Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-03-01T04:01:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337501.pdf: 44591069 bytes, checksum: c849c94f16bfeabf9f716ba42cf20165 (MD5) Previous issue date: 2015 / As células a combustível de óxido sólido (SOFC) são células para conversão de hidrogênio em energia elétrica, altamente eficientes e limpas, já que produzem eletricidade, calor, e unicamente agua como gás de exhaustão do processo eletroquímico. A célula eletrolítica de óxido sólido (SOEC) corresponde à operação inversa da SOFC. Células a combustível de óxido sólido reversíveis (RSOFC) são dispositivos para produzir energia e armazená-la empregando hidrogênio como portador da energia, atuando de forma reversível como células combustível ou eletrolisador. Um breve análise econômico mostra RSOFC como una alternativa viável para sistemas híbridos de energias renováveis. O estado-da-arte dos materiais dos componentes da célula foi analisado e discutido em detalhe, comparando pontos comuns desenvolvidos neste trabalho. Materiais como Perovskitas, fases Ruddlesden-Popper e Perovskitas Duplas mostram-se como potencialmente mais eficientes em comparação com o material mais utilizado para eletrodos de oxigênio, manganita de estrôncio lantânio (LSM). Uma microestrutura nanocristalina pode melhorar propriedades chave, por exemplo para o eletrólito mais utilizado, zircônia estabilizada com yttria (YSZ), pode-se obter um aumento do >95% em condutividade iônica comparando tamanhos de grão de 300 nm e 2.15 µm. Para atingir as estructuras nanocristalinas, devem-se usar pós com tamanhos de partícula pequenos e técnicas de sinterização que inibam o crescimento de grão. Fases Ruddlesden-Popper como as baseadas em La2NiO4+d, apresentam alta permeabilidade ao oxigênio, e condutividade iônica entre outras propriedades vantajosas para RSOFC. Neste trabalho é reportada a síntese e as propriedades de transporte de oxigênio para um material novo (La2-ySryNi1-xMoxO4+d, 0.0=y=0.4 e 0.0=x=0.1). A análise das fases revelou um limite de solubilidade baixo de Mo no sítio B da estrutura A2BO4+d. O material La1.8Sr0.2Ni0.95Mo0.05O4+d (LSMN) fase pura foi sintetizado com sucesso. Amostras de LSMN foram conformadas por compressão isostática e sinterizadas a 1500ºC durante 4 h. As densidades atingidas foram maiores do que 95% e o tamanho de grão foi de 14±8 µm. Um modelo simples de defeitos foi usado para explicar o comportamento da condutividade elétrica. O coeficiente de superfície (kchem) e os coeficientes de difusão (Dchem) em termos de temperatura e PO2 foram avaliados por relaxamento da condutividade elétrica (ECR) e comparados a materiais semelhantes, mostrando que dopagem no sitio B de La2NiO4+d com Mo, pode melhorar as propriedades de transporte de oxigênio. Para melhorar a condutividade iônica, e desejável manufaturar o eletrólito com pós de pequeno tamanho e planejar a sinterização com os perfis de tempo-temperatura, para obter microestruturas com tamanhos de grão menores. Há falta de modelos que possam prever as densidades atingidas durante sinterização. Neste trabalho foi desenvolvido um modelo para predizer a densificação, como função da temperatura, tempo e tamanho de partícula. O modelo foi capaz de predizer densidades atingidas em diferentes condições de sinterização. A sinterização acarreta densificação e crescimento de tamanho de grão simultaneamente, particularmente para materiais nanocristalinos. Atualmente, métodos como spark plasma sintering (SPS), prensagem a quente (HP), sinterização em duas etapas (TSS) e queima rápida (FF) são empregados para inibir o crescimento de grão enquanto é mantida alta densificação. Neste trabalho, foi comparado experimentalmente FF e sinterização convencional (RH), em compactos de yttria estabilizada com zircônia (3YSZ e 8YSZ). Foram feitos experimentos em um forno tubular com taxas de aquecimento de ~500 °C/min (FF) e 10ºC/min (RH), analisando a mudança contínua da densidade dos compactos e a distribuição de tamanhos de grão da estrutura densa. As amostras sinterizadas pela rota convencional apresentam maior crescimento de grão por um fator de ~4 e ~2 respeito do tamanho dos pós. Por outro lado, as amostras sinterizadas pela rota de queima rápida suprimiram o crescimento com um fator de ~1 para os dois materiais. Esses resultados indicam que altas taxas de aquecimento minimizam o crescimento de tamanho de grão.