Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2009. / Submitted by Elna Araújo (elna@bce.unb.br) on 2011-06-01T18:33:35Z No. of bitstreams: 1 2009_DieimeCustodiadaSilva.pdf: 5177773 bytes, checksum: 8becc196555a8b91cd06f861749e49d2 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Ferreira de Souza(jaquefs.braz@gmail.com) on 2011-07-08T16:20:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_DieimeCustodiadaSilva.pdf: 5177773 bytes, checksum: 8becc196555a8b91cd06f861749e49d2 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-07-08T16:20:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_DieimeCustodiadaSilva.pdf: 5177773 bytes, checksum: 8becc196555a8b91cd06f861749e49d2 (MD5) / Neste trabalho estudou-se o comportamento magnético de nanocompósitos de vermiculita natural expandida tratada com fluidos magnéticos. Duas amostras de nanocompósitos magnéticos foram preparadas através do tratamento na vermiculita com dois tipos de fluidos magnéticos; um fluido magnético iônico (FMI), dando origem à amostra vermiculita natural tratada com fluido magnético iônico (VFMI), e um fluido magnético surfactado (FMS), dando origem à amostra vermiculita natural tratada com fluido magnético surfactado (VFMS). O FMS é constituído de nanopartículas magnéticas revestidas com ácido oléico e dispersas em solvente orgânico. Ambas as amostras de fluidos magnéticos contêm nanopartículas de óxido de ferro obtidas pela oxidação de magnetita. Foram feitas caracterizações usando microscopia eletrônica de transmissão (MET) e difração de raios-X dos pós dos fluidos magnéticos para obter informações acerca dos diâmetros médios e polidispersão das nanopartículas. Curvas de histerese e magnetização dos nanocompósitos foram obtidas variando-se a temperatura desde hélio líquido até a temperatura ambiente, revelando diferentes parâmetros magnéticos. Através dos ajustes efetuados utilizando-se uma função Langevin de primeira ordem modificada foi possível observar o comportamento magnético nesses materiais e a sua resposta magnética quando submetidos a baixos valores de campos magnéticos. Em particular, a análise dos dados de magnetização indicam a presença de ambos partículas isoladas e aglomerados. __________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work the magnetic behavior of vermiculate-based nanocomposites treated with magnetic fluid samples was studied. Two magnetic nanocomposite samples were prepared by treating the thermal-expanded vermiculite with two magnetic fluid samples; an ionic magnetic fluid (IMF), giving rise to the natural vermiculite sample treated with ionic magnetic fluid (IMFV), and a surfacted magnetic fluid (SMF), giving rise to the natural vermiculite sample treated with surfacted magnetic fluid (SMFV). The SMF consists of magnetic nanoparticles dressed with oleic acid and dispersed in organic solvent. Both MF samples contain iron oxide nanoparticles obtained by oxidation of magnetite. Transmission electron microscopy (TEM) and X-ray diffraction of the powders obtained by drying the magnetic fluid samples were used as characterization techniques, thus obtaining information regarding the average diameter and size dispersity of the nanoparticles. Hysteresis cycles and magnetization measurements of the magnetic nanocomposites were obtained by varying the temperature from liquid helium up to room temperature, revealing different magnetic parameters. By fitting the magnetic data using a modified first-order Langevin function it was possible to observe the materials' magnetic behavior and their magnetic response at lower magnetic field values. In particular, analyses of the magnetization data indicate the presence of both isolated nanoparticles and agglomerates of them.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-08-23T13:24:51Z No. of bitstreams: 1 2013_MarcosTiagoAmaralEloi.pdf: 22200828 bytes, checksum: 98cd54cc743b7d96b496bb1d49d85605 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-08-26T13:28:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_MarcosTiagoAmaralEloi.pdf: 22200828 bytes, checksum: 98cd54cc743b7d96b496bb1d49d85605 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-08-26T13:28:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_MarcosTiagoAmaralEloi.pdf: 22200828 bytes, checksum: 98cd54cc743b7d96b496bb1d49d85605 (MD5) / A presente tese analisou a variação da transmissão ótica com a aplicação de campo magnético em amostras de fluido magnético biocompatível contendo partículas de magnetita cobertas com tartarato e poliaspartato. As amostras-mãe foram diluídas, dando origem a várias amostras, com frações volumétricas de partículas compreendidas entre 0,17% e 1,52%, que foram medidas em diferentes datas após a preparação (1, 30, 120, 240, e 1460 dias). Foi possível mostrar que, a baixo campo, o comportamento da magnetotransmissividade pode ser descrito pela rotação de cadeias lineares, de modo que o ajuste dos dados permite uma estimativa do tamanho médio dos aglomerados em cada amostra. A análise dos dados indica que amostras mais concentradas e mais antigas tendem a apresentar cadeias maiores. Os resultados evidenciam a existência de um mínimo na transmissividade para determinado campo crítico, cuja origem está relacionada à formação de colunas de cadeias, construídas a partir das cadeias isoladas – é a transição de fase colunar. Notou-se que o campo crítico diminui à medida que a fração volumétrica aumenta e a amostra envelhece. Para se analisar a origem deste fenômeno, foram usados modelos de transição de fase e a teoria de Mie associada a uma cadeia de esferas e a um cilindro infinito. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The field dependence of the optical transmission of tartrate-coated and polyaspartate-coated magnetite-based aqueous colloids was studied. The colloidal stock samples were diluted to prepare a series of samples containing different particle volume fractions ranging from 0.17% up to 1.52% and measured at distinct times after preparation (1, 30, 120, 240, and 1460 days). We show that the magneto-transmissivity behavior is mainly described by the rotation of linear chains, at the low field range, whereas the analysis of the data provided the measurement of the average chain length. Results also reveal that the optical transmissivity has a minimum at a particular critical field, whose origin is related to the onset of columns of chains built from isolated particle chains, i.e. due to a columnar phase transition. We found the critical field reducing as the particle volume fraction increases and as the sample’s aging time increases. To investigate the origin of this phenomenon we used phase condensation models and Mie’s theory applied to a chain of spheres and to an infinite cylinder.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / Este trabalho analisa a resposta de uma gota plana de ferrofluido imersa em um líquido newtoniano não magnético à ação combinada de um campo magnético externo e um escoamento cisalhante simples permanente. Uma metodologia numérica baseada no Método de Projeção e no Método Level-Set é desenvolvida para resolver o campo magnético, as equações completas de Navier-Stokes contemplando forças capilares e magnéticas, e capturar a interface líquido-líquido. Os resultados mostram que a força magnética exerce forte influência na inclinação da gota e na viscosidade da emulsão. O alinhamento da gota com a direção do campo magnético aplicado aumenta com a intensidade deste campo. Quando o campo externo é paralelo à direção do escoamento, a gota se alinha fortemente com as linhas de corrente, o que reduz sua contribuição na viscosidade da emulsão. Por sua vez, quando o campo externo é perpendicular à direção do escoamento, a inclinação da gota se torna mais alta, levando a um aumento dramático da viscosidade do fluido complexo resultante. Também mostramos que os campos magnéticos externos podem ser usados para controlar o processo de ruptura de gotas em termos de tempo para o rompimento e tamanho das gotas filhas. Campos externos aplicados na direção do escoamento atrasam o processo de ruptura e reduzem o tamanho da gota satélite. Notavelmente, há um número de capilaridade magnética crítico acima do qual a gota se torna tão alinhada com o escoamento que o rompimento não acontece. Alternativamente, quando o campo externo é aplicado perpendicularmente à direção do escoamento, dois mecanismos opostos ditam o processo de ruptura. Por um lado, a inclinação da gota cresce, o que aumenta as forças de cisalhamento que podem levar à ruptura. Por outro lado, a quantidade de líquido na região do pescoço da gota deformada também cresce, o que torna o processo de ruptura mais difícil. Assim, se a gota romper, o campo magnético aumenta o tamanho da gota satélite. Finalmente, também verificamos que os campos magnéticos externos aplicados perpendicularmente à direção do escoamento podem ser usados para induzir a ruptura de gotas que não iriam romper somente sob a ação do escoamento cisalhante. Em resumo, os resultados aqui apresentados destacam que os campos magnéticos externos podem ser potencialmente utilizados para controlar transformações topológicas de gotas de ferrofluido e projetar emulsões magnetoreológicas com funções específicas do material macroscópico. / This work has analyzed the response of a planar ferrofluid droplet immersed in a non-magnetic Newtonian liquid to the combined action of an external magnetic field and a simple shear flow. A numerical methodology based on the Projection Method and the Level-Set Method has been developed to solve the magnetic field, the full Navier-Stokes equations with additional capillary and magnetic forces, and capture the liquid-liquid interface. The results show that the magnetic force has a strong influence on the droplet inclination and emulsion viscosity. The drop alignment with the magnetic field direction increases with the field intensity. When the external field is parallel to the flow direction, the drop strongly aligns with the streamlines of the flow, which reduces its contribution to emulsion viscosity. In turn, when the external field is perpendicular to the flow direction, the droplet inclination becomes higher, leading to a dramatic increase in the two-phase liquid viscosity. We also show that external magnetic fields can be used to control the drop rupture process in terms of time to breakup and size of the daughter drops. External fields applied in the flow direction delay the breakup process and reduce the size of the satellite drop. Remarkably, there is a critical magnetic capillary number above which the drop becomes so aligned with the flow that breakup does not happen. Alternatively, when the external field is applied perpendicularly to the flow direction, two opposite mechanisms dictate the breakup process. One the one hand, the drop inclination grows, which increases the shear forces that might lead to the rupture. On the other hand, the amount of liquid in the neck region of the deformed droplet also grows, which makes the breakup process more difficult. Thus, if the drop breaks, the magnetic field leads to a larger satellite drop. Finally, we also verified that external magnetic fields applied perpendicularly to the flow direction can be used to induce the breakup of drops that would not break under the shear action only. In summary, the results we present here highlight that external magnetic fields can be potentially used to control topological transformations of ferrofluid droplets and design magnetorheological emulsions with specific macroscopic material functions.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2017. / Texto parcialmente liberado pelo autor. Conteúdo restrito: Capítulos 3, 4 e 5. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-04-12T15:56:41Z No. of bitstreams: 1 2017_VanessaPilatiPeixotoJucá_PARCIAL.pdf: 4653424 bytes, checksum: b741153d704913861cd22a5446a51208 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-04-20T20:39:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_VanessaPilatiPeixotoJucá_PARCIAL.pdf: 4653424 bytes, checksum: b741153d704913861cd22a5446a51208 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T20:39:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_VanessaPilatiPeixotoJucá_PARCIAL.pdf: 4653424 bytes, checksum: b741153d704913861cd22a5446a51208 (MD5) Previous issue date: 2018-04-20 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / A conversão de energia eletromagnética em calor, promovida por nanopartículas (NPs) magnéticas submetidas a campos magnéticos alternados, consiste em uma estratégia promissora no tratamento de enfermidades como o câncer por possibilitar um tratamento localizado. Esta tese apresenta um estudo experimental sobre o potencial de NPs de ferritas de Zn-Mn para aplicações em magnetohipertermia. Foram sintetizados diferentes fluidos magnéticos de dupla camada elétrica (EDF-MF) baseados em NPs núcleo/casca de composição ZnxMnyFewO4@-Fe2O3, com diferentes diâmetros e proporções de Zn/Mn. Observou-se um desvio estequiométrico sistemático com o aumento do teor de Zn e da concentração de base alcalina utilizada na coprecipitação hidrotérmica. Todas as NPs sintetizadas apresentaram uma estrutura cristalina cúbica do tipo espinélio e a composição núcleo/casca das mesmas foi evidenciada por técnicas de análise química e microscopia eletrônica de transmissão. As propriedades magnéticas das NPs foram investigadas utilizando fluidos magnéticos em regime diluído. Medidas da dependência térmica da magnetização acima da temperatura ambiente demostraram uma redução na temperatura de Curie com o aumento de teor de Zn. Por fim, ensaios de magnetohipertermia permitiram investigar a eficiência das NPs desta tese como fontes de calor, avaliando desde características intrínsecas das NPs (diâmetro, magnetização de saturação e anisotropia) até influências do comportamento coletivo. Os resultados demostraram que para NPs dispersas em EDL-MF, a interação dipolar magnética e a formação de agregados reduzem a eficiência de aquecimento das NPs. / The conversion of electromagnetic energy into heat, promoted by magnetic NPs when submitted to a time-varying magnetic field is a promising strategy in the treatment of infirmities such as cancer, giving the possibility of a localized treatment. This thesis presents an experimental study on the potential of Zn-Mn ferrite based NPs for magnetohyperthermia applications. Electric Double Layered Magnetic Fluids (EDL-MF) based on core/shell ZnxMnyFewO4@-Fe2O3 nanoparticles (NPs) with different diameters and Zn/Mn proportions have been synthesized. Systematic stoichiometric deviations were observed with increasing Zn content and alkaline base concentration during hydrothermal coprecipitation. All synthesized NPs presented a cubic spinel crystalline structure. The core/shell composition of the NPs was evidenced by chemical analysis and transmission electron microscopy. The NPs’ magnetic properties were investigated measuring magnetic fluids in dilute regimes. Measurements of the thermal dependence above room temperature demonstrated a reduction in Curie temperature with increasing Zn content. Finally, magnetohyperthermia measurements investigated the efficiency of our NPs as heat sources, evaluating NPs’ intrinsic characteristics (diameter, saturation magnetization and anisotropy), as well as collective behavior. The results showed that for NPs dispersed in EDL-MF, the magnetic dipolar interaction and the formation of aggregates reduce the heating efficiency of NPs.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-08-08T12:00:17Z No. of bitstreams: 1 2013_SuyaMaiadeSa.pdf: 1643484 bytes, checksum: ab6e384ea6c10598298e962f8e9023b3 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-08-08T14:28:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_SuyaMaiadeSa.pdf: 1643484 bytes, checksum: ab6e384ea6c10598298e962f8e9023b3 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-08-08T14:28:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_SuyaMaiadeSa.pdf: 1643484 bytes, checksum: ab6e384ea6c10598298e962f8e9023b3 (MD5) / A determinação da densidade superficial de carga é um tema de grande interesse na ciência coloidal. No caso de fluidos magnéticos com dupla camada elétrica (EDL-MF), o carregamento da superfície resulta da protonação/desprotonação de sítios na superfície dos nanocristais e, portanto, pode ser ajustado pelo pH do meio. Na última década, a partir de um método potenciométrico-condutimétrico (MPC) baseado em titulações simultâneas, foi proposta uma metodologia para o cálculo da concentração dos sítios superficiais carregados de nanopartículas de EDL-MF e caracterizar sua a pH-dependência com o modelo de 2-pK. Neste trabalho, propomos um modelo alternativo para determinar a densidade superficial de carga estrutural de nanopartículas de EDL-MF, que combina os princípios da titulação em massa e do MPC. Nesta abordagem, denominada Método Potenciométrico-Condutimétrico Modificado (MPCM), realizamos titulações potenciométricas-condutimétricas simultâneas em amostras de EDL-MF a partir de meio ácido (pH = 2,0). Em seguida, na região de titulação da superfície da partícula, deduzimos a quantidade de sítios protonados/desprotonados a partir do balanço de massa medindo-se a concentração dos íons hidrônio remanescentes na dispersão após cada adição de titulante. Os resultados do valor de saturação da densidade de carga de superfície obtidos com o MPCM estão em boa concordância com o do MPC. Além disso, a pH-dependência da carga de superfície determinada usando o MPCM é mais realista em comparação com o MPC, uma vez que não requer o estado de equilíbrio para o processo de transferência de prótons entre a superfície e o seio da dispersão. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The surface charge determination is a topic of outstanding interest in the colloid science. In the case of electric double layered magnetic fluids (EDL-MF), the surface charging arises from protonation/deprotonation equilibria on the nanocrystal surface and therefore can be tuned by the pH of the medium. In the last decade, from a potentiometric-conductimetric method (PCM) based on simultaneous titrations it has evidenced that EDL-MF behaves as a mixture of strong and weak diprotic acids. The former is related to the colloid bulk solution, and the latter is associated to the particle surface. The concentration of the charged surface sites was achieved using the mass balance. Then, by using a 2-pK model it has been possible to determine the pH dependence of the surface charge density. In this work we propose an alternative model to determine of the structural surface charge density of EDL-MF nanoparticles which combines the principles of the mass titration [2] and the PCM. In this approach, called Modified Potentiometric-Conductimetric Method (MPCM), we perform simultaneous potentiometric-conductimetric titrations of the EDL-MF samples starting from acidic medium (pH = 2.0). Then, in the region of the particle surface titration, we deduce the amounts of surface adsorbed/desorbed protons from the material balance measuring the concentration of hydronium ions remaining in dispersion after each addition of titrant. The results of the saturation value of the surface charge density obtained with the MPCM are in very good agreement with that of PCM. Moreover, the pH-dependence of the surface charge determined using the MPCM is more realistic compared with the PCM since it does not require the equilibrium state for the surface protonation/deprotonation process.

Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Faculdade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2017. / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-10-26T13:37:55Z No. of bitstreams: 1 2017_FabiaFaccinVeraLousada.pdf: 695445 bytes, checksum: d4214e28e7b489801234b1083786a361 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-10-30T20:00:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_FabiaFaccinVeraLousada.pdf: 695445 bytes, checksum: d4214e28e7b489801234b1083786a361 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-30T20:00:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_FabiaFaccinVeraLousada.pdf: 695445 bytes, checksum: d4214e28e7b489801234b1083786a361 (MD5) Previous issue date: 2017-10-30 / Nanopartículas Magnéticas à base de Manganita de Zinco e de Ferrita de Níquel foram sintetizadas utilizando o método da coprecipitação hidrotérmica em reator de metalurgia com finalidade de otimizar o processo de obtenção de fluídos magnéticos. Na coprecipitação hidrotérmica foram utilizadas diferentes temperaturas 150ºC, 200ºC e 250º C com o objetivo avaliar o comportamento do crescimento cristalino das nanopartículas. As Manganitas de Zinco foram produzidas utilizando o γA=πr^2-MnO2 como precursor e apresentam características que podem ser melhoradas com alterações térmicas por exemplo, em sua produção, obtivemos nanopartículas que não se apresentavam em fase única, porém com uma boa cristalização. As Ferritas de Níquel foram produzidas variando o seio de dispersão em meio poliol e aquoso para verificação do comportamento das nanopartículas, apresentando diferença significativa no tamanho das partículas obtidas. Em meio aquoso obtivemos nanopartículas muito grandes para serem dispersas em fluidos magnéticos, porém em meio poliol verificamos a obtenção de partículas com tamanho de 6 nm, com boa cristalização, abrindo caminho para obtenção de partículas com tamanho entre 15-20 nm, tamanho ideal para formação de fluido magnético para aplicações de hipertermia por exemplo. A caracterização das amostras foi realizada por difração de raios X (DRX) para constatação estrutural e Espectroscopia por Energia Dispersiva de raios X (EDX) para verificação de sua composição. / Magnetic Nanoparticles based on Zinc Manganite and Nickel Ferrite were synthesized using the hydrothermal coprecipitation method in a metallurgical reactor in order to optimize the process of obtaining magnetic fluids. In the hydrothermal co-precipitation different temperatures were used 150ºC, 200ºC and 250º C aiming to evaluate the behavior of the crystalline growth of the nanoparticles. Zinc Manganites were produced using γ-MnO2 as a precursor and have characteristics that can be improved through thermal changes, for example in their production, we obtained nanoparticles that did not appear in a single phase, but had a good crystallization. The nickel ferrites were produced by varying the dispersion sinus in polyol and aqueous medium to verify the behavior of the nanoparticles, showing a significant difference in the particle size obtained. In aqueous medium we obtained nanoparticles too large to be dispersed in magnetic fluids, but in the polyol medium we verified the obtainment of 6nm particles with good crystallization, opening the way to obtain particles with size between 15-20nm, witch is the ideal size to obtain the Magnetic fluid for hyperthermia applications for example. The characterization of the samples was performed by X-ray diffraction (XRD) for structural verification and X-ray Dispersive Energy Spectroscopy (EDX) to verify its composition.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-10-23T13:54:08Z No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) / Rejected by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br), reason: Bom dia, Por favor, adicione o título alternativo. Atenciosamente on 2017-11-01T14:14:58Z (GMT) / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-11-01T15:27:26Z No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-11-07T16:59:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-07T16:59:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) Previous issue date: 2017-11-07 / O presente estudo tem como objetivo a investigação dos efeitos provenientes da aplicação de campos magnéticos sobre o escoamento de um fluido magnético sujeito a uma expansão abrupta. O descolamento de camada limite provocado pela geometria do problema resulta na formação de zonas de recirculação. Simulações são realizadas visando a avaliação da possibilidade de controle da instabilidade gerada pela geometria deste problema físico, por meio da aplicação de um campo magnético. A formulação teórica do problema é composta de uma revisão das proposições existentes para a equação constitutiva de um fluido magnético, e de uma análise das equações do movimento resultantes de cada proposição. Visando a análise do acoplamento entre o comportamento magnético e hidrodinâmico deste material complexo, equações evolutivas para a magnetização são adotadas. Diferentes proposições são implementadas, incluindo estudos recentes referentes ao efeito da parte simétrica do tensor gradiente de velocidades sobre a magnetização deste meio polarizável. Um código computacional é desenvolvido utilizando o Método das Diferenças Finitas com uma abordagem pseudo-transiente. A formulação vorticidade-função de corrente é implementada para a solução deste problema. Resultados numéricos obtidos para diferentes formulações de equações evolutivas para a magnetização são comparados. Estudos computacionais são conduzidos para números de Reynolds 50 e 100. Observa-se a possibilidade de controle por parâmetros magnéticos do ponto de recolamento da camada limite e, consequentemente, do comprimento da zona de recirculação. / The present work investigates the effects provenient from an external magnetic field application on the flow of a ferrofluid subjected to a sudden expansion. The geometry-driven boundary layer detachment results in the formation of recirculating zones. Simulations were performed in order to evaluate the possibility of controlling this instability via magnetic fields. The theoretical formulation of this physical problem is composed by a review of the propositions for the constitutive equation of a ferrofluid, and by an analysis of the resulting linear momentum equation associated to each proposition. In order to analyze the coupling between the magnetic and hydrodynamic fields of this complex material, different evolutive equations for the global magnetization are considered. Different propositions are implemented, including the latest investigations regarding the effect of the symmetric part of the velocity gradient tensor on the magnetization on this polarizable medium. A computational algorithm is developed using the Finite Differences Method with a pseudo-transient approach. The vorticity-stream function formulation was implemented to solve this physical problem. The numerical results obtained considering different evolutive equations for the global magnetization are compared. Computational studies are conduced for Reynolds numbers 50 and 100. The possibility to control the boundary layer reattachment point due to magnetic parameters, and consequently the length of the recirculating zone, is observed.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2013. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-10-07T18:47:41Z No. of bitstreams: 1 2014_IcaroAlexandreFranciscodosSantosPereira.pdf: 1731829 bytes, checksum: 7da366c28bd093119a3548dc6536c835 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-10-08T15:05:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_IcaroAlexandreFranciscodosSantosPereira.pdf: 1731829 bytes, checksum: 7da366c28bd093119a3548dc6536c835 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-08T15:05:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_IcaroAlexandreFranciscodosSantosPereira.pdf: 1731829 bytes, checksum: 7da366c28bd093119a3548dc6536c835 (MD5) / A densidade superficial de carga é um parâmetro essencial para o monitoramento da estabilidade coloidal de EDL-MF, pois promove uma interação repulsiva capaz de contrabalançar as interações atrativas do tipo van der Waals e dipolar magnética. Recentemente, foi referenciada na literatura a influência do tamanho médio das nanopartículas sobre a o valor de saturação da carga superficial de EDL-MF. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo geral a investigação da influência da polidispersão sobre a densidade superficial de carga de EDL-MF. Foram analisadas amostras de coloides magnéticos aquosos à base de nanopartículas core-shell do tipo MnFe2O4@Fe2O3 com três tamanhos médios distintos. Os histogramas em carga superficial foram ajustados por uma função de distribuição do tipo sigmoidal dupla assimétrica, o que possibilitou a proposição de um modelo de distribuição bidispersa em densidade superficial de carga. A partir da modelização foi possível estimar as peculiaridades de um sistema polidisperso em carga superficial considerando-se apenas duas frações de nanopartículas. De forma geral, os valores de saturação médios da carga superficial determinados para as partículas de maiores tamanhos estão em excelente acordo com os valores obtidos por métodos tradicionais. Para as partículas de menores tamanhos, o modelo proposto não foi satisfatório devido ao reduzido tamanho cristalino das nanopartículas e à maior polidispersão, que impossibilitaram a subdivisão da população de nanopartículas em apenas duas frações. Conclui-se, portanto, que apesar de a polidispersão ser uma característica que influencia várias propriedades dos sistemas coloidais magnéticos, no caso das amostras investigadas, ela não foi determinante para o valor da densidade superficial de carga. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The surface charge density is a key parameter for monitoring the colloidal stability on EDL-MF since it promotes a tuning repulsive interaction against attractive interactions among nanoparticles, like van der Waals and magnetic dipolar. It has recently been referenced in the literature the size dependence of the nanoparticles mean size on the saturation value of the surface charge of EDL-MF. In this sense, the main goal of this work concerns the investigation of the influence of polydispersity on the surface charge density of EDL-MF. Samples of electrostatic stabilized magnetic colloids based on core-shell type nanoparticles (MnFe2O4@-Fe2O3) with three different mean sizes were analyzed. The histograms of surface charge distributions were fitted by an asymmetric double sigmoidal function, which allowed the proposition of a bidisperse distribution model in surface charge density. From the modeling, it was possible to estimate the peculiarities of a polydisperse system in surface charge considering only two fractions of nanoparticles. In general, the average of the charge saturation values determined for the nanoparticles of larger sizes are in excellent agreement with values obtained by using well established methods. For the sample of smaller particles, the proposed model was not satisfactory due to the small crystalline size of nanoparticles and their high polydispersity. Finally, although the size polydispersity is a feature that influences many properties of magnetic colloidal systems, in the case of the samples investigated here, it was not critical on the value of the surface charge density.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2014. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2014-12-02T15:00:48Z No. of bitstreams: 1 2014_DieimeCustodiadaSilva_Parcial.pdf: 4016950 bytes, checksum: 5f19e35cedc3770965a722c399d22021 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-12-03T10:11:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_DieimeCustodiadaSilva_Parcial.pdf: 4016950 bytes, checksum: 5f19e35cedc3770965a722c399d22021 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-03T10:11:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_DieimeCustodiadaSilva_Parcial.pdf: 4016950 bytes, checksum: 5f19e35cedc3770965a722c399d22021 (MD5) / Fluidos magnéticos (FMs) são suspensões coloidais estáveis, que consistem em nanopart ículas magnéticas suspensas em um líquido carreador, que pode ser orgânico ou inorgânico. As nanopartículas magnéticas investigadas nessa tese são ferritas cúbicas que apresentam um comportamento magnético, que varia em função da temperatura e do diâmetro. Além de numerosas aplicações industriais e biomédicas, FMs podem ser utilizados com sucesso para introduzir nanopartículas magnéticas em matriz de certos materiais. Dentre as aplicações industriais com a utilização de FMs, uma possível será a vermiculita magnética, objeto da patente PI0513014-0A de 31-08-2005, (LIMA, 2008). O foco principal do uso das nanopartí- culas magnéticas na vermiculita está na possibilidade do aumento da e_ciência, pelo método de separação magnética, no processo de retirada de óleos (como o petróleo) e metais pesados derramados em água, em grande escala, como em casos de desastres ecológicos em rios e mares, e a possibilidade do reaproveitamento do material utilizado e removido da água. Assim, nesse trabalho estudou-se o comportamento magnético de compósitos de vermiculita expandida mineral (VM) tratada com diferentes FMs. As análises concentram-se em dois compósitos magnéticos (CMs) e três FMs. Os FMs utilizados foram: FMI (fluido magnético iônico - I), FM1 (fluido magnético iônico - 1) e FMB1 (fluido magnético com bicamada surfactada - 1). Os CMs utilizados foram: VFM1-24h (vermiculita tratada com o FM1 por um tempo de 24h de adsorção) e VFMB1-24h (vermiculita tratada com o FMB1 por um tempo de 24h de adsorção). O FMB1 é constituído de nanopartículas magnéticas revestidas com dupla camada surfactada e dispersas em água destilada. As amostras dos FMs contêm nanopartí- culas de óxido de ferro maghemita (-Fe2O3) obtidas pela oxidação da magnetita (Fe3O4) e foram preparadas pelo método de coprecipitação química. Nessa tese foram feitas caracteriza ção estrutural e microscópica das nanopartículas na forma de pós utilizando a Difração de Raios-X, para obter informações sobre a formação das nanopartículas; Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), para obter informações acerca dos diâmetros médios e polidispersão das nanopartículas e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), para obter informação da composição da vermiculita mineral. Ademais, as propriedades magneto-ópticas dos FMs foram investigadas utilizando a técnica de Birrefringência Magnética Estática (BME) enquanto as propriedades magnéticas (fluidos e compósitos magnéticos) foram investigadas por meio da técnica de Magnetização - Magnetometria de Amostra Vibrante - VSM (Foner). As medidas de curvas de Magnetização (MXH) dos CMs e FMs foram obtidas em três temperaturas, de hélio líquido à ambiente, revelando diferentes parâmetros magnéticos. Para a análise dos dados de BME e MXH foi utilizado um modelo de ajuste que leva em consideração estruturas de aglomerados (dímeros, trímeros, etc) e partículas isoladas. Assim, através dos ajustes dos dados de MXH, utilizando-se uma função Langevin de primeira ordem modificada, foi possí- vel observar o comportamento magnético nesses materiais e a sua resposta magnética quando submetidos a baixos valores de campos magnéticos. Em particular, as análises dos dados de magnetização indicam a presença de partículas isoladas e aglomerados, de acordo com o meio hospedeiro e de acordo com a temperatura em que as nanopartículas são submetidas. / Magnetic fluids ( MFs ) are stable colloidal suspensions, comprising magnetic nanoparticles suspended in a carrier liquid which can be organic or inorganic. The employed magnetic nanoparticles are cubic ferrites, revealing magnetic behavior that varies depending on the temperature and size. In numerous industrial and biomedical applications, MFs can be used successfully to introduce magnetic nanoparticles into diferent templates. Among the industrial applications using MFs one emphasizes the production of magnetic vermiculite, described in the PI0513014 - 0A of 31-08-2005 (LIMA, 2008) patent. The main focus of the use of magnetic nanoparticles encapsulated within vermiculite is to enhance the eficiency of the magnetic separation process, mainly applied for oil and heavy metals removal out from water bodies, such as in ecological disasters, and the vary possibility of recycling the composite material for further use. Thus, in this work we studied the magnetic behavior of composites based on thermal expanded mineral vermiculite (MV) after treatment with diferent MFs. The analysis was focused on three MFs and two magnetic composites (MCs). The used MFs were: IMF (ionic magnetic fluid - I), MF1 (ionic magnetic fluid - 1) and MFB1 (magnetic fluid bilayer with surfactada - 1). The used MCs were: VMF1-24h (vermiculite treated with MF1 for a time of 24 hours adsorption) and VMFB1-24h (vermiculite treated with MFB1 for a time of 24 hours adsorption). The MFB1 is composed of magnetic nanoparticles surface-coated with a double molecular layer and dispersed in distilled water. The MFs samples containing iron oxide nanoparticles of maghemite (-Fe2O3) obtained by oxidation of magnetite (Fe3O4), were prepared by chemical co-precipitation. In this thesi structural and morfological characterization of the nanoparticles were made using X- ray di_raction and Transmission Electron Microscopy (TEM), the latter providing information about the average size and size dispersity. Scanning Electron Microscopy (SEM) was used to assess the composition of the mineral vermiculite. The magneto-optical properties of the MFs were investigated using the Static Magnetic Birefringence (SMB) technique whereas the magnetic properties (MFs and MCs) were investigated using Magnetization measurements - Vibrating Sample Magnetometer - VSM (Foner). The magnetization curves (MXH) of MFs and MCs were obtained at three temperatures, from liquid helium to room temperature, revealing difierent magnetic parameters. For the analysis of the SMB and MXH data a fitting model taking into account clusters (dimers, trimers, etc.) and individual particles was used. The MXH data were fitted using a modifed first-order Langevin function, thus assessing the materials' magnetic behavior and their magnetic response at lower magnetic field. In particular, the magnetization data's analysis indicates the presence of both isolated particles and agglomerates, influenced by the nature of the hosting template and the temperature to which the nanoparticles are subjected.