Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2014. / Submitted by Larissa Stefane Vieira Rodrigues (larissarodrigues@bce.unb.br) on 2015-02-02T14:33:48Z No. of bitstreams: 1 2014_GelsondeSousaAlves.pdf: 3157421 bytes, checksum: eeab3b2a19a7016154bca4fa5dc72938 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-02-03T19:23:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_GelsondeSousaAlves.pdf: 3157421 bytes, checksum: eeab3b2a19a7016154bca4fa5dc72938 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-03T19:23:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_GelsondeSousaAlves.pdf: 3157421 bytes, checksum: eeab3b2a19a7016154bca4fa5dc72938 (MD5) / Esta pesquisa teve o objetivo de implementar formulações não convencionais do método dos elementos finitos (MEF) aplicado a análise estrutural em regime elástico linear. Especificamente, o método dos elementos finitos generalizados (MEFG) foi desenvolvido para simulações em domínios bidimensionais. Várias funções de enriquecimento, como as funções polinomiais, singulares e de interface, foram implementadas a fim de melhorar a aproximação dos problemas de valor de contorno com soluções suaves, singulares e descontínuas devido a diferentes interfaces de materiais. Uma técnica especial foi formulada e implementada levando em consideração a interface do material em compósitos sem a correspondência da malha de elementos finitos com o contorno dos diferentes materiais nos membros estruturais: vigas laminadas, placa com dois materiais e compósitos heterogêneos (matriz e inclusões). Assim, os resultados foram comparados com soluções analíticas e soluções pelo MEF. Os resultados mostram que melhores aproximações foram alcançadas usando o modelo proposto. A estratégia demonstrou potencial para resolver problemas com gradiente descontínuo causado pela interface material. Além disso, o método proposto atribuiu nós fictícios somente na interface, eliminando problemas comuns do MEFG convencional no momento da atribuição das condições de contorno e de mapeamento da continuidade de contorno dos elementos. __________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This research aimed to implement non-conventional formulations of the finite element method (FEM) applied to structural analysis in linear elastic regime. Specifically, the framework of the generalized finite element method (GFEM) was developed for simulations in two-dimensional domains. Several enrichment functions such as polynomials, singular and interface functions were implemented in order to enhance the approximation of boundary values problems with smooth, singular, and discontinuous gradient solutions due interface of materials. A special technique was formulated and implemented to account the material interface in composite materials without matching the finite element mesh to the boundaries of different materials in structural members: layered beams, bi-material plates and heterogeneous composites (matrix and inclusions). Thereafter, the results were compared with analytical solutions or FEM solutions. As a result, more efficient approximations were achieved using the proposed framework. The strategy demonstrated potential for solving problems with discontinuous gradient caused by the material interface. Furthermore, the proposed method assigned only enrichment fictitious nodes at the interfaces which eliminate common issues in conventional GFEM when assigning boundary conditions and mapping boundary continuity through the elements.

Este trabalho tem o objetivo de determinar as constantes elásticas de laminados compósitos de carbono/epóxi através do método não destrutivo de ultrassom, utilizando a técnica da imersão. Foram implementados dois métodos de imersão em água para a determinação das constantes elásticas. Um que utiliza o percurso na água sem a amostra como referência (FRM), e outro que utiliza o percurso com incidência normal na amostra como referência (SRM). Laminados unidirecionais e biaxiais foram ensaiados em um goniômetro com elevada precisão de movimento angular, e a aquisição de sinais feita com alta taxa de amostragem e grande resolução de amplitude. Uma análise da influência da variação da temperatura e espessura foi feita e comprovada a superioridade do método SRM sobre o FRM. A compensação da temperatura através de um par de transdutores, bem como através de um termômetro com resolução de 0.01°C foi implementada e comparada. As curvas de velocidade foram obtidas com transdutores de diferentes frequências centrais e comparadas. Foi realizada uma análise detalhada da sensibilidade das constantes elásticas com relação as velocidades em cada plano de medição, e através desta análise foram utilizados os planos mais adequados para reconstrução das constantes elásticas. Também foi verificada a polarização das ondas de cisalhamento para cada plano de medição, uma vez que é necessária a correta associação da velocidade experimental com a velocidade calculada para o procedimento de otimização. Um algoritmo de otimização foi utilizado para reconstruir as constantes elásticas dos laminados compósitos a partir da medição experimental das velocidades, onde foi avaliada a convergência utilizando a equação de Christoffel na forma implícita e explícita, para os materiais de simetria tetragonal e hexagonal. / The objective of this work is to obtain the elastic constants of carbon/epoxy composite laminates using ultrasonic non destructive testing, with immersion technique. Two immersion methods were implemented. One method uses as reference the path without sample, called fluid reference method (FRM), the second method uses the path with the specimen