Orientador: Konstantin Georgiev Kostov / Coorientador: Vadym Prysiazhnyi / Banca: Olivia Maria Berengue / Banca: Gilberto Petraconi Filho / Banca: Carina Barros Mello / Banca: Munemasa Machida / Resumo: Este trabalho teve como objetivo o estudo dos parâmetros que influenciam o comportamento de um jato de plasma em pressão atmosférica e sua aplicação em deposição de filmes poliméricos. Com esta finalidade, foram utilizadas duas diferentes configurações de eletrodos em jatos de argônio: um de eletrodo anular externo e outro com eletrodo cilíndrico interno. Também foram utilizadas três geometrias diferentes de bocal de saída do jato (cônico fechado, reto e cônico aberto), usando um eletrodo cilíndrico interno. Os jatos de plasma de argônio operam em modo filamentar, com os filamentos se espalhando por todo o volume do tubo dielétrico, disposto coaxialmente ao eletrodo. Neste trabalho também foi desenvolvido um jato de plasma para a deposição de filmes poliméricos, constituído de um eletrodo de alta tensão em forma cilíndrica localizado no eixo longitudinal do jato, e um eletrodo aterrado na forma de anel que está fixado ao redor do bocal do jato. O estudo foi iniciado com a comparação de dois métodos utilizados para o cálculo da potência. Para os dois jatos de plasma observou-se que o método mais adequado para calcular a potência de descarga é o método da figura de Lissajous, que fornece um erro experimental menor que 3 %. Após realizar a caraterização elétrica dos jatos de plasma, pode-se observar que a potência e a forma de onda da corrente dependem de diferentes parâmetros, que são apresentados em ordem da maior a menor influência da distância bocal-substrato, ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The goal of this work was to study the parameters which influence the electrical behavior of a atmospheric pressure plasma jet and its application for polymeric films deposition. For this purpose, two different configurations of electrodes were used in argon jets: one with an external annular electrode and the other with an internal cylindrical electrode. Also, three different jet nozzle geometries were adopted using an internal cylindrical electrode: tapered nozzle, straight nozzle and enlarged nozzle. The argon plasma jets operate in filament mode, with the filaments spreading throughout the volume of the dielectric tube, arranged coaxially to the electrode. On this work, a plasma jet system was developed to deposit polymer films, this system consists of a cylindrical high voltage electrode located in the longitudinal axis of the jet, and a grounded electrode in the form of a ring that is fixed around the nozzle of the jet. The study started comparing both methods for calculation of the power of plasma jets. Afterwards, it was concluded that the best method was the Lissajous method giving 3 % of experimental error. After electrical characterization of the plasma jet it was found that the power and current were influenced by different parameters, presented in order of their importance: distance, gas flow, type of substrate and nozzle geometry. The polymer films deposition was influenced by the plasma jet geometry and the gas flow. The films deposited without movement have 1 µm/min of deposition rate. The XPS analysis shows that the films are made mostly from aliphatic groups C-C/C-H and in lesser extension by hydroxyl, ester and carboxylic acid. Through implementation of mobile platform was possible to deposit polymer films over larger area / Doutor

Orientador: Milton Eiji Kayama / Banca: Konstantin Georgiev Koslov / Banca: Tessie Gouvea da Cruz / Resumo: Este trabalho descreve o desenvolvimento de um dispositivo de geração de microdescargas de plasma operando à pressão atmosférica, sua caracterização e aplicação no tratamento de superfície polimérica. A microdescarga é produzida entre uma agulha e um eletrodo externo na forma de um cilindro. A agulha e o cilindro são dispostos coaxialmente com um capilar de borossilicato ou quartzo entre os mesmos. O sinal usado para excitar a descarga tinha a forma senoidal na frequência de 37 kHz. Estas microdescargas produziram plumas de plasma na extremidade da agulha. Medições da tensão de ruptura mostraram regimes distintos conforme a posição axial do cilindro em relação à agulha. Simulações com circuitos mostraram diferentes circuitos