Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-12-20T03:15:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342644.pdf: 16163301 bytes, checksum: 7841078eaf44d7ac2005af74b98d3dde (MD5) Previous issue date: 2016 / O processo sol-gel, é um método bottom-up de síntese de nanomateriais que, mediante reações de hidrólise e condensação, envolve a obtenção de um sol e a sua posterior gelificação. Neste trabalho, foi estudado, por meio de um planejamento experimental, o efeito de parâmetros de síntese como razão molar de água (H2O:Nb+5), razão molar de catalisador (HNO3: Nb+5) e razão molar de óxido de propileno (OP:Nb+5) na transição sol-gel e nas propriedades reológicas de alcogéis e em propriedades físicas tais como: área superficial especifica, distribuição de tamanho de poro, cor, transmissão no espectro visível e energia de band gap de ambigéis de nióbia (Nb2O5). Duas diferentes rotas de síntese usando pentaetóxido de nióbio (Nb(OEt)5) (Rota A) e pentacloreto de nióbio (NbCl5) (Rota B) como precursores foram estudadas com o objetivo de comparar e validar uma nova rota de preparação. Mediante o ensaio de viscosidade em função do tempo, foi possível identificar um comportamento comum, independentemente da rota e das composições utilizadas, que pode ser divido em quatro regiões principais: uma primeira região de gelificação, uma segunda região de envelhecimento, uma terceira região de platô (viscosidade constante) e uma última região onde o gel começa a quebrar-se. Todos os géis produzidos apresentaram estrutura amorfa, comportamento pseudoplástico, tensão de escoamento e tixotropia. O tempo de gelificação diminuiu com o aumento da razão molar de H2O:Nb+5 e aumentou com a diminuição do pH (aumento da razão molar de H2O:HNO3). Os géis produzidos mediante a Rota B apresentaram maiores viscosidades do que os géis produzidos pela Rota A. A área superficial específica aumentou com o aumento da razão molar de H2O:Nb+5 para a Rota A e com a diminuição do pH para a Rota B. Os géis e ambigéis apresentaram cor branca e translucidez para a Rota A e Rota B respectivamente. A maior área superficial especifica obtida para a Rota A foi 106 m2/g e de 99 m2/g para a Rota B. A Rota A apresentou uma transmitância no espectro visível entre 50.8% e 64.7% e a Rota B entre 67.5% e 76%. Obtiveram-se valores de band gap de 5.3 eV e 2.9 eV para a Rota A e para a Rota B respectivamente. A Rota B (NbCl5) demonstrou ser uma rota adequada para preparar ambigéis com área superficial comparável aos produzidos mediante a Rota A (Nb(OEt)5).<br> / Abstract : Sol-gel process is a bottom-up method used to synthetize nanomaterials that, through hydrolysis and condensation reactions, involves the preparation of a sol and its gelification. In this work was investigated, using an experimental design, the influence of synthesis parameters like water molar ratio (H2O:Nb+5), catalyst molar ratio (HNO3: Nb+5) and propylene oxide molar ratio (OP:Nb+5) on sol-gel transition and rheological properties of Nb2O5 alcogels and physical properties like specific surface area, pore size distribution, color, transmittance in the visible spectrum and band gap energy of Nb2O5 ambigels. Two different synthesis routes using niobium pentaethoxide (Nb(OEt)5) (Route A) and niobium pentachloride (NbCl5) (Route B) as precursors were studied in order to compare and validate a new preparation route. In the viscosity in function of time curves, it was possible to identify a common behavior independently of the route and compositions used. This behavior can be divided in four main regions: a first region of gelification, a second region of plateu (constant viscosity) and a last region where the gel starts to break down. All gels had amorphous structure, pseudoplastic behavior, yield stress and thyxotropy. Gel time decreased with the increasing H2O:Nb+5 molar ratio and decreasing pH (increasing H2O:HNO3 molar ratio). Gels made with Route B presented higher viscosities than the ones made with Route A. Specific surface area increased with the increasing H2O:Nb+5 molar ratio for Route A and with the decreasing pH for Route B. Gels and ambigels made using Route A presented white color while gels and ambigels prepared with Route B presented translucity. The higher specific surface areas obtained were 106 m2/g for Route A and 99 m2/g for Route B. Transmittance in the visible spectrum varied between 50.8% and 64.7% for Route A and 67.5% and 76% for Route B. Band gaps of 5.3 eV and 2.9 eV were obtained for Route A and Route B respectively. Route B (NbCl5) demonstrated to be an adequate route for preparing ambigels with comparable specific surface area to ambigels produced by Route A (Nb(OEt)5).

