ºC/min microhardness analysis showed that base glass presented values around 7.0 GPa. The glass-ceramics obtained from the sintering powder had microhardness values smaller than those obtained from the monolithic samples. The highest hardness values were obtained in samples that were treated (10 ºC/min to 780 ºC and 1 ºC/min to 1100 ºC) which reached values around 9.2 ± 0.5 GP

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:34:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4752.pdf: 16827569 bytes, checksum: 0586848976afa1cf5c2d83c4d42dfed9 (MD5) Previous issue date: 2012-12-07 / Financiadora de Estudos e Projetos / In the last two decades a remarkable progress in nanomaterials knowledge has been done, mainly in the chemical synthesis of inorganic nanocrystals via colloidal processes. Several of these advances addressed the growth control of their organization structures and morphologies. Considering this perspective, this thesis presents the results of the crystal growth of gadolinium cerium oxide (CGO), as discussed in the first chapter of the results. In this system, the colloidal state effect on the growth mechanism by oriented attachment (OA) was evaluated. In the process of OA basically two approaches can be considered for growth. An associated effect of the collision of the particles mutually oriented that takes place in the dispersed colloidal state and other through attachment induced by rotation and alignment that was used for the growth of CGO, controlling the pH of the system. In this process CGO nanorods were attained during the hydrothermal processing of the colloidal suspension. In the second chapter of results, the crystal growth using an organic solvent was analyzed, in which a weakly flocculated colloidal state was achieved and led to the growth of TiO2 nanorods. The stability of nanorods was evaluated at different times of solvothermal treatment allowing the evaluation of the thermodynamic evolution of the structure. In this process, nanorods structures were divided into smaller structures by a detachment mechanism. By using the high resolution transmission electron microscopy technique the different stages of the process were evaluated, initially identifying formation mechanism by OA to growth the nanorods. Afterwards, a surface diffusion drives to a thermodynamically stable structure, followed by a detachment mechanism that leads to bipyramidal structures. Considering the two systems evaluated, it was concluded that by mastering the interparticle interactions it was possible to growth anisotropic structures, but their stability is constrained by the principles of thermodynamics. In order to control the self-assembly of nanocrystals, the third chapter of results presents the superlattices structures built with zirconium oxide colloidal nanocrystals. In this system, by using nanoparticles with a narrow size distribution and by controlling the interaction between the solvent and the organic molecule bound to the nanocrystals surface, self-assembled superlattices were attained. By controlling these interactions, compact structures were obtained resulting in single and multilayer. The results pointed out that the ability to organize nanocrystals into hierarchical structures, depends crucially on the ability to understand and control of the interparticle interactions. / Nas últimas décadas um significativo progresso no estudo de nanomateriais foi feito, particularmente na síntese química de nanocristais inorgânicos através de processos coloidais. Muitos desses avanços permitiram controlar o crescimento de estruturas e sua organização. Dentro dessa perspectiva, esse trabalho apresenta resultados do crescimento de óxido de cério dopado com gadolínio (CGO) discutido no primeiro capítulo dos resultados. Neste sistema avaliou-se o efeito do estado coloidal no mecanismo de crescimento de nanocristais através de coalescênica orientada (OA). No processo de OA duas abordagens de crescimento podem ser exploradas. Uma associada ao efeito de colisão das partículas mutuamente orientadas e outra que ocorre através de coalescência induzida pela rotação e alinhamento que foi utilizada para o crescimento do CGO, controlando-se através de mudanças de pH o estado coloidal do sistema. Por meio deste processo foi possível obter nanobastões a partir de nanocristais de CGO durante o processamento hidrotérmico da suspensão coloidal. No segundo capítulo de resultados se avaliou o crescimento