This thesis describes the synthesis of a low modulus, thermally conductive thermal interface materials (TIM) using metal decorated nanotubes as fillers. TIMs are very important in electronics because they act as a thermally-conductive medium for thermal transfer between the interface of a heat sink and an electronic package. The performance of an electronic package decreases with increasing operating temperature, hence, there exists a need to create a TIM which has high thermal conduction to reduce the operating temperature. The TIM in this study is made from metal decorated multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and Vinnapas®BP 600 polymer. The sample was functionalized using mild oxidative treatment with nitric acid (HNO3) or, with N-Methly-2-Pyrrolidone (NMP). The metals used for this experiment were copper (Cu), tin (Sn), and nickel (Ni). The metal nanoparticles were seeded using functionalized MWCNTs as templates. Once seeded, the nanotubes and polymer composites were made with or without sodium dodecylbenzene sulfonate (SDBS), as a surfactant. Thermal conductivity (k) measurement was carried out using ASTM D-5470 method at room temperature. This setup best models the working conditions of a TIM. The TIM samples made for this study showed promise in their ability to have significant increase in thermal conduction while retaining the polymer’s mechanical properties. The highest k value that was obtained was 0.72 W/m-K for a well dispersed aligned 5 wt percent Ni@MWCNT sample. The Cu samples underperformed both Ni and Sn samples for the same synthesis conditions. This is because Cu nanoparticles were significantly larger than those of Ni and Sn. They were large enough to cause alloy scattering and too large to attach to the nanotubes. Addition of thermally-conductive fillers, such as exfoliated graphite, did not yield better k results as it sunk to the bottom during drying. The use of SDBS greatly increased the k values of the sample by reducing agglomeration. Increasing the amount of metal@MWCNT wt percent in the sample had negative or no effect to the k values. Shear testing on the sample shows it adheres well to the surface when pressure is applied, yet it can be removed with ease.

The present work describes, for the first time, the preparation and use of a simple and efficient glassy carbon electrode (GCE) modified with multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) and an activated-xanturenic acid (poly-XA) towards electrocatalytic NADH oxidation. For this purpose, initially, xanthurenic acid was activated in situ, generating a stable redox-active specie on the electrodic surface, which presented electrocatalytic activity towards the oxidation of NADH. The techniques used for the accomplishment of this work were the cyclic voltametry and cronoamperometry, which were used to study the behavior of the modified electrodes, for the experimental parameters optimization, for the attainment of the kinetic parameters and analytical characterization of the sensors. Hydrodynamic and cronoamperometric studies were carried out with the aim to get information on the oxidation process of NADH on the modified electrode. Through the Koutech-Levich and Cotrell plots it was possible to obtain the values for the diffusion coefficient (D) and the kinetic constant of the catalytic reaction (k) for the analyte in study. The values of the diffusion coefficient and k, determined for NADH were 2,4x10-6 cm2 s-1 and 7,82 x104 L mol-1 s-1, respectively / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho é descrito pela primeira vez a utilização de ácido xanturênico (AX) como mediador redox através de um simples e eficiente eletrodo de carbono vítreo (ECV) modificado com nanotubos de carbono de paredes múltiplas e ativado com AX para eletro-oxidação de NADH. Para este propósito, inicialmente, ácido xanturênico foi ativado in situ, gerando uma espécie eletroativa estável na superfície eletródica (poli-AX), o qual apresentou atividade electrocatalítica frente à oxidação de NADH. As técnicas empregadas para a realização deste trabalho foram a voltametria cíclica e cronoamperometria, as quais foram utilizadas para estudar o comportamento dos eletrodos modificados, para a otimização dos parâmetros experimentais e obtenção dos parâmetros cinéticos. Além disso, os estudos hidrodinâmicos e cronoamperométricos foram realizados com o objetivo de obter maiores informações sobre o processo de oxidação entre o NADH e o eletrodo modificado. Assim, através dos gráficos e equações de Koutech-Levich e Cottrell foi possível obter os valores para o coeficiente de difusão (D) e constante de velocidade da reação (k) para NADH. Os valores do D e de k, determinados para NADH, foram de 2,4 x10-6 cm2 s-1 e 7,84 x 105 L mol-1 s-1, respectivamente