equivalentes ao dispositivo de microdescarga conforme esta posição relativa entre os eletrodos. Utilizando estas plumas no tratamento de superfícies de PET verificou-se redução do ângulo de contato com o tratamento que atinge um mínimo para tempos de 10 s. O ângulo de contato para diferentes posições em torno do ponto de tratamento foi ajustado à curvas baseadas em funções gaussiana e lorentziana. Isto possibilitou verificar o aumento da área tratada com o fluxo do gás quando a tensão na descarga se torna elevada. Para pluma de diâmetro menor que 1 mm o tratamento se estendeu em até 6 mm devido a dinâmica do gás da pluma. O dispositivo se mostrou confiável e com tratamento reprodutível na modificação das propriedades da superfície de materiais / Abstract: This work describes the development and characterization of a microplasma jet device operating at atmospheric pressure and its application on the treatment of a polymeric surface. The micro discharge was produced between a needle and a coaxial cylindrical electrode with a borosilicate or quartz capillary between them. The discharge occurs in a small gap between the capillary and the needle and a plasma plume is produced at the tip of the needle. The signal used to excite the discharge was sinusoidal at frequency of 37 kHz. Breakdown voltage measurement showed distinct regimes according to the axial position of the cylinder relative to the needle. Simulations showed different equivalent circuits for the device according to the relative position between the electrodes. The plasma plumes were used to treat PET surfaces. It was observed the reduction of the contact angle with the treatment time that saturates around 10 s. The contact angle measurements at different positions around the treatment point were fitted using Gaussian and Lorentzian functions in order to estimate the diameter of treated circular area around the contact point of the plume with the surface. It was observed an increase of the treated area with the flow rate gas particularly at high applied voltage. Diameter up to 6 mm was achieved for plasma plumes with diameter smaller than 1 mm due to gas dynamic effects. The repeatability on the treatment showed that the plasma jet is reliable to modify surface properties of materials / Mestre

Submitted by ALONSO HERNAN RICCI CASTRO null (alonso_elfisico@yahoo.com) on 2017-08-17T17:22:54Z No. of bitstreams: 1 Castro_AHR_PHD.pdf: 57242725 bytes, checksum: 36378feb1c1464a31ab9ed5824539173 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-08-23T17:50:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 castro_ahr_dr_guara.pdf: 57242725 bytes, checksum: 36378feb1c1464a31ab9ed5824539173 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-23T17:50:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 castro_ahr_dr_guara.pdf: 57242725 bytes, checksum: 36378feb1c1464a31ab9ed5824539173 (MD5) Previous issue date: 2017-06-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho teve como objetivo o estudo dos parâmetros que influenciam o comportamento de um jato de plasma em pressão atmosférica e sua aplicação em deposição de filmes poliméricos. Com esta finalidade, foram utilizadas duas diferentes configurações de eletrodos em jatos de argônio: um de eletrodo anular externo e outro com eletrodo cilíndrico interno. Também foram utilizadas três geometrias diferentes de bocal de saída do jato (cônico fechado, reto e cônico aberto), usando um eletrodo cilíndrico interno. Os jatos de plasma de argônio operam em modo filamentar, com os filamentos se espalhando por todo o volume do tubo dielétrico, disposto coaxialmente ao eletrodo. Neste trabalho também foi desenvolvido um jato de plasma para a deposição de filmes poliméricos, constituído de um eletrodo de alta tensão em forma cilíndrica localizado no eixo longitudinal do jato, e um eletrodo aterrado na forma de anel que está fixado ao redor do bocal do jato. O estudo foi iniciado com a comparação de dois métodos utilizados para o cálculo da potência. Para os dois jatos de plasma observou-se que o método mais adequado para calcular a potência de descarga é o método da figura de Lissajous, que fornece um erro experimental menor que 3 %. Após realizar a caraterização elétrica dos jatos de plasma, pode-se observar que a potência e a forma de onda da corrente dependem de diferentes