de sistemas em meio orgânico, no qual um estado coloidal fracamente floculado foi obtido permitindo avaliar o crescimento de estruturas anisotrópicas na forma de bastões. A estabilidade das estruturas anisotrópicas foi avaliada em diferentes tempos de tratamento solvotérmico observando uma evolução termodinâmica da estrutura. Nesta evolução nanobastões de TiO2 dividem-se em estruturas de menor comprimento por um mecanismo de desacoplamento. Utilizando a técnica de microscopia eletrônica avaliou-se o processo como uma seqüência na qual a formação do bastão ocorre por OA, então por um processo de difusão superficial se forma a estrutura termodinamicamente mais estável, que por fim desacopla do bastão, resultando em nanocristais bipiramidais. A partir dos dois sistemas previamente avaliados, conclui-se que através do controle de interações interpartículas pode se dominar o crescimento anisotrópico, porém sua estabilidade é comprometida pelos princípios da termodinâmica de redução de energia livre, resultando no desacoplamento. No intuito de controlar a automontagem a partir de nanocristais, no terceiro capítulo de resultados se abordou a organização de nanocristais coloidais de óxido de zircônio. Neste sistema, utilizando nanopartículas com estreita distribuição de tamanhos e controlando a interação entre solvente e molécula orgânica ligada à superfície dos nanocristais, é possível obter sistemas automontados. A partir de tal controle, empilhamentos compactos foram obtidos resultando em estruturas tridimensionais e filmes finos de mono e multicamadas. O conjunto de resultados permite concluir que a habilidade de controlar a organização de nanocristais em estruturas hierárquicas, depende crucialmente da habilidade de entender e dominar as interações interpartículas.

Neste trabalho foram estudadas as condições de estabilidade e de eventuais transformações de fases em diferentes materiais carbonáceos processados em altas pressões e altas temperaturas. Além disso, foi explorada a possibilidade de produção de compactos de diamante policristalino sem o uso de fases metálicas como ligante. Diferentes materiais de partida (pó de diamante, açúcar, mistura de pó de diamante e açúcar -10 % em peso, e mistura de pó de diamante e negro de fumo - 10% em peso) foram processados a 7,7 GPa, durante 15 min a diferentes temperaturas (900°C, 1200°C, 1500°C e 1700°C), mas sempre na região de estabilidade termodinâmica do diamante. As amostras foram analisadas por espectroscopia Raman e difração de raios X. As amostras de diamante compactaram bem a altas temperaturas sem mostrar grafitização, mas mostraram indícios de formação de uma fase desordenada de C com hibridização sp3. Os compactos de negro de fumo e diamante são extremamente frágeis e foi identificada a formação de estruturas grafíticas. A amostra de açúcar sofreu um grafitização acentuada a temperaturas elevadas, que levou a obtenção de grafite bem cristalizado. Os compactos obtidos com a mistura de açúcar e diamante são bastante homogêneos e possuem boa resistência mecânica. Para a amostra tratada a 1700°C, além de ser obtida uma fase diamante muito bem cristalizada, também são observados indícios de formação de uma fase desordenada de C com hibridização sp3. A origem do comportamento observado para as amostras com açúcar deve estar ligada à liberação de H2O associada à pirólise da sacarose, o que parece acelerar significativamente a cinética de cristalização de fases do carbono. A possível fase desordenada, obtida para amostras com pó de diamante processadas em altas temperaturas, pode desempenhar um papel importante como fase ligante para produção de compactos de diamante policristalino.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4653.pdf: 4837566 bytes, checksum: 9cc17827cf2767235c66371832ec6134 (MD5) Previous issue date: 2012-08-16 / Universidade Federal de Sao Carlos / Glass-ceramics are materials obtained from the controlled crystallization of glass. The properties of these materials are controlled by the nature and proportions of the crystalline phases and residual glass present. Sintering with concurrent crystallization of glass powders is one of the routes for the development of these materials. One of the few models that describe sinter-crystallization is the Clusters model, which allows one to calculate the density of sintered compacts by knowing composition-dependent properties, such as viscosity (η), crystal growth rate (U) and surface