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-07T03:09:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343730.pdf: 32151770 bytes, checksum: 059defb6b8c66905be7edf6622847b16 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este estudo sobre os aços bifásicos (dual-phase) encontra-se alinhado com pesquisas voltadas para desenvolvimento do conhecimento sobre materiais e suas propriedades que relacionam com suas microestruturas e seus mecanismos de transformação. Em termos tecnológicos se alinha ao segmento de pesquisa voltado para a inovação dos materiais que objetiva aplicação com baixo impacto ambiental, racionalização dos recursos existentes e redução de custos. Nesse sentido, foram analisados os efeitos do Cr, Mo e Si associados a diversas temperaturas de recozimento e os meios de resfriamento (ar e água) sobre as propriedades mecânicas e as microestruturas finais de aços bifásicos. Os aços bifásicos caracterizam-se por uma matriz ferrítica macia contendo a estrutura martensítica dura (SPEICH, 1981). Há um grande número de projetos com foco na elaboração de design de aços bifásicos nos diversos núcleos de pesquisa em todo o mundo, que visam a atender às restrições impostas pelas linhas operacionais, ora existentes. Muitos trabalhos foram desenvolvidos neste sentido e, portanto, muitas dúvidas também surgiram. Desta forma, este estudo objetivou/avaliou os efeitos dos elementos Cr (0; 0,2; 0,4 e 0,6 %); Mo (0; 0,15 e 0,45 %) e Si (0 e 0,3 %) tratados em diversas temperaturas de recozimento e resfriados em dois meios (água e ar) nas propriedades finais dos aços. Isto resultou em 148 condições experimentais. Os resultados dos experimentos foram analisados quanto às propriedades mecânicas e microestruturais e permitiram esclarecer dúvidas e o melhor entendimento dos mecanismos de transformação. O projeto de experimento para os aços deste estudo objetivou a geração de conhecimentos científicos específicos e tecnológicos aplicáveis em linhas operacionais existentes no Brasil e no exterior (Estados Unidos, França e Canadá). A adição de cromo viabilizou a análise de seus efeitos, em solução sólida assim como carbonetos de cromo, na formação da austenita e, posteriormente, em sua temperabilidade (deslocamento da curva TTT para a direita e retardar a transformação da austenita em fases não-martensíticas indesejáveis). A adição de cromo afetou os mecanismos de transformação das fases resultando em uma microestrutura mais refinada e, consequentemente, propriedades mecânicas mais elevadas. O teor de cromo adicionado variou entre 0 e 0,6 % (em massa). A adição de silício permitiu a análise de seus efeitos como refinador sobre a matriz e sobre o aumento da resistência mecânica do aço sem afetar, significativamente, a ductilidade. A adição de silício acelerou a nucleação e recristalização da ferrita além da transformação da austenita o que resultou no aumento da fração volumétrica de martensita. Ressalta-se que, em determinadas etapas do processo de produção dos aços, o silício apresenta efeitos deletérios como: i) altera a reatividade da superfície dos aços retardando o processo de decapagem; ii) deteriora a suas propriedades relacionadas à sua soldagem; iii) reduz a reatividade da superfície dos aços afetando negativamente a aderência do revestimento (quando galvanizado). A adição do molibdênio aos aços inibiu condições (e.g. mobilidade da interface ferrita-austenita) que favorecem o crescimento da austenita (maior fração volumétrica), promoveu o refino da microestrutura, aumentou a temperabilidade da austenita durante o resfriamento e aumentou a resistência dos aços. Este elemento como tem sido utilizado nos atuais projetos de qualidade tornou-se a referência, neste estudo, para efeito de comparação. As temperaturas de recozimento escolhidas cobriram a faixa de temperaturas utilizadas nas principais linhas contínuas em funcionamento no mundo. Os aços laminados a frio utilizados para o tratamento térmico apresentaram, inicialmente, microestruturas complexas, composta por martensita, ferrita e perlita devido ao elevado teor de elementos de liga principalmente o manganês. Esta matriz complexa foi tratada termicamente visando produzir, predominantemente, uma estrutura bifásica final. As transformações das microestruturas iniciais ocorreram de maneiras diferentes em função das condições impostas (composição química e tratamentos térmicos). Estas maneiras diferentes de transformação, causadas pela adição de Cr, Mo e Si associados aos tratamentos térmicos adequados, modificaram os mecanismos de reação o que permite vislumbrar rotas alternativas para a produção de aços bifásicos propriedades mecânicas adequadas e baixo custo, considerando as limitações físicas das linhas operacionais. Estes conhecimentos contribuíram para viabilizar a produção deste grau aço em linhas de galvanização contínuas cujas taxas de resfriamento são moderadas (menor que 50 °C/s).<br> / Abstract : The present study assessed the effect of Cr, Mo and Si in different concentrations under parameters of heating treatment and cooling media on the final microstructures and mechanical properties of dual-phase steels. The prior cold-rolled steels used in this study displayed a complex matrix composed of martensite, ferrite and pearlite which have transformed through different paths to produce a dual-phase structure (martensite + ferrite) with the appropriated mechanical properties. Additions of Cr, Mo and Si associated to specific heat treatments showed the ability to affect phase transformation and create an alternative lower cost routes. Numerous works have been developed in this area, but also some contradictions have been shown. Thereby, this study aimed to assess the effect of chemistries of steels Cr (0-0.6 %), Mo (0-0.45 %) and Si (0 and 0.30 %) heat treated on different annealing temperatures and cooled in two media (air and water). Final microstructures and mechanical properties of steels were analyzed for better understanding the mechanism and the paths of transformations undergone. The following results were observed: the investigated elements were shown to strengthen the steels through refinement and volume fraction, however by different ways. i) Cr has formed chromium carbides that supplied their interface for additional austenite grains nucleation (volume fraction) and; subsequently, many austenite in growing movement have caused collisions to each other, consequently, the restriction of austenite growth (refinement); ii) Mo increased the hardenability of austenite (volume fraction) and inhibited the movement of grains boundaries (refinement) and; iii) Si promoted higher carbon content in austenite more homogeneous by reducing its thermodynamic activity and enhancing hardenability; and (volume fraction). Besides, Si accelerated the ferrite recrystallization during heating, which in turn promoted the formation of austenite through the nucleation process, followed by grain growth.