parâmetros, que são apresentados em ordem da maior a menor influência da distância bocal-substrato, do fluxo de gás, do tipo de substrato e da geometria do bocal. A deposição de filmes poliméricos foi influenciada pela geometria do jato de plasma e do fluxo dos gases. Os filmes depositados sem movimento do substrato apresentam uma taxa de deposição de 1 m/min. A análise XPS mostrou que os filmes são constituídos em sua maioria por grupos alifáticos C-C/C-H e em menor proporção por hidroxila, éster e ácido carboxílico. Mediante a implementação de uma plataforma móvel foi possível depositar filmes poliméricos em uma grande área, o que amplia a gama de aplicações dos jatos de plasma desenvolvidos neste trabalho. / The goal of this work was to study the parameters which influence the electrical behavior of a atmospheric pressure plasma jet and its application for polymeric films deposition. For this purpose, two different configurations of electrodes were used in argon jets: one with an external annular electrode and the other with an internal cylindrical electrode. Also, three different jet nozzle geometries were adopted using an internal cylindrical electrode: tapered nozzle, straight nozzle and enlarged nozzle. The argon plasma jets operate in filament mode, with the filaments spreading throughout the volume of the dielectric tube, arranged coaxially to the electrode. On this work, a plasma jet system was developed to deposit polymer films, this system consists of a cylindrical high voltage electrode located in the longitudinal axis of the jet, and a grounded electrode in the form of a ring that is fixed around the nozzle of the jet. The study started comparing both methods for calculation of the power of plasma jets. Afterwards, it was concluded that the best method was the Lissajous method giving 3 % of experimental error. After electrical characterization of the plasma jet it was found that the power and current were influenced by different parameters, presented in order of their importance: distance, gas flow, type of substrate and nozzle geometry. The polymer films deposition was influenced by the plasma jet geometry and the gas flow. The films deposited without movement have 1 m/min of deposition rate. The XPS analysis shows that the films are made mostly from aliphatic groups C-C/C-H and in lesser extension by hydroxyl, ester and carboxylic acid. Through implementation of mobile platform was possible to deposit polymer films over larger area.

Orientadora: Leide Lili Gonçalves da Silva Kostov / Coorientador: Konstantin Georgiev Kostov / Banca: Roberto Zenhei Nakazato / Banca: Koshun Iha / Resumo: Neste trabalho amostras da liga de alumínio (Al) AA7075 foram expostas à dois tipos de plasmas atmosféricos frios: Descarga por Barreira Dielétrica durante 5 min, 7,5 min, 10 min e 15 min e ao jato de plasma por 20 s, 30 s, 40 s e 60 s. Após os tratamentos, a caracterização superficial da liga AA7075 foi realizada através de medidas de ângulo de contato, energia superficial, rugosidade, teste da fita de adesão (ASTM D3359), espectroscopia de fotoelétrons de raios - X (XPS), testes eletroquímicos e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Após os tratamentos a plasma, houve uma redução significativa nos valores de ângulo de contato e um aumento expressivo da energia superficial para ambos os tipos de plasmas. Verificou-se também que, os tratamentos a plasma não modificaram a topografia e rugosidade superficial das amostras. Através dos resultados do teste da fita de adesão foi observado que ambos os tratamentos foram eficientes na melhoria da adesão da camada de poliuretano sobre o substrato da liga de Al, quando comparada com a amostra não tratada. Os resultados de XPS confirmaram a formação de grupos polares contendo oxigênio e nitrogênio na superfície das amostras da liga de Al tratadas a plasma. Nos testes eletroquímicos, a capacitância do revestimento foi determinada e o potencial e a densidade de corrente de corrosão foram obtidas para cada condição estudada. Ambos os plasmas a pressão atmosférica foram eficientes em aumentar a adesão da tinta de poliuretano à superfície da liga de alumínio AA7075 / Abstract: In this work aluminium alloys AA7075 samples were exposed to two kinds of cold atmospheric plasma: Dielectric Barrier Discharge plasma for 5 min, 7,5 min, 10 min and 15 