tension (γ), and process-dependent parameters, such as particle size distribution and the density of surface nucleation sites (NS). The determination of input parameters for the model can be labor-intensive, which may difficult its use. In this work a critical assessment of the Clusters model and its bases was performed by checking its predictions against results of sintering of spherical and jagged diopside glass particles. Frenkel s model was capable of describing the initial stages of sintering only qualitatively, requiring an adjusting factor of ~1/3. With this correction, the Modified Clusters model described the powder densification in different conditions well. The effect of crystallization was slightly underestimated by the model, which could be explained by a mechanism of Ns increase in the pores surfaces as observed in a previous work. It has been demonstrated that the jagged particles increasingly round during the heat treatment causing the densification rate to gradually approximate that of spherical particles. Additionally, a model for the determination of crystallized fraction from the surface of particles was derived and can be applied for sintered particles or crystallization DSC studies. A new technique capable of the determination of the crystal growth rate in a temperature range using a single DSC run was developed and successfully tested for three different glasses. / Vitrocerâmicas são materiais produzidos a partir da cristalização controlada de vidros. As propriedades destes materiais são controladas pelas naturezas e proporções das fases cristalinas e da fase vítrea residual presentes. A sinterização com cristalização concorrente é uma das rotas de obtenção destes materiais. Um dos modelos que descrevem o processo de sinter-cristalização é o modelo de Clusters, que permite o cálculo da densidade de compactos sinterizados a partir de parâmetros relacionados à composição do vidro, como viscosidade (η), taxa de crescimento de cristais (U) e tensão superficial (γ), além de características das partículas, como distribuição granulométrica, formato, empacotamento e a densidade de sítios de nucleação superficial (NS). A obtenção dos parâmetros de entrada do modelo é uma tarefa bastante trabalhosa, dificultando sua utilização. Neste trabalho, foi realizada uma análise crítica do modelo de Clusters e suas bases, comparando-se os resultados do modelo à sinterização de partículas esféricas e irregulares de diopsídio vítreo. O modelo de Frenkel foi capaz de descrever os estágios iniciais de sinterização apenas de maneira qualitativa, sendo necessário um fator de ajuste de ~1/3. Com esta correção, o modelo de Clusters Modificado foi capaz de descrever adequadamente a densificação dos pós em diferentes condições. O efeito da cristalização foi ligeiramente subestimado pelo modelo, o que pode ser explicado por um mecanismo de aumento de NS nos poros observado em trabalho anterior. Foi demonstrado que as partículas irregulares arredondam durante o tratamento térmico, fazendo com que sua taxa de sinterização se aproxime gradualmente da apresentada por partículas esféricas. Adicionalmente, um modelo para o cálculo da fração cristalizada a partir de núcleos na superfície e no volume de um vidro foi deduzido, podendo ser aplicado para partículas sinterizadas e em estudos de cristalização por DSC. Um novo método capaz de determinar a taxa de crescimento de cristais em uma faixa de temperatura com uma única análise de DSC foi desenvolvido e testado com sucesso para três vidros diferentes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3392.pdf: 2811446 bytes, checksum: 66678ffcdd5a483cfd0aea8e6f3dcb64 (MD5) Previous issue date: 2009-08-21 / Universidade Federal de Sao Carlos / Technological advances in portable devices imply not only the development of devices but also the need to enhance their power sources. For instance, cellular phones with high technology incorporating Bluetooth, Infrared, Digital Camera, Games, GPS, Internet Browsing, etc., need high performance rechargeable batteries. Lithium ion-conducting glass-ceramics with NASICONtype structure, based on the Li1+xMxM'2-x(PO4)3 system, where M = Al, Cr, Fe, Ga and M' = Ge, Ti, Hf, are considered good candidates as solid electrolytes in lithium ion batteries due to their chemical stability, easy fabrication and high ionic conductivity. In this work, the Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 glass composition was synthesized