Made available in DSpace on 2015-06-03T02:06:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000469858-Texto+Completo-0.pdf: 7135001 bytes, checksum: 232fdeb10ae43ec70dca9941fb5b3828 (MD5) Previous issue date: 2015 / Ternary alloys of III-V semiconductor materials, in particular Ga1-xInxSb, are ideal candidates for substrates because of the possibility to define the lattice constant as a function of concentration of the third element, indium, enabling the adjustment of the lattice parameter in accordance to the subsequent epitaxial layer. Therefore, the mono-crystallinity of the epitaxial layer is favored and the tensions at the interface layer/substrate are reduced, allowing to numerous possibilities and applications. Aluminum (Al) is considered an isoelectric dopant for Ga and In, meaning that it does not change the number of charge carriers, but increases the mobility in GaSb crystals. When Al is added to the Ga1-xInxSb ternary alloy, it can have influence over native defects passivating and/or compensating them. To understand the influence of Al on the distribution of indium (In) in ternary alloys of Ga1-xInxSb, pure and doped Ga0,8In0,2Sb crystals were obtained with approximately 1020 atoms/cm3 of Al using a vertical Bridgman system. Analysis by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectrometry (EDS), X-ray diffraction (XRD), particle induced X-ray emission (PIXE) and particle induced gamma ray emission (PIGE) were used for the structural and compositional characterization of the crystals. The obtained crystals of Ga0,8In0,2Sb, doped with aluminum or not, exhibited segregation of the third element, however, for Ga0,8In0,2Sb:Al crystals the segregation decreased. The crystals of Ga0,8In0,2Sb:Al presented a good structural homogeneity when compared to the undoped alloy, and they were free from cracks and micro cracks. All of the obtained crystals presented precipitates, twins and grains with different concentrations of In. In the crystals doped with aluminum, single regions were observed in the solidification direction, which can be associated to a more uniform distribution of indium. The small compositional variation observed in the crystals, in radial direction, and measured by PIXE, may be related to the solid-liquid interface’s quasi-equilibrium behavior. The results indicated that aluminum has influenced the indium distribution in the crystals, in the solidification direction, and the electrical properties imply that the aluminum may have contributed to the generation of accepter defects such as GaSb, InSb e AlSb, wherein the number of charge carriers increased in the doped crystals. The possibility of complex defects generation such as (VGaGaSb), (VGaInSb) e (VGaAlSb) cannot be excluded, since the charge mobility in the doped crystals decreased. / Ligas ternárias de materiais semicondutores III-V, nomeadamente Ga1-xInxSb, são candidatas ideais para substratos, pois a possiblidade de se definir a constante de rede em função da concentração do terceiro elemento, o índio, possibilita o ajuste do parâmetro de rede de acordo com a camada epitaxial subsequente. Desta forma, a monocristalinidade da camada epitaxial é favorecida e as tensões na interface camada/substrato são diminuídas, introduzindo inúmeras possibilidades e aplicações. O alumínio (Al) é considerado um dopante isoelétrico do Ga e do In, isto é, não altera o número de portadores de carga, mas aumenta a mobilidade em lingotes de GaSb. Ao ser adicionando na liga ternária Ga1-xInxSb, pode influenciar passivando e/ou compensando os defeitos nativos. Para compreender a influência do Al na distribuição do índio (In) em ligas ternária de Ga1-xInxSb, foram obtidos lingotes de Gao,8In0,2Sb puros e dopados com aproximadamente 1020 átomos/cm3 de Al em um sistema Bridgman vertical. Análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão de energia (EDS), difração de raios X (XRD), emissão de raios X induzida por partículas (PIXE) e emissão de raios gama induzida por partículas (PIGE) foram utilizadas para a caracterização estrutural e composicional dos lingotes. Os lingotes de Ga0,8In0,2Sb obtidos, dopados ou não com alumínio, apresentaram segregação do terceiro elemento, porém, para os lingotes Ga0,8In0,2Sb:Al a segregação foi menor. Os lingotes de Ga0,8In0,2Sb:Al apresentaram uma boa homogeneidade estrutural, livres de fissuras e micro trincas, quando comparados à liga não dopada. Todos os lingotes obtidos apresentam formação de precipitados, maclas e grãos com diferentes concentrações de In. Nos lingotes dopados com alumínio foram observadas regiões com pequena quantidade de grãos na direção da solidificação, que podem ser atribuídas a uma distribuição do índio mais uniforme. A pequena variação composicional observada nos lingotes, no sentido radial, mensurada por PIXE, pode ser atribuída ao comportamento próximo ao equilíbrio da interface sólido-liquido. Os resultados obtidos sugerem a influência do alumínio na distribuição de índio nos lingotes, na direção da solidificação, ao mesmo tempo que as propriedades elétricas sugerem que o alumínio possa ter contribuído para a geração de defeitos aceitadores como GaSb, InSb e AlSb, sendo que o número de portadores de carga aumentou nos lingotes dopados. Não se exclui a possibilidade da geração de defeitos complexos como (VGaGaSb), (VGaInSb) e (VGaAlSb), uma vez que a mobilidade das cargas nos lingotes dopados diminuiu.