<br> / Abstract : Solid oxide fuel cells (SOFC) are cells for conversion of hydrogen into electrical power, highly efficient and clean, since produces electricity, heat, and solely water as exhaust gas by electrochemical processes. Solid Oxide Electrolyser Cells (SOEC) correspond to the reverse operation of SOFC. Reversible solid oxide fuel cells (RSOFC) are devices to produce energy and store it employing hydrogen as energy carrier, acting reversibly as fuel or electrolyser cells. A brief financial review shows RSOFC as a viable alternative for hybrid renewal energy systems. Current state of electrolyte, hydrogen and oxygen electrodes materials has been reviewed and discussed in detail, comparing common points between SOFC and SOEC developed here. Perovskites, Ruddlesden-Popper series and Double Perovskites materials show to have lower resistance, therefore, potentially more efficiency than the state-of-art oxygen electrode, lanthanum strontium manganite (LSM). A fine-grained microstructure can enhance key properties, for instance the state-of-art electrolyte yttria stabilized zirconia (YSZ) increase >95% the ionic conductivity comparing grain sizes 300 nm and 2.15 µm. To achieve fine-grained structure, must be employed powders with small particle sizes and sintering techniques to hinder the grain growth. Ruddlesden-Popper series as La2NiO4+d-based materials exhibit high oxygen permeability, ionic conductivity among other properties advantageous for RSOFC. In this work, the synthesis and oxygen transport properties for a novel material (La2-ySryNi1-xMoxO4+d 0.0=y=0.4 and 0.0=x=0.1) are reported. The phase relations analysis disclose low Mo solubility limit on the B-site of the A2BO4+d structure. Single phase La1.8Sr0.2Ni0.95Mo0.05O4+d bar shape samples were cold-isostatically pressed and pressureless sintered at 1500ºC for 4 h. Sintered densities above 95% and grain size of 14.3±8 µm were obtained. A simple defect model was applied to explain electrical conductivity. Surface exchange coefficients (kchem) and bulk diffusion coefficients (Dchem) in terms of temperature and PO2 were assessed by electrical conductivity relaxation (ECR) and discussed comparing with similar compounds, showing that doping the B site of lanthanum nickelate with Mo can enhance the oxygen transport properties.To enhance the materials ionic conductivity, is desirable to manufacture the electrolyte using powders with small particle size and plan the sintering technique with the time-temperature profile to obtain fine-grained microstructures. There is a lack of accurate models to predict the compacts density during sintering. Here a densification model was developed to predict densification, as a function of temperature, time and particle size. The model was able to predicting the achieved density using different sintering conditions. Sintering of powders leads to simultaneous densification and grain growth, particularly for nanocrystalline materials. Currently, methods such as spark plasma sintering (SPS), hot pressing (HP), two-step sintering (TSS) and fast firing (FF) are employed to hinder grain growth while maintaining a high densification. In this work, FF consisting in thermal treatments with high heating rates (>500º/min) and conventional sintering (RH) approaches were experimentally compared for yttria-stabilized zirconia (3YSZ and 8YSZ) compacts. Experiments were carried out in a tube furnace with a heating rate of ~500 °C/min (FF) and 10 °C/min (RH), analyzing the continuous density change and the grain size distribution of the dense structure. RH-samples present grain size bigger by a factor of ~4 and ~2 in comparison to raw powder for 8YSZ and 3YSZ respectively. Conversely, FF method completely suppresses grain growth at the experimental conditions with a growth factor of ~1 for both materials. Those results indicate that high heat inputs minimize grain growth.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-26T10:10:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294503.pdf: 4014788 bytes, checksum: d84926a9efbff194697900d867856eb5 (MD5) / Materiais porosos são aqueles que possuem espaços vazios funcionais, chamados de poros, distribuídos regularmente no interior da matriz. Em relação ao tipo de poros, podem ser divididos em materiais com poros fechados, uso como suporte estrutural, ou poros abertos, que encontram aplicação principalmente onde o transporte de fluidos é necessário, como na filtragem, suporte de catalisadores, isolamento térmico e acústico, depósito de lubrificante, entre outros. O processo particular utilizado para produzir os materiais porosos define suas propriedades e sua estrutura porosa, como tipo de porosidade (aberta ou fechada), percentual volumétrico de poros, dimensão e formato dos poros, uniformidade e conectividade. O presente trabalho descreve uma rota de processamento desenvolvida especificamente para a fabricação de um material poroso de baixo custo, projetado para a absorção acústica. O material é produzido via processo de compactação a partir de uma mistura de pó de oxido de ferro (Fe2O3) com pó de grafita. A grafita (space holder) misturada ao pó de óxido tem como função a geração de poros secundários. Na fase inicial do trabalho foram estudadas duas formas distintas de remoção térmica da grafita, a primeira, pela reação com o oxigênio do ar atmosférico, e a outra pela sua reação com oxigênio contido nas partículas de oxido. Quando da utilização da sinterização em ar atmosférico, há a total remoção da grafita a