by the traditional method known as Splat Cooling. Glass-ceramics with the same composition as the precursor glass but with different microstructures were obtained by controlled crystallization, using single and double heat treatments. The parent glass was characterized by chemical and thermal analysis and the latter enabled tailoring of the crystallization heat treatments. X-ray diffraction (XRD) results indicated that the resulting glassceramics exhibit the desired NASICON-type structure as primary phase, as well as the segregation of insulating phases, i.e., AlPO4 and/or TiO2, which do not affect the electrical properties. An examination of the microstructure by scanning electron microscopy (SEM) and measurements of electrical conductivity by impedance spectroscopy (IS), combined with the XRD analysis, indicated that the electrical conductivity of single heat-treated samples increases with the heat treatment temperature and hence with the increase in crystallinity. Samples synthesized by double heat treatment showed increasing electrical conductivity with decreasing nucleation treatment time and consequently with increasing average grain size. / Os avanços tecnológicos em dispositivos portáteis trazem outro aspecto que chama a atenção, tanto ou mais importante do que os próprios dispositivos desenvolvidos, i.e., a necessidade de fontes de alimentação mais poderosas. Por exemplo, telefones celulares com tecnologia de ponta que incorporam Bluetooth, Infravermelho, Câmara fotográfica, Jogos, GPS, Navegação na Internet, etc., requerem baterias recarregáveis de alto desempenho. Vitrocerâmicas condutoras por íon lítio com estrutura tipo NASICON, concretamente baseadas no sistema Li1+xMxM 2-x(PO4)3, onde M = Al, Cr, Fe, Ga e M = Ge, Ti, Hf, são consideradas boas candidatas como eletrólitos sólidos em baterias de íon lítio devido à sua estabilidade química, facilidade de fabricação e alta condutividade iônica. Neste trabalho foi obtido o vidro de composição Li1.2Al0.6Ti1.6(PO4)2.9 usando o método tradicional de resfriamento rápido conhecido como Splat Cooling. Vitrocerâmicas de composição igual à do vidro matriz, com diferentes microestruturas, foram obtidas por cristalização controlada mediante tratamentos térmicos simples e duplos. O vidro precursor foi caracterizado por análise química e térmica. Esta última permitiu projetar os tratamentos térmicos de cristalização. Os resultados de difração de raios X (DRX) mostraram a obtenção da estrutura tipo NASICON como fase principal, com presença das fases isolantes AlPO4 e/ou TiO2, que não afetam as propriedades elétricas. O estudo da microestrutura e da condutividade elétrica, usando microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de impedância (EI), respectivamente, evidenciaram o aumento da condutividade com o crescimento do tamanho médio do grão, atribuído ao maior contato entre grãos e, provavelmente, a um melhor alinhamento dos canais na estrutura do LiTi2(PO4)3. A máxima condutividade de 1,3 x 10-3 S/cm foi atingida na amostra obtida mediante tratamento térmico simples em 1000 °C durante 20 minutos a qual apresentou um tamanho médio de grão de 350 nm.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-09-14T12:32:24Z No. of bitstreams: 1 TeseAMR.pdf: 2224734 bytes, checksum: 8a7aa1188b052c60e4a7075f33307201 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:50:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseAMR.pdf: 2224734 bytes, checksum: 8a7aa1188b052c60e4a7075f33307201 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:50:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseAMR.pdf: 2224734 bytes, checksum: 8a7aa1188b052c60e4a7075f33307201 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T13:51:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseAMR.pdf: 2224734 bytes, checksum: 8a7aa1188b052c60e4a7075f33307201 (MD5) Previous issue date: 2014-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / In this work, we analysed if the viscous flow successfully describes the transport of crystal nucleation and crystal growth structural units that occur at the liquid/crystal interface. In order to do this, we calculated the diffusion coefficient which controls the viscous flow, Dη, from experimental viscosity data using the Eyring equation and compared with diffusion coefficients that control the phenomena of crystal nucleation and growth (Dτ and DU), calculated from experimental measurements of specific heat, viscosity, crystal