Made available in DSpace on 2015-06-25T02:05:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000471013-Texto+Completo-0.pdf: 1943495 bytes, checksum: 36e051cefa7a9d47d6a0d608dff24d67 (MD5) Previous issue date: 2012 / The following paper reports the synthesis of polyaniline (PANI) nanofibers and the making of nanocomposites that have polypropylene as their polymer matrix. Polyaniline nanofibers have been synthesized by the quick-mix method. Hydrochloridric and sulfuric acids were evaluated as dopant agents in different reaction temperatures: 25, 60 and 100 °C. Polypropylene (PP) nanocomposites were prepared by adding 1 and 3% (m/m) of PANI nanofibers through three different methods utilized for dispersing the nanocharge in the polymer matrix. This way parameters such as quick-mix in the fusion chamber, masterbach prepping and pre- dispersion of the charge in ethanol were appraised. The morphology and the electric, thermic and mechanic properties of the PANI nanofibers as well as the nanocomposites prepared were evaluated by means of Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Electrical Impedance Spectroscopy (EIS).Nanofibers of the upmost definition were obtained with hydrochloridric acid as the dopant agent in a temperature of 60 °C. The nanofibers prepped using this methodology presented electrical resistivity of 10² Wcm and a decomposition temperature near 300 °C. AFM pictures indicate good charge distribution in the polymer matrix regardless of the chosen preparation method. It was verified that the nanocomposites’ thermic properties were not negatively affected by the addition of PANI nanofibers and composites with similar traction properties to PP’s matrices were produced with a larger ultimate elongation and electrical conducting properties. / O presente trabalho relata a síntese de nanofibras de polianilina (PANI) e a preparação de nanocompósitos contendo polipropileno como matriz polimérica. Nanofibras de polianilina foram sintetizadas pelo método da mistura rápida. Ácido clorídrico e ácido sulfúrico foram avaliados como agentes dopantes em diferentes temperaturas de reação: 25, 60 e 100 °C. Nanocompósitos de polipropileno (PP) foram preparados adicionando-se 1 e 3% (m/m) de nanofibras de PANI por três diferentes métodos utilizados para dispersar a nanocarga na matriz polimérica. Assim foram avaliados parâmetros como a mistura direta na câmara de fusão, preparação de masterbach e pré-dispersão da carga em etanol. A morfologia, as propriedades elétricas, térmicas e mecânicas das nanofibras de PANI e dos nanocopósitos preparados foram avaliados por Microscopia Eletronica de Varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (AFM), Análise Termogravimétrica (TGA), Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) e Espectroscopia de Impedância Elétrica (EIE).Nanofibras com morfologia mais definida foram obtidas quando foi utilizado o ácido clorídrico como agente dopante, na temperatura de 60°C. As nanofibras preparadas por essa metodologia apresentaram resistividade elétrica na ordem de 102 cm e temperatura de decomposição próxima a 300°C. Imagens de AFM indicam uma boa distribuição da carga na matriz polimérica, independentemente do método de preparação utilizado. Foi verificado que as propriedades térmicas dos nanocompósitos não foram afetadas negativamente com a adição das nanofibras de PANI, e foram produzidos compósitos com propriedades de tração semelhantes à matriz de PP, com maior alongamento na ruptura e propriedades elétricas condutoras.