min, and plasma jet for 20 s, 30 s, 40 s e 60 s. After treatments, AA7075 alloy surface characterization was performed by measuring water contact angle, surface free energy, roughness, adhesion tape test (ASTM D3359), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electrochemical techniques and scanning electronic microscopy (SEM). After plasma treatments, there was a remarkable decrease in water contact angles values and a significant increase in surface free energy, for both types of plasma. It was also verified that, the plasma treatments did not modify the topography and roughness of the samples. With the adhesion tape test results, it was found that both plasma treatments were efficient in improving the adhesion of polyurethane coating on the aluminium alloy samples, when compared to the untreated one. The XPS results confirmed the formation of oxigen and nitrogen containing polar groups on the surface of Al alloy samples treated by plasma. With electrochemical techniques the coating capacitance of the painting was determined and the corrosion potential and the corrosion current density were obtained for each condition studied. Both atmospheric pressure plasma treatments were efficient in enhancing the adhesion of the poliurethane painting on the Al alloy AA7075 surface / Mestre

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EdalmyOA_DISSERT.pdf: 5395204 bytes, checksum: aa327d82551c66fd74b45b2c66f1d4ed (MD5) Previous issue date: 2003-11-25 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Foi constru?do e testado um novo sistema de jato a plasma obtido por descarga em catado oco. O sistema usado para deposi??o de filmes finos ? formado de um catado oco, que trabalha a altas press?es (aproximadamente 1 a 5 mbar), fonte DC (0 a 1200 V), c?mara cil?ndrica de borossilicato fechada por flages de a?o inox. No flange superior est? conectado o c?todo oco, o qual possui entrada de g?s e sistema de refrigera??o. Ele ? eletricamente isolado do resto do flange e polarizado negativamente. Em frente ao mesmo est? um porta amostra em a?o inox, m?vel, com dist?ncia variando entre 0 e 22mm, polarizado em rela??o ao c?todo com tens?es vari?veis entre 0 e 200V. Ambos os c?todos s?o equipados com termopares. Uma prote??o m?vel (shutter) ? colocada entre o c?todo oco e o porta amostra do substrato para proteger a amostra, enquanto se faz uma limpeza do c?todo. O equipamento foi testado com c?todo de cobre em cavidade de dimens?es diferentes. Foram investigadas influ?ncias dos par?metros prim?rios como di?metro, profundidade da cavidade de c?todo oco e a efici?ncia do equipamento. O fluxo de arg?nio foi fixado a 15 sccm, com press?o constante de 2,7 a 3,5 mbar. Cada filme foi depositado durante 15min e depois foi caracterizado por microscopia eletr?nica para verificar sua uniformidade. Atrav?s da varia??o das dimens?es do c?todo, foi poss?vel avaliar a taxa de desgaste do seu material, para as diferentes condi??es de trabalho. Valores de taxa de desgaste at? 3,2x10-6g/s foram verificados. Para uma dist?ncia do substrato de 11mm, o filme depositado ficou limitado a uma ?rea circular de 22mm de di?metro. Os filmes obtidos encontram-se com espessura em torno de 2,1μm/min

Orientador: Rogério Pinto Motta / Coorientador: Milton Eiji Kayama / Banca: Mauricio Antonio Algatti / Banca: Steven Frederick Durrant / Resumo: Um dispositivo de microdescarga para deposição à pressão atmosférica foi aplicado para produzir filmes de polímero HMDSO em substratos de vidro. O microplasma foi gerado a partir de uma descarga de barreira dielétrica (DBD) em um arranjo coaxial de uma agulha cirúrgica de aço inoxidável e um cilindro de latão com um capilar de borossilicato como dielétrico entre esses eletrodos. O sinal aplicado teve uma tensão sinusoidal com 5 kVP-P e frequência de 37 kHz. A linha de gás era semelhante ao arranjo Venturi para promover a mistura de gás e vapor monomérico. Essa mistura é ionizada formando uma pluma da ponta da agulha para o exterior do capilar. O gás era argônio com vazão na faixa de 0,2 - 1,0 L/s conduzindo um arrasto linear de massa com o valor máximo de cerca de 0,20 mg/s. A potência da descarga varia entre 0,1 - 0,9 W de acordo com a posição relativa do cilindro de latão e a ponta da agulha, para a mesma tensão aplicada. A deposição de HMDSO em substratos de vidro ocorre com o