Submitted by LUIS FELIPE DE PAULA SANTOS null (luiss9406@gmail.com) on 2018-04-07T14:17:57Z No. of bitstreams: 1 Luis_dissertação_vfinal.pdf: 2915392 bytes, checksum: 7d6ba891adc68c5a6d0ae35e884f554e (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-04-09T13:53:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_lfp_me_guara.pdf: 2915392 bytes, checksum: 7d6ba891adc68c5a6d0ae35e884f554e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-09T13:53:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santos_lfp_me_guara.pdf: 2915392 bytes, checksum: 7d6ba891adc68c5a6d0ae35e884f554e (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os avanços tecnológicos na área dos compósitos poliméricos criaram novas oportunidades para estruturas de alto desempenho e com baixo peso, favorecendo o desenvolvimento de sistemas estratégicos em diversos setores, principalmente o aeronáutico. Dentro deste contexto os compósitos poliméricos nanoestruturados encontram-se em uma posição vantajosa em relação a outros materiais, pois seus constituintes podem agregar melhorias nos desempenhos mecânico, térmico e elétrico. Neste trabalho, compósitos nanoestruturados de poli(éter-imida) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (PEI/MWCNT) foram obtidos a partir da técnica de mistura em solução. Posteriormente, foi realizada a consolidação do compósito nanoestruturado reforçado com fibra de carbono (PEI/MWCNT/FC) via moldagem por compressão a quente. A partir das análises térmicas de termogravimetria (TGA) e dinâmico-mecânica (DMA) realizadas no compósito PEI/MWCNT, verificou-se uma melhoria na resistência térmica e nas propriedades viscoelásticas do material. Além disso, as melhorias nas propriedades físicas ocasionadas pela adição de MWCNT a matriz polimérica, influenciaram positivamente na qualidade de processamento dos laminados. Após os ensaios de ILSS e CST observou-se que a adição do nanoreforço gerou um incremento de 16% e 58%, respectivamente, sugerindo uma melhoria na adesão interfacial do compósito. O comportamento em tração não sofreu influência significativa a partir da adição de MWCNT, levando apenas uma melhoria de 5% na resistência a tração e 2% no módulo de elasticidade do material. A adição de MWCNT não influenciou significativamente a resistência a fadiga dos laminados quando analisada em temperatura ambiente e em temperatura elevada, sendo possível observar uma pequena redução nas mesmas. Por outro lado, quando submetido a temperatura sub-ambiente, a adição favoreceu e gerou uma melhoria na resistência a fadiga dos materiais. Por fim, após as análises fractográficas observou-se macroscopicamente que o material PEI/MWCNT/FC possui um aspecto mais dúctil da fratura e microscopicamente há diferenças nos aspectos da fratura do material quando comparado ao laminado PEI/FC / Technological advances in polymer composites area have been created new opportunities for high-performance and lightweight structures, promoting the development of strategic systems in several sectors of industry, especially on the aerospace field. In this context, the nanostructured polymer composites are in an advantageous position compared to other materials, since its constituents may add improvements in mechanical, thermal and electrical performance. In this work, PEI/MWCNT nanostructured composites were obtained from solution mixing technique. Subsequently, the consolidation of the composite reinforced with carbon fiber, was performed by hot compression molding. TGA and DMA analyzes performed on PEI/MWCNT composite film revealed that there was an improvement in the thermal resistance and the viscoelastic properties of the material. In addition, the enhancement in physical properties due to the incorporation of MWCNT in polymer matrix had a positive role in the quality of the laminates. After ILSS and CST tests, it was observed that the addition of the nanofiller led to an increment of 16% and 58%, respectively, suggesting an improvement in the interfacial adhesion of the composite. The tensile behavior did not present a significant influence from the addition of MWCNT, leading to only a 5% improvement in tensile strength and 2% in the modulus of elasticity of the material. The addition of MWCNT did not significantly influence the fatigue strength of the laminates when analyzed at room and high temperature, being possible to observe a small reduction in these temperatures. On the other hand, when performed at sub-ambient temperature, the incorporation of the nanofiller led to an improvement in the fatigue resistance of the materials. Finally, after the fractographic analysis it was observed macroscopically that the PEI/MWCNT/FC composite has a more ductile aspect of the fracture and microscopically there are differences in the fracture aspects of the material when compared to the PEI/FC laminate / 2016/12810-5 / 2017/09344-5 / Demanda Social