Made available in DSpace on 2015-06-30T02:06:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000471334-Texto+Completo-0.pdf: 4524191 bytes, checksum: f5450152427bd38ead2e27ad8d28c46b (MD5) Previous issue date: 2012 / This work aims to obtain polymer blends containing polypropylene wtih conductive nanofibers formed by polyaniline and graphite nanosheets. Will study the effects of morphology and the electrical and mechanical properties of the resulting polymer. The polyaniline nanofibers are synthesized in the presence of graphite nanosheets using the methodology of rapid mixing. The preparation of blends of polypropylene is made by melting in the inner chamber. The morphology and structure of the nanofillers and blends will be evaluated by scanning electron microscopy (SEM), and Atomic Force Microscopy (AFM). The mechanical properties through tensile testing. The electrical properties by impedance spectroscopy. It was observed that a better dispersion of graphite with polyaniline nanofibers occurs when made in the aqueous solution containing the monomer, aniline in the presence of APS ultrasound for 1 hour. The electrical properties of the synthesized nanocomposite indicate characteristics of semiconductor. The mechanical and thermal properties of the blends did not change significantly with the addition of nanofillers, Higher conductivity values were obtained for high values of frequency, 106 Hz / Este trabalho busca a obtenção de blendas poliméricas de polipropileno contendo nanocarga condutiva formada por nanofibras de polianilina (PANI) e nanolâminas de grafite (NLG). Foram estudados os efeitos da nanocarga na morfologia e nas propriedades elétricas e mecânicas do polímero resultante. As nanofibras de PANI foram sintetizadas na presença das nanolâminas de grafite por meio da metodologia da mistura rápida. A preparação das blendas com polipropileno foi realizada por fusão em câmara interna. A morfologia e estrutura da carga nanométrica e das blendas foram avaliadas por meio da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Ótica, as propriedades mecânicas por meio de ensaio de tração, as propriedades elétricas por meio da Espectroscopia de Impedância. Foi observado que a melhor dispersão das nanolâminas de grafite junto à polianilina ocorre quando feita na solução aquosa contendo o monômero, anilina, na presença do Persulfato de Amônio (APS) durante 1h de ultrassom. As propriedades elétricas dos nanocompósitos sintetizados indicam características de semicondutor. As propriedades mecânicas e térmicas das blendas não sofreram alterações significativas com a adição da nanocarga. Maiores valores de condutividade foram obtidos para elevados valores de frequência, 106 Hz.

Made available in DSpace on 2018-05-09T12:03:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000488731-Texto+Completo-0.pdf: 9521284 bytes, checksum: c69cc2ad925316be0c15638aac8f5999 (MD5) Previous issue date: 2017 / Carbon geological storage in depleted wells has been identified as an important solution to mitigate the environmental impacts caused by the release of CO2 into the atmosphere. However, the degradation of the materials used in the construction of the wells over the years has been one of the major concerns of the application of this technology, due the possibility of CO2 escape to the surface. The most susceptible region of CO2 leakage is through the wellbore at the interface between the cement paste and rock formation. The degradation of the cement paste occurs due to the presence of CO2 and water or brine, occurring acid carbonation that causes loss on mechanical resistance and increase in porosity. This work aims to study the chemical alteration of the class G cement paste in the presence of arenite rock of the Rio Bonito Formation (Paraná Basin-Brazil) by humid CO2, CO2 saturated water and brine saturated with CO2, simulating the geological storage conditions with a depth of 1,500 m, corresponding to a temperature of 70°C and the pressure of 15MPa. For the degradation test, samples were made by pouring a cement into the hole of an arenite cylinder. The tests were performed in two exposure times, 28 and 180 days, and the chemical degradation of the cement phases was evaluated by Scanning Electron Microscopy (SEM / FEG) and X-Ray Diffraction. The density of cement and rock before and after exposure to CO2 was obtained by pycnometry and the surface area of the rock pores and the diameter of them were evaluated by the BJH method. In addition, the percentage of inorganic carbon present in the rock was determined before and after the degradation tests.The carbonation of the cement was less accelerated in the samples exposed to the saline solution than in the supercritical environment of CO2 and CO2 saturated water, probably due to the decreasing of CO2 solubility in the aqueous medium in the presence of salts and also due to the higher precipitation of carbonate in the pores of the rock that make difficult the CO2 percolation. The density measurements showed that there was an increase in the density of rock and cement (near the interface with the rock) after exposure to CO2 and the density increased with the time of exposure. The surface area of the rock pores, for both times and all mediums, increased after expusure to CO2 due the precipitation of CaCO3, while the radius of the pore have a tendence to decrease. In addition, an increase in the amount of carbon present in the rock after CO2 exposure was observed for the three studied environment and the two exposure times, and a higher amount of carbon was observed for the rock samples exposed to the saline solution, and in this case the carbon content significantly increased from exposure time from 28 days to 180 days. / O armazenamento geológico de carbono em poços depletados tem sido apontado como uma solução importante para a mitigação de impactos ambientais causados pela liberação do CO2 na atmosfera. No entanto, a degradação dos materiais utilizados na construção dos poços ao longo dos anos tem sido uma das maiores preocupações da aplicação desta tecnologia, uma vez que pode favorecer o vazamento do CO2 para a superfície. A região do poço mais suscetível à fuga de CO2 é a interface da pasta de cimento com a formação rochosa. A degradação da pasta de cimento se dá devido a presença de CO2 e água ou salmoura, ocorrendo a carbonatação ácida que gera perda de resistência mecânica e aumento da porosidade. Este trabalho tem como objetivo estudar a alteração química da pasta de cimento classe G em presença da rocha sedimentar arenosa da Formação de Rio Bonito (Bacia do Paraná-Brasil) nos meios de CO2 úmido, água saturada com CO2 e solução salina saturada com CO2, simulando as condições de armazenamento geológico com profundidade de 1.500m, correspondendo a uma temperatura de aproximadamente 70°C e a pressão de 15MPa. Para os ensaios de degradação foram confeccionados corpos de prova constituídos de rocha e cimento. Os ensaios tiveram duração de 28 ou 180 dias e a degradação química das fases do cimento foi avaliada por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV/FEG) e difração de raios X. A densidade do cimento e da rocha antes e após exposição ao CO2 foi obtida por picnometria e a área superficial dos poros da rocha o diâmetro médio dos mesmos foram avaliados pelo método BJH. Além disso, foi determinado o percentual de carbono inorgânico presente na rocha antes e após os testes de degradação.A carbonatação do cimento foi menos acelerada para os corpos de provas expostos à solução salina que nos meios de CO2 supercrítico úmido e água saturada com CO2, provavelmente devido a presença de sais diminuir a solubilidade do CO2 no meio aquoso e também devido a maior precipitação de carbonato nos poros da rocha que dificultaram a percolação do CO2. As medidas de densidade mostraram que houve um aumento na densidade da rocha e do cimento (próximo à interface com a rocha) após exposição ao CO2 e a densidade aumentou com o tempo de exposição ao CO2. A área superficial dos poros da rocha medidas, para ambos os tempos e todos os meios, aumentou com a precipitação de CaCO3 enquanto que o raio médio do poro tendeu a diminuir para a maioria dos casos. Adicionalmente, observou-se um aumento na quantidade de carbono presente na rocha após exposição ao CO2 para os três meios estudados e os dois tempos de exposição, sendo que uma maior quantidade de carbono foi observada para as amostras de rocha expostas à solução salina, sendo que neste caso o teor de carbono aumentou significativamente do tempo de exposição de 28 dias para 180 dias.