in normal incidence, called self-reference method (SRM). Unidirectional and biaxial laminates were tested using a goniometer with high angular resolution, and the signals were acquired with a high sample rate and amplitude resolution. Analyses of the influence of temperature and thickness variations were performed and concluded the superiority of the SRM over the FRM method. Temperature compensation using a pair of transducers and a 0.01° resolution thermometer was implemented and compared. Velocity curves were obtained and compared using transducers with different frequencies. A detailed analysis was performed to evaluate the sensitivity of the elastic constants to each velocity in different acquisition planes, and the results were used to reconstruct the elastic constants in the planes/velocities which they were most sensible to. As the correct association of each experimental velocity with the calculated velocities from Christoffel\'s equation is necessary, an analysis of the polarization mode of each velocity in the acquisition planes was also performed. An optimization algorithm was used to reconstruct the elastic constants of composite laminates from experimental velocities. Its convergence was evaluated for the implicit and explicit form of Christoffel\'s equation, and for materials with tetragonal and hexagonal symmetry.

Neste trabalho estudou-se o efeito de três diferentes tratamentos químicos utilizando- se soluções aquosas de LiCl, NaCl, e HCl sobre o inchamento, a distribuição de tamanho de partículas e a capacidade de troca catiônica (CTC) de uma vermiculita proveniente da jazida de Paulistana, localizada no Estado do Piauí, visando seu uso em compósitos de matriz polimérica. Para os tratamentos com sais inorgânicos foram utilizadas várias concentrações de LiCl e NaCl a 90°C por 144 horas, permitindo a secagem da solução de tratamento. Para o tratamento ácido foram utilizadas soluções 2M de HCl à temperatura ambiente, utilizando tempos de tratamento de 2 a 10 horas. Após os tratamentos, as amostras foram submetidas a agitação mecânica intensa em dispersor de alta energia de cisalhamento (24000 RPM). Todos os tratamentos empregados resultaram em aumentos nos índices de inchamento e reduçães nos tamanhos de partícula em diferentes graus. Os maiores inchamentos antes da agitação mecânica foram observados nas amostras tratadas com soluções 0,8M de LiCl sem lavagem (4 a 5 vezes a da prova em branco). Após agitação mecânica, os maiores inchamentos foram observados nas amostras tratadas com soluções 2M de HCl por 5 horas (11 vezes a da prova em branco). No entanto, após o processo de secagem não foi possível atingir-se os mesmos valores de inchamento. A diminuição mais importante no tamanho de partícula foi observada nas amostras tratadas com soluções 2M de HCl durante 5 horas, enquanto que as quedas mais significativas nos valores de CTC foram obtidas com as amostras tratadas com soluções 2M de HCl (CTC crescentes com o aumento do tempo de tratamento). Foi analisado o efeito da incorporação de vermiculita tratada acidamente em uma matriz polimérica de polipropileno (PP). A presençaa dessa vermiculita provocou um alto nível de degradação na matriz de PP, com a consequentemente perda de propriedades mecânicas. Esta degradação pode ser atribuída à formação de sítios ácidos nas partículas de vermiculita gerados pelo ataque do HCl, bem como à presença de HCl residual da solução de tratamento. / In the present work, the effect of three different chemical treatments using inorganic solutions of LiCl, NaCl, and HCl on the swelling, particle size distribution, and cation exchange capacity (CEC) of a vermiculite clay was studied. The clay is originary from Paulistana mine, located in the State of Piauí, Northeastern Brazil, and the final purpose of the treatment of the clay was its use in polymer-matrix composites. For the inorganic salts treatments, several solutions of NaCl and LiCl at different concentrations were used, at 90°C for 144 hours, allowing the treatment solution to dry out. For the acid treatment, 2M HCl solutions at room temperature were used, using treatment times of 2 to 10 hours. After the treatments, all the samples were subjected to intense mechanical stirring in the high shear energy disperser (24000 RPM). The results showed that all treatments resulted in increases in the rates of swelling and reduction in the mean particle sizes, in different degrees. The largest swelling before mechanical stirring was observed in samples treated with solutions of 0.8M LiCl without washing (4 to 5 times that of the untreated sample). After mechanical desagglomeration, the highest swelling was observed in samples treated with solutions 2M HCl for 5 hours (11 times that of the untreated sample). However, after drying, it was no longer possible to achieve the same values of swelling. The most significant decrease in particle size was observed in samples treated with solutions 2M HCl for 5 hours, whereas the most significant reduction in the CEC values were also obtained with the samples treated with solutions 2M HCl (CEC increasing with the time of treatment). Finally, the effect of the addition of the acid treated vermiculite to a polymeric matrix of polypropylene (PP) was examined. The evaluation of the resultant composite specimens indicated that the presence of vermiculite caused a high level of degradation of the PP matrix, with the consequent loss of mechanical properties. This degradation can be attributed to the formation of acidic sites on the vermiculite particles, generated by the direct attack of HCl, and the presence of residual HCl from the treatment solution.