temperatura de 850 °C, resultando em um esqueleto poroso formado pela sinterização das partículas de óxido de ferro. O esqueleto poroso foi subseqüentemente reduzido para ferro metálico por tratamento termoquímico em hidrogênio, em diferentes temperaturas, resultando em microestruturas distintas e porosidade podendo variar de 34 a 54 %, para a mesma quantidade de space holder adicionado (42 vol%), devido à retração do material durante a sinterização/redução e poros remanescente do processo de compactação (poros primários). A distribuição de tamanho e o formato dos poros podem ser ajustados pelo controle do cisalhamento das partículas de grafita, ou reduzido pelo recobrimento das partículas com material polimérico, gerando estruturas porosas diferenciadas. Esse método mostra-se eficiente na produção de estruturas porosas especificas para a aplicação de engenharia pretendida, com alta porosidade e conectividade dos poros.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:24:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 309179.pdf: 2058999 bytes, checksum: 665e69359fb846837b313b2e082ab2ca (MD5) / Micropartículas de poli(3-hidroxibutirato) (PHB) contendo cetoprofeno (CET) como fármaco modelo foram preparadas através da técnica de emulsão-evaporação do solvente O/A. Com o intuito de atribuir uma barreira adicional à liberação do cetoprofeno, micropartículas de CET/PHB foram revestidas por um filme de quitosana através da técnica spray drying. A quitosana é um dos biopolímeros mais utilizados para aplicações farmacêuticas e biomedicinais, porém, como é um polímero hidrofílico, há necessidade de uma reticulação visando modificar determinadas propriedades do biopolímero, tais como, estabilidade química e térmica, rigidez estrutural, permeabilidade e capacidade de modular a liberação de agentes ativos. O filme de quitosana foi reticulado com glutaraldeído ou genipin. A morfologia das micropartículas foi avaliada, bem como sua eficiência de encapsulação. As micrografias de MEV mostraram partículas esféricas com tamanhos entre 10 a 20 µm. A eficiência de encapsulação foi da mesma ordem de grandeza para todas as formulações de micropartículas estudadas. O perfil de liberação do fármaco foi obtido em condições tamponadas de uma solução de fosfato pH 7,4 utilizando espectrometria UV-Vis. A influência das concentrações de quitosana e do agente reticulante (glutaraldeído e genipin) na quantidade de cetoprofeno liberado após 1 h e sobre o prolongamento de liberação em 72 h, foi avaliada através de análises estatísticas, indicando que ambas as variáveis influenciaram as respostas. A liberação do cetoprofeno a partir de micropartículas compostas recobertas com quitosana reticulada foi lenta e sustentável, sendo um transportador polimérico muito promissor para a libertação de fármacos. Para elucidar o mecanismo de liberação, os sistemas foram tratados com base no modelo de Higuchi e na Lei das Potências, sendo os perfis descritos por uma equação biexponencial. A partir do ajuste dos dados de liberação à equação de Baker-Lonsdale, determinou-se que o mecanismo de liberação é controlado, sobretudo por difusão pelas matrizes poliméricas. / Microparticles of poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) containing ketoprofen (KET) as a model drug were prepared using the technique of emulsion-evaporation solvent (O/W). In order to assign an additional barrier to the release of the ketoprofen and decrease the burst effect, microparticles of KET/PHB were coated with a film of chitosan by spray drying technique. Chitosan is one of the most biopolymers commonly used for pharmaceutical and biomedical applications, however, as it is a hydrophilic polymer, there is a need for crosslinking in order to modify certain properties of the biopolymer, such as chemical and thermal stability, structural strength, permeability and the ability to modulate the release of active agents. The film surface was modified by two chitosan crosslinking agents, glutaraldehyde and genipin. The morphology of the microparticles was evaluated as well as their encapsulation efficiency. The SEM micrographs showed spherical particles with sizes between 10 and 20 ìm. The encapsulation efficiency was, approximately, the same order for all microparticles with different formulations of chitosan. The profile release of the drug was obtained at a buffered phosphate solution pH 7.4 using UV-Vis spectrometry. The influence of chitosan concentration and and crosslinker agents (glutaraldehyde or genipin) on the amount of ketoprofen released after 1 h and on the extended-release after 72 h was evaluated by statistical analyzes, indicating that both variables influenced the responses. The release of ketoprofen from composite microparticles coated with crosslinked chitosan was slow and sustainable, being a polymeric carrier to a very promising drug delivery. To elucidate the mechanism of release, the systems were treated with the model of Higuchi and power law, these profiles were described by biexponential equation. From the adjustment of the data release to the equation of Baker-Lonsdale, we determined that the release mechanism is controlled primarily by diffusion through polymeric matrices.