Made available in DSpace on 2014-06-17T02:02:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000458715-Texto+Completo-0.pdf: 5795681 bytes, checksum: 3ee2d099095b821e73a487ab66a67e36 (MD5) Previous issue date: 2014 / The use of electrostatic or magnetic lenses is an efficient but expensive way to obtain microbeams of high energy ions. The mechanical confinement of ion beams through linear structures is an alternative way to produce microbeams. In this work, we have used tapered glass micro-capillaries with exit openings between 2 m and 118 m produced by controlled heating and stretching. Microbeams of heavy ions in the MeV energy range were produced at the 3 MV HVEE Tandetron accelerator at the Federal University of Rio Grande do Sul. The transmission and beam energy straggling of different microcapillaries inserted into a goniometer were measured using 1-1,5 MeV H+ beams. The best alignment condition was obtained inspecting the goniometer position which maximized the beam count at the initial energy and minimize broadening of the detected beam energy. For some capillaries there was only one position corresponding to a maximum transmission of the beam. In other cases, the alignment is lost gradually.The energy spectra in the maximum transmission condition had FWHM between 18 and 158 keV and the angular dispersion ranged between 0. 2° and 1. 6°. The best beam collimation was obtained with capillary tips with intermediate diameters between 3 μm e 17 μm. In order to evaluate the final beam, polycarbonate (PC) foils were exposed to different fluences (between 1014 e 1016 ions/cm2) of the produced microbeam (1 MeV H+ and 18 MeV Au7+). Markings were done on PC samples. In some cases the marks were not circular and appeared to be partially blocked. The increase of incident ions fluence in the sample results in the growth of the diameter of the produced markings. Profiles of the markings produced were evaluated. The FWHM was between 38 e 90 μm and the beam spread was between 0. 15° and 0. 20°. Experiments using a CCD camera to detect the microbeam were also performed. / O emprego de um conjunto de lentes eletrostáticas ou magnéticas é uma maneira eficiente de se obter microfeixes iônicos altamente energéticos, mas sua construção é bastante dispendiosa. O confinamento mecânico de feixes de íons através de estruturas lineares se apresenta como segunda via em relação a essa técnica tradicional. Foram fabricados microcapilares cônicos de vidro com pontas entre 2 m e 118 m através de aquecimento e estiramento controlado. Experimentos de produção dos microfeixes com os microcapilares foram realizados no acelerador de íons 3 MV, do Laboratório de Implantação Iônica do IF-UFRGS. Utilizou-se feixes de H+ com energia entre 1 e 1,5 MeV e um goniômetro para testes de alinhamento e transmissão do feixe através dos microcapilares. Para cada capilar foi obtida uma posição bem definida de alinhamento. Em alguns casos observaram-se quedas bruscas do sinal ao variar o ângulo em 0,1° e em outros o alinhamento é perdido de forma gradativa. Os espectros de energia apresentaram FWHM entre 18 e 158 keV na condição de transmissão máxima. A dispersão angular variou entre 0,2° e 1,6°.A melhor colimação do feixe foi obtida com capilares de pontas com diâmetros intermediárias, entre 3 μm e 17 μm. Amostras de policarbonato foram irradiadas com microfeixes de H+ de 1 MeV e Au7+ de 18 MeV, produzidos através dos capilares de vidro. A fluência variou entre 1014 e 1016 íons/cm2. Diferentes padrões na forma das marcas feitas nos polímeros foram revelados: foram encontradas marcas circulares, marcações em forma de “c” e em formato alongado. O aumento da fluência de íons incidentes na amostra resulta no acréscimo do diâmetro da marcação produzida. Os perfis das marcações apresentaram FWHM ficou entre 38 e 90 μm e o grau de divergência do feixe está entre 0,15º e 0,20°. Estudos preliminares de visualização do microfeixe com uma câmera CCD também foram implementados.