aumento de até 0,08 mg/s. A análise por espectroscopia de absorção no infravermelho dos filmes indicou a presença de vários grupos moleculares tipicamente presentes nos filmes poliméricos HMDSO. O ângulo de contato dos filmes varia entre 45º e 90º, com valores mais altos sob condições de campo elétrico alto quando o DBD ocorre próximo à ponta da agulha / Abstract: A microdischarge device for deposition at atmospheric pressure was applied to produce HMDSO polymer films on glass substrates. Microplasma was generated from a dielectric barrier discharge (DBD) in a coaxial arrangement of a surgical stainless steel needle and a brass cylinder with a borosilicate capillary as dielectric between these electrodes. The applied signal had a sinusoidal voltage with 5 kVP-P and 37 kHz frequency. The gas line had a Venturi type of arrangement in order to promote the mixture of gas and monomer vapour. That mixture is ionized forming a plume from the tip of needle to the exterior of the capillary. The gas was argon with flow rate in the range of 0,2 - 1.0 L/s leading to a linear dragging of mass with the maximum value about 0,20 mg/s. The power of the discharge varies between 0,1 - 0,9 W according to the relative position of the brass cylinder and the tip of the needle, for the same applied voltage. The deposition of HMDSO on glass substrates occurs with dragging up to 0,08 mg/s. The infrared absorption spectroscopy analysis of the films indicated the presence of several molecular groups typically present in HMDSO polymeric films. The contact angle of the films varies between 45o up to 90o with higher values under high electric field conditions when the DBD occurs close to the tip of the needle / Mestre

Orientador: Konstantin Georgiev Kostov / Resumo: Nos últimos anos, tem intensificado o emprego de plasmas em pressão atmosférica para diferentes aplicações. Com o desenvolvimento dos jatos de plasma em pressão atmosférica, alguns tratamentos precisos, como no campo biomédico ou em específicos processamentos de superfícies, tornaram-se mais frequentes. No entanto, a aplicação de plasma à objetos irregulares, dentro de tubos ou mesmo dentro de órgãos ocos é limitada quando se utilizam configurações convencionais de jatos de plasma. Portanto, essas limitações podem ser superadas com o desenvolvimento de jatos de plasma alongados ou gerados remotamente. Neste trabalho, duas configurações de jato de plasma longo visando diferentes campos de aplicação foram aperfeiçoadas e caracterizadas. Inicialmente foi desenvolvido um jato de plasma endoscópico (plasma endoscope) operando em configuração de descarga por barreira dielétrica (DBD) com dimensões milimétricas, versátil ao acoplamento em endoscópios típicos. Este jato de plasma pode operar com hélio ou neônio e conta com um canal externo e concêntrico de gás que permite a introdução de uma cortina de gás eletronegativo ao redor da pluma de plasma. A cortina de proteção a gás preserva a forma do jato de plasma quando operado dentro de cavidades fechadas. As dificuldades advindas do desenvolvimento deste foram investigadas quando diferentes gases foram testados como cortina de proteção dele, dentre estes, o dióxido de carbono se mostrou uma boa opção evitando a formação de descargas ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of atmospheric pressure plasmas for different purposes has increased in recent years. With the development of atmospheric pressure plasma jets, some precise treatments such as in the biomedical field or specific surface processing became more often. However, the delivery of plasma to irregular shaped objects, inside tubes or even hollow organs is limited with the use of conventional plasma jet configurations. Therefore, those limitations can be surpassed with the development of elongated or remotely generated plasma jets. In this work, two extended plasma jet configurations aiming at different application fields were further developed and characterized. Firstly, an endoscopic plasma jet (plasma endoscope) operating with a dielectric barrier discharge (DBD) configuration in millimeter dimensions that can be coupled to a typical endoscope was developed. This plasma jet can operate with helium or neon and counts with an external concentric shielding gas channel that provides the introduction of an electronegative gas curtain around the plasma plume. The shielding gas allows the preservation of the plasma jet shape when operated inside closed cavities. The construction difficulties arisen from the use of different feed and shielding gases were explored. Carbon dioxide was proven to be a good option for the curtain gas around the plasma plume avoiding the formation of parasitic discharges inside the shielding gas tube and the endoscopic housing. When operated with neon, th... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by Daniel Magalhães de Oliveira (daniel.steiger@live.com) on 2018-09-18T00:49:16Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Daniel Magalhaes de Oliveira OK.pdf: 10110047 bytes, checksum: 86cc594889112132d78452c96ef59879 (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-09-18T13:49:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveira_dm_dm_guara.pdf: 10110047 bytes, checksum: 86cc594889112132d78452c96ef59879 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-18T13:49:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveira_dm_dm_guara.pdf: 10110047 bytes, checksum: 86cc594889112132d78452c96ef59879 (MD5) Previous issue date: 2018-07-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Maior conscientização em relação as questões ambientais, atrelada a escassez de recursos, problemas ambientais globais e a políticas ambientais cada vez mais fortes influenciaram indústrias e pesquisadores a apreciar, estudar e desenvolver novos materiais a partir de fontes renováveis e novas tecnologias de fabricação. Entretanto, na literatura é reportado que a adesão interfacial entre fibras naturais e matriz polimérica é um fator que afeta as propriedades mecânicas do biocompósito, podendo ser melhorada por diversos tipos de tratamentos superficiais. Assim sendo, mantas de fibra de coco foram tratadas superficialmente por jato de plasma atmosférico, considerado menos agressivo ao meio ambiente quando comparado a tratamentos químicos, com o intuito de melhorar a adesão interfacial do biocompósitos. As fibras de coco foram caracterizadas com o objetivo de verificar a influência do tratamento nas propriedades físicas, químicas e térmicas. Verificou-se que o tratamento modificou a superfície das fibras e, consequentemente, sua hidrofilicidade e energia superficial, diminuindo o valor da permeabilidade. Parâmetros de processamento e o ciclo de cura mais adequado foram determinados como 80 ºC por 210 min, 135 ºC por 180 min e 160 ºC por 120 min, sem a aplicação de vácuo durante o processo e com fração volumétrica de fibras de aproximadamente 40 %. Inspeção acústica por ultrassom permitiu avaliar o processamento das placas dos biocompósitos verificando possíveis imperfeições causadas pela impregnação da fibra pela resina e sua homogeneidade. As análises termogravimétricas indicaram que a temperatura inicial de degradação dos biocompósitos é de 175 ºC. A temperatura de transição vítrea, determinada por DMA, é de aproximadamente 80 ºC. Os ensaios mecânicos apresentaram maiores valores de resistência à tração e de resistência à flexão para os biocompósitos reforçados com fibras tratadas quando comparados aos biocompósitos reforçados com fibras in natura. Maiores valores do módulo em tração e módulo em flexão, bem como os módulos de perda e armazenamento calculados por DMA para os biocompósitos reforçados com fibras tratadas sustentaram melhores propriedades mecânicas como resultado do tratamento a plasma. A morfologia da fratura dos biocompósitos indicou uma melhor adesão reforço-matriz para os biocompósitos com fibras tratadas. / Greater awareness regarding environmental issues, coupled with scarcity of resources, global environmental problems, and increasingly strong environmental policies have influenced industries and researchers to appreciate, study and develop new materials from renewable resources and new manufacturing technologies. However, literature reports that interfacial adhesion between natural fibers and polymeric matrix is a factor that affects the biocomposite mechanical properties, able to be improved by several types of surface treatments. Thus, coconut fiber mats were surface treated by atmospheric plasma jet, considered less aggressive to the environment when compared to chemical treatments, in order to improve interfacial adhesion with the polymer matrix to obtain biocomposites. Data from coconut fiber characterization shown that the treatment modified the fibers surface and consequently their hydrophilicity and surface energy, decreasing their permeability value. Processing parameters and most appropriate curing cycle were determined and defined as 80 °C for 210 min, 135 °C for 180 min and 160 °C for 120 min, without application of vacuum during the process and approximately 40 % fiber volume fraction. Ultrasonic acoustic inspection allowed evaluating the biocomposite plates processing by verifying possible imperfections caused by impregnation of the coconut fiber by the resin and its homogeneity. Thermogravimetric analysis indicated that the initial biocomposite degradation temperature is 175 °C. Glass transition temperature, determined by DMA, is approximately 80 °C. Mechanical tests presented higher values of tensile strength and flexural strength for the biocomposites reinforced with treated fibers when compared to the biocomposites reinforced with untreated fibers. Higher values of tensile and flexural modulus, as well as DMA loss and storage modulus for biocomposites reinforced with treated fibers sustained better mechanical properties because of the plasma treatment. Fracture morphology indicated better reinforcement-matrix adhesion for biocomposite reinforced with treated fibers / 136348/2016-5

Submitted by PEDRO GUILHERME SILVA PESCI null (peg_pesci@hotmail.com) on 2017-11-30T13:40:46Z No. of bitstreams: 1 Versão Final.pdf: 56735184 bytes, checksum: 4e1d7d9c3a8db1009fa3e028174b3593 (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2017-11-30T17:38:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pesci_pgs_me_guara.pdf: 56735184 bytes, checksum: 4e1d7d9c3a8db1009fa3e028174b3593 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-30T17:38:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pesci_pgs_me_guara.pdf: 56735184 bytes, checksum: 4e1d7d9c3a8db1009fa3e028174b3593 (MD5) Previous issue date: 2017-11-24 / Materiais utilizados em componentes de veículos espaciais, como em tubeiras ou superfícies expostas à reentrada atmosférica, são sujeitos a ambientes termicamente agressivos. Este trabalho apresenta estudos envolvendo o desempenho de materiais compósitos utilizados em sistemas de proteção térmica, a partir da exposição a jatos de plasma, onde os fluxos de calor são comparáveis aos da reentrada atmosférica de componentes de veículos espaciais. Amostras de compósitos ablativos de carbono/fenólica foram ensaiadas no túnel de plasma do Laboratório de Plasmas e Processos do ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica), por meio de uma tocha de plasma alimentada por uma fonte de energia elétrica de corrente contínua de 50kW. Os parâmetros de operação do túnel de plasma foram otimizados para reproduzirem as condições próximas do ponto crítico de reentrada das cargas úteis dos veículos espaciais desenvolvidos pelo IAE (Instituto de Aeronáutica e Espaço). As amostras em estudo foram desenvolvidas e fabricadas no Brasil, a partir de materiais de especial interesse do IAE. Para comparação, foi também ensaiado outro material com propriedades já bem estabelecidas como o teflon, sob as mesmas condições ablativas. Foram determinadas as perdas de massa e as taxas de perda de massa específicas das amostras, as temperaturas radiométricas superficiais e termométricas internas, em função do tempo de exposição ao fluxo térmico. Foi realizada também a avaliação da evolução das interfaces por comparação entre simulação e a amostra após o ensaio. Os resultados obtidos permitiram estimar as propriedades do comportamento ablativo dos materiais testados e validar o modelo teórico usado na simulação computacional para sua utilização em geometrias próximas às dos sistemas de proteção térmica utilizadas no setor aeroespacial / Materials used in space vehicles components, such as nozzles or surfaces exposed to atmospheric reentry, are subjected to thermally aggressive environments. This work presents studies involving the performance of composite materials used in thermal protection systems, through the exposure to plasma jets, where the heat fluxes are comparable to atmospheric reentry of space vehicle components. Samples of ablative carbon/phenolic composites were tested in the plasma tunnel of ITA’s (Aeronautics Institute of Technology) Plasma