Measurement of all the mechanical properties of carbon nanotubes is extremely difficult because of its small size. In the present work, all the five transverse isotropic properties of single wall carbon nanotubes (SWCNTs) and double wall carbon nanotubes are estimated through molecular structural mechanics for different chirality, length and assumed thickness. Armchair, zigzag & chiral SWCNTs and polychiral DWCNTs are considered for the analysis. Longitudinal and lateral Young’s modulus; longitudinal and lateral Poisson’s ratio and shear modulus are estimated for 1080 SWCNTs and 1170 polychiral DWCNTs. Effect of temperature on all the properties of SWCNT are investigated. Modal characterization of SWCNT is carried out in base fixed condition and different mode shapes viz. axial, torsion and bending mode shapes are identified based on the effective mass. Once the transverse isotropic properties of SWCNTs are estimated, these are used to estimate the transverse isotropic properties of nanocomposites embedded with SWCNT agglomerates. During the manufacturing of nanocomposite, SWCNT agglomerates are formed due to sticking of number of SWCNTs. Parametric studies are carried out to see the effect of SWCNT length on the properties of nanocomposite. Empirical formulae for all the transverse isotropic properties of SWCNT at room temperature and elevated temperature; frequency of SWCNT are derived. Empirical formulae for polychiral DWCNT transverse isotropic properties are estimated. Input for these empirical formulae are the length, chirality and assumed thickness. Empirical formulae were also derived for nanocomposite embedded with different number of SWCNTs having different chirality. The derived empirical formulae were validated with available analytical and experimental results for some sample cases.

Este trabalho teve como objetivo obter nanocompósitos de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPMs) com TiO2, e caracterizá-los quanto a sua estrutura, características ópticas e atividade fotocatalítica. Os nanocompósitos foram obtidos a partir de NTCPMs comerciais (Baytubes®), e dois diferentes TiO2: um comercial (P25) e um obtido na síntese de TiO2 tendo tetra propóxido de titânio (TTP) como precursor. Foram utilizados dois diferentes sistemas líquidos para a obtenção dos nanocompósitos NTCPM-TiO2: um, em pH ácido e outro, em pH alcalino. Os nanocompósitos obtidos a partir do TTP foram posteriormente tratados termicamente a 400 °C, 500 °C, 600 °C e 700 °C para formação de fases cristalinas de TiO2. Os nanocompósitos foram investigados quanto a sua atividade fotocatalítica, empregando-os como catalisadores na degradação do corante orgânico alaranjado de metila, em solução aquosa, sob radiação ultravioleta. Os resultados foram associados a características da estrutura dos nanocompósitos, utilizando técnicas como difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia Raman e espectroscopia por infravermelho e área superficial específica. A caracterização óptica foi obtida por espectroscopia fotoluminescente e espectroscopia por refletância difusa. A análise térmica foi empregada para quantificar a presença de NTCPMs no nanocompósito empregado como catalisador. O desempenho fotocatalítico dos nanocompósitos foi correlacionado com o efeito do pH dos sistemas líquidos empregados na sua obtenção, natureza da interação (química e/ou física) entre nanotubo de carbono e TiO2, fases presentes no TiO2, energia do gap óptico e presença de defeitos estruturais no TiO2. A maior eficiência na fotocatálise foi observada nos nanocompósitos NTCPMs-TiO2 obtidos a partir do TiO2 comercial, e nos obtidos a partir do precursor TTP tratado termicamente a 500 °C, ambos em meio ácido. Estes resultados puderam ser associados às menores energias de transição e nível de defeitos no TiO2 nesses nanocompósitos, quando comparados aos demais. / This study aimed to obtain nanocomposites from multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with TiO2, and characterize them according to their structure, optical properties and photocatalytic activity. The nanocomposites were obtained from commercial MWCNTs (Baytubes®) and two different types of TiO2: a commercial one (P25) and one obtained by synthesizing TiO2 with titanium tetra propoxide (TTP) as a precursor. Two different fluid systems were used for obtaining the MWCNT-TiO2 nanocomposites: one with acid pH and the other with alkaline pH. The nanocomposites obtained from TTP were subsequently heat treated at 400 °C, 500 °C, 600 °C and 700 °C to form crystalline phases of TiO2. The nanocomposites were investigated for their photocatalytic activity, employing them as catalysts in the degradation of organic methyl orange dye in an aqueous solution under ultraviolet radiation. The results were associated with the characteristics of the nanocomposites’ structure, using techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and specific surface area. Optical characterization was obtained by photoluminescence spectroscopy and diffuse reflectance spectroscopy. Thermal analysis was used to quantify the presence of MWCNTs in the nanocomposite employed as catalyst. The photocatalytic performance of the nanocomposites were correlated with the effect of the pH of the liquid systems employed for obtaining them, the nature of the interaction (chemical and/or physical) between the carbon nanotube and TiO2, the phases present in the TiO2, the optical energy gap and the presence of structural defects in TiO2. The highest photocatalytic efficiency was observed in the MWCNT-TiO2 nanocomposites obtained from commercial TiO2, and in those obtained from the TTP precursor heat treated at 500 °C, both in an acid medium. These results could be associated with the lower transition energy and level of defects in the TiO2 of these nanocomposites when compared to the other samples.