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:01:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 220825.pdf: 764317 bytes, checksum: 424deadca8c1fb98116287a0145dc254 (MD5) / As indústrias do setor cerâmico, em particular aquelas produtoras de revestimentos cerâmicos, louça de mesa e sanitários têm procurado constantemente por novas matérias-primas e por melhoramentos nas linhas de produção, de modo a garantir um constante aperfeiçoamento dos processos produtivos. Além disso, estas empresas têm buscado modernizar as instalações industriais, racionalizando o uso das matérias-primas e dando atenção especial à redução do consumo energético.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2013-12-05T21:47:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275458.pdf: 3719550 bytes, checksum: e2aaa8425530f01e73b28f6ea5278460 (MD5) / Valores de permeabilidade têm sido cada vez mais empregados na avaliação de eficiência de rochas selantes, especialmente na extração de hidrocarbonetos ou no armazenamento de dióxido de carbono. Uma vez que requerem alto custo e tempo, medidas diretas de permeabilidade podem ser substituídas por técnicas experimentais que através de métodos computacionais mensurem permeabilidade intrínseca. O objetivo principal do estudo em questão é obter parâmetros que descrevam a microestrutura porosa de rochas selantes a fim de correlacioná-los com a previsão de permeabilidade intrínseca nessas rochas. De tal modo, Porosimetria de Intrusão de Mercúrio (PIM) e Adsorção Gasosa de Nitrogênio (AGN2) são utilizados como técnicas experimentais complementares. A primeira torna-se ideal para a obtenção dos valores de porosidade e distribuição de meso- e macroporos, enquanto a segunda, associada à teoria Brunauer, Emmett e Teller (BET), permite a determinação da área superficial específica, e, quando conjugada com a teoria Barret, Joyner e Hallenda (BJH) permite a distribuição de tamanho de micro- e mesoporos. O estudo foi conduzido em amostras de rochas selantes cedidas pelo CENPES/Petrobras, oriundas de diferentes profundidades em formações geológicas brasileiras. A junção das curvas PIM e AGN2 mostra que a maioria das amostras é similar, apresentando estrutura porosa anisotrópica - curvas polimodais de distribuição de tamanho de poros (DTP) - com valores de porosidade entre 0,33 % - 10,45 %. Os valores de área superficial específica (So) mensurados por AGN2 foram maiores que aqueles calculados por PIM - variaram entre 1,13 - 19,23 m2/g e 0,55 - 6,57 m2/g, respectivamente. Isso é explicado uma vez que na maioria das amostras analisadas houve predominância de diâmetro médio de poros entre 20 e 1000 Å. Com a determinação da porosidade e DTP total (combinando-se PIM e AGN2), e também da So, foi possível prever a permeabilidade intrínseca das rochas selantes utilizando-se os modelos Carman-Kozeny (CK) e Série-Paralelo, descrito por De Gaspari. Os valores obtidos respectivamente por esses modelos, compreendem a faixa de 4,09 x 10-24 - 4,96 x 10-21 m2 e 9,48 x 10-27 - 9,14 x 10-22 m2. Os resultados de permeabilidade intrínseca foram ainda comparados com valores relatados na literatura para esse tipo de material e também, com resultados experimentais de quatro das amostras submetidas ao ensaio de permeabilidade "Pressure Pulse-Decay" (PPD). / Nowadays permeability values find wide usage by a variety of companies in the evaluation of rock seals, especially in the extraction of hydrocarbonates or in the storage of carbon dioxide. The measurement of permeability in the laboratory having high costs of money and of time can be substituted today by experimental techniques utilizing computer-based methods to measure the intrinsic permeability. The main objective of this study is to obtain parameters that describe the porous microstructure of the seal rocks in order to correlate them with empirical models that predict the intrinsic permeability. Therefore the Mercury Intrusion Porosimetry (MIP) and Nitrogen Gas Adsorption (N2GA) were applied in combination as complementary experimental techniques. The first one is ideal to obtain the porosity values and the size distribution of meso- and macropores, while the second, associated with the Brunauer, Emmett and Teller Theory (BET), permits the determination of the specific surface area, and, if in connection with the Barret, Joyner and Hallenda theory (BJH) leads to the size distribution of micro- and mesopores. The study was conducted on samples of seal rocks supplied by CENPES/Petrobras, originating from different depths within Brazilian geological formations. The junction of the MIP and N2GA curves shows that the majority of the samples is similar, presenting anisotropic porous structures - polymodal