SILVA, André Leandro. Nanobiocompósitos superparamagnéticos para aplicação como antenas ressoadoras dielétricas. 2014. 126 f. : Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Ceará, Departamento de Quimica Orgânica e Inorgânica, Programa de Pós-Graduação e Biotecnologia, Renorbio - Rede Nordeste de Biotecnologia, Fortaleza-CE, 2014. / Submitted by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-05-20T13:09:52Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_alsilva.pdf: 6480806 bytes, checksum: 946e32810e24c5137dfbba52bfd30bb8 (MD5) / Approved for entry into archive by demia Maia (demiamlm@gmail.com) on 2016-05-20T13:10:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_alsilva.pdf: 6480806 bytes, checksum: 946e32810e24c5137dfbba52bfd30bb8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-20T13:10:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_alsilva.pdf: 6480806 bytes, checksum: 946e32810e24c5137dfbba52bfd30bb8 (MD5) Previous issue date: 2014 / There is a growing global interest for the development of green technologies that allow the use of products with less damage to environment, as well as for maximum and sustainable use of natural resources. The main aim of this study was to develop superparamagnetic nanobiocomposites for application as dielectric resonator antennas. For this purpose, a biobased thermoset plastic was prepared by using cardanol as an alternative to petrochemical phenol. This thermoset plastic was used as a polymer matrix and biocomposites were prepared by using 15 wt% of untreated and modified sponge gourd fibers by chemical treatment (NaOH 5, 10, and 15 wt% and NaClO 1 wt%) as dispersed phase. For the nanobiocomposites preparation, besides the sponge gourd fibers insertion, the thermoset plastic were also impregnated with magnetite nanoparticles in different contents (1, 5, and 10 wt%). Techniques of Thermogravimetry (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Optical Microscopy, Transmission Electron Microscopy (TEM), X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Mössbauer Spectroscopy, Tensile testing, Dielectric measurements, Vibrating Sample Magnetometry (VSM) and Biodegradation in simulated soil were performed for characterization. The results showed that alkaline treatment improved the thermal stability and the crystallinity index of the sponge gourd fiber. The crosslinking agent used (Diethylenetriamine) was efficient and enabled complete cure for all materials. The biocomposites reinforced by treated fiber showed better thermal stability, superior performance in Tensile testing and greater biodegradation rates, when compared to the biocomposite reinforced by raw fiber. The magnetite particles exhibited nanometric size, high purity and crystallinity, and superparamagnetic character. All nanobiocomposites showed superparamagnetic behavior, excellent thermal stability, good biodegradation rates, and better mechanical strength for the material with magnetite 10 wt%. All dielectric resonators antennas exhibited satisfactory return loss and suitability for commercial and technological applications, especially for performance in broadband. / É crescente o interesse mundial pelo desenvolvimento de tecnologias chamadas “verdes” que possibilitem o uso de produtos com menor impacto ao meio ambiente, assim como também se fortalecem as políticas de incentivo ao aproveitamento máximo e sustentável dos recursos naturais. O principal objetivo desse estudo foi desenvolver nanobiocompósitos superparamagnéticos para aplicação como antenas ressoadoras dielétricas. Para tal, um plástico termorrígido biobaseado foi preparado utilizando o cardanol em alternativa aos fenóis petroquímicos. Esse plástico termorrígido foi utilizado como matriz para o preparo de biocompósitos, utilizando 15% em massa de fibra de bucha bruta e também modificada por tratamento químico (NaOH 5, 10 e 15% e NaClO 1%) como fase dispersa. Para o preparo dos nanobiocompósitos, além da fibra de bucha, nanopartículas de magnetita, sintetizadas pelo método da coprecipitação, foram impregnadas no plástico termorrígido em diferentes teores de 1, 5 e 10% em massa. Técnicas de Termogravimetria (TG), Calorimetria exploratória diferencial (DSC), Análise dinâmico-mecânica (DMA), Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Microscopia óptica, Microscopia eletrônica de transmissão (MET), Difração de raios X (DRX), Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Espectroscopia Mössbauer, Ensaios de resistência à tração, Medidas dielétricas, Magnetometria de amostra vibrante (VSM) e Biodegradação em solo simulado foram utilizadas para caracterização. Os resultados mostraram que o tratamento alcalino melhorou a estabilidade térmica e o índice de cristalinidade da fibra de bucha. O agente reticulador utilizado (DETA) mostrou-se eficiente, possibilitando a cura completa dos materiais. Os biocompósitos com fibra tratada apresentaram maior estabilidade térmica, resistência à tração superior e melhor índice de biodegradação em relação ao biocompósito com fibra natural. A magnetita sintetizada exibiu tamanho nanométrico, além de alta pureza, alta cristalinidade e caráter superparamagnético. Todos os nanobiocompósitos exibiram superparamagnetismo e mostraram excelente estabilidade térmica, boas taxas de biodegradação e melhor resistência mecânica para o material com 10% de magnetita. Todas as antenas ressoadoras dielétricas preparadas apresentaram perda de retorno satisfatória e, portanto, adequação para fins comerciais e tecnológicos, com maior potencial para atuação em banda larga.