Submitted by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-02T12:48:47Z No. of bitstreams: 1 DissEHB.pdf: 15859692 bytes, checksum: c4538902f4ec95de542bf12edadd5749 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-02T12:49:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissEHB.pdf: 15859692 bytes, checksum: c4538902f4ec95de542bf12edadd5749 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-03-02T12:49:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissEHB.pdf: 15859692 bytes, checksum: c4538902f4ec95de542bf12edadd5749 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-02T12:49:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissEHB.pdf: 15859692 bytes, checksum: c4538902f4ec95de542bf12edadd5749 (MD5) Previous issue date: 2016-07-11 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / In the present work epoxy/ MWCNT/ mineral fillers nanocomposites were obtained using ultrasonication and calendering. The effect of addition of mineral filler (calcium carbonate, montmorillonite and sepiolite) in electrical, mechanical and thermal properties of epoxy/ MWCNT were analyzed. Two different CNT were studied, with different aspect ration and purity, however only Nanocyl CNT’s presented improvement in the nanocomposites electrical properties and for that reason was employed for hybrid epoxy/ MWCNT/ mineral nanocomposites production. The electrical percolation threshold was determined as 0.04 wt% and for 0.3 wt% the electrical conductivity reached 1.29X10-2 S/m. The addition of calcium carbonate and montmorillonite improved electrical conductivity for epoxy nanocomposites produced with 0.05 wt% CNT and the same behavior was observed for epoxy/ MWCNT / sepiolite nanocomposites at 0.1 wt% CNT. The epoxy/ MWCNT nanocomposite at 0.05% CNT when produzed via calendering presented improvement in the electrical conductivity compared to the same nanocomposite produced via ultrasonication. For epoxy/ MWCNT at 0.05 wt% of CNT, the addition of calcium carbonate in the nanocomposite led to an electrical conductivity 1 decade higher than the epoxy/ 0.05 wt% CNT nanocomposite produced via calendering. The mineral fillers also modified thermal and mechanical behavior of the nanocomposites, and improvements in flexural modulus, thermal stability and Tg were observed. / Neste trabalho produziu-se nanocompósitos híbridos de resina epóxi/ NTCPM/ cargas minerais utilizando-se sonicação de alta energia e calandragem, e estudou-se a influência da adição de diferentes cargas minerais (carbonato de cálcio, montmorilonita e sepiolita) nas propriedades elétricas, térmicas e mecânicas de nanocompósitos epóxi/NTCPM. Neste trabalho foram utilizados dois diferentes tipos de nanotubos de carbono, com razões de aspecto e purezas diferentes, e verificou-se que somente um deles apresentou melhoria nas propriedades elétricas dos nanocompósitos epóxi/NTCPM, o qual foi empregado na produção de nanocompósitos híbridos epóxi/ NTCPM/ cargas minerais. A percolação elétrica dos nanotubos de carbono foi determinada em aproximadamente 0,04% em massa, e para um teor de 0,3% em massa de nanotubos de carbono, a condutividade elétrica atingiu 1,29X10-2 S/m. Nos nanocompósitos processados via sonicação de alta energia, observou-se elevação da condutividade elétrica com a adição de montmorilonita sódica e carbonato de cálcio para os teores de 0,05% em massa de NTCPM e com a adição de sepiolita somente para o teor de 0,1% em massa de NTCPM. Nos nanocompósitos processados via calandragem, o nanocompósito de resina epóxi/ 0,05% NTCPM apresentou condutividade elétrica duas vezes superior ao mesmo nanocompósito processado via sonicação de alta energia e a adição de carbonato de cálcio elevou a condutividade elétrica do nanocompósito de resina epóxi/ 0,05% NTCPM/ carbonato de cálcio em uma ordem de grandeza quando comparado ao nanocompósito epóxi/ 0,05% NTCPM processado via calandragem. A adição de NTCPM e cargas minerais também modificou os comportamentos mecânico e térmico dos nanocompósitos, elevando-se o módulo elástico em flexão, resistência térmica e Tg. / FAPESP: 2014/16299-8