pore size distribution (PSD) curves - with porosity values ranging from 0.33 % to 10.44 %. The values of the specific surface area (So) measured by N2GA were higher compared to those calculated by MIP - varying between 1.13 - 19.23 m2/g and 0.55 - 6.57 m2/g, respectively. This is reasonable since the majority of the analyzed samples had a mean pore size of 20 to 1000 Å. After determining the total porosity and PSD by combining MIP and N2GA as well as So, it was possible to calculate the intrinsic permeability of the seal rocks utilizing the Carman-Kozeny and "Série-Paralelo" models. The range of values obtained with these models was between 4.09 x 10-24 - 4.96 x 10-21 m2 and 9.48 x 10-27 - 9.14 x 10-22 m2, respectively. The intrinsic permeability results were furthermore compared with values taken from related literature for this type of material, also with experimental results for four samples from this study submitted to the Pressure Pulse-Decay permeability.

Dissertação (mestrado) - Universidade Fderal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2013-12-05T21:47:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 276398.pdf: 7379390 bytes, checksum: 2be2276970334531d2781ea3fadad300 (MD5) / A engenharia de superfície tem atraído à atenção da indústria e comunidade científica em razão ao desenvolvimento de materiais com características superficiais específicas. Dentre os estudos com superfícies, pesquisas com fenômenos atribuídos à energia livre superficial, tais como molhabilidade e adesão vêm se destacando recentemente devido ao potencial em aplicações tecnológicas. Neste trabalho, visando avaliar a utilização do fluorsilano como revestimento repelente a água e óleos, assim como antiaderente à resina epóxi, amostras de aço inoxidável AISI 430 previamente limpas a plasma (Ar/H2) ou ataque químico (solução piranha) foram revestidas com esse material. O emprego de técnicas de caracterização como espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia Raman, espectroscopia fotoeletrônica de raio-X (XPS), termogravimetria (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV), interferometria ótica, ângulo de contato e ensaio de adesão possibilitaram avaliar características físico-químicas do fluorsilano tais como: grupos funcionais, temperatura de degradação térmica, morfologia da superfície, energia livre superficial, molhabilidade a água e óleos e adesão à resina epóxi. Os resultados revelaram que o fluorsilano apresentou reduzida energia livre superficial em razão a presença de estáveis grupos CFx na sua estrutura e por esse motivo comportou-se como material hidrofóbico, oleofóbico e com antiaderência à resina epóxi superior ao aço inoxidável; demonstrando ser um potencial revestimento para aplicações repelentes a substâncias sólidas e líquidas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2013-12-05T21:59:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 279200.pdf: 6186550 bytes, checksum: 4df9df350ff6f95bc2e15e556f48c0a1 (MD5) / Neste trabalho foram produzidos filmes finos do semicondutor óxido cuproso (Cu2O) através da técnica de eletrodeposição, que consiste no crescimento de determinado material sobre um substrato sólido através de reações eletroquímicas. O objetivo deste estudo é produzir e caracterizar semicondutores de Cu2O, bem como, controlar o tipo de portador majoritário de carga, através da variação do pH da solução (eletrólito) e da adição de dopante (Cloro). O óxido de cobre é naturalmente um semicondutor do tipo p, porém através da adição de íons hidroxila (controle do pH) ou de átomos de Cloro, pode-se controlar o tipo de portador majoritário como p ou n, que será desenvolvido neste trabalho. Trabalhos recentes demonstram que quanto maior o caráter básico da solução, maior é a possibilidade de obter um semicondutor de Cu2O do tipo p. Em contrapartida, quanto menor é o caráter básico da solução maior é a possibilidade de obter um semicondutor do tipo n. Isso se deve ao fato, de que o pH da solução pode controlar a quantidade de oxigênio incorporado em filmes de óxido cuproso durante a deposição eletroquímica.Além disso, foi acrescentado um dopante ao Cu2O, a fim de obter o tipo n deste material, dando prosseguimento aos estudos de produção e caracterização de óxido de cobre por eletrodeposição, no Laboratório de Filmes Finos e Superfícies da UFSC. Para tanto, foram produzidas junções Schottky (metal/semicondutor), com o propósito de caracterizar o tipo de semicondutor através de suas propriedades elétricas, ou seja, curvas I-V de diodo Schottky e medidas de capacitância. Para obter informações sobre a existência de óxido de cobre depositado sobre o substrato metálico utilizou-se a difração de raios-X e a espectroscopia Raman. Para verificar a presença do dopante, foi utilizada a técnica de Dispersão em Energia (EDS). Outro aspecto de investigação foi estudar a superfície dos filmes através de microscopia eletrônica (FEG). A partir desse estudo