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Milton Dias Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T04:01:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_FabianoBianchini_D.pdf: 6479680 bytes, checksum: 8e266ca04018f09d93a000cdcef1fae9 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo direcionado à caracterização elástica de materiais compósitos e se encontra dividido em duas partes. Na primeira é proposto o uso da série de Fourier discreta regressiva (RDFS) para a suavização dos modos próprios utilizados como dados de entrada para um método direto e não iterativo de identificação das constantes de rigidez elástica à flexão já existente na literatura e cuja solução se dá pelo método dos campos virtuais. Por envolver o cálculo de derivadas de segunda ordem, é um método muito sensível à presença de ruído. A verifica¸c¿ao foi realizada numericamente adicionando-se níveis de ruído à uma placa anisotrópica e, experimentalmente, utilizando-se uma placa de aço isotrópica e uma de carbono/epóxiortotrópica. Na segunda parte do trabalho é proposto um método, também baseado no método dos campos virtuais, para a identificação das constantes de rigidez elástica à extensão. A solução é obtida a partir das equações diferenciais que governam a vibração livre no plano de placas finas anisotrópicas e simétricas. São propostos dois grupos de campos virtuais, um de primeira e um de segunda ordem, para serem utilizados juntamente com várias combinações entre modos próprios específicos e suas respectivas freqüências naturais. A verificação do método foi realizada somente numericamente em laminados de diferentes níveis de anisotropia. De uma maneira geral, os resultados obtidos nas duas partes do trabalho foram muito satisfatórios / Abstract: In this work is presented a study on the elastic characterization of composite materials, and it is divided in two parts. In the first part is proposed the application of regressive discrete Fourier series (RDFS) to smooth mode shapes used as input data in a direct and no-iteractive identification method of the bending elastic stiffness constants already available in the literature, and whose solution is obtained by virtual fields method. It is a very noise sensitive method because it requires the computation of second-order derivatives. To assess the accuracy of the method, noise levels were numerically created to an an isotropic plate, and experimentally, were used an isotropic steel plate and an orthotropic carbon/epoxy plate. In the second part of the work, a method also based in the virtual fields method to identify the extensional elastic stiffness constants is proposed. The solution is obtained from the differential equations that govern the free-free in-plane vibration of thin symetric anisotropic plates. Two groups of virtual fields are proposed, one with first order and another with second order functions, to be used together with many in-plane mode shape combinations and their respective natural frequencies. The accuracy of this proposed identification method was carried out only numerically by using laminates having differents anisotropy levels. In general, the obtained results from the two parts of this work were very satisfactory / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Neste trabalho calculamos inicialmente as propriedades ópticas de filmes compósitos de Me-NiO e Me-CoO, sendo os metais Me = Au, Ag, Cu, Ni, Pd e Pt, a partir da teoria de meio efetivo de Maxwell Garnett. Este estudo teórico possibilitou avaliar a viabilidade de se obter experimentalmente um material colorido na região do espectro visível, com absorção seletiva numa estreita faixa de comprimentos de onda. Os resultados mostraram que o candidato ideal para tal fim é o compósito a base de Au. A partir deste resultado iniciou-se o crescimento de filmes finos compósitos de Au-NiO e Au-CoO, utilizando diferentes estratégias experimentais: (i) deposição por DC magnetron sputtering reativo, (ii) deposição do filme de NiO, por DC magnetron sputtering reativo e Au pelos métodos de sol-gel e dip coating e (iii) deposição de ambos os filmes, NiOxHy e Au, por sol-gel e dip coating. Os resultados mostraram uma seletividade pequena (-5-10%) nos filmes crescidos pelo método de sputtering, devido ao caráter atomístico desse tipo de técnica, que conduz à formação de pequenos aglomerados de Au (menores que -3 nm), ao invés de agregados com tamanhos da ordem de algumas dezenas de nanômetros, obtidos facilmente pelo método sol-gel. O crescimento na forma de multicamadas proporciona uma melhor seletividade, em torno de 1 5%. Pós-tratamentos térmicos em filmes compósito s obtidos unicamente por sputtering induzem a aglomeração do Au, mas destroem as propriedades eletrocrôrnicas. No caso de filmes de Au crescidos por sol-gel, a seletividade espectral, decorrente da presença do Au aumenta, indo de 15% a 20% em filmes depositados sobre a matriz óxida crescida por sputtering e por