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) / Nanopartículas (NPs) metálicas são uma classe importante de nanomateriais que têm fascinado cientistas pelas suas propriedades ópticas extraordinárias devido sua ressonância plasmônica de superfície. A frequência dessa ressonância depende fortemente do tamanho, forma, interações entre partículas vizinhas, propriedades dielétricas e meio em que as NPs se encontram. Sendo assim, as NPs tornaram-se materiais importantes para aplicações em sensoriamento óptico, pois podem melhorar a sensibilidade e, também, a seletividade desses sensores. Neste trabalho é reportado o crescimento de nanocompósitos formados por nanopartículas de prata (AgNPs) recobertas pelo complexo β-dicetonato de európio, [Eu(tta)3(H2O)2], em que o ligante tta é o β-tenoiltrifluoracetonato, em um substrato de sílica para futura aplicação em sensores de fibra óptica. Especificamente, esse trabalho oferece a oportunidade de estudar a interação entre a SPR das AgNPs e a fluorescência do complexo luminescente, bem como as mudanças nas propriedades ópticas do material como a intensificação da fluorescência pela presença da superfície metálica nanoparticulada (metal enhanced fluorescence - MEF) ou ainda a intensificação da absorção. Os resultados obtidos pelas caracterizações realizadas pelas técnicas de DRX, FT-IR e MET indicam que a rota química de síntese do nanocompósito proposta mostrou-se funcional e, além disso, os resultados obtidos por espectroscopia UV-Vis e por fotoluminescência mostraram a existência da interação entre a banda de absorção do complexo e a banda de absorção plasmônica das AgNPs. Nos espectros UV-Vis, foram observados deslocamentos para valores de maiores comprimento de onda da banda do complexo referente a transição π-π* do ligante tta, devido à interação eletromagnética entre as AgNPs e o [Eu(tta)3(H2O)2], quando as moléculas do complexo recobrem de maneira organizada a superfície das NPs, formando agregados J. Nos espectros de emissão, essa interação converteu-se em supressão da luminescência pela concentração do complexo, ou seja, pela perda de energia caracterizada pela formação de agregados J na superfície das AgNPs e, também, pela a perda de energia para a superfície metálica, competição de absorção entre as AgNPs e o complexo de európio no comprimento de onda de excitação. No entanto, quando a concentração do complexo é cerca de 10 vezes maior, foi observada a intensificação da luminescência, pois a SPR excita os emissores de luz próximo ao metal, por interações dipolo-dipolo. Sendo assim, as propriedades ópticas dos nanocompósitos estudados aqui mostram que tais materiais são excelentes candidatos para aumentar a sensibilidade dos sensores baseados em fibras ópticas. / Metallic nanoparticles (NPs) are an important class of nanomaterials that have fascinated scientists due to their extraordinary optical properties owing to their surface plasmon resonance (SPR). The SPR frequency is strongly dependent of the size, shape, interparticle interactions, dielectric properties and local environment of the nanoparticle. Therefore, NPs have been recognized in optical sensors application mainly due to their high sensitivity and selectivity displayed on devices. Herein, we report the growth of a nanocomposite formed by silver nanoparticles (AgNPs) coated with europium complex, [Eu(tta)3(H2O)2], onto the surface of silica substrate. For future application in fiber optic sensors. Specifically, this work offers the opportunity to study the interaction between the SPR of the AgNPs and the fluorescence of the luminescent complex and the changes in the optical properties of the material such as metal enhanced fluorescence (MEF) or the intensification of the absorption. The proposed route of synthesis of the nanocomposite was functional and the results showed the existence of the interaction between the complex absorption band and the surface plasmon band of the AgNPs. In the UV-Vis spectra, red shifts of the π-π* absorption were observed due to electromagnetic interaction between AgNPs and [Eu(tta)3(H2O)2] when the complex cover the surface of the NPs in an organized way (J-aggregates). In photoluminescence spectra, this interaction quenched the luminescence by concentration, that is, by the loss of energy characterized by the J-aggregation on the surface of the AgNPs and by the loss of energy for the metal surface due to absorption competition between the AgNPs and the europium complex. However, when the concentration of the complex is higher, metal enhanced fluorescence was observed because the SPR excites the light emitters near the metal, by dipole-dipole interactions. Thus, the optical properties of the nanocomposite studied here show that this material is an excellent candidate for increasing the sensitivity of the sensors.