Este trabalho teve como objetivo obter nanocompósitos de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPMs) com TiO2, e caracterizá-los quanto a sua estrutura, características ópticas e atividade fotocatalítica. Os nanocompósitos foram obtidos a partir de NTCPMs comerciais (Baytubes®), e dois diferentes TiO2: um comercial (P25) e um obtido na síntese de TiO2 tendo tetra propóxido de titânio (TTP) como precursor. Foram utilizados dois diferentes sistemas líquidos para a obtenção dos nanocompósitos NTCPM-TiO2: um, em pH ácido e outro, em pH alcalino. Os nanocompósitos obtidos a partir do TTP foram posteriormente tratados termicamente a 400 °C, 500 °C, 600 °C e 700 °C para formação de fases cristalinas de TiO2. Os nanocompósitos foram investigados quanto a sua atividade fotocatalítica, empregando-os como catalisadores na degradação do corante orgânico alaranjado de metila, em solução aquosa, sob radiação ultravioleta. Os resultados foram associados a características da estrutura dos nanocompósitos, utilizando técnicas como difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia Raman e espectroscopia por infravermelho e área superficial específica. A caracterização óptica foi obtida por espectroscopia fotoluminescente e espectroscopia por refletância difusa. A análise térmica foi empregada para quantificar a presença de NTCPMs no nanocompósito empregado como catalisador. O desempenho fotocatalítico dos nanocompósitos foi correlacionado com o efeito do pH dos sistemas líquidos empregados na sua obtenção, natureza da interação (química e/ou física) entre nanotubo de carbono e TiO2, fases presentes no TiO2, energia do gap óptico e presença de defeitos estruturais no TiO2. A maior eficiência na fotocatálise foi observada nos nanocompósitos NTCPMs-TiO2 obtidos a partir do TiO2 comercial, e nos obtidos a partir do precursor TTP tratado termicamente a 500 °C, ambos em meio ácido. Estes resultados puderam ser associados às menores energias de transição e nível de defeitos no TiO2 nesses nanocompósitos, quando comparados aos demais. / This study aimed to obtain nanocomposites from multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with TiO2, and characterize them according to their structure, optical properties and photocatalytic activity. The nanocomposites were obtained from commercial MWCNTs (Baytubes®) and two different types of TiO2: a commercial one (P25) and one obtained by synthesizing TiO2 with titanium tetra propoxide (TTP) as a precursor. Two different fluid systems were used for obtaining the MWCNT-TiO2 nanocomposites: one with acid pH and the other with alkaline pH. The nanocomposites obtained from TTP were subsequently heat treated at 400 °C, 500 °C, 600 °C and 700 °C to form crystalline phases of TiO2. The nanocomposites were investigated for their photocatalytic activity, employing them as catalysts in the degradation of organic methyl orange dye in an aqueous solution under ultraviolet radiation. The results were associated with the characteristics of the nanocomposites’ structure, using techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and specific surface area. Optical characterization was obtained by photoluminescence spectroscopy and diffuse reflectance spectroscopy. Thermal analysis was used to quantify the presence of MWCNTs in the nanocomposite employed as catalyst. The photocatalytic performance of the nanocomposites were correlated with the effect of the pH of the liquid systems employed for obtaining them, the nature of the interaction (chemical and/or physical) between the carbon nanotube and TiO2, the phases present in the TiO2, the optical energy gap and the presence of structural defects in TiO2. The highest photocatalytic efficiency was observed in the MWCNT-TiO2 nanocomposites obtained from commercial TiO2, and in those obtained from the TTP precursor heat treated at 500 °C, both in an acid medium. These results could be associated with the lower transition energy and level of defects in the TiO2 of these nanocomposites when compared to the other samples.