sol-gel, respectivamente. Mediante processos eletroquímicos, os filmes de NiOxHy crescidos por sol-gel e dip coating apresentaram os melhores resultados de variação de transmitância (70%), devido à maior porosidade desses filmes. / In this work we initially calculated the optical properties of cermet films of Me-NiO and Me-CoO, being the metals Me = Au, Ag, Cu, Ni, Pd and Pt, by means of the Maxwell Garnett effective medium theory. This theoretical study allowed evaluating the viability to obtain, experimentally, a colored material in the visible spectrum region, with selective absorption in a narrow range of wavelengths. The results showed that the ideal candidate for such goal is the Au cermet. Looking at this result, the growth of Au-NiO and Au-CoO thin films was initiated using different experimental strategies: (i) deposition by reactive DC magnetron sputtering, (ii) deposition of the NiO, film by reactive DC magnetron sputtering and Au by the sol-gel and dip coating methods and (iii) deposition of both films, NiOxHy and Au, by sol-gel and dip coating. The films grown by sputtering showed a small selectivity (-5-10%), due to the atomistic character of this type of technique. It leads to the formation of small clusters of Au (smaller than -3 nrn), instead of aggregates with sizes of the order of some tenths of nanometers, easily obtained by the sol-gel method. Better selectivity, around 15%, is obtained in films deposited as multilayers. Post thermal annealing of the cermet films grown by sputtering induces the agglomeration of Au, but destroys the electrochromic properties. In the case of Au films grown by sol-gel, the spectral selectivity increases, due to the presence of Au, going from 15% to 20% in films deposited on the oxide matrix, deposited by sputtering and sol-gel, respectively. Under electrochemical processes, the NiOxHy films grown by sol-gel and dip coating presented the highest transmission variation (70%), due to larger porosity of these films.

Orientador: Maria Helena Robert / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T20:34:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_EvertonMarques_M.pdf: 63165933 bytes, checksum: 94cd9296c446ce1fc132e40394363fc8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho analisa a influência de tratamentos de solubilização e envelhecimento na estrutura e propriedades de compósitos de baixa densidade de matriz da liga AA7075 reforçada com partículas cerâmicas porosas de cinasita (SiO2/Al2O3/Fe2O3) ou vermiculita (SiO2/Al2O3/MgO), produzidos por tixoconformação. Foram empregadas as condições de tratamento: solubilização a 470ºC por 12 horas e envelhecimento a 170ºC por 24 horas. Os materiais produzidos foram caracterizados nas condições tixoconformada, solubilizada e envelhecida. Nos compósitos no estado tixoconformado foram analisadas a densidade e a usinabilidade em processo de corte por jato de água abrasivo (AWJM), para determinação do Número de Usinabildade (N) de cada tipo de compósito. Os compósitos foram também analisados quanto à sua microestrutura (por MO e MEV), a distribuição dos principais elementos de liga (Zn, Mg e Cu) na matriz metálica, a microdureza da matriz metálica, o comportamento mecânico sob compressão semi-estática e compressão dinâmica (impacto) nas três condições citadas. Resultados mostraram que os compósitos produzidos apresentam, no estado tixoconformado, densidades relativas da ordem de 0,5 e número de usinabilidade por jato abrasivo (N) cerca de 20% superior ao da liga sem reforço. Quanto ao efeito do tratamento térmico na microestrutura dos compósitos, os resultados mostraram que a solubilização nas condições testadas não promovem total solubilização das fases secundárias, devido à sua presença como contornos grosseiros na estrutura tixoconformada; e que o envelhecimento promoveu a formação de precipitados finos dispersos na matriz. Como resultado destas alterações microestruturais foram observados aumentos da ordem de 35% na microdureza da matriz metálica de ambos os compósitos. Com relação ao comportamento mecânico em compressão, os compósitos mostraram comportamento característico de materiais celulares, apresentando característico platô de deformação plástica, a baixas tensões, por adensamento de poros. Como efeito dos tratamentos térmicos foram observados aumentos da ordem de 2x na tensão máxima e de 6x na tensão de platô, e cerca de 13 a 17% de redução da deformação plástica dos compósitos analisados. De modo geral os compósitos contendo cinasita apresentaram comportamento ligeiramente menos dúctil do que os contendo vermiculita / Abstract: This work analyses the influence of heat treatments (solution/ageing) in the structure and properties of low-density composites; aluminum matrix reinforced with porous ceramic particles, cinasite (SiO2/Al2O3/Fe2O3) and vermiculite (SiO2/Al2O3/MgO), were produced by thixoforming process. The used conditions are: solution at 470°C for 12 hours and ageing at 170°C for 24 