A Nanotecnologia trouxe alguns novos desafios, como o desenvolvimento de qualidade e processos de síntese relativa a nanoestruturas baseado em substâncias inorgânicas e orgânicas. O desenvolvimento de novos materiais com compostos orgânicos e inorgânicos, em escala nanométrica, tem recebido destaque em primeiro plano na Ciência dos Materiais devido à grande potencialidade para aplicações, tais como compósitos, catálise, óptica não linear, sensores e sistemas microeletrônicos [1, 2]. O desenvolvimento de materiais nanoestruturados tem atraído grande interesse para a nova realidade tecnológica, devido ao amplo alcance de aplicações incluindo as propriedades catalíticas, magnéticas e fotônicas [3, 4]. Contudo o objetivo dessa dissertação foi obter filmes automontados de polieletrólitos fabricados através da adsorção sequencial de soluções aquosas de polieletrólitos fracos baseados na interação eletrostática de polímeros com cargas opostas e posteriormente analisar a incorporação de nanopartículas de ouro (NPs Au) estabilizadas por citrato de sódio e por poli(vinilpirrolidona) (PVP). Neste trabalho foram utilizados os seguintes polieletrólitos, o PEI (poli(etileno imina)) e o PAH hidrocloreto de poli(alilamina) como policátions e o PAA (poli(ácido acrílico)) como poliânion. A presença das nanopartículas de ouro foi confirmada por Espectroscopia UV VIS NIR e Difração de Raios X (DRX). A morfologia e distribuição dos filmes automontados com nanopartículas de ouro foram analisadas por Microscopia de Força Atômica (MFA) e Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). A quantificação e espessura das amostras foram analisadas por Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS) e posteriormente avaliadas em conjunto com as técnicas de espectroscopia UV VIS NIR e MET. As abordagens experimentais utilizadas neste trabalho mostraram a grande importância do pH para a fabricação de filmes automontados, devido à sua influência nos grupos funcionais dos polieletrólitos, afetando a interação eletrostática entre os mesmos e também entre as nanopartículas posteriormente difundidas. Quanto menor a densidade de carga da molécula de polieletrólito, maior será o número necessário das mesmas para compensar uma determinada carga superficial do substrato e/ou camada inferior. Com o aumento desse número, maior será a quantidade de sítios presentes passíveis de interação eletrostática. Dentre os sistemas estudados, o que mostrou-se mais eficiente foi o (PAH7/PAA4)20, o qual apresentou uma maior incorporação de NPs Au, e consequentemente a maior quantidade de NPs Au no sistema. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-05T18:02:35Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tatiane Michele Popiolski.pdf: 2153136 bytes, checksum: f652e5b4987e2b788d4f0b04b47b7844 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-05T18:02:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tatiane Michele Popiolski.pdf: 2153136 bytes, checksum: f652e5b4987e2b788d4f0b04b47b7844 (MD5) / Nanotechnology has brought some new challenges such as the development of quality and synthesis processes on nanostructures based on inorganic and organic substances. The development of new materials with organic and inorganic compounds on the nanometer scale, has been featured at the forefront of materials science due to the large potential for applications such as composites, catalysis, nonlinear optics, sensors and microelectronic systems [1, 2, 3]. The development of nanostructured materials has attracted great interest for the new technological reality, due to the wide range of applications including catalytic properties, magnetic and photonic [4, 5, 6]. However the objective of this dissertation was to obtain self-assembled polyelectrolyte films fabricated by sequential adsorption of aqueous solutions of weak polyelectrolytes based on electrostatic interaction of polymers with opposite charges and analyze the distribution of gold nanoparticles (Au NPs) stabilized by sodium citrate and poly (vinylpyrrolidone) (PVP). In this work we used the following polymers, PEI (poly (ethylene imine)) and PAH hydrochloride poly (allylamine) as polycations and PAA (poly (acrylic acid) as polyanion. The presence of gold nanoparticles was confirmed by UV VIS NIR spectroscopy and X-ray Diffraction (XRD). The morphology and distribution of films with self-assembled gold nanoparticles was analyzed by Atomic Force Microscopy (AFM) and transmission electron microscopy (TEM). Quantification and thickness of the samples were analyzed by Rutherford backscattering spectrometry (RBS), and then evaluated in conjunction with the techniques of UV VIS NIR spectroscopy and TEM. The experimental approaches used in this work showed the great importance of pH for the fabrication of LbL self-assembled films due to its influence on the functional groups of polyelectrolytes, affecting the electrostatic interaction between them and between the nanoparticles subsequently disseminated. Smaller the charge density of the polyelectrolyte molecule, greater the required number of them to compensate a given surface charge of the substrate and/or lower layer. With the increase of that number, the greater the amount of sites present subject of electrostatic interactions. Among the systems studied, the most efficient was (PAH7/PAA4)20, which showed a greater incorporation of Au NPs, and consequently the greatest amount of Au NPs in the system.