nucleation and growth. The analysis showed that the diffusion coefficient Dη satisfactorily describes the dependence of the diffusion coefficients Dτ and DU at high temperatures. However, for temperatures below 1.03Tg and 1.19Tg for crystal nucleation and growth, respectively, we observed a phenomenon called decoupling (or breakdown) that is the inability to use Dη. to describe Dτ and DU with temperature. This phenomenon was observed for other glassy materials and the values found in this study are consistent with the literature. All the experimental measurements performed in this study were obtained from the same batch of a stoichiometric glass with composition 33.3BaO.66.7SiO2-mol% where the chemical homogeneity was assessed (and deemed satisfactory) from a probability method using Poisson`s distribution. This work also proposed a new method to quantitatively measure the heating rate that should be used in a DSC furnace to prevent the formation of new nuclei. We then applied this method to the glass 33.3 BaO.66.7SiO2 and obtained the value of 25 °C/min. This value is in reasonable agreement with predictions from the literature that suggest a heating rate equal to 20 °C/min is sufficient to prevent the formation of new nuclei silicate glasses. / Neste trabalho foi realizada uma análise para verificar se o escoamento viscoso pode ser utilizado para descrever o transporte das unidades estruturais através na interface líquido/cristal nos processos de nucleação e crescimento de cristais. Para isto, o coeficiente de difusão que controla o escoamento viscoso, Dη, foi calculado a partir de dados experimentais de viscosidade com auxílio da equação de Eyring e comparado com os coeficientes de difusão que controlam os fenômenos de nucleação e crescimento de cristais (Dτ e DU), calculados a partir de medidas experimentais de calor específico, nucleação e crescimento de cristais e com o auxílio de modelos clássicos. A análise mostrou que o coeficiente de difusão Dη descreve bem a dependência dos coeficientes de difusão Dτ e DU em altas temperaturas. Entretanto, para temperaturas abaixo de 1,03Tg e 1,19Tg para nucleação e crescimento de cristais, respectivamente, foi verificado um fenômeno chamado de desacoplamento (breakdown) que consiste na incapacidade de Dη descrever Dτ e DU com a temperatura. Este fenômeno foi verificado para outros materiais vítreos, e os valores encontrados neste trabalho estão de acordo com a literatura. Todas as medidas experimentais realizadas neste trabalho foram obtidas a partir de um mesmo lote do vidro estequiométrico de composição 33,3BaO.66,7SiO-mol% onde sua homogeneidade química foi avaliada a partir de um método baseado na distribuição de probabilidades de Poisson e considerada satisfatória. Neste trabalho também foi proposto um novo método para medir quantitativamente a taxa que deve ser empregada em um forno de DSC para evitar a formação de novos núcleos e quando aplicado ao vidro dissilicato de bário chegou-se a um valor de 25 °C/min. Este valor está razoavelmente de acordo com previsões da literatura que sugerem que uma taxa de aquecimento igual a 20 °C/min é suficiente para evitar a formação de novos núcleos em vidros silicatos.

Submitted by Regina Correa (rehecorrea@gmail.com) on 2016-09-21T19:44:59Z No. of bitstreams: 1 TeseCAGB.pdf: 10087704 bytes, checksum: 203cfdf80de46b4f1859956502b03897 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:37:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCAGB.pdf: 10087704 bytes, checksum: 203cfdf80de46b4f1859956502b03897 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-23T18:37:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseCAGB.pdf: 10087704 bytes, checksum: 203cfdf80de46b4f1859956502b03897 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-23T18:38:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCAGB.pdf: 10087704 bytes, checksum: 203cfdf80de46b4f1859956502b03897 (MD5) Previous issue date: 2014-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The main objectives of this project were to study the morphology, the crystallization kinetics and to monitor on-line the crystallization during the injection molding process using an optical system of nanocomposites of high density polyethylene (HDPE) with three different inorganic particles: montmorillonite nanoclay, halloysite nanotubes and faujasite type zeolite. The optical system allowed analyzing the crystallization process by the changes