hours. The composites were characterized in different conditions: as thixoformed and after solution/ageing treatments. Density and machinability in abrasive jet cutting (AWJM) process of the thixoformed composites were analysed to determine the machinability number of each composite. The microstructure (OM and SEM), the distribution of the main alloying elements (Zn, Mg and Cu) in metal matrix, the hardness of the metal matrix, the mechanical behavior under semi-static compression and dynamic compression (impact) in the three conditions were analysed. Results showed that the composites in the as thixoformed condition present relative densities of 0.5 and their machinability number in abrasive jet (N) is 20% higher than the one of unreinforced alloy. As an effect of heat treatment on the microstructure of the composite, it was observed that the solubilization in the tested conditions does not promote complete solubilization of eutectic phases due its presence as coarse grain boundaries in thixoformed structure; formation of fine precipitates dispersed in the matrix was promoted by the aging treatment. As a result of these microstructural changes, the hardness of the metal matrix (for both composites) increased in 35%. The mechanical behaviour of the composites in compression was similar to the behaviour of cellular materials, presenting a characteristic plateau of plastic deformation at low-stress due pores densification. For the composites produced, as an effect of heat treatment, was observed that the maximum stress increases 2x, the plateau-stress increases 6x and plastic deformation decreases about 34%. Generally the composites containing cinasita showed less ductile behavior than those containing vermiculite / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T07:37:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Panosso_GustavoBigolotti_M.pdf: 12522576 bytes, checksum: a2770608080caac37863b37dea341c66 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O objetivo deste trabalho é realizar uma análise numérica dos critérios de falha para materiais compósitos laminados. Critérios de falha tradicionais, como os critérios de Tsai- Hill e Tsai-Wu, são estudados e comparados com critérios de falha mais recentes, baseados em fenômenos físicos, como os critérios de Puck e LaRC03. Dois envelopes de falha, Tensão Longitudinal pela Tensão Transversal e Tensão Transversal pela Tensão de Cisalhamento são implementados para cada um dos critérios estudados seguindo os moldes do World- Wide Failure Exercise (WWFE). Realiza-se também um estudo da variação da resistência longitudinal em função da orientação das fibras em laminados unidirecionais. Através do software comercial de elementos finitos ABAQUS, desenvolve-se uma rotina iterativa para se avaliar a falha em modelos laminados segundo as diferentes teorias de falha estudadas. O comportamento do material e seus respectivos modos de falha são investigados para cada caso. Uma discussão sobre as vantagens e desvantagens de cada critério e um parecer sobre qual teoria de falha se mostrou mais vantajosa é apresentada / Abstract: This work aims to perform a numerical analysis of failure criteria for composite laminated materials. Traditional failure criteria, such as the Tsai-Hill and Tsai-Wu, are studied and compared to recent failure criteria based on physical phenomenas, such as Puck and LaRC03 criteria. Two failure envelopes, Longitudinal Stress by Transverse Stress and Transverse Stress by Shearing Stress are implemented for each criterion in accordance with the World-Wide Failure Exercise (WWFE). It also presents a study of the longitudinal strength variation depending on the fiber orientation in unidirectional laminates. Through the commercial finite element software ABAQUS, a script is presented to evaluate the failure in laminated models due to the different failure theories studied. The material behavior and its respective failure modes are investigated for each case. A discussion of the advantages and disadvantages of each failure theory is also presented / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

O grafeno, uma das formas alotrópicas do carbono, tem ganho grande valorização no meio científico e industrial devido às suas propriedades excepcionais. Por apresentar condutividade elétrica correspondente a do cobre e condutividade térmica, dureza e resistência superiores a todos os outros materiais existentes, faz-se necessário à busca por melhores, mais eficientes e produtivos métodos de obtenção do mesmo. Um dos métodos mais utilizados atualmente, conhecido como método de Hummers, consiste na oxidação da grafita por tratamentos ácidos e posterior redução (química ou térmica). No entanto, o rendimento do processo, geralmente, não gera quantidade de material suficiente para preparo de compósitos poliméricos utilizando equipamentos tradicionais de mistura, como extrusoras. Os compósitos poliméricos com grafeno apresentam aumento na estabilidade