Revestimentos duros são altamente utilizados na engenharia de superfície de componentes mecânicos devido à proteção contra o desgaste e à redução do coeficiente de atrito. Atualmente, as técnicas de usinagem a seco estão exigindo novos materiais com propriedades mecânicas e tribológicas inteligentes visando reduções de custos e de impacto ambiental. No entanto, o excelente desempenho dos revestimentos de nitreto de silício em termos de sua resistência ao desgaste e à oxidação nas ferramentas de cortes não foram totalmente entendidas. Neste trabalho, filmes finos de nitreto de silício foram depositados em substrato de Si (001) por magnetron sputtering reativo através de uma fonte de rádio frequência. A fim de simular as condições de oxidação de uma ferramenta de corte em usinagem a seco, as amostras foram submetidas ao tratamento termo-oxidativo em atmosfera de oxigênio em temperaturas de 500ºC e 1000ºC. Posteriormente, os filmes foram caracterizados por perfilometria elementar por reação nuclear ressonante visando quantificar o conteúdo de oxigênio, ensaios de nanoindentação e nanoscratch com deslizamento unidirecional visando medidas de dureza e de atrito. Após os tratamentos termo-oxidativo uma fina camada parcialmente oxidada de até 6 nm de espessura foi obtida em temperatura de 1000º C e 4 horas de tratamento termo-oxidativo. A presença desta camada parcialmente oxidada permite obter um coeficiente de atrito ultra-baixo, ao mesmo tempo em que a dureza mantem-se constante em altas temperaturas, explicando a elevada resistência ao desgaste dos revestimentos duros baseados em Si3N4. Finalmente, os resultados são discutidos usando um modelo químico-cristalino, o qual relaciona o potencial iônico e o coeficiente de atrito de vários sistemas de óxidos, permitindo expandir a sua aplicabilidade a sistemas de nitretos. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-23T12:26:23Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Juline Filla.pdf: 3353830 bytes, checksum: 6954563c44dc811a20e1f78a257d4605 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-23T12:26:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Juline Filla.pdf: 3353830 bytes, checksum: 6954563c44dc811a20e1f78a257d4605 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Hard coatings are widely used in surface engineering of mechanical components due to their high wear resistance and reduced friction coefficients. Actually, the dry cutting techniques are demanding new materials with smart mechanical and tribological properties allowing saving cost and minimum environmental impact. However, the excellent behavior of silicon nitride coatings in terms of wear and oxidation resistance in cutting tools are not well understood. In this work, silicon nitride thin films were deposited on silicon (001) by reactive magnetron sputtering by using a radio-frequency power supply. In order to simulate an oxidative environment in cutting tool at dry machining conditions, samples were submitted to oxidative annealing in oxygen atmosphere at temperatures of 500oC and 1000oC. A posteriori, the thin films were characterized by resonant nuclear reaction elementar profilometry looking for oxygen quantification in-depth and nanoindentation and nanoscratch with unidirectional sliding tests looking for harness and friction measurements. After oxidative annealing treatments, a thin film partially oxidized layer with approximately 6 nm (T=1000oC) in-depth was formed in four times of oxidative annealing. Such partial oxidized layer allows to obtain a ultra-low friction coefficient whereas the initial hardness is maintained even at high temperatures and long times of oxidative annealing. Finally, the results were discussed from the point of view of the crystal chemical approach, where the ionic potential and the friction coefficient of various oxides are correlated, leading to expand the model to nitride systems.

Este trabalho apresenta um estudo do comportamento tribológico e corrosivo do aço AISI 4140 temperado e revenido, nitretado a plasma e posteriormente revestido com filme fino de CrN, em contato com etanol hidratado combustível. A caracterização das diferentes condições da superfície foi feita por meio das análises de RBS, MEV, DRX, microesclerometria linear e nanoindentação .O coeficiente de atrito foi determinado por meio de ensaios de desgaste por deslizamento tipo esferasobre- disco, em diferentes condições de tratamento do aço AISI 4140 (temperado e revenido, nitretado e duplex) e de lubrificação (a seco, em etanol, em mistura de etanol com óleo lubrificante e em óleo lubrificante). A taxa de desgaste foi estimada por medidas de perfilometria nas trilhas de desgaste. Os mecanismos de desgaste foram determinados com auxílio das técnicas de MEV e EDS, para avaliação microestrutural e química em termos qualitativos das superfícies desgastadas, e da espectroscopia Raman para análise dos compostos químicos presentes. A corrosão foi avaliada por meio de ensaios de imersão em etanol hidratado combustível seguindo a norma NBR 8265, antes e após os ensaios de desgaste. O aço AISI 4140 com tratamento duplex (nitretado/CrN) ensaiado em óleo lubrificante apresentou os menores valores de coeficiente de atrito e de taxa de desgaste. Esse comportamento está associado à formação de um tribofilme composto de óxido de cromo, com elevado potencial iônico, resultante da interação do filme de CrN com o óleo lubrificante durante o contato por deslizamento. A condição duplex apresentou maior resistência à corrosão em relação ao aço AISI 4140 temperado e revenido e ao aço AISI 4140 nitretado. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-24T12:17:30Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Aline Luisa Bandeira.pdf: 5741367 bytes, checksum: 799162eae9c513d1d84cd413b102f08e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-24T12:17:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Aline Luisa Bandeira.pdf: 5741367 bytes, checksum: 799162eae9c513d1d84cd413b102f08e (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work shows a study of the tribological and corrosive behaviour of AISI 4140 steel previously quenched and tempered, plasma nitrided and then coated with CrN thin film, in contact with hydrated ethanol fuel. The surface characterization was performed by means of RBS, SEM, XRD, linear microscratch and nanoindentation techniques. The friction coefficient was determined by ball-on-disc sliding wear tests, under different treatment conditions of the AISI 4140 steel (quenched and tempered, nitrided and duplex), as well as different lubrication conditions (dry, with ethanol, with a mixture of ethanol and lubricant oil and with lubricant oil). Wear rate was estimated with profilometry measurements on the wear tracks. Wear mechanisms were determined by SEM and EDS techniques in order to evaluate the microstructure and qualitative elemental composition of the worn out surfaces, and by Raman spectroscopy in order to determine the type of chemical compounds. Corrosion was evaluated by immersion tests in accordance with NBR 8265, before and after the wear tests. AISI 4140 steel with duplex treatment (nitrided/CrN) tested in lubricant oil displayed the lowest values of friction coefficient and wear rate. This behaviour is associated with the formation of a chromium oxide tribofilm, with high ionic potential, originated from the interaction of the CrN film and oil in sliding contact. The material treated in the duplex condition showed a higher corrosion resistance than AISI 4140 steel after heat treatment or plasma nitriding process.