Este trabalho teve como objetivo obter nanocompósitos de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPMs) com TiO2, e caracterizá-los quanto a sua estrutura, características ópticas e atividade fotocatalítica. Os nanocompósitos foram obtidos a partir de NTCPMs comerciais (Baytubes®), e dois diferentes TiO2: um comercial (P25) e um obtido na síntese de TiO2 tendo tetra propóxido de titânio (TTP) como precursor. Foram utilizados dois diferentes sistemas líquidos para a obtenção dos nanocompósitos NTCPM-TiO2: um, em pH ácido e outro, em pH alcalino. Os nanocompósitos obtidos a partir do TTP foram posteriormente tratados termicamente a 400 °C, 500 °C, 600 °C e 700 °C para formação de fases cristalinas de TiO2. Os nanocompósitos foram investigados quanto a sua atividade fotocatalítica, empregando-os como catalisadores na degradação do corante orgânico alaranjado de metila, em solução aquosa, sob radiação ultravioleta. Os resultados foram associados a características da estrutura dos nanocompósitos, utilizando técnicas como difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia Raman e espectroscopia por infravermelho e área superficial específica. A caracterização óptica foi obtida por espectroscopia fotoluminescente e espectroscopia por refletância difusa. A análise térmica foi empregada para quantificar a presença de NTCPMs no nanocompósito empregado como catalisador. O desempenho fotocatalítico dos nanocompósitos foi correlacionado com o efeito do pH dos sistemas líquidos empregados na sua obtenção, natureza da interação (química e/ou física) entre nanotubo de carbono e TiO2, fases presentes no TiO2, energia do gap óptico e presença de defeitos estruturais no TiO2. A maior eficiência na fotocatálise foi observada nos nanocompósitos NTCPMs-TiO2 obtidos a partir do TiO2 comercial, e nos obtidos a partir do precursor TTP tratado termicamente a 500 °C, ambos em meio ácido. Estes resultados puderam ser associados às menores energias de transição e nível de defeitos no TiO2 nesses nanocompósitos, quando comparados aos demais. / This study aimed to obtain nanocomposites from multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with TiO2, and characterize them according to their structure, optical properties and photocatalytic activity. The nanocomposites were obtained from commercial MWCNTs (Baytubes®) and two different types of TiO2: a commercial one (P25) and one obtained by synthesizing TiO2 with titanium tetra propoxide (TTP) as a precursor. Two different fluid systems were used for obtaining the MWCNT-TiO2 nanocomposites: one with acid pH and the other with alkaline pH. The nanocomposites obtained from TTP were subsequently heat treated at 400 °C, 500 °C, 600 °C and 700 °C to form crystalline phases of TiO2. The nanocomposites were investigated for their photocatalytic activity, employing them as catalysts in the degradation of organic methyl orange dye in an aqueous solution under ultraviolet radiation. The results were associated with the characteristics of the nanocomposites’ structure, using techniques such as X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and specific surface area. Optical characterization was obtained by photoluminescence spectroscopy and diffuse reflectance spectroscopy. Thermal analysis was used to quantify the presence of MWCNTs in the nanocomposite employed as catalyst. The photocatalytic performance of the nanocomposites were correlated with the effect of the pH of the liquid systems employed for obtaining them, the nature of the interaction (chemical and/or physical) between the carbon nanotube and TiO2, the phases present in the TiO2, the optical energy gap and the presence of structural defects in TiO2. The highest photocatalytic efficiency was observed in the MWCNT-TiO2 nanocomposites obtained from commercial TiO2, and in those obtained from the TTP precursor heat treated at 500 °C, both in an acid medium. These results could be associated with the lower transition energy and level of defects in the TiO2 of these nanocomposites when compared to the other samples.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Capitulo - 1.pdf: 90391 bytes, checksum: 33e046a11ac6f08cddd52a66b5806583 (MD5) Previous issue date: 2012-02-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this study PLLA nanocomposites have been produced with 0.25 and 0.50 (wt%) multiwall carbon nanotubes (MWCNT). The MWCNT were dispersed in solution using two different ways: with and without high energy sonication. The mechanical results were evaluated by means of nanoindentation and microhardness, the thermal results by differential scanning calorimetric, thermogravimetric analysis and the tribological results by pin-on-disc tests with two different normal loads (5 and 10N). It was observed a reduction of 4.2% in elastic modulus of neat PLLA produced by sonication. The largest increases in the modulus were obtained with a concentration of 0.25% (6.7% and 5.4% for sonication and without it). The microhardness showed an increase of 18% for the sample with 0.50%, regardless of treatment. It is also presented the results obtained by nanohardness which differ from microhardness. The sample with 0.25% had the lowest volume loss in most conditions tested in the pin-ondisk. Most of the samples, with normal load of 10N, showed a lower wear rate than the same sample with a load of 5N. The friction coefficient showed a high dispersion of data allowing only analyzes the trends. The wear mechanisms observed adhesion and abrasion, vary in their intensity after the addition of MWCNT. There is evidence that sonication causes a portion of the material to be removed through tribochemical wear. The glass transition temperature did not show variations. It was observed a progressive reduction in the onset temperature of degradation by thermogravimetric analysis with the incorporation of MWCNT. It was not obtained an increase in crystallinity with incorporation of MWCNT. / Neste trabalho produziu-se nanocompósitos de PLLA com 0,25% e 0,50% (m/m) de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NCPM). A dispersão dos NCPM foi feita em solução de duas maneiras distintas, sendo uma utilizando sonificação de alta energia e outra sem. Avaliou-se o módulo de elasticidade por nanoindentação, o comportamento térmico por calorimetria exploratória e pela análise termogravimetria e as propriedades tribológicas dos nanocompósitos e do polímero puro através do ensaio de pino sobre disco com cargas de 5 e 10N. Pode-se observar uma queda de 4,2% no módulo de elasticidade no PLLA puro produzido com a sonificação. Os maiores aumentos no módulo foram obtidos com a concentração de 0,25% (5,4% e 6,7% para as sem sonificação e com sonificação). A microdureza apresenta um aumento até 18% para a amostra com 0,50%, independente do tratamento. Também se apresentam os resultados obtidos pela nanodureza que diferem dos obtidos da microdureza. A amostra com 0,25% obteve o menor volume removido na maioria das condições testadas no ensaio pino e disco. O coeficiente de atrito apresentou grande dispersão permitindo somente analisar as suas tendências. Os mecanismos de desgaste observados, adesão e abrasão, variam de intensidade com a incorporação de NCPM. Há indícios que a sonificação faz com que parte do material removido seja através do desgaste triboquímico. A temperatura de transição vítrea não apresentou variações. Foi verificada uma redução progressiva na temperatura de início de degradação por análise termogravimétrica com a adição dos NCPM. Não foi notada uma variação significativa na cristalinidade com incorporação de NCPM.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROGER HOEL BELLO.pdf: 5998739 bytes, checksum: 0b20c26be8ef42194c531db9839d0937 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Enhancing the thermal, mechanical and electrical properties of epoxy resin with use of carbon-based nanoparticles there must be a good dispersion in the resin and interfacial interaction with the polymer matrix. Thus, the chemical functionalization incorporates functional groups on their surface which can improve both problems. The silanization has been preferred in the process of functionalization of nanoparticles, succeeding in enhancing the properties of nanocomposites. This work aimed to evaluate the effects of the silanization of multiwalled carbon nanotubes MWCNT and graphene nanoplatelets with organosilane (3-APTES) in the final properties of epoxy nanocomposites. Thus, both nanoparticles were oxidized with a sulfonitric mixture (3:1 by volume) and silanized with the organosilane (3-APTES). To evaluate the effects of the chemical functionalization in thermal, mechanical and electrical properties, nanocomposites containing MWCNT or graphene nanoplatelets at two different concentrations of pristine, oxidized and silanized nanoparticles (0.15 and 0.5% v/v) were prepared by polymerization in situ, without using solvents. The functionalizations were characterized by Fourier Transform Infrared (FTIR), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy techniques. The thermal properties were analyzed by Differential Scanning Calorimetry (DSC), the mechanical by instrumented nanoindentation and the electrical Impedance Spectroscopy. The XPS technique showed the successfully silanization on the the nanoparticles surface that was studied. Regarding the thermal properties, the addition of pristine and functionalized MWCNT or graphene nanoplatelets did not show significant variations, but increased the mobility of polymer chains in the matrix decreasing the values for the glass transition temperature (Tg) compared to pure resin. Increases in stiffness and ductility of the material were obtained when oxidized graphene nanoplatelets were added in the matrix. When was added 0.15% by volume of oxidized graphene nanoplateletes, the modulus of elasticity increased approximately 83%, whereas 0.50% by volume increased greater than 88% compared to the pure resin. Increasing of ductility was reached increasing volume fraction of 0.15 to 0.50% by volume when those nanoparticles were added into the resin, due to the approximately 10% of decreasing the values of nanohardness. The formation of percolating networks has been achieved only by pristine MWCNT with at a concentration of 0.50% by volume. As for the graphene nanoplatelets were added only when silanized graphene nanoplateletes at a concentration of 0.15% by volume, but for both nanoparticles were observed conductivities on the order of 10-7 S/m for frequencies near 100 Hz. / A alteração de propriedades térmicas, mecânicas e elétricas de uma resina epoxídica após a adição de nanopartículas alotrópicas de carbono depende da concentração, orientação, tipo de partícula, seu estado de dispersão e interação destas com a matriz. A funcionalização química pode auxiliar na melhoria de ambos os problemas, com a incorporação de grupos funcionais na superfície, paredes e pontas das nanopartículas. Assim, a silanização tem sido usada em processos de funcionalização química dos nanoreforços, tendo êxito no auxílio à melhoria das propriedades finais dos nanocompósitos. Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da silanização com o organosilano 3-APTES em nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) e nanoplateletes de grafeno nas propriedades finais dos nanocompósitos produzidos com a matriz epoxídica. Para isto, ambas as nanopartículas foram oxidadas com uma mistura sulfonítrica (3:1 em volume) e silanizadas com o organosilano (3-APTES). Para avaliar os efeitos das funcionalizações nas propriedades térmicas, mecânicas e elétricas, nanocompósitos contendo NTCPM ou nanoplateletes de grafeno em duas diferentes concentrações das nanopartículas pristine, oxidadas e silanizadas (0,15 e 0,5% v/v) foram preparados pela técnica de polimerização in situ, sem a utilização de solventes. As nanopartículas funcionalizadas foram caracterizadas pelas técnicas de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de energia dispersa (EDS), difração de raios-X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons por raios-X (XPS) e espectroscopia Raman. As propriedades térmicas foram analisadas por calorimetria diferencial de varredura (DSC), as mecânicas por nanoindentação instrumentada e, as elétricas por espectroscopia de impedância. A técnica de caracterização por XPS comprovou o êxito da silanização na superfície das nanopartículas estudadas. Em relação às propriedades térmicas, a adição de NTCPM ou nanoplateletes de grafeno pristine e funcionalizadas não apresentaram variações significativas, porém aumentaram a mobilidade das cadeias poliméricas da matriz, resultando no decréscimo da temperatura de transição vítrea (Tg) em relação à resina pura. Aumentos na rigidez e ductilidade do nanocompósito foram alcançados quando foram adicionados nanoplateletes de grafeno oxidados na matriz. A adição de 0,15% v/v desta nanopartícula foi observado um aumento de aproximadamente 83% para o módulo de elasticidade, enquanto que 0,50% v/v este aumento foi maior que 88% em relação à resina pura. Foi alcançado aumento da ductilidade com o incremento da fração volumétrica de 0,15 para 0,50% v/v destas nanopartículas, devido ao decréscimo dos valores da nanodureza em aproximadamente 10%. A formação de redes de percolação foi alcançada apenas com a adição de NTCPM pristine para concentração de 0,50% em volume. Enquanto que para os nanoplateletes de grafeno, este fenômeno foi observado apenas quando foram adicionados nanoplateletes de grafeno silanizadas na concentração de 0,15% em volume. Entretanto, para ambas as nanopartículas foram observados valores de condutividade na ordem de 10-7 S/m para frequências próximas a 100Hz.