térmica e dimensional de peças injetadas, quando comparado à mesma peça sem carga, podendo ser usado como retardante de chama e também, por garantir maior condutividade elétrica ao polímero, pode ser usado em touch screens e células solares flexíveis. Frente a estas possibilidades, faz-se necessário aperfeiçoar o método de Hummers, tornando-o mais eficaz e produtivo. Alguns parâmetros da cinética química da reação do óxido de grafite (GO), os métodos de remoção dos ácidos residuais do processo, as técnicas de redução dos grupos oxigenados e o método de obtenção do material seco para posterior incorporação no polímero foram avaliados neste trabalho. Três métodos de oxidação da grafita foram estudados e os materiais obtidos foram comparados ao GO comercial, e dois métodos de redução (química com NaBH4 e térmica à várias temperaturas e taxas de aquecimento) do GO foram testados. Os GOs e os óxidos de grafeno reduzidos (GORs) foram caracterizados com o auxílio das técnicas de espectroscopia Raman, espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria de raios X por energia dispersiva (EDS) e difração de raios-X (DRX). Os resultados mostraram que a cinética da reação de GO não é linear, pois foram obtidos óxidos com características diferentes, utilizando-se a mesma proporção de reagentes pelos métodos A e C. A filtração ou a diálise, utilizadas para remover os resíduos ácidos do tratamento, e a estufa ou a liofilização, utilizadas para obter os materiais secos, não interferiram nas propriedades finais dos GOs e dos GORs. Por fim, a redução química e o choque térmico a 700 °C se mostraram os métodos mais adequados para obter grafeno quimicamente modificado com boas propriedades e maior rendimento. Os compósitos obtidos através de um misturador interno foram caracterizados com ensaios mecânicos (tração e impacto), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Os resultados obtidos indicaram a má dispersão das cargas no polímero, o que pode ser confirmado pela presença de aglomerados nas análises morfológicas e pelas propriedades mecânicas inferiores dos compósitos. / The graphene, one of the carbon allotropes, has received a great valorization in the scientific and industrial areas due its exceptional properties. Its electrical conductivity corresponds to copper ones and its thermal conductivity, hardness and strength are superior to known existent material properties. For this reason, it is necessary to search for a more efficient and productive method of obtaining. One of the most used methods nowadays is the Hummers method, it is based on graphite oxidation via acid treatment and also on chemical and thermal reduction. However, the yield of the process generally does not generate sufficient amount of material for preparing polymer composites using traditional mixing equipment such as extruders. Polymeric composites graphene have increased thermal and dimensional stability of molded parts compared to the same part without load, can be used as a flame retardant and also to ensure higher electrical conductivity to the polymer, can be used in touch screens and flexible solar cells. Faced to these possibilities, it is necessary to search for improvements to Hummers method, making it more effective and productive. Evaluating the chemical kinetic from the reaction of graphite oxide (GO), the removal manners from the residual acids from the process, the reduction technician from the oxygenated functional groups and the obtention method of the dry material to posterior incorporation in to the polymer, were evaluated in this work. Three oxidation methods have been performed and compared to GO commercial, and three reduction methods (chemical with NaBH4 and thermal to 550 °C and 1000 °C) have been tested. The GOs and the graphene oxide reduced (GORs) were characterized by Raman Spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopic (SEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction (XRD). The results showed that the reaction kinetic from the GO is not linear, because it has been obtained oxides with different characteristics, using the same reagents proportion in two methods (A and C). The filtration or the dialysis, used to remove the acids residues from the treatment, and the drying oven or the freeze drying, used to obtain the dry material, didn\'t interfere in the final properties of the GOs and GORs. Finally, the chemical reduction and the thermal shock at 700 ° C proved the most suitable methods for chemically modified graphene with good properties and increased yield. The composites obtained through an internal mixer were characterized with mechanical tests (tensile and impact), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and differential scanning calorimetry (DSC). Results indicated poor dispersion of the fillers in the polymer, which can be confirmed by the presence of agglomerates in the morphological analysis and the inferior mechanical properties of the composites.