Made available in DSpace on 2014-08-29T02:01:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000460801-Texto+Completo-0.pdf: 2534757 bytes, checksum: 19453f2740e782d108d6c7205685694f (MD5) Previous issue date: 2014 / With low cost and still abundant, fossil coal remains a source of energy used worldwide. The gases emitted during the extraction of coal, generally consist of mixtures of methane, carbon dioxide, nitrogen dioxide and other hydrocarbons. However, methane is the most emitted in proportion. The use of natural gas as fuel is advantageous from an environmental point of view and has become economically attractive. The collection of gas samples is still a problem faced in related coal mine gas studies. Some products known as Tedlar® sampling bags for example, are efficient but, they have some drawbacks. In this work we tested an alternative means to collect gaseous samples, Vacutainers®. For identification and quantification of gases (CH4, CO2 and CO), analyses of gas chromatography with flame ionization detector were performed. Gaseous samples from the air of underground mines and waste piles of coal, in addition to standard mixtures, were analyzed after different periods of storage using Vacutainer® container type collectors. These collectors compared to Tedlars® were not efficient for the quantification of real samples containing CH4 and CO2. However, when accepting a 5 % error, it was effective for CO found in real samples. Results related to the concentration of CH4 in coal mine showed a concentration ranging from 117 ppm to 1,8 %, indicating a potential recovery and use of this gas as an energy source. On the other hand, alert to the need of periodic monitoring in order to ensure safety in the mine. / Com baixo custo e ainda abundante, o carvão fóssil continua sendo uma fonte de energia utilizada mundialmente. Os gases emitidos durante a extração de carvão, geralmente, consistem em misturas de metano, dióxido de carbono, nitrogênio e outros hidrocarbonetos. Todavia, o metano é o mais emitido em proporção. A utilização de gás natural como combustível é vantajosa do um ponto de vista ambiental e tornou-se economicamente atraente. A coleta de amostras gasosas é um problema ainda enfrentado em estudos relacionados ao gás de minas de carvão. Alguns produtos já conhecidos como os sacos de amostragem Tedlar®, por exemplo, são eficientes, mas apresentam alguns inconvenientes. Neste trabalho foi testado um meio alternativo para coletar amostras gasosas, os Vacutainers®. Para identificação e quantificação dos gases (CH4, CO2 e CO) foram realizadas análises de cromatografia gasosa, com detector de ionização em chama. Amostras gasosas do ar de minas subterrâneas e pilhas de rejeitos de carvão, além de misturas padrões, foram analisadas após diferentes períodos de estocagem utilizando frascos coletores do tipo Vacutainer®. Estes coletores quando comparados aos Tedlars® não se mostraram eficientes para a quantificação de amostras reais contendo CH4 e CO2. No entanto, aceitando um percentual de erro de 5 %, se mostrou eficaz para o CO encontrado em amostras reais. Os resultados referentes à concentração de CH4 em mina de carvão mostraram uma concentração variando de 117 ppm até 1,8 %, indicando um potencial de recuperação e utilização deste gás como fonte de energia. Por outro lado alerta a para a necessidade de monitoramento periódico, visando garantir a segurança na mina.

Made available in DSpace on 2014-10-15T02:00:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000462026-Texto+Completo-0.pdf: 4874123 bytes, checksum: 1a15895448105e314b1f653aab8461a5 (MD5) Previous issue date: 2014 / The addition of inorganic fillers in polyurethane resins for use as coating has been of great technological interest because it leads to improvements in the properties and performance of existing materials, besides the possibility of reducing environmental impact and costs. In this context, this work presents the production of ternary composites with addition of commercial inorganics fillers, titanium dioxide (TiO2) and silica (SiO2), in aqueous polyurethane dispersions. These ternary composites were obtained from the addition of 1% of different combinations of proportion of fillers (TiO2: SiO2 = 0:100 25:75 50:50 75:25 to 100:0) in aqueous polyurethane dispersions (PUD) by the in situ polymerization process. The characteristics of the ternary composite were evaluated in the form of polymer dispersion (particle size, pH, viscosity and conductivity) and in the form of films (thermal, mechanical and morphological properties), as well as the study of degradation of these materials. The results show that the synergy resulting from the combination of the two fillers, SiO2 and TiO2, interferes with the formation of micelles in PUD colloidal system, changing the coalescence process in the formation of films and modifying light reflection and refraction in the composite making it opaque and matte. The presence of anatase crystalline phase in TiO2 particles provides better compatibility filler1-filler2-polymer increasing the tensile strength and thermal stability of the ternary composites. The presence of SiO2 retarded the degradation process in the soil of the ternary composites and they did not show biological material on the surface after degradation. / A adição de cargas inorgânicas em resinas de poliuretano para aplicação como revestimento tem tido grande interesse tecnológico, pois conduz a melhorias nas propriedades e no desempenho dos materiais já existentes, além da possibilidade de redução de impacto ambiental e de custos. Neste contexto, este trabalho apresenta a produção de compósitos ternários com a adição de cargas inorgânicas comerciais, dióxido de titânio (TiO2) e dióxido de silício (SiO2), em dispersões aquosas de poliuretano. Estes compósitos ternários foram obtidos a partir da adição de 1% de diferentes proporções das cargas (TiO2:SiO2 = 0:100, 25:75, 50:50, 75:25 e 100:0) em dispersões aquosas de poliuretano (DPU) pelo processo de polimerização in situ. As características dos compósitos ternários foram avaliadas na forma de dispersão polimérica (tamanho de partícula, pH, viscosidade e condutividade) e na forma de filmes (propriedades térmicas, mecânicas e morfologia), bem como, o estudo de degradação destes materiais. Os resultados mostram que a sinergia resultante da combinação das duas cargas, SiO2 e TiO2, interfere na formação das micelas no sistema coloidal DPU, alterando o processo de coalescência na formação dos filmes e modificando a reflexão e a refração de luz no compósito deixando-o opaco e fosco. A presença da fase cristalina anatase nas partículas de TiO2 propicia melhor compatibilidade carga1-carga2-polímero aumentando a resistência a tração com altos percentuais de deformação e a estabilidade térmica dos compósitos ternários. A presença de SiO2 retardou o processo de degradação em solo dos compósitos ternários e estes não apresentaram material biológico na superfície depois da degradação.