pretende-se investigar futuramente as propriedades de dispositivos como diodos de junção pn (homojunções Cu2O-n/Cu2O-p), que são de grande importância para conversores fotovoltaicos como células solares, uma vez que estima-se um aumento em sua eficiência. / This work was produced thin films of semiconductor cuprous oxide (Cu2O) by electrodeposition technique, which consists in the growth of a given material on a solid substrate through electrochemical reactions. The aim of this study is to produce and characterize semiconductor Cu2O, and to control the type of majority carrier charge, by varying the pH of the solution (electrolyte) and the addition of dopant (chlorine). The copper oxide is naturally a p-type semiconductor, but with the addition of hydroxyl ions (pH control) or chlorine atoms, one can control the type of majority carrier as p or n, which will be developed in this work. Recent studies have demonstrated that the higher the basic character of the solution, the greater the possibility of obtaining a semiconductor Cu2O-type p. In contrast, the smaller the basic character of the solution the greater the possibility of obtaining an n-type semiconductor This is due to the fact that the pH of the solution can control the amount of oxygen incorporated in films of cuprous oxide during deposition eletroquímica.Além addition, a dopant was added to Cu2O in order to obtain the n-type of material, giving continuing to study the production and characterization of copper electrodeposition in the Laboratory of Thin Films and Surfaces UFSC. It had been produced Schottky junctions (metal / semiconductor), in order to characterize the type of semiconductor through their electrical properties, ie, Schottky diode IV curves and capacitance measurements. For information about the existence of copper oxide deposited on the metallic substrate we used the X-ray diffraction and Raman spectroscopy. To verify the presence of dopant, we used the technique of energy dispersive (EDS). Another aspect of the research was to study the surface of the films by electron microscopy (FEG). From this study we intend to investigate further the properties of devices such as pn junction diodes (homojunções Cu2O-n/Cu2O-p), which are of great importance for solar cells and photovoltaic converters, since it is estimated an increase in efficiency.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:36:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 320147.pdf: 3962093 bytes, checksum: 08de973438b387228b3c3c087336e7b5 (MD5) Previous issue date: 2013 / A demanda por desenvolvimento de tecnologia para redução do atrito e do aumento da resistência ao desgaste de mancais mecânicos está diretamente relacionada às exigências do consumo energético mun-dial. Uma vez que ao invés de encontrar novas fontes de energia, é possível prolongar as reservas atuais consumindo-a de forma mais eficiente. Uma solução para atrito e desgaste são os tratamentos superficiais como os revestimentos multicamadas, em que se desenvolvem as propriedades superficiais dos componentes sem a alteração do núcleo. Filmes a base de carbono e hidrogênio chamados DLC são capazes de trabalhar nos dois sentidos. Para isto diversos fatores devem ser considerados para proporcionar o desempenho mecânico esperado, como eficiência, vida útil e confiabilidade. Dentre estes fatores estão os tipos de intercamadas, a dureza superficial, a rugosidade e a afinidade química entre outros. Neste trabalho foi estudado, com função de suporte mecânico e adesão, o efeito de diferentes camadas nitretadas por plasma em aço carbono no desempenho tribológico do revestimento DLC. Foram avaliadas as ca-racterísticas superficiais com ênfase na topografia, adesão e tribologia. Ao longo da caracterização topográfica foi necessário realizar um pré-estudo para determinar o método de análise e os parâmetros de avalia-ção. A evolução da topografia a cada etapa de processamento foi regis-trada e apresentada através destes parâmetros. Foi também proposta uma metodologia de caracterização de adesão baseada na norma alemã VDI3198. Por fim, todas as características avaliadas foram relacionadas com o comportamento tribológico <br> / Abstract: The demand for technology development to reduce friction and improve wear resistance in mechanical bearings is closely related to world energy consumption. Once instead of finding new sources of energy, it is possible to extend current resources consuming in a more efficient way. One solution for friction and wear are surface treatments like multilayer coatings, which develop surface properties without core modifications. Coatings made of carbon and hydrogen called DLC are capable of handling the both sides. To do that many factors must be considered to allow the desired mechanical performance like efficiency, life cycle and reliability. Within these factors are types of interlayers, case hardness, roughness, chemical bonding and others. In this work, with mechanical support and adhesion purposes, the effect of different plasma nitride layers over steel substrate on the tribological performance of a DLC coating has been studied. Superficial characteristics were studied with emphasis on topography, adhesion and tribology. During the characterization of the surface topography it was necessary to perform a pre-study to determine assessment method and parameters. Topography evolution along each process stage was registered and presented through these parameters. It was also proposed an adhesion characterization methodology based on the German standard VDI3198. Finally all evaluated characteristics were correlated to the tribological behavior.