of the optical properties during the solidification of the materials. The nanocomposites were prepared by melt intercalation in a twin-screw extruder. The resultant structures were characterized by transmission electron microscopy (TEM) and rheological properties. The extruded nanocomposites developed intercalated and well distributed structures. Crystallization kinetics studies were done by differential scanning calorimetry (DSC) and rheological measurements. It was concluded that the nanoparticles in quiescent conditions accelerated the overall crystallization of HDPE, acting as nucleating agents. The nucleating effect of these particles was predominant over the HDPE crystallization and they also modified the nucleation mechanism and the crystal morphology in some conditions. From the studies of flow induced crystallization, it was observed again that the nanoparticles accelerated the crystal growth rate. In this case it was attributed to the weak forces between the polymer chains and the surface of the nanoparticles. Finally, the nanocomposites’ crystallization was monitored during the injection molding process. The optical system showed that the nanoparticles accelerated the crystallization of HDPE; the optical results were correlated with the morphology of the injection molded samples. / Neste projeto estudou-se a morfologia e a cinética de cristalização quiescente e induzida por fluxo de nanocompósitos de polietileno de alta densidade (HDPE) contendo nanocargas com diferentes geometrias: nanotubos de haloisita, lamelas de montmorilonita e nanocubos de zeólita do tipo faujasita. Utilizando-se um teor de nanocarga fixo e avaliando-se, em menor escala, a influência da presença ou não de tratamento orgânico superficial, nanocompósitos posteriormente preparados em uma extrusora de rosca dupla corrotacional foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão (MET), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e propriedades reológicas. Em seguida, estes nanocompósitos foram injetados em diferentes condições de processamento, variando- se a vazão de injeção, a temperatura do molde e a pressão de empacotamento; ao mesmo tempo em que a cinética de cristalização foi monitorada “on-line” através de um sistema ótico que permitiu a análise da cinética de cristalização através das mudanças de propriedades óticas desses materiais durante a solidificação. Após a moldagem por injeção, as amostras foram caracterizadas. Observou-se que as nanopartículas, em condições quiescentes, aceleraram a cristalização global do HDPE, agindo como agentes de nucleação, e modificaram também o mecanismo de nucleação e a morfologia dos cristais. Sob a presença de fluxos cisalhantes, as nanocargas também mostraram uma tendência em antecipar a formação de núcleos, através da orientação molecular, uma vez que as interações entre os componentes dos nanocompósitos foram bastante fracas. O sistema ótico, por sua vez, permitiu concluir o efeito acelerador da cristalização global das nanopartículas, e as posteriores análises de difração de raios-x de baixo ângulo (SAXS) permitiram observar as diferentes orientações preferenciais das lamelas cristalinas em função dos parâmetros de injeção e da influência das nanopartículas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DoutMFV.pdf: 2941614 bytes, checksum: c89443c6ac79393c7b5d25f9d4a761db (MD5) Previous issue date: 2003-11-07 / Financiadora de Estudos e Projetos / The separation/concentration process of the products obtained from the enzymatic synthesis of ampicillin (AMP) catalyzed by immobilized penicillin G acylase was the focus of this Thesis. Hydrophobic resin adsorption and isoelectric precipitation were the processes herein evaluated. The antibiotic was produced in the solid phase, from 6-aminopenicillanic acid (6-APA) and phenylglycine methyl ester (PGME), and phenylglice (PG) was an undesired product. The immobilized enzyme was retained in the reactor by a sieve and the precipitated products formed (AMP and PG) were withdrawn and further dissolved at alkaline pH. After a filtration step, PG crystals were retrieved. In a second step, AMP crystals could be obtained by isoelectric precipitation. A combined process for separation/concentration of AMP, using isoelectric precipitation and hydrophobic adsorption, was put forth. The isolectric points of the molecules involved in the enzymatic synthesis were determined. In addition, the pH influence (range 5.5-7.5) on the solubility of the compounds was assessed. The results, in accordance with the literature, have shown that a pH increase leaded to an increase of the solubility of AMP and 6-APA. On the other hand, PGME solubility decreased with pH, while PG solubility was practically constant in this pH range. The adsorption efficiency and selectivity of three hydrophobic commercial resins XAD-4, XAD-7 and XAD-761 (Rohm and Haas) were evaluated at different pHs for the separation of dissolved products and unconverted reactants. Batch experiments were carried out to determine which resin had higher AMP adsorption capacity and higher selectivity (AMP/PG), at different pHs. XAD-4 was chosen: it presented higher selectivity (maximum AMP/PG = 7,0 at pH 8.5) and adsorption capacity (maximum 455 mg of AMP/g of resin, at pH 6.5). Equilibrium adsorption models were fitted: linear and Langmuir models represented PG and AMP adsorption on XAD-4 resin at pH 6.5, respectively. In a parallel work, our research group has decided to integrate synthesis and separation (precipitation of the products) in the enzymatic reactor: AMP and PG were in solid phase, and the immobilized enzyme was separated by sieving. Consequently, a combined process using isolectric precipitation and hydrophobic adsorption to separate/concentrate the AMP coming from enzymatic synthesis, with PG as impurity, was proposed. Based on the physical-chemical properties of the components, the separation process started by the elevation of pH, aiming at dissolving all AMP crystals, together with a minimum of PG crystals. Better results were obtained using pH 8.5. After filtration, un-dissolved PG was obtained. In a second step, the pH it was brought to the AMP isolectric point, causing its precipitation. Two acids and two temperatures were evaluated in this step: chloridric and sulfuric acid, 4 and 250C. Better results were obtained at 40C. No significant difference observed between the two acids. AMP crystals had purity above 97% at 40C. The following step was the separation/concentration of the mother solution, composed by a mixture of AMP and PG, using in a fixed bed of XAD-4 resin. Previously, adsorption constants, effective diffusion coefficients, and axial dispersion coefficients for AMP (at low concentrations, where a linear adsorption model fits the data) and PG were estimated by analysis of moments. The influence of temperature, flow rate, resin average particle diameter and the presence of ethanol on the performance of the system was assessed. The results obtained have shown that lower resin average particle diameters, as expected, leaded to a significant improve in the resolution of the elution curve of PG, and higher temperatures decreased retention times. The fixed bed was capable to separate, in an efficient way, a mixture of AMP and PG, reaching a separation resolution of 1.60 using a flow rate of 0.5 mL/min. Increasing ethanol concentration in the mobile phase influenced significantly the elution curves for both components. AMP de-sorption was facilitated and consequently, 5-fold and 2-fold reduction of the bed volume was achieved for AMP and PG, respectively. These results allowed the proposal of the following protocol for AMP purification, when it is reach in the solid form, containing PG as impurity: solubilization at pH 8,5 of the crystal mixture (AMP and PG), obtained from the antibiotic synthesis. Filtration of the solution, obtaining PG crystals. Reduction of the pH of the solution (containing PG, together with high concentrations of AMP), to precipitate the antibiotic at its isoelectric point. Concentration of the mother solution through adsorption on XAD-4 resin, using a water as mobile phase for adsorption and 15% (v/v) of ethanol for AMP elution. The concentrated solution should be recycled to the synthesis reactor. / Estudou-se neste trabalho o processo de Separação/concentração dos produtos da síntese de ampicilina, catalisada pela enzima penicilina G acilase imobilizada, através das técnicas de adsorção em resina hidrofóbica e precipitação no ponto isoelétrico. O antibiótico era produzido pela reação entre ácido 6-amino penicilânico (6-APA) e éster metílicode fenilglicina (EMFG), gerando também fenilglicina (FG) como sub-produto. Visando conhecimento das propriedades físico-químicas dos componentes da reação, a pesquisa se iniciou pela determinação dos pontos isoelétricos dos compostos que envolvem a reação de síntese, assim