O rápido crescimento da nanotecnologia tem despertado cada vez mais o interesse de diversos pesquisadores pela produção de econanomateriais, visando sua posterior aplicação em temáticas relacionadas às questões ambientais. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo preparar e caracterizar filmes de poli(hidrocloreto de alilamina) (PAH) e poli(ácido acrílico) (PAA) com nanopartículas de prata (AgNPs) e reticulados com glutaraldeído, visando o desenvolvimento de um novo material que pudesse ser utilizado como agente bactericida no tratamento microbiológico de efluentes industriais para reuso. Após a automontagem, os filmes foram caracterizados por meio de diferentes técnicas instrumentais, incluindo a espectroscopia de absorção molecular na região do ultravioleta e visível (UV-Vis), a espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GD-OES), a espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS) e a microscopia eletrônica de transmissão (MET). Testes microbiológicos foram igualmente realizados em ágar nutriente para se avaliar a atividade inibitória dos mesmos frente a micro-organismos Gram-positivos (Staphylococcus aureus) e Gram-negativos (Escherichia coli). Em geral, a incorporação das nanopartículas nos filmes foi dependente tanto do pH da solução coloidal de prata, como do pH das soluções dos polieletrólitos. Dentre todos os sistemas avaliados, o filme (PAH8,0/PAA4,0)20 imerso em solução de AgNPs em pH = 6,0 por 4 h e reticulado com glutaraldeído, foi aquele que apresentou a maior atividade inibitória, tanto em relação ao S. aureus como à E. coli. A maior inibição, entretanto, foi observada para a E. coli que apresenta uma camada de peptidoglicanos menos espessa do que a S. aureus, o que acaba facilitando a migração de prata para o interior das células desses micro-organismos. O tratamento do efluente industrial para reuso com os filmes produzidos neste trabalho, por sua vez, reduziu em cerca de 90% a contagem total de coliformes presentes na amostra inicial, tanto pelo contato como pela lixiviação de prata. Finalmente, considerando-se a facilidade de aplicação, o baixo impacto ambiental, os custos reduzidos e ação inibidora satisfatória, os filmes desenvolvidos neste trabalho apresentam um grande potencial para serem utilizados como auxiliares no tratamento microbiológico de efluentes industriais. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-24T13:13:32Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabiana Zarpelon.pdf: 2682392 bytes, checksum: a3c7de18e20b937ef26aae81674bfdcf (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-24T13:13:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabiana Zarpelon.pdf: 2682392 bytes, checksum: a3c7de18e20b937ef26aae81674bfdcf (MD5) / The rapid growth of nanotechnology has attracted increasing interest from many researchers for producing econanomaterials, aiming its subsequent application in thematics related to environmental issues. In this context, the present study aimed to prepare and characterize films of polyallylamine hydrochloride (PAH) and acrylic polyacid (PAA) with silver nanoparticles (AgNPs) and cross-linked with glutaraldehyde, aiming to develop a new material that could be used as bactericidal agent in microbiological treatment of industrial wastewater for reuse. After the self-assembling, the films were characterized by means of different instrumental techniques, including molecular absorption spectroscopy in the ultraviolet and visible region (UV-Vis), glow discharge optical emission spectroscopy (GD-OES), Rutherford backscattering spectrometry (RBS) and transmission electron microscopy (TEM). Microbiological tests were also carried out on nutrient agar to evaluate the inhibitory activity of the films against Gram-positive (Staphylococcus aureus) and Gram-negative (Escherichia coli) microorganisms. In general, the results showed that the incorporation of the nanoparticles in the films was dependent both on the pH of the silver colloidal solution as the pH of solutions of polyelectrolytes. Among all systems evaluated, the film (PAH8.0/PAA4.0)20 immersed in AgNPs solution at pH = 6.0 for 4 h and cross-linked with glutaraldehyde it was one that showed the highest inhibitory activity, both in relation to S. aureus as the E. coli. The greatest inhibition was, however, observed for E. coli which has a less thick peptidoglycan layer of the S. aureus, which ultimately facilitating the migration of silver into the interior of the cells of these microorganisms. The industrial wastewater treatment for reuse with the films produced in this work, in turn, by reduced about 90% the total count of coliform bacteria presents in the initial sample, both the contact and the leaching of silver. Finally, considering the ease of application, low environmental impact, reduced costs and satisfactory inhibitory action, the films developed in this work have a great potential to be used as auxiliaries in microbiological treatment of industrial wastewaters.