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:42:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341470.pdf: 17318368 bytes, checksum: 886479fe075ba6f05b92e9e50df9b2ca (MD5) Previous issue date: 2016 / Preocupações com o acúmulo de resíduos poliméricos no meio ambiente têm despertado o interesse no estudo de biopolímeros como uma das estratégias para reduzir impactos ambientais. Biopolímeros como o poli(ácido láctico) (PLA), tem se destacado como potencial substituto de termoplásticos rígidos derivados do petróleo. Propriedades micro e macroscópicas de matriz de PLA podem ser modificadas em presença de nanocristais de celulose (NCC). Neste estudo, fibras de celulose foram isoladas a partir de palha de espiga de milho (PEM) ou bagaço de cana-de-açúcar (BCA) por processos alcalino/oxidativo. As fibras de celulose foram submetidas à hidrólise ácida, obtendo-se NCC em meio aquoso e dimetilformamida. A eficiência do processo de isolamento e determinação da morfologia e dimensões dos NCC foram avaliadas pelas técnicas de FTIR, TG, XRD, TEM, potencial zeta e DLS. As dimensões dos nanocristais de celulose ficaram em torno de 230 a 290 nm de comprimento e 16 nm de diâmetro, e a dispersão tanto em meio aquoso como em dimetilformamida manteve-se estável pelo período avaliado de seis meses. Foi estudado o efeito da incorporação de NCC na matriz de PLA na cinética de cristalização do PLA, com aumento da taxa de cristalização, redução do grau de cristalinidade e manutenção das dimensões da célula unitária do PLA. A partir do controle da cinética de cristalização foram obtidos filmes de PLA e PLA/NCC com diferentes graus de cristalinidade, sendo avaliadas as propriedades mecânicas e de barreira ao vapor d?água. Tanto nos filmes predominantemente amorfos como nos filmes com elevado grau de cristalinidade, o aumento da percentagem de NCC reduziu a permeabilidade ao vapor d´agua e aumentou a rigidez em relação ao filme de PLA. Por outro lado, os valores da tensão na ruptura e deformação na ruptura dos filmes PLA/NCC foram menores em relação aos filmes de PLA. Blendas de amido termoplástico com poli(ácido láctico) (TPS/PLA) foram revestidas com filmes de PLA ou PLA/NCC, sendo avaliado as propriedade mecânicas e de barreira ao vapor d´agua. O revestimento reduziu em até 88% a permeabilidade ao vapor d´agua e aumentou a rigidez em relação as blendas. Concluindo, a presença de NCC na matriz de PLA influi na cinética de cristalização do PLA, modificando as propriedades micro e macroscópicas destes materiais e permitindo a utilização como filmes de revestimento em matrizes poliméricas biodegradáveis.<br> / Abstract: Concerns about the accumulation of polymeric waste in the environment have aroused interest in the study of biopolymers as one of the strategies to reduce environmental impacts. Biopolymers such as poly(lactic acid) (PLA) have stood out as a potential replacement for rigid thermoplastics made from petroleum. Microscopic and macroscopic properties of PLA matrix can be modified in the presence of cellulose nanocrystals (CNC). In this study, cellulose fibers were isolated from corn cob straw (CCS) or sugarcane bagasse (SCB) by alkaline/oxidative processes. The cellulose fibers were subjected to acid hydrolysis, obtaining CNC in aqueous medium and dimethylformamide. FTIR, TG, XRD, TEM, zeta potential and DLS techniques were used to evaluate the efficiency of the isolation process as well as the morphology and dimensions of the CNC. The dimensions of the cellulose nanocrystals were around 230 -290 nm in length and 16 nm in diameter, and dispersion both in an aqueous medium and in dimethylformamide were evaluated stable for six months. It was studied the effect of the incorporation of CNC in the matrix PLA on the PLA crystallization kinetics, with the increase in crystallization rate, the reduction of the degree of crystallinity and the maintenance in the dimensions of the unit cell of the PLA. From the control of the crystallization kinetics it were obtained PLA films and PLA/CNC with different crystallinity degrees, evaluated the mechanical and barrier to water vapour properties. Both in predominantly amorphous films and in high degree of crystallinity films, the increase on the percentage of CNC has reduced the permeability to water vapour and has increased rigidity compared to PLA film. On the other hand, tensile strength and elongation at break values of PLA/CNC films were lower compared to PLA films. Blends of thermoplastic starch with poly(lactic acid) (TPS/PLA) were coated with PLA or PLA/CNC films, and evaluated the mechanical and barrier to water vapour properties. The coating reduced by up to 88% the permeability to water vapour and increased stiffness regarding the blends. In conclusion, the presence of CNC in the matrix PLA influences the PLA crystallization kinetics, modifying the microscopic and macroscopic properties of these materials and allowing use as coating films in biodegradable polymeric matrices.