como determinação da influência do pH (na faixa de 5,5 a 7,5) na solubilidade dos mesmos. Os resultados obtidos, que estão em acordo com os disponíveis na literatura, mostraram que o aumento do pH conduz a um aumento na solubilidade da ampicilina e de 6-APA. No sentido oposto, o éster metílico de fenilglicina apresenta queda na Solubilidade com o aumento do pH, enquanto a fenilglicina mantém seu limite de solubilidade, praticamente, constante. Foram avaliadas a seguir as eficiências de adsorção e seletividades das resinas XAD-4, XAD-7 e XAD-761, a diferentes valores de pH, visando separação entre reagentes não convertidos e produtos em solução. Os resultados obtidos através de ensaios em batelada mostraram que a resina XAD-4 apresentava os melhores valores de seletividade e capacidade de adsorção. Essa resina atingiu uma razão de ampi/FG= 7,0, ou seja, a resina adsorve 7 vezes mais ampicilina do que fenilglicina a pH 8,5. e apresentou capacidade de adsorção máxima de, aproximadamente, 455 mg de ampicilina/g de resina, a pH 6,5. Diferentes modelos de equilíbrio de adsorção foram ajustados aos dados experimentais: os modelos Linear e Langmuir representaram a adsorção de FG e ampicilina sobre a resinas XAD-4 a pH 6,5, respectivamente. Em trabalho paralelo, o grupo definiu-se por processo de produção de ampicilina através de síntese integrada à Separação. Nesse processo, ampicilina e fenilglicina são obtidas na forma cristalina, separando-se o biocatalisador por peneiramento. Passou-se a avaliar assim a utilização de um processo Combinado de precipitação no ponto isoelétrico e adsorção hidrofóbica para separação e/ou concentração de ampicilina obtida por síntese enzimática, tendo como impureza fenilglicina. Baseando-se nas propriedades físico-químicas dos compostos, se iniciou o processo de separação pela elevação do pH, visando dissolução de todos os cristais de ampicilina e a menor possível de fenilglicina. Foram avaliados os valores de pH 8,5 e 9,5, sendo o pH 8,5 o escolhido como mais adequado. Através de filtração, fenilglicina pura não dissolvida podia ser obtida. Num segundo estágio, diminuía-se o pH até o ponto isoelétrico da ampicilina visando sua precipitação. Dois ácidos e duas temperaturas foram avaliados nessa etapa, clorídrico e sulfúrico, a 4 e 250C. Os melhores resultados foram obtidos a 40C, não se observando diferenças significativas para os dois ácidos, os quais permitiram atingir graus de pureza acima de 97% para ampicilina, a 40C. Estudou-se a seguir a separação e/ou concentração da solução mãe, composta de uma mistura de ampicilina e fenilglicina, através de adsorção em leito fixo, contendo a resina XAD-4 que foi previamente selecionada. Inicialmente, foram determinados os coeficientes de transferência de massa e dispersão axial para ampicilina (a baixas concentrações nas quais o modelo linear era ajustado) e fenilglicina, por análise de momento. Foram estudadas também as influências da temperatura, diâmetro médio das partículas da resina, conteúdo de etanol e vazão da fase móvel na performance do sistema. Os resultados obtidos mostraram que a diminuição no diâmetro das partículas, conforme previsto, conduzia a uma melhora significativa na resolução da curva de eluição da fenilglicina e que o aumento na temperatura (na faixa de 5 a 45oC) levou a uma diminuição dos tempos de retenção. Os resultados obtidos demonstraram ainda que a coluna foi capaz de separar de forma eficiente uma mistura de ampicilina e fenilglicina alcançando uma resolução de 1,60 para uma vazão de 0,5 mL/min. O aumento do conteúdo de etanol na fase móvel influencia de forma significativa as curvas de eluição dos compostos, facilitando a dessorção de ampicilina; obtendo-se reduções no número de volumes de leito para eluição de 5 e 2 vezes para ampicilina e fenilglicina, respectivamente. Os estudos realizados permitiram assim a proposição do seguinte protocolo para purificação de ampicilina gerada na forma sólida contendo fenilglicina como impureza: Solubilização da mistura de cristais (ampicilina e fenilglicina), obtidos durante a síntese, a pH 8,5; filtração da solução obtendo-se cristais de fenilglicina com alto grau de pureza. Redução do pH da solução (ampicilina em alta concentração e fenilglicina) para precipitação do antibiótico no seu ponto isoelétrico. Concentração da solução mãe por adsorção na resina XAD-4 e eluição com etanol 15% (v/v) de etanol, com retorno da solução concentrada ao reator de síntese.