Filmes finos automontados (FFA) por adsorção física, compostos por polímeros orgânicos e nanopartículas de semicondutores inorgânicos são considerados um processo barato e não-poluente de deposição, que permite obter filmes com elevada organização molecular. Neste trabalho, o principal objetivo foi produzir e caracterizar FFA, através da técnica camada por camada (LbL), bem como avaliar o potencial de aplicação destes sistemas para a produção de hidrogênio (H2) através da quebra da molécula da água por irradiação solar. Foram depositados três conjuntos diferentes de filmes, onde o sistema catiônico e o número de camadas depositadas (40) foram comuns aos três tipos de FFA. O sistema catiônico foi composto pelas soluções aquosa do policátion hidrocloreto de polialilamina (PAH) e coloidal do semicondutor inorgânico seleneto de cádmio (CdSe). Os sistemas aniônicos foram compostos pelas soluções aquosas do poliânions orgânicos poli(ácido acrílico) (PAA) e poli-(3,4-etilenodioxitiofeno):poli(ácido estirenosulfônico) (PEDOT:PSS) e coloidal do semicondutor fotoativo óxido de titânio (TiO2 P25 e TiO2 STS-100). Análises dos FFA realizadas por perfilometria revelaram que as espessuras dos filmes automontados são da ordem nanométrica. Através do espectro de refletância difusa observou-se bandas de absorção na região do ultravioleta próximo à região do visível e, através da cromatografia, foi determinado a taxa média de produção H2. O sistema com o maior valor da taxa de produção de H2 – (PAH + CdSe)/(PEDOT:PSS + TiO2 STS-100) – foi otimizado em 120 camadas. Na avaliação da contribuição do tipo de nanopartícula do semicondutor para a geração de H2, os resultados de cromatografia indicaram que a combinação de (CdSe + TiO2 STS-100) promove um aumento de 75% desta geração quando comparado ao FFA composto somente pelo semicondutor TiO2 STS-100. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-06-27T17:24:19Z No. of bitstreams: 1 Tese Ana Claudia Rangel Faria.pdf: 3615547 bytes, checksum: dd46f2460a25e8f792251379d3c801a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-27T17:24:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Ana Claudia Rangel Faria.pdf: 3615547 bytes, checksum: dd46f2460a25e8f792251379d3c801a6 (MD5) Previous issue date: 2016-06-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. / The self-assembled films (SAF) by physical adsorption, compounds of organic polyelectrolytes and inorganic semiconductor nanoparticles are considered an inexpensive process and non-pollutant deposition that gives films with high molecular organization. The aim of this work was to fabricate and characterize SAF via the layerby- layer technique (LbL) and evaluate the potential application of these systems to produce hydrogen (H2) by water splitting technique by solar radiation. In this work were deposited three different sets of films. The cationic system and the number of deposited layers (40) are common to all three types of SAF. The system was composed by the cationic aqueous solution of polycation polyallylamine hydrochloride (PAH), and colloidal inorganic semiconductor cadmium selenide (CdSe). The anionic systems were comprised of aqueous solutions of organic polyanions poly(acrylic acid) (PAA) and poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) and colloidal photoactive semiconductor titanium oxide (TiO2 P25 and TiO2 STS-100). Analysis of SAF by profilometry revealed that the thickness of the self-assembled films are of nanometer order; by diffuse reflectance spectrum observed absorption bands in the near ultraviolet region and the visible region and through the chromatography was given the average H2 production. The system with the highest value of H2 production rate - (PAH + CdSe) / (PEDOT: PSS + TiO2 STS-100) - was optimized at 120 layers. In the evaluation of the contribution of the type semiconductor nanoparticle for the generation of H2 results chromatography indicated that the combination of (CdSe + TiO2 STS-100) promotes an increase of 75% from this generation as compared to SAF only composed by the semiconductor TiO2 STS -100.