Made available in DSpace on 2015-02-10T01:01:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000465109-Texto+Completo-0.pdf: 1597249 bytes, checksum: 8d8d15194dba51bfadcec2082e93418b (MD5) Previous issue date: 2015 / The development of new materials with distinct properties is needed today; nanocomposites represent a new group of materials that stand out in this current market demand. Polyurethanes for having versatility as the processes of synthesis and composition are an object of study in various industrial segments. One method to improve the properties of the polyurethane is the addition of inorganic fillers. Thus, this work aims to study the interaction and incorporation of silico-metallic mineral synthetic particles with different hydrothermal treatments (7h and 24h), comparing the influence of the size, distribution and surface area on the properties of polyurethane nanocomposites. PU nanocomposite / SSMMP (7h and 24h) with defined amounts of 0. 5%, 1%, 2%, 3% and 5% by weight relative to the pure polymer were synthesized. Technical Analysis of X-Ray Diffraction (XRD) Analysis of Specific Surface Area (BET) spectroscopy, Fourier Transform Infrared (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric analysis (TGA), Gel Permeation Chromatography (GPC), Dynamic-Mechanical Analysis (DMTA) and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used to characterize materials. The XRD analysis showed that the synthetic silico-metallic mineral fillers exfoliated/well dispersed in the polyurethane matrix. The high surface area of SSMMP influenced the crystallization, and also on the thermal and mechanical properties of nanocomposites. Both PU/ SSMMP (7h and 24h) showed an increase in mechanical properties, although the PU/ SSMMP 7h nanocomposites have a Young's modulus higher than PU / SSMMP 24h. The creep- recovery tests showed that the SSMMP (7h and 24h) restricted the movement of PU chains. The results showed the importance of controlled synthesis of SSMMP for obtaining new materials with desired properties. / O desenvolvimento de novos materiais com propriedades distintas se faz necessário nos dias atuais e os nanocompósitos poliméricos se destacam nesta demanda do mercado. Os poliuretanos, por terem uma versatilidade quanto a processos de síntese e composição, são objeto de estudo em diversos segmentos industriais. Um dos métodos para melhorar as propriedades do poliuretano é a adição de cargas inorgânicas. Neste trabalho foram estudadas a interação e incorporação de partículas minerais silico-metálicas sintéticas com diferentes tratamentos hidrotérmicos (7h e 24h) na matriz polimérica, comparando a influência do tamanho, distribuição e área superficial nas propriedades dos nanocompósitos de poliuretano. Foram sintetizados nanocompósitos PU/SSMMP (7h e 24h) com quantidades definidas de 0,5%, 1%, 2%, 3% e 5% em relação à massa do polímero puro. Para a caracterização dos materiais foram utilizadas as técnicas de Análise de Difração de Raios-X (DRX), Análise da Área Superficial Específica (BET), Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termogravimétrica (TGA), Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), Análise Dinâmico-Mecânica (DMTA) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). As análises de DRX indicaram que as cargas minerais silico-metálicas esfoliaram/dispersaram na matriz de poliuretano. As altas áreas superficiais dos SSMMP tiveram influência sobre a cristalização, e também nas propriedades térmicas e mecânicas dos nanocompósitos. Ambos PU/SSMMP(7h e 24h) apresentaram um aumento nas propriedades mecânicas, apesar de os nanocompósitos PU/SSMMP 7h apresentarem um Módulo de Young maior que os PU/SSMMP 24h. Os testes de creep-recovery mostraram que os SSMMP (7h e 24h) restringem o movimento das cadeias do PU. Os resultados mostraram a importância da síntese controlada dos SSMMP para a obtenção de novos materiais com propriedades desejadas.