and Process Laboratory, by a plasma torch with a 50kW DC power source. The plasma tunnel operating parameters were optimized to reproduce the conditions close to the critical re-entry point of the space vehicles payloads developed by the IAE (Aeronautics and Space Institute). The samples in study were developed and manufactured in Brazil, from materials of special interest to IAE. For comparison, another material with well established properties such as teflon was also tested under the same ablative conditions. The mass loss and the specific mass loss rates of the samples, the surface radiometric and internal thermometric temperatures, as a function of the exposure time to the thermal flow, were determined. The evolution of the interfaces was also performed by comparison between simulation and the sample after the test. The results allowed to estimate the properties of the ablative behavior of the materials tested and to validate the theoretical model used in the computational simulation for its use in geometries close to the thermal protection systems used in the aerospace sector

Cerâmicas piezelétricas possibilitam posicionamento e sensoriamento de precisão ou captação de energia mecânica valendo-se do efeito piezelétrico, capaz de converter energia mecânica em elétrica ou o contrário. Para aprimorar ou estender as aplicações dessas cerâmicas, mecanismos flexíveis podem ser acoplados a elas, formando um Dispositivo Piezelétrico Flextensional (DPF). No projeto desse tipo de estrutura, o conceito de Material com Gradação Funcional (MGF) é interessante, já que esses materiais apresentam variações graduais de suas propriedades efetivas, permitindo a alternância entre um material mais flexível e um mais rígido de acordo com a intensidade de deslocamento desejada em cada região da estrutura. Assim, neste trabalho, implementa-se o Método de Otimização Topológica (MOT) no projeto de estruturas gradadas com o intuito de identificar as vantagens e desvantagens da utilização do conceito de MGF em DPF. Esse método combina algoritmos de otimização e o Métodos dos Elementos Finitos (MEF) para distribuir material dentro de um domínio fixo através de um modelo de material, que no presente caso é o de Material Isotrópico Sólido com Penalização (MISP) adaptado a MGF. Na fabricação desses dispositivos otimizados, utiliza-se a Sinterização por Jato de Plasma (SJP) para a obtenção de tarugos gradados que são submetidos a processos de eletro-erosão e de corte a laser. Por fim, para a verificação dos resultados numéricos, utiliza-se um vibrômetro para aferir os deslocamentos dos protótipos de atuadores fabricados. / Piezoelectric devices enable precision positioning and sensing or mechanical energy harvesting based on the piezoelectric effect. In flextensional piezoelectric devices, flexible coupling structures are attached to ceramics to improve or extend the application possibilities. On the design of this kind of structure, the concept of Functionally Graded Materials (FGM) can be interesting, since it allows gradual variations of its effective properties along some direction by mixing two or more materials. Thus, in order to identify the advantages and disadvantages of using FGM, graded flexible coupling structures that maximize the performance of piezoelectric devices are obtained by implementing the Topology Optimization Method (TOM). This method combines optimization algorithms and the Finite Element Method (FEM) to distribute material inside a fixed domain. In this work, the formulation is based on the Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) material model adapted for the FGM concept, which can represent continuous change in material properties along the domain. Resulting optimal graded topologies of coupling structures are presented and compared with homogeneous structures. Finally, graded devices are manufactured through Spark Plasma Sintering (SPS) technique in order to be characterized, validating numerical results. The numerical results demonstrate the TOM efficacy in designing functionally graded piezoelectric devices and show, by its implementation, significant gains in graded mechanisms performance when compared with analogous homogeneous. Furthermore, the feasibility of proposed manufacturing process is confirmed, allowing the fabrication of prototypes with expected behavior.