Neste trabalho compósitos foram obtidos a partir da blenda comercial 100% biodegradável Ecovio® C2224 da BASF, uma blenda formada por 55% em massa de um copoliéster biodegradável, o Ecoflex® (poli[(adipato de butileno)-co-(tereftalato de butileno)]) e 45% em massa de PLA poli(ácido láctico). Como carga, utilizaram-se dois tipos de argilas comerciais do grupo das esmectitas, ambas predominantemente montmorilonitas: Cloisite Sódica® e Cloisite 30B®. Também foi utilizado como carga a sílica coloidal comercial Aerosil 200®, com área superficial de 200 m2/g e diâmetro médio de partícula 12nm. Os compósitos estudados, ambos contendo 5% e 10% em massa de cargas, foram preparados em uma extrusora de rosca dupla, acoplada a um reômetro de torque. O estudo foi dividido em três etapas: 1ª) etapa: Obtenção e caracterização dos compósitos de Ecovio®/ argila e Ecovio® / sílica; 2ª) etapa: Avaliação da fotodegradação do Ecovio® puro e dos compósitos obtidos; 3ª) etapa: Avaliação da biodegradabilidade do Ecovio® puro e dos compósitos após exposição em câmara de UV. As propriedades mecânicas dos compósitos antes e depois de serem submetidos à exposição em câmara de UV foram avaliadas por ensaios de resistência à tração e resistência ao impacto Izod. Os resultados obtidos na 1ª etapa deste trabalho indicaram aumento nos valores de módulo de elasticidade de todos os compósitos, em relação à blenda pura. Destacam-se as composições com 5% e 10% em massa de sílica coloidal, que apresentaram aumentos de até 115% nos valores de módulo de elasticidade, sem perdas significativas em resistência à tração, alongamento e resistência ao impacto, quando comparadas à fase matriz. Na 2ª etapa, a partir de 20 dias de exposição, todas as composições (blendas e compósitos) apresentam redução nas propriedades mecânicas em função do aumento do tempo de exposição à radiação UV. Na 3ª etapa, independente do tipo ou teor de carga presente na blenda, todas as composições apresentaram índices de biodegradabilidade, depois de 120 dias, de 40 a 60%, devido à prévia exposição à radiação UV. / In this work, composites were prepared with 100% biodegradable commercial blend Ecovio® C2224 BASF, a polymer blend composed of 55 wt% of a biodegradable copolyester, the Ecoflex®, poly [(butylene adipate) -co- (butylene terephthalate)], and 45 wt% of PLA poly(lactic acid). Two types of commercial clays of the smectite group, predominantly montmorillonites, were used as fillers: Cloisite Na+® and Cloisite 30B®. The commercial colloidal silica Aerosil 200®, with a surface area of 200 m2/g and an average particle diameter of 12 nm, was also used as filler. The composites containing 5 and 10 wt% of filler were obtained in a twin screw extruder coupled to a torque rheometer. This study was divided in three steps: 1st) Preparation and characterization of Ecovio®/clay and Ecovio®/silica composites; 2nd) Evaluation of the photodegradation of pure Ecovio® and of the composites; 3rd) Biodegradability assessment of pure Ecovio® and composites after exposure to UV chamber. The mechanical properties of the composites before and after the exposition to UV were evaluated by tensile and Izod impact strength. The results obtained in the 1st step showed an increase in the tensile modulus of all blends, especially for the compositions with 5 and 10 wt% of colloidal silica, which presented an increase of 115% in their tensile modulus values without significant reduction in impact and tensile strength and elongation, when compared to the pure blend. In the 2nd step, from 20 UV exposure days, all compositions (blends and composites), presented a significant reduction in the mechanical properties as a function of the increase of the UV radiation exposure time. In step 3, regardless of the filler type or content, all blend compositions showed biodegradability index, after 120 days, of 40 to 60%, due to the prior UV exposure.