O custo elevado na fabricação de peças pela tecnologia da Manufatura Aditiva (AM) impulsionou, nos últimos anos, várias pesquisas visando ao desenvolvimento de novos equipamentos e novos materiais. Neste contexto, uma resina fotossensível, desenvolvida anteriormente com componentes disponíveis no mercado nacional pelo grupo de pesquisa ao qual este trabalho está inserido, apresentou baixas propriedades mecânicas e alta contração do material quando comparada aos materiais disponíveis no mercado. Assim, uma alternativa para melhorar essas propriedades é a obtenção de nanocompósitos. Estes compreendem uma nova classe de materiais, em que substâncias inorgânicas de dimensões nanométricas, tais como argilas e outros argilominerais, são finamente dispersas dentro de uma matriz polimérica. Dessa forma, o presente estudo tem por objetivo preparar e caracterizar um nanocompósito fotossensível de acrílico/argila curado por exposição à radiação UV-C, com propriedades mecânicas de tração, flexão e dureza, e contrações adequadas para aplicação em processo de AM. Para tanto, a formulação original, composta pelos monômeros Trimetilpropano Triacrilato (TMPTA®) e Ácido Metacrilato Modificado (Ebecryl 171®), oligômero Amina Acrilada (Ebecryl 7100®), Co-iniciador Benzofenona 99% (Additol BP®) e o fotoiniciador Additol LX®, foi testada com o acréscimo das argilas Cloisite 20® e a BN-CT nas concentrações de 0,5%, 1,0% e 1,5% (m/m) da massa total. Após o preparo dessas formulações obtidas pela dispersão 1 (agitação magnética) e 2 (agitação magnética e ultrassom), foram preparados corpos de prova pelo princípio de adição sucessiva de camadas pela AM. A caracterização foi realizada através da análise da contração, ensaios de resistência à tração, flexão e dureza, microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X(DRX), termogravimetria (TG) e viscosidade. O empenamento do material apresentou uma melhora média de 18,27% com argila Cloisite 20® e de 11,30% com a argila BN-CT. Os resultados dos ensaios de tração, flexão e dureza não apresentaram aumentos significativos nas propriedades mecânicas. O MEV não apresentou nenhuma delaminação entre as camadas após a realização do teste de flexão. A análise de DRX não apresentou pico de difração, sugerindo a formação de nanocompósito com estrutura intercalada e/ou esfoliada para todas as formulações com argila. O ensaio de TG mostrou que a adição de argila nas formulações não apresentou melhoras significativas na estabilidade térmica do nanocompósito. Também a viscosidade não apresentou melhoras à temperatura de 25°C, mas apresentou uma redução significativa da viscosidade a 35°C. Apesar dos resultados não muito promissores em termos de resistência mecânica, as formulações com argila podem ser empregadas na AM, considerando essas limitações. / The high cost in manufacturing parts for the of Additive Manufacturing technology (AM) boosted in recent years several studies aiming the development of new equipment and new materials. With this in mind, a photosensitive resin previously developed by the research group to which this work is inserted with components available in the domestic market, presented low mechanical properties and high shrinkage of the material compared to the materials available on the market. One alternative for improving these properties is to obtain nanocomposites. They comprise a new class of materials in which inorganic substances of nanometric dimensions, such as clays and other minerals, are finely dispersed within a polymeric matrix. Thus, this study aims to prepare and characterize a photosensitive acrylic / clay nanocomposite cured by exposure to UV-C radiation, with mechanical properties of tensile, bending and hardness, and shrinkage propers for use in AM process. Therefore, the original formulation, composed of trimethylolpropane triacrylate (TMPTA®) and Acid Methacrylate Modified (Ebecryl 171®)monomers, Amina acrylated (Ebecryl 7100®)oligomer, Co-initiator Benzophenone 99% (Additol BP®) and the photoinitiator Additol LX® was tested with the addition of the clays Cloisite 20® and BN-CT in concentrations of 0.5%, 1.0% and 1.5% (w/w) of total weight. After preparing these formulations, obtained by dispersion 1 (magnetic stirring) and 2 (magnetic stirring and ultrasound), it was prepared specimens by the principle of adding successive layers by AM. The characterization was perform by shrinkage analysis, tensile strength, bending and hardness tests, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TG) and viscosity. The warpage of the material showed an average improvement of 18.27% with the Cloisite 20® clay and 11.30% with the BN-CT clay. The results of the tensile, flexural and hardness testing did not show significant increases in mechanical properties. The SEM showed no delamination between the layers after the bending test was performed. The XRD analysis showed no diffraction peak, suggesting the formation of nanocomposite with intercalated and / or exfoliated structure for all formulations with clay. The TG test showed that the addition of clay in the formulations presented no significant improvements in thermal stability of the nanocomposite. The viscosity showed no improvement at a temperature of 25 °C, but showed a significant reduction in viscosity at 35 °C. Although not very promising results in terms of mechanical strength, the formulations with clay can be used in the AM considering these limitations.

Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) / Nanopartículas (NPs) metálicas são uma classe importante de nanomateriais que têm fascinado cientistas pelas suas propriedades ópticas extraordinárias devido sua ressonância plasmônica de superfície. A frequência dessa ressonância depende fortemente do tamanho, forma, interações entre partículas vizinhas, propriedades dielétricas e meio em que as NPs se encontram. Sendo assim, as NPs tornaram-se materiais importantes para aplicações em sensoriamento óptico, pois podem melhorar a sensibilidade e, também, a seletividade desses sensores. Neste trabalho é reportado o crescimento de nanocompósitos formados por nanopartículas de prata (AgNPs) recobertas pelo complexo β-dicetonato de európio, [Eu(tta)3(H2O)2], em que o ligante tta é o β-tenoiltrifluoracetonato, em um substrato de sílica para futura aplicação em sensores de fibra óptica. Especificamente, esse trabalho oferece a oportunidade de estudar a interação entre a SPR das AgNPs e a fluorescência do complexo luminescente, bem como as mudanças nas propriedades ópticas do material como a intensificação da fluorescência pela presença da superfície metálica nanoparticulada (metal enhanced fluorescence - MEF) ou ainda a intensificação da absorção. Os resultados obtidos pelas caracterizações realizadas pelas técnicas de DRX, FT-IR e MET indicam que a rota química de síntese do nanocompósito proposta mostrou-se funcional e, além disso, os resultados obtidos por espectroscopia UV-Vis e por fotoluminescência mostraram a existência da interação entre a banda de absorção do complexo e a banda de absorção plasmônica das AgNPs. Nos espectros UV-Vis, foram observados deslocamentos para valores de maiores comprimento de onda da banda do complexo referente a transição π-π* do ligante tta, devido à interação eletromagnética entre as AgNPs e o [Eu(tta)3(H2O)2], quando as moléculas do complexo recobrem de maneira organizada a superfície das NPs, formando agregados J. Nos espectros de emissão, essa interação converteu-se em supressão da luminescência pela concentração do complexo, ou seja, pela perda de energia caracterizada pela formação de agregados J na superfície das AgNPs e, também, pela a perda de energia para a superfície metálica, competição de absorção entre as AgNPs e o complexo de európio no comprimento de onda de excitação. No entanto, quando a concentração do complexo é cerca de 10 vezes maior, foi observada a intensificação da luminescência, pois a SPR excita os emissores de luz próximo ao metal, por interações dipolo-dipolo. Sendo assim, as propriedades ópticas dos nanocompósitos estudados aqui mostram que tais materiais são excelentes candidatos para aumentar a sensibilidade dos sensores baseados em fibras ópticas. / Metallic nanoparticles (NPs) are an important class of nanomaterials that have fascinated scientists due to their extraordinary optical properties owing to their surface plasmon resonance (SPR). The SPR frequency is strongly dependent of the size, shape, interparticle interactions, dielectric properties and local environment of the nanoparticle. Therefore, NPs have been recognized in optical sensors application mainly due to their high sensitivity and selectivity displayed on devices. Herein, we report the growth of a nanocomposite formed by silver nanoparticles (AgNPs) coated with europium complex, [Eu(tta)3(H2O)2], onto the surface of silica substrate. For future application in fiber optic sensors. Specifically, this work offers the opportunity to study the interaction between the SPR of the AgNPs and the fluorescence of the luminescent complex and the changes in the optical properties of the material such as metal enhanced fluