Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Química. / Made available in DSpace on 2013-06-25T18:50:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 311570.pdf: 14161023 bytes, checksum: ba361cab54000c859ea50907198d84b0 (MD5) / Na presente tese, um sistema de plasma térmico de argônio foi aplicado para promover a pirólise do CH4 e da mistura CH4/CO2. O principal produto obtido na conversão do CH4 e CO2 por plasma térmico foi o gás de síntese (H2 + CO), com rendimento máximo de 72 % e 59 % de CO e H2 respectivamente. Na reforma do CH4, os resultados mostraram que a conversão do metano aumentou com o aumento da vazão de metano no sistema, chegando ao valor máximo de 98 %. O principal produto gasoso formado na reforma do metano foi o H2, que apresentou rendimento máximo de 98 %. Além de H2 e CO, foram identificados também: C2H2, C2H4, C3H4, C4H6 e C6 +. O produto sólido da reação foi caracterizado como sendo negro de carbono (carbon black) quando a reação foi realizada sem a presença de catalisador no sistema e nanotubos de carbono foram formados na presença de catalisadores. Para os estudos de adsorção, o negro de carbono foi ativado quimicamente com KOH e fisicamente com CO2, sendo que o potencial adsorvente do negro de carbono foi testado na remoção do corante Reativo Preto 5 em solução mostrando uma boa capacidade adsorvente. Na investigação das propriedades superficiais da amostra, o negro de carbono sem ativação apresentou SBET = 66 m2.g-1, enquanto as amostras de negro de carbono ativadas com KOH e OH/CO2 apresentaram SBET = 122 m2.g-1 e SBET = 480 m2.g-1 respectivamente, mostrando que os processos de ativação foram favoráveis ao aumento da área específica do negro de carbono. Por fim, nos estudos de pirólise realizados na presença dos catalisadores 10Ni/Al2O3, 10Ni/5Ce e 5Ni/Al2O3 foram obtidos nanotubos de carbono, sendo confirmados por espectroscopia Raman e MET. / Environmental problems are a direct result of human intervention in the different ecosystems around the globe. Due to increased industrial activity, the release of gases has become a serious environmental problem and there is a clear need to seek alternatives to promote the reduction of greenhouse gases in the atmosphere and also to develop processes capable of producing stable materials with added value. Of all the gases, CH4 and CO2 deserve special attention because they contribute to the greenhouse effect. In this context, one alternative to promote the reduction of such greenhouse gases in the atmosphere and obtain materials that have commercial application is thermal plasma pyrolysis, and the main products of interest obtained in the plasmainduced reactions are: hydrogen, different allotropic forms of carbon, and syngas. In this context, the focus of this research was to apply the thermal plasma of argon to promote the pyrolysis of CH4 and a CH4/CO2 mixture. The plasma torch used for the ionization of the argon arc was the non-transferred electric arc with a direct current (DC) power source. The gaseous products were identified and quantified by GC and the solid product was characterized by Raman spectroscopy, SEM, FEG, TEM, enthalpy of combustion, specific area, pore volume and average pore diameter. The effect of the gas flow and conversion ability were investigated. The results showed that the degradation of CH4 decreased with increased CO2 in the system, and the average conversion of CH4 in the CH4/CO2 mixture was 82.7%. The degradation percentage of CO2 also decreased with increased CO2 in the fixed system while maintaining the flow of methane. The main product in the conversion of CH4 and CO2 by thermal plasma was the synthesis gas (CO + H2), with maximum yields of 72.2% and 59.1% CO and H2, respectively. In the reforming of CH4 by thermal plasma, without the presence of CO2 in the system, the results showed that the conversion of methane increased with increasing flow of methane in the system, reaching a maximum value of 98.4%. The main gaseous product formed in the methane reforming was H2, which showed a maximum yield of 98.7%. In addition to CO and H2, the following were also identified: C2H2, C2H4, C3H4, C4H6 and C6 +. The solid product of the reaction was characterized as carbon black when the reaction was performed without the presence of a catalyst system and carbon nanotubes were formed in the presence of catalysts. TEM analysis of the carbon black showed the formation of aggregates and branching, with many open spaces expected, thus providing good adsorbent properties. For adsorption studies, the carbon black was activated chemically with KOH and physically with CO2, and the black carbon showed a high capacity as an adsorbent when tested in the removal of Reactive Black 5 dye in solution. In the investigation of the surface properties of the sample, the carbon black showed no activation (SBET = 66 m2.g-1) while the carbon black samples activated with KOH and KOH/CO2 gave values of SBET = 122 m2.g-1 and SBET = 480 m2.g-1 respectively. These results show that the activation processes favored an increase in the specific area of carbon black. In the analysis of porous materials, the carbon black samples which were non-activated and activated with KOH were characterized as macroporous materials, while the sample activated with CO2 was mesoporous. Carbon nanotubes were obtained in the studies conducted in the presence of 10Ni/Al2O3, 10Ni/5Ce and 5Ni/Al2O3 catalysts, as confirmed by Raman spectroscopy and TEM. In the Raman spectroscopy, the ID/IG ratio for all samples indicated the presence of carbon nanotubes with defects or impurities, and the sample obtained with 5Ni/Al2O3 had the lowest value for the ID/IG ratio indicating that the carbon nanotubes of this sample had higher purity than that of the other samples.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T00:04:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-19T21:28:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 189799.pdf: 2299615 bytes, checksum: 3613a549f36637223f6b44ba31c08489 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-20T06:49:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T02:02:02Z : No. of bitstreams: 1 181976.pdf: 66735539 bytes, checksum: e54234f5758036a6c9d7162f1097aa53 (MD5) / Neste trabalho foi estudada a utilização de plasma (descarga luminescente anormal de corrente contínua - DLA) para a extração de ligantes e a sinterização de metal duro, WC - 10% Co. A pesquisa iniciou-se com a obtenção de amostras de metal duro, através da compactação uniaxial em matriz e da moldagem por injeção. Objetivando a definição das diversas variáveis da descarga, foi realizada uma caracterização do processo de aquecimento por plasma, obtendo-se as condições para viabilizar os processos térmicos estudados. Também, foi estudada a viabilidade da extração de ligantes por plasma, avaliando a influência dos parâmetros: temperatura e tempo da extração, mistura gasosa e taxa de aquecimento. Posteriormente foi estudada a sinterização em plasma (DLA) em diversos estágios da fase de aquecimento, até a temperatura de 13800C, caracterizando o processo através do parâmetro de densificação, análises por microscopia ótica e eletrônica e difração de raios X. Concomitantemente, estudou-se o efeito da utilização de distintos materiais como cátodo e ânodo da descarga, bem como de distintas misturas gasosas. Observou-se a formação de filmes sobre o metal duro, devido ao depósito de átomos provenientes do cátodo ("sputtering"). Finalmente, foi medido o teor de carbono no metal duro durante o seu processamento, e foi estudada, no plasma, a manutenção do teor de carbono estequiométrico usando uma mistura gasosa de Ar-H2-CH4. Nestes estudos constatou-se a formação de cristais de diamante na superfície do metal duro, concomitantemente a sua sinterização. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que a utilização de plasma (DLA) para o processamento térmico do metal duro, em um ciclo único, é viável e eficaz.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-20T13:50:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 193082.pdf: 6385312 bytes, checksum: 2e5bc7e9763d7e90e97f59f9a6bdbbb0 (MD5) / A aplicação industrial de técnicas de processamento de materiais por plasma vem apresentando um notável crescimento nos últimos anos. Este crescimento deve-se a algumas características particulares destes processos, dentre elas pode-se citar: fácil automação do processo, economia de gases (por trabalhar-se em geral à baixas pressões), vantagens ecológicas (uma vez que tratamentos por plasma são, em geral, não poluentes ou muito pouco poluentes) e qualidade dos tratamentos. Dentre os tratamentos por plasma destacam-se os do tipo físicos (deposição de filmes e sinterização) e os termoquímicos (nitretação, boretação, cementação). O foco do presente trabalho é o estudo experimental e teórico do processo físico de deposição de níquel proveniente da pulverização catódica sobre amostras de ferro. O processo de deposição foi realizado em condições equivalentes às utilizadas na sinterização por plasma na configuração ânodo-cátodo confinado. A amostra (ânodo) foi posicionada concentricamente no interior do cátodo cilíndrico, com espaçamento de 6,25 mm. O cátodo é constituído de Níquel 200 (níquel comercialmente puro) e as amostras de aço IF (interstitial free) e de ferro puro sinterizado. Para os tratamentos foram fixados os seguintes parâmetros: fluxo de gases em 240 sccm (standard cubic centimeter per minute), mistura gasosa em 80% Ar / 20% H2 e temperatura em 1150 °C. Foram estudadas as variações do processo de deposição em função da tensão da fonte (500, 600 e 700 V) e do tempo de processamento (0, 0,5, 1, 1,3 e 2 h). As amostras foram caracterizadas por medidas de ganho de massa, microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura e por micro análise por energia dispersiva de raios X. No estudo teórico, foi utilizado o método dos volumes finitos para a simulação da difusão de massa na amostra e na fase gasosa. Os experimentos mostraram que o processo de deposição ocorre com taxa de deposição constante em relação ao tempo de processamento e que a taxa de deposição varia de maneira linear com a tensão aplicada na fonte, para as condições estudadas. Os resultados do modelo de difusão aplicado para a amostra apresentaram boa concordância com os dados experimentais. Já no modelo para a fase gasosa encontrou-se dificuldade para estimar alguns parâmetros necessários, entretanto este ajudou a esclarecer alguns aspectos importantes na fenomenologia do processo. Estudos mais aprofundados, sobretudo sobre a descarga elétrica, são necessários para completa compreensão deste processo.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais. / Made available in DSpace on 2012-10-20T14:02:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 194108.pdf: 5194569 bytes, checksum: 4eaa2507dda4c6c06aff425b25dd5e8f (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-18T13:17:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T00:14:56Z : No. of bitstreams: 1 184454.pdf: 95405311 bytes, checksum: 5c6189d388f3d03828d09b7cf27c6fd7 (MD5) / Nesta tese, apresenta-se o desenvolvimento e a validação de um reator piloto para processamento de materiais por plasma. O trabalho foi estruturado com o emprego de uma metodologia de desenvolvimento de produtos industriais, derivada dos conceitos introduzidos por Pahl e Beitz e adaptada no Núcleo de Desenvolvimento Integrado de Produtos - NeDIP/UFSC. A base de conhecimento sobre a qual foi erguido o trabalho consiste, além da literatura pertinente às disciplinas envolvidas, dos resultados de um extensivo programa de pesquisas em processamento de materiais por plasma desenvolvido na última década no âmbito do Laboratório de Materiais - labMAT/UFSC. Os processos por plasma considerados são a sinterização de materiais metálicos e a etapa de extração de ligantes no processo de moldagem de pós por injeção - PIM (powder injection moulding). Por sua natureza, entretanto, o sistema desenvolvido permite ainda a execução de processos de tratamento superficial, como nitretação e cementação, e de limpeza, por sputtering. A possibilidade de reunião de diferentes processos em ciclo único no reator representa um novo conceito na produção de componentes mecânicos pela tecnologia da metalurgia do pó. Demonstra-se a efetiva possibilidade de se promover o aquecimento por plasma de lotes de componentes mecânicos, obtidos via metalurgia do pó, até os níveis de temperatura requeridos para sua sinterização. Uma forte natureza multidisciplinar caracteriza este projeto, que envolve a seguinte coleção de áreas de conhecimento: física de plasmas, engenharia de materiais, termociências, tecnologia de vácuo, eletrônica de potência, instrumentação e controle de processos. A integração coordenada destas áreas de conhecimento no espaço de desenvolvimento do reator piloto foi promovida pela sistematização inerente à metodologia de desenvolvimento de produto adotada. O produto do trabalho (reator piloto) constitui um resultado em si, que vai ao encontro de argumentos que corroboram a validade e a importância do emprego de metodologias de desenvolvimento de produto na síntese de soluções com aplicação no parque industrial. A partir de um conjunto de necessidades pertinentes ao produto, ao usuário e aos processos, foi sintetizado um conjunto de informações que se mostrou suficiente para a construção do reator piloto. O reator construído corresponde, em resumo, a um núcleo de contenção do processo, formado por uma câmara de vácuo, especialmente projetada para acomodar os elementos acessórios que desempenham funções relativas ao processamento, e um conjunto de sistemas 'satélites': sistema de vácuo, sistema de alimentação de energia, sistema de suprimento da mistura gasosa, sistema de abertura e fechamento da câmara, sistema de arrefecimento e sistemas de condicionamento de sinais de entrada e saída, analógicos e digitais. Estes sistemas foram devidamente adaptados para permitir a implementação das funções que tornaram possível a automatização dos ciclos de processamento: programação, monitoramento, registro e controle. A interface com o usuário se dá através de um computador, que mantém em execução o software SISREAT desenvolvidos paralelamente. Um segundo software, GRAFREAT, foi desenvolvido para a emissão de relatórios. Ainda, para viabilizar o funcionamento do controle de temperatura, foi desenvolvido um algoritmo de supressão de arcos, integrado a um algoritmo PID clássico usado no controle de processos em geral. A validação do reator piloto foi realizada com experimentos de processamento em ciclo único de componentes moldados por injeção, reunindo-se as etapas de extração do ligante e sinterização. Lotes piloto de componentes foram processados em diferentes configurações de suportes de componentes. As principais propriedades de interesse nos materiais obtidos são apresentadas e discutidas.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T23:59:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T03:46:58Z : No. of bitstreams: 1 141759.pdf: 20021427 bytes, checksum: 9ba4851551575470b326e981778a5505 (MD5)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-05Bitstream added on 2014-06-13T19:53:18Z : No. of bitstreams: 1 mitmapillaca_ejd_me_guara.pdf: 802438 bytes, checksum: be2c83ec017ba3f36efb9e9da538c9e6 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / O estudo do efeito do campo magnético sobre o processo de implantação iônica por imersão em plasma (3IP) é de grande interesse para o tratamento de materiais. Sendo 3IP uma técnica relativamente nova e de grande relevância para diversas aplicações tecnológicas é importante que ela seja pesquisada e analisada detalhadamente. A aplicação de um campo magnético estático, transversal em relação ao campo elétrico formado durante este processo produz um sistema de campos cruzados ExB. Este sistema de campos cruzados gera um aumento significativo da densidade de plasma na vizinhança do alvo, resultando num maior corrente de implantação, e conseqüentemente um tratamento mais rápido e uma dose retida mais alta em relação ao processo 3IP convencional. Neste trabalho, analisamos mediante simulação numérica, o efeito da distribuição do campo magnético axial no processo 3IP. O campo magnético é produzido por um par de bobinas instaladas fora da câmara de vácuo cujos raios e distância de separação são variadas. Encontramos que a densidade de corrente de implantação depende essencialmente da configuração do campo magnético. Assim, com uma adequada configuração das bobinas (10,0 cm de raio e 42,0 cm de separação) obtivemos uma densidade de corrente quase uniforme de aproximadamente 1,5 mA/cm2 que é 1.5 vezes maior em relação ao caso do sistema 3IP sem campo magnético. O efeito da tensão aplicada assim como da pressão do gás sobre o plasma no processo 3IP é também investigado. O sistema 3IP com campos ExB cruzados é estudado utilizando a técnica de simulação numérica em duas dimensões. Esta simulação é realizada com o código computacional KARAT que emprega o algoritmo “particle-in-cell” (PIC) para simular o movimento de partículas carregadas no campo eletromagnético. / Detailed investigation of the effect of magnetic field on the process of plasma immersion ion implantation (PIII) is of great interest for the material treatment. Being a relatively novel and of great relevance for technological applications technique, the PIII demands further research and careful analysis. The application of static magnetic field, transversal in respect to the electric field established during this process, produces a system of crossed fields ExB. This system of crossed fields promotes an increase of the plasma density, resulting in higher implantation current, and consequently in a shorter treatment time and a higher retained dose in comparison to the conventional PIII process. In this work we have analyzed by means of numerical simulation the effect of magnetic field distribution on the PIII processing. The magnetic field is produced by a pair of external coils, whose radii and separation distance were varied. We found that the density of the implantation current essentially depends on the magnetic field configuration. Thus, with an appropriate configuration of the coils (10,0 cm radius and separation of 42,0 cm) we have obtained an almost uniform current density of approximately 1,5 mA/cm2 that is 1,5 times bigger in relation to the case PIII without magnetic field. The effect of the target bias as well as the gas pressure on the ion current incident on the target is also investigated. The PIII system with crossed ExB fields has been studied using two-dimensional numerical simulation. The simulation is accomplished by the computer code KARAT which employs the particle-in-cell (PIC) algorithm for simulating the movement of charged particles in the electromagnetic field.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-08Bitstream added on 2014-06-13T20:14:00Z : No. of bitstreams: 1 santos_alr_me_guara.pdf: 967831 bytes, checksum: 8cbbf37b87afd6e4a7c7ecc3380f9ebf (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Materiais poliméricos têm sido amplamente utilizados em várias áreas tecnológicas e biomédicas, devido às suas excelentes propriedades mecânicas, térmicas e elétricas. No entanto, estes materiais têm baixa energia de superfície e, portanto, não aderem facilmente a outros materiais. Por isso, para muitas aplicações é necessário modificar a superfície do polímero, a fim de aumentar a sua energia de superfície. Tratamentos a plasma à pressão atmosférica têm sido muito utilizados para modificar as propriedades superficiais de polímeros comerciais, devido aos baixos custos do processo. Este trabalho apresenta os resultados do tratamento de tereftalato de polietileno (PET), poliuretano (PU) e de politetrafluoretileno (PTFE) em plasma de descargas com barreira dielétrica (DBD) em ar, nitrogênio e argônio, à pressão atmosférica. As superfícies tratadas foram caracterizadas por medidas de ângulo de contato, espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) e microscopia de força atômica (AFM). A superfície polimérica, modificada nas DBD a pressão atmosférica, mostraram uma redução significativa no ângulo de contato da água, embora uma recuperação parcial da molhabilidade ocorresse nos primeiros dias após o tratamento. Todavia, a recuperação foi insuficiente para que as amostras tratadas recuperassem a sua molhabilidade original. Análises de XPS mostraram um aumento na concentração de oxigênio na superfície, devido à formação de grupos polares, tais como C-O e OC= O. Um pequeno aumento na concentração de nitrogênio também foi observada. Imagens de AFM mostraram um aumento da rugosidade de polímeros tratados, decorrentes da interação física entre as espécies geradas na descarga e a superfície do polímero. A superfície ativada e a elevada tensão superficial dos polímeros tratados devem levar a um aumento da aderência do polímero. / Polymeric materials have been widely used in various biomedical and technological applications, due to their excellent mechanical, thermal and electric properties. However, these materials have low surface energy, and thus not easily adhere to other materials. Therefore, for many applications it is necessary to modify the polymer surface in order to increase its surface energy. Plasma treatments at atmospheric pressure have been frequently used to modify the surface properties of commercial polymers, due to their low process costs. This work reports the results of polyethylene terephthalate (PET), polyurethane (PU) and polytetrafluoroethylene (PTFE) treatments in plasma by dielectric barrier discharges (DBDs) in air, nitrogen and argon at atmospheric pressure. The plasma-modified surfaces were characterized by contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and atomic force microscopy (AFM). The polymer surface, modified by DBD at atmospheric pressure, showed a significant decrease in water contact angle although a partial recovery of the surface wettability occurred during the first few days after the treatment. However, the process of hydrophobic recovery was insufficient for complete recovering of the samples original wettability. XPS analysis showed an increase of the oxygen concentration on the surface, due to the formation of polar groups, such as C-O and OC= O. A small increase in the concentration of nitrogen was also observed. AFM images exhibit an increased roughness of the treated polymers because of the physical interaction between the species generated in the discharge and the polymer surface. The activated surface and high surface tension of treated polymers should promote an enhancement of the polymer adhesion to paints and coatings.