O uso de energias renováveis como a energia solar para a produção de gás hidrogênio (H2), por meio do processo fotocatalítico da quebra da molécula de água, é uma alternativa promissora às fontes de energias convencionais. Neste contexto, a produção de filmes finos nanoestruturados de diferentes materiais é uma aplicação que pode aliar a fotocatálise e a nanotecnologia. Assim, o principal objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de diferentes concentrações de ácido tetracloroaurico (HAuCl4) para incorporação de nanopartículas de ouro (NPs Au) na produção de H2, a partir de filmes finos suportados em celulose bacteriana (CB), produzidos através da técnica camada por camada utilizando os polieletrólitos fracos, hidrocloreto de polialilamina (PAH) e poli(ácido acrílico) (PAA), combinados com dióxido de titânio (TiO2). Por meio das técnicas de espectroscopia de absorção molecular na região do ultravioleta e visível (UV-Vis), difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de infravermelho foi possível verificar a absorção da CB na região do UV, os picos em 14,6º, 16,6º e 22,6º, a superfície constituída de fibras e as bandas características da CB, respectivamente. A área superficial específica de 1,57 m2 g-1 foi encontrada para a CB. A absorção na região do UV das soluções de HAuCl4 e TiO2 foram determinadas por UV-Vis. Através da técnica de DRX, calculou-se o tamanho médio do cristalito do TiO2 que foi de ~5 nm corroborando com a microscopia eletrônica de transmissão (MET). O TiO2 também foi caracterizado por fluorescência molecular, MEV e área superficial específica. O potencial zeta foi utilizado para analisar as soluções poliméricas (PAH e PAA) e a solução de TiO2. Os filmes de diferentes concentrações de HAuCl4 (1,25 mmol L-1, 2,5 mmol L-1 e 5 mmol L-1) e com diferentes tempos de luz UV (6h, 12h, 24h, 24h, 48h e 96h) foram analisados por cromatografia gasosa (CG). Destes filmes, os que mais produziram H2 em cada concentração de HAuCl4 (c1-24 / concentração de 1,25 mmol L-1 e 24h de luz UV), (c2- 6 / concentração de 2,5 mmol L-1 e 6h de luz UV) e (c3-24 / concentração de 5 mmol L-1 e 24h de luz UV), foram caracterizados antes e depois da fotocatálise. Através do UV-Vis, foi possível observar a presença de NPs Au e TiO2 nos filmes. Por DRX, notou-se os picos da CB, do TiO2 (25,3º) e do Au (38,18º e 44,5º) nos filmes. No MEV foi possível observar que o filme (c1-24) possuia grãos de Au dispersos na matriz e a presença de Ti em toda a superfície sem aglomerações, revelando-se como um filme homogêneo comparado aos filmes (c2-6) e (c3-24). Pela técnica de MET, analisou-se a morfologia, tamanho e distribuição das NPs Au nos filmes revelando valores em escala manométrica. O filme (c1-24) apresentou menores tamanhos de NPs Au (9 nm). Área superficial específica, perfilometria, Espectroscopia de Emissão Óptica de Descarga Luminescente e Espectrometria de emissão óptica com plasma também foram analisados para avaliar o efeito das concentrações e tamanhos de NPs Au nos filmes. O filme com menor concentração de HAuCl4 (c1-24), o qual tinha NPs Au menores que em maior contato com a superfície do TiO2 produziu mais H2, foi analisado por CG para aperfeiçoar o melhor desempenho na produção de H2 variando alguns parâmetros como reutilização do filme (c1-24a) e (c1-24b), alteração de substrato (c1-24d), aumento de camadas (c1-24f) e filme sem polímeros (c1-24g). Analisando todas as variações dos parâmetros foi concluído que o filme (c1-24) produziu 29,12 μmol h-1cm2 de H2 apresentando uma melhor atividade fotocatalítica. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-05-10T16:47:00Z No. of bitstreams: 1 Tese Nicolle Dal Acqua.pdf: 2359937 bytes, checksum: 79a564bfa513c80ed882f203002fc4ca (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-10T16:47:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Nicolle Dal Acqua.pdf: 2359937 bytes, checksum: 79a564bfa513c80ed882f203002fc4ca (MD5) Previous issue date: 2017-05-10 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS. / The use of renewable energy such as solar energy to produce hydrogen gas (H2), through the photocatalytic process of breaking the water molecule, is a promising alternative to conventional energy sources. In this context, the production of nanostructured thin films of different materials is an application that can combine photocatalysis and nanotechnology.Thus, the main objective of this work was to evaluate the effect of different concentrations of tetrachlorouric acid (HAuCl4) for the incorporation of gold nanoparticles (Au NPs) in H2 production from thin films supported on bacterial cellulose (BC), produced through of the technique layer by layer using the weak polyelectrolytes, polyallylamine hydrochloride (PAH) and polyacrylic acid (PAA) combined with titanium dioxide (TiO2). Through the techniques of molecular absorption spectroscopy in the ultraviolet and visible (UV-Vis), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and infrared spectroscopy (FTIR), it was possible to verify the absorption of BC in the UV region, the peaks at 14.6º, 16.6º and 22.6º, the fiber surface and the characteristic bands of BC, respectively. The specific surface area of 1.57 m2 g-1 was found for CB. Absorption in the UV region of the HAuCl4 and TiO2 solutions were determined by UV-Vis. By means of the XRD technique, the average crystallite size of the TiO2 was calculated which was ~5 nm corroborating with transmission electron microscopy (TEM). TiO2 was also characterized by molecular fluorescence, SEM and specific surface area. The zeta potential