Durante este trabalho foram produzidas amostras vítreas (na forma bulk) de composição Bi2O3-GeO2. Na primeira parte do trabalho foram analisadas condições de preparo. Para analisar a influência do cadinho foram usados cadinhos de alumina (Al2O3) e aluminosilicato (Al2O3 - SiO2) mantendo-se fixas as concentrações de Bi2O3 e temperatura de fusão. Para analisar o efeito da temperatura de fusão foram usadas temperaturas de 1100°C e 1200°C mantendo fixa a concentração de Bi2O3 e o tipo de cadinho. Por último para analisar o efeito da concentração de Bi2O3 foram usadas amostras com diferentes concentrações de 32 %, 42% e 62% (% em peso) mantendo a temperatura de fusão. A segunda parte do trabalho consistiu em analisar a transferência de energia entre os centros de luminescentes Bi+ e os íons de túlio (Tm3+) adicionando 2 % de óxido de túlio (Tm2O3) na composição dos vidros Bi2O3-GeO2, a fim de comparar com resultados da amostra sem o referido dopante. Posteriormente foi adicionada a concentração de 0,05 % de AgNO3 para aumentar a intensidade luminescente da emissão de Tm3+ segundo a teoria do efeito plasmonico, assim como o ganho em 1470 nm. Foi montado posteriormente arranjo para medir o ganho relativo das amostras na forma bulk Bi2O3-GeO2 dopadas com Tm3+, com e sem prata, para justificar a aplicação destes vidros como materiais para uso em dispositivos amplificadores na área de telecomunicação; o uso das amostras na forma de bulk é menos dispendioso do que a fabricação dos dispositivos, e nos permite avaliar o potencial do material previamente. Foram feitas medidas de emissão para comprovar as propriedades fotoluminescentes do material, e medidas de absorção para comprovar a presença de íons de bismuto, plasmon da prata, e incorporação dos íons de Tm3+; as medidas de MET (Microscópio Eletrônico de Transmissão) foram feitas para verificar o tamanho médio das nanopartículas de prata e difração de elétrons para identificar a estrutura cristalina das nanopartículas, comprovando assim a presença da prata nos vidros. Na presença da prata o ganho aumentou em 500% atingindo 4,5 dB/cm. Os resultados que serão reportados mostram o potencial de vidros de composição Bi2O3 - GeO2 com nanopartículas de prata e Tm3+ para aplicações que requeiram luminescência intensa de banda larga na região de 1300 - 1600 nm e amplificação óptica em 1470 nm. / During this work, we produced glass samples (in bulk form) with Bi2O3-GeO2 composition. In the first part of the work, we analyzed the preparation conditions. In order to evaluate the influence of the crucible we used alumina (Al2O3) and aluminosilicate (Al2O3 - SiO2) crucibles, keeping the concentration of Bi2O3 and melting temperature fixed. To analyze the melt temperature we used the temperature of 1100 °C and 1200 °C keeping the concentration of Bi2O3 and type of crucible fixed. Finally, to analyze the effect of the concentration samples we used different concentrations of 32%, 42% and 62% (in % wt) and the melting temperature and the crucible type remained fixed. The second part of the work consisted in evaluating the energy transfer between the Bi+ luminescent centers and the Tm3+ ions by adding 2% of Tm2O3 in the composition of the Bi2O3 - GeO2 glasses, in order to compare the results with those without the rare earth ions. Subsequently, 0.05 wt % of AgNO3 was added to increase the luminescent intensity of thulium ions (Tm3+) according to the theory of the plasmonic effect as well as the gain at 1470 nm. It was later assembled an arrangement to measure the relative gain of bulk samples Bi2O3 - GeO2 doped with thulium oxide (Tm2O3), with and without silver nanoparticles, to justify the application of these glasses as materials to be used in amplifying devices; the use of bulk sample is less expensive than the fabrication of devices and allows us to evaluate previously the material potential. We carried out emission measurements to verify the photoluminescent properties of the material and absorption measurements to verify the concentration of bismuth ions, the silver plasmonic effect, and the incorporation of Tm3+ ions. TEM (Transmission Electron Microscope) was used to verify the average size of silver nanoparticles and electron diffraction to identify the crystalline structure of the nanoparticles and to prove mainly the presence of silver in the glasses. Enhancement of about 500% was observed for the relative gain that reached 4.5 dB/cm. The reported results show the potential of Bi2O3 - GeO2 composite glasses with silver nanoparticles and Tm3+ for applications requiring intense large bandwidth luminescence in the 1300-1600 nm region and optical amplification at 1470 nm.