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-11T04:03:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342186.pdf: 10392257 bytes, checksum: 8c1c5b44f4e3bee87886782ff84656eb (MD5) Previous issue date: 2016 / Esta tese visou o desenvolvimento de um material autolubrificante volumétrico de matriz ferrosa contendo MoS2 como elemento lubrificante majoritário. Estudos demonstram a dificuldade em se produzir este tipo de compósito, devido a reação do MoS2 com a matriz ferrosa durante a sinterização. Desta forma, a pesquisa desenvolvida nesta tese buscou soluções para evitar ou reduzir esta reação, avaliando a influência de parâmetros da matéria-prima da matriz e da fase lubrificante (tamanho de partícula, adição de outros elementos e teor de lubrificantes), bem como parâmetros de processamento (taxa de aquecimento, temperatura, formação de fase líquida, tempo de patamar e atmosfera de sinterização). Os resultados mostraram que a temperatura influiu de forma preponderante na reação, mas não a taxa de aquecimento e que o uso de um pó de Fe de menor tamanho de partícula acelera-a; o melhor desempenho está associado ao MoS2 de maior tamanho de partícula (d50=32µm) e 9% em volume é o teor limite; a adição de grafite ou h-BN retarda a reação, porém apenas compósitos com MoS2+grafite apresentaram coeficiente de atrito abaixo de 0,2 associado a um baixo desgaste. A adição de elementos de liga modificou a forma como o MoS2 reagiu com a matriz ferrosa e o desempenho tribológico do compósito, sendo que alguns apresentaram resultados similares ao Fe puro (Ni misturado e P pré-misturado), outros possuem caráter deletério (Cr e Mo misturados e Mo pré-ligado) e alguns apresentaram caráter benéfico (C e P misturados e Cr pré-ligado). É viável sinterização de amostras em temperaturas entre 800 e 850 °C, porém as abordagens visando a intensificação da densificação e propriedades mecânicas não foram bem sucedidas. Através da definição e controle da matéria prima inicial (nomeadamente tamanho de partícula da matriz e do MoS2), composição do compósito e parâmetros de processamento (temperatura, tempo e atmosfera de sinterização) foi possível a produção de materiais autolubrificantes de matriz ferrosa contendo MoS2 como elemento lubrificante majoritário que apresentam baixo coeficiente de atrito a seco (0,06-0,08) associado a uma baixa taxa de desgaste (2,0-3,5 x 10-6 mm³.N-1.m-1).<br> / Abstract : This thesis aimed the development of a self-lubricating composite containing MoS2 dispersed in an iron matrix produced by powder metallurgy. Previous studies demonstrate that MoS2 reacts with iron matrices during sintering, making the production of Fe-MoS2 composites rather difficult. Therefore the research developed within this thesis focused on the possible solutions to avoid or reduce this reaction, evaluating the influence of raw material (particle size, amount and type of lubricants) and processing (heating rate, temperature, dwell time, liquid phase formation and atmosphere) parameters. The results have shown that temperature has a major influence on the reaction, but not the heating rate; the use of a small Fe particle size accelerates the reaction; better performance was achieved by using the d50=32µm MoS2 and 9% in volume is the limit amount; the addition of graphite or h-BN slows the reaction, but only MoS2+graphite composites presents friction coefficient below 0,2 associated with low wear rate. The addition of alloying elements modified how MoS2 interacts with the iron matrix and the composite friction coefficient, some of which had a beneficial effect (admixed C and P, and pre-alloyed Cr alloy), while others (admixed Cr and Mo, and pre-alloyed Mo alloy) are harmful. It is possible to produce iron samples by low temperature sintering (800-850 °C), however the approaches to improve densification and mechanical properties were not successful. By means of defining and adequate control of the raw material (namely particle size of matrix and lubricants), composition and processing parameters (sintering temperature, time and atmosphere) it was possible to produce self-lubricating iron based composites containing MoS2, which presented low dry friction coefficient (0,06-0,08) and low wear rate (2,0-3,5 x 10-6 mm³.N-1.m-1).