was used to analyze the polymer solutions (PAH and PAA) and the TiO 2 solution. The films with different concentrations of HAuCl4 (1.25 mmol L-1, 2.5 mmol L-1 and 5 mmol L-1) and with different UV light times (6h, 12h, 24h, 24h, 48h and 96h) were analyzed by gas chromatography (GC). Of these films, the ones that most produced H2 at each concentration of HAuCl4 (c1-24 / concentration of 1.25 mmol L-1 and 24h of UV light), (c2-6 / concentration of 2.5 mmol L-1 and 6h of UV light) and (c3-24 / concentration of 5 mmol L-1 and 24h of UV light) were characterized before and after photocatalysis. Through the UV-Vis, it was possible to observe the presence of Au and TiO2 NPs in the films. By XRD, the peaks were noted of CB, TiO2 (25.3 °) and Au (38.18 ° and 44.5 °) in the films. In the SEM it was observed that the film (c1-24) had Au grains dispersed in the matrix and the presence of Ti on the whole surface without agglomerations, revealing as a homogeneous film compared to the films (c2-6) and (c3-24). Using the MET technique, the morphology, size and distribution of Au NPs were analyzed in the films revealing values in manometric scale. The film (c1-24) presented smaller sizes of Au NPs (9 nm). Specific surface area, perfilometry, Glow-discharge optical emission spectroscopy (GD-OES) and inductively coupled plasma (ICP-OES) were also analyzed to evaluate the effect of concentrations and sizes of Au NPs in the films.The film with lower concentration of HAuCl4 (c1-24), which had Au NPs less than in greater contact with the surface of TiO2 produced more H2, was analyzed by CG to improve the best performance in H2 production varying some parameters as reuse of the film (c1-24a) and (c1-24b), substrate change (c1-24d), increase of layers (c1-24f) and film without polymers (c1-24g). Analyzing all the variations of the parameters it was concluded that the film (c1-24) produced 29.12 μmol h-1 cm2 of H2 presenting a better photocatalytic activity.

Orientador: Celso Valentim Santilli / Banca: Marian Rosaly Davolos / Banca: Dimas Roberto Vollet / Banca: Léo Ricardo Bedore dos Santos / Banca: Kátia Jorge Ciuffi / Resumo: Este trabalho focaliza o estudo de materiais a base de TiO 2 obtidos utilizando-se do processo sol- gel. Buscou-se, através desse processo, controlar a hidrólise, o tamanho e a agregação das partículas, utilizando modificadores orgânicos nas primeiras etapas da síntese das suspensões coloidais, o que possibilitou preparar pós redispersáveis. As suspensões foram preparadas a partir da hidrólise do tetra-isopropóxido de titânio Ti(OPri)4 modificado com acetilacetona (Acac) em solução aquosa de ácido para-toluenossulfônico (PTSH). O efeito das razões de Acac/Ti, PTSH/Ti e H2O/Ti nas características físicoquímicas dos sistemas (soluções, sois, pós e filmes finos) foi avaliado pelo emprego de técnicas espectroscópicas (Raman, 13C RMN, EXAFS e XANES), análises térmicas (TG, ATD) e nanoscópicas (SAXS, RERX) Nas suspensões obtidas após hidrólise evidenciouse por espectroscopia Raman a presença dos grupos Acac e OPri ligados aos átomos de titânio. Todas as suspensões preparadas em presença de Acac, PTSH e H2O (H2O/Ti<20) são formadas por um conjunto monodisperso de nanopartículas com raio de giro de aproximadamente 10Å. Evidenciou-se a formação de agregados com estrutura fractal na ausência de PTSH ou pela adição de grande excesso de água (H2O/Ti>20). O estudo dos pós obtidos por secagem convencional (xerogéis) revelou a presença de grupos Acac formando anéis quelato com os átomos de titânio da superfície das nanopartículas de TiO2 bem como de moléculas de PTSH. A presença dessas duas espécies protege a superfície das partículas contra a agregação irreversível, resultando em pós totalmente redispersáveis em uma mistura álcool/água (70/30 v/v). O pós secos não são cristalinos e a ordem local dos átomos de titânio, revelada por EXAFS e XANES, apresenta uma característica intermediária entre a coordenação tetraédrica e octaédrica...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work the study of TiO2 based materials prepared by the sol-gel process is focused. The aim of using this process was to control the hydrolysis, the size and aggregation of particles, by organic modification of the colloidal suspensions particles surface during the first synthesis steps. This strategy allowed to redispersible powders. Suspensions were prepared from titanium tetraisopropoxide Ti(Opri)4 modified by acetilacetone (Acac) in para-toluene sulfonic acid (PTSH) aqueous solution. The effect of Acac/Ti, PTSH/Ti and H2O/Ti ratios on the physico-chemical characteristics of systems (solutions, sols, powders and thin films) was followed by spectroscopic (Raman, 13C RMN, EXAFS and XANES), thermometric (TG, DTA) and nanoscopic (SAXS, RERX) measurements. Raman results evidenced the presence of Acac and OPri groups bonded to titanium atoms for suspensions prepared from hydrolysis. Suspensions prepared in presence of Acac, PTSH and H2O (H2O/Ti<20) are formed by monodisperse set of nanoparticles with giration radius of almost 10Å. The formation of fractal structured aggregates was evidence in absence of PTSH or under excess of water (H2O/Ti=20). Conventionally dried powders (xerogels) show the presence of Acac groups or PTSH molecules quelated to surface titanium from TiO2 nanoparticles. The presence of both these species protect the particles surface against irreversible aggregation, giving rise to totally redispersible powders in alcohol water mixture (70/30 v/v). Dried powders are non-crystalline, but the local structure around titanium atoms, reveled by EXAFS e XANES, present intermediate characteristic between tetrahedral and octahedral coordination. The thermal analysis of powders revealed that the high liberation of heat during organic combustion favours material densification at relatively low temperatures (~500ºC). This behavior was explored in the preparation of transparent...(Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Dayse Iara dos Santos / Banca: Pablo Antonio Venegas Urenda / Banca: Nelcy Della Santina Mohallem / Resumo: Heteroestruturas que combinam camadas supercondutoras (SC) com ferromagnéticas (FM), e, em alguns casos, ainda com camadas isolantes (I) entre as primeiras, possuem propriedades que não são observadas para os filmes isolados devido a interação entre elas. Este trabalho busca contribuir para a elucidação das propriedades de super-redes do tipo SC/I/FM feitas por PLD (Pulsed Laser Deposition), utilizando o YBa2Cu3O7-δ (YBCO) como supercondutor, o La2/3Ca1/3MnO3 (LCMO) como ferromagneto e o PrBa2Cu3O6+δ (PBCO), o SrTiO3 (STO) e o CeO2 (CEO) como isolantes. A sequência utilizada foi (YBCO20nm/Idi/LCMO20nm)x20, e as espessuras do isolante PBCO foram de 0,5, 2, 4, 8 e 20nm, e de 2nm para o STO e para o CEO. Também foi analisada uma amostra com a inversão da ordem de deposição do supercondutor e ferromagneto. As análises de difração de raios X confirmaram o crescimento preferencial na direção 00ℓ e parâmetros de rede comparáveis com os valores encontrados na literatura para o YBCO. A microscopia eletrônica de varredura evidenciou poros na superfície do filme de LCMO e crescimento extra de cristais na superfície do filme de YBCO. As análises de AFM mostraram que a textura da superfície depende da espessura e da natureza do isolante assim como a distribuição de cargas observada por EFM. Medidas elétricas realizadas pelo método de Quatro Pontas comprovou temperatura crítica em torno de 90K, e somente para a amostra com 20nm de PBCO foi notado grande distinção do comportamento da resist... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Heterostructures that combine superconducting (SC) layers with ferromagnetic (FM) layers, and in, some cases, with insulating (I) layers between the first ones, have properties that are not observed in single layers due the interaction between them. This work aims to contribute for elucidation of properties of SC/I/FM superlattices made by PLD deposition, using YBa2Cu3O7-δ (YBCO) as superconductor, La2/3Ca1/3MnO3 (LCMO) as ferromagnetic and PrBa2Cu3O6+δ (PBCO), SrTiO3 (STO) and CeO2 (CEO) as insulator materials. The used sequence was (YBCO20nm/Idi/LCMO20nm)x20, and the thicknesses of the insulating PBCO were 0.5, 2, 4, 8 and 20nm, and 2nm for STO and CEO. It was also analyzed a sample with inverted deposition order of superconductor and ferromagnetic. The analysis of X-ray diffraction confirmed the preferential growth toward 00ℓ and network parameters comparable to the values found in the literature for the YBCO. The scanning electron microscopy showed pores on the surface of LCMO film and extra crystal growth on the surface of the YBCO film. The AFM analyzes showed that the surface texture depends on the thickness and nature of the insulation as well as the charge distribution observed by EFM. Electrical measurements made by Four Probe method proved critical temperature around 90K, and only for the sample with 20nm PBCO has been noted large distinction of the resistivity behavior over heating from 25K with the application of magnetic field of 0.8T, which may indicate a diff... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Resumo: Este trabalho apresenta estudos sobre a obtenção de filmes finos de polianilina (Pani) e látex de borracha natural (BN) através da técnica de automontagem. A caracterização dos filmes compreendeu o estudo dos mecanismos cinéticos de adsorção, determinado o tempo de deposição e quantidade de material adsorvido de acordo com mudanças nas condições de deposição como pH, concentração, dopante, solvente e substrato. Foram obtidos filmes com um crescimento tipicamente linear durante todo o processo de deposição com até 10 bicamadas. Os efeitos destas mudanças sobre a estabilidade do filme foram estudados com base na cinética de dessorção, onde o filme foi lavado, sob agitação constante, em água destilada por vários dias. O estudo da cinética de dessorção revelou que o filme passa por um processo de hidratação antes que ocorra a perda de material adsorvido. A morfologia do filme foi estudada utilizando diferentes técnicas de microscopia, das quais foi possível determinar as características morfológicas dos polímeros puros e após adsorver ao substrato, assim como dos filmes com 10 bicamadas. As partículas de borracha natural puderam ser visualizadas em sua forma esférica em diferentes tamanhos, a rugosidade do filme apresentou alterações consideráveis de acordo com a quantidade de material adsorvido. Por fim realizou-se a deposição do filme sobre um eletrodo interdigitado onde estudo de sua potencialidade como sensor foi realizado. Estes estudos foram realizados por meio de medidas de capacitância do filme quando imerso em solução, variando a freqüência num intervalo de 1 à 10kHz, para isto utilizou-se a técnica de espectroscopia de impedância. Como analitos foram empregados o HCl (ácido clorídrico), NaCl (cloreto de sódio), sacarose e cafeína. Na avaliação preliminar do filme como sensor, este mostrou-se seletivo ...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work, we report the build-up of thin film self-assembled of polyaniline (Pani) alternated with natural rubber (NB). The influence of deposition parameters such as pH, concentration, dopants, solvent and substrate were investigating using different techniques. Films with 10 bilayers were successfully produced with film thickness increase linearly with the number of bilayers. The effects of different conditions on the stability of layers were studied based on the kinetics of desorption, where the films were washed under constant stirring in distilled water for several days. The films suffer a process of hydration before the occurrence of the loss of adsorbed material. The morphology of the films was studied using different microscopy techniques, which could determine the morphological characteristics of individual polymers and selfassembled one. The particles of natural rubber could be viewed on its spherical shape in different sizes and the roughness of the film showed a tendency to decrease with the amount of adsorbed material. Finally, self-assembled thin film was obtained on an interdigitated electrode (sensor) and its capacitance response was investigated as function of frequency in different analytes. Pure water was used as reference and HCl (hydrochloric acid), NaCl (sodium chloride), sucrose and caffeine were employed as analyte. The sensor was sensitive to these analytes at 1 KHz showing its capability in sensor application. / Orientador: José Antonio Malmonge / Coorientador: Luiz Francisco Malmonge / Banca: Marcelo Ornaghi Orlandi / Banca: Antonio Riul Júnior / Mestre

Orientador: Carlos José Leopoldo Constantino / Banca: Flavio Leandro de Souza / Banca: Fabio de Lima Leite / O Programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia dos Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: O arranjo supramolecular de filmes finos orgânicos é um fator que influencia as propriedades ópticas e elétricas destes filmes e, consequentemente, nas aplicações tecnológicas que envolvem eletrônica orgânica. Nesta dissertação de mestrado, filmes finos de um derivado de perileno - acrônico BuPTCD foram produzidos via deposição por evaporação física (PVD) através de evaporação térmica a vácuo. O objetivo principal foi investigar o arranjo supramolecular do BuPTCD nesses filmes PVD, o que implica em controlar a sua espessura em escala nanométrica, determinar sua organização molecular, morfologia em escalas micro e nanométrica, e cristalinidade, bem como a estabilidade ou não, deste arranjo supramolecular em função da temperatura. Propriedades ópticas (absorção e emissão) e elétricas (condutividade e fotocondutividade) destes filmes PVD de BuPTCD também foram determinadas. A absorção no ultravioleta-visível revelou um crescimento controlado (uniforme) dos filmes PVD. As imagens de microscopia de força atômica e óptica mostraram uma superfície homogênea do filme em escalas nono e micrométrica, respectivamente. A difração de raios-X indicou que tanto o pó quanto o filme PVD possuem estruturas cristalinas distintas, estando as moléculas de BuPTD orientadas preferencialmente nos filmes PVD poicionadas verticalmente, apoiadas na superfície do substratos a partir do grupo latera (FTIR). Tal estruturação favorece a emissão de luz (fotoluminescência) a partir da formação de excímeros nos filmes PVD. O tratamento térmico (200ºC por 10 minutos) não afetou a organização molecular dos filmes, revelando a estabilidade térmica do arranjo supramolecular de BuPTCD nos filmes PVD nestas condições. As medidas elétricas (DC) mostraram um aumento da corrente em função da tensão que segue uma relação linear, característico de comportamento ôhmico. Além disso, os filmes apresentaram um aumento de 2... / Abstract: The supermolecular arrangement of organic thin films is a factor that infuences both optical and electrical properties of these films and, consequently, the technology, the technological applications involving organic electronics. In this dissertation, thin films of a perylene drivative (bis butylimido perylene, acronym BuPTCD wre produced by physical vapor deposition (PVD) using vacuum thermal evaporation. The aim of this work was to investigate the supramolecular arrangement of BuPTCD films, which implies to control the thickness at nanometer scale and to determine the molecular organization, the morphology (at namo and micrometer scales) and the crystallinity, besides the stability of this arragements as a function of the temperature. Optical properties (such as absorption and emission) and electrical properties (such as conductivity and photoconductivity) were also determined. The UV-Vis absorption spectra revelead a controlled growth (uniform) of the BuPTCD films. Atomic force and optical microscopy images showed a homogeneous surface of the film at nano and micrometer scales, respectively. The X-ray diffraction showed that the BuPTCD powder and PVD film have different crystalline structures, with the BuPTCD molecules head-on oriented in the PVD films, supported on the substrate surface by the side group (FTIR). This structure favors the light emission (photoluminescence) by the formation of excimers. The thermal treatment (200ºC for 10 min) does not affect the molecular organization of the PVD films, showing a thermal stability of the BuPTCD supramolecular arrangement under these cirncumstances. The electrical measuremets (DC) showed a linear increase of the current as a function of the tension, which is characteristic of ohmic behavior. Also, th films exhibited an increase of current by 2 orders of magnitude when exposed to light (photoconductive properties). Finally, BuPTCD films were exposed to vapor of trifluorpacetic acid (TFA)... / Mestre