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2014-12-02T14:12:31Z No. of bitstreams: 1 2014_AdrianoPossebonRosa.pdf: 12222238 bytes, checksum: 68bfcce27476b2cadc7c22bc0b081d69 (MD5) / Approved for entry into archive by Patrícia Nunes da Silva(patricia@bce.unb.br) on 2014-12-03T11:23:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_AdrianoPossebonRosa.pdf: 12222238 bytes, checksum: 68bfcce27476b2cadc7c22bc0b081d69 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-03T11:23:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_AdrianoPossebonRosa.pdf: 12222238 bytes, checksum: 68bfcce27476b2cadc7c22bc0b081d69 (MD5) / Neste trabalho é investigado o comportamento de suspensões magnéticas do ponto de vista microscópico e macroscópico. Experimentalmente é utilizado um reômetro de placas paralelas com um dispositivo capaz de gerar campos magnéticos de até 1 Tesla na direção perpendicular à vorticidade. Duas suspensões magnéticas diluídas são estudadas: uma suspensão de magnetita em óleo mineral e uma suspensão de maghemita em óleo naftênico. A viscosidade da suspensão de magnetita é analisada em função da fração volumétrica e da taxa de cisalhamento na ausência e na presença de campo magnético. Com base nos dados experimentais são propostas correlações para a viscosidade da suspensão de magnetita. Em seguida a viscosidade é analisada em função do campo magnético para diferentes taxas de cisalhamento. Em adição, é realizada uma análise em microscópio ótico das mudanças microestruturais da suspensão magnética. A viscosidade da suspensão de maghemita é investigada em função da taxa de cisalhamento e do campo magnético aplicado. Na parte numérica são simuladas suspensões de partículas magnéticas em um fluído base newtoniano em regimes brownianos e não-brownianos. As partículas, dipolares e perfeitamente esféricas, interagem magneticamente entre si e com o campo externo aplicado. Primeiramente, são utilizados os métodos de Monte Carlo e Dinâmica de Langevin para examinar em que condições o uso de fronteiras periódicas de interação magnética de partículas faz-se necessário. Para este fim, é investigado o comportamento da magnetização de equilíbrio para diferentes frações volumétricas e intensidades de interação magnética partícula. Em seguida é feito um estudo utilizando Dinâmica de Langevin com somas de Ewald em espaços periódicos da magnetização na presença de cisalhamento simples, sendo explorado o efeito da hidrodinâmica no alinhamento médio dos dipolos. Porfim é analisada a viscosidade rotacional em função da fração volumétrica, do campo magnético e da taxa de cisalhamento. Uma análise das estruturas formadas nas simulações numéricas é feita para explicar o comportamento da viscosidade rotacional em uma suspensão magnética. Os resultados numéricos foram comparados com soluções analíticas assintóticas nas mesmas condições de parâmetros físicos mostrando excelente concordância. Mesmo considerando a significativa diferença no tamanho das estruturas de partículas formadas, a comparação dos resultados das simulações numéricas com os dados experimentais de viscosidade mostrou-se qualitativamente consistente. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Micro and macroscopical behavior of magnetic suspensions is investigated in this work. In the experimental section, a rheometer of parallel disks with a magnetic cell is used. The magnetic cell can generate a magnetic fiux density varying between 0 and 1 Tesla in the perpendicular direction of the vorticity. Two magnetic suspensions are investigated: magnetite particles dispersed in mineral oil and maghemite particles in naftenic oil. The magnetite suspension viscosity is analyzed as a function of the particle volume fraction and shear rate with and without applied magnetic field. Correlations for the magnetite suspension viscosity are proposed based on experimental data. Viscosity dependence concerning magnetic field is investigated for difierent shear rates. Microstructure changes in the suspension caused by magnetic field is analyzed with an optic microscope. Maghemite suspension viscosity behavior is investigated as a function of the shear rate and the applied magnetic field. In the numerical section, magnetic suspensions of particles dispersed in a newtonian fluid are simulated in Brownian and non-Brownian conditions. Dipolar and spherically particles interact with each other and with an applied magnetic field. Firstly, the methods of Monte Carlo and Langevin Dynamics are used to determine which situations require the periodic boundary condition use to the correct convergence of the equilibrium magnetization. Secondly, the hydrodynamic forces influence in the magnetization is investigated with Langevin Dynamics and Ewald summation. Finally, the rotational viscosity dependence with particle volume fraction, magnetic field and shear rate is studied. The rotational viscosity behavior is explained with particles structures analysis in the simulations. Numerical results are compared with analytical solutions and an excellent agreement is achieved. Numerical and experimental results comparison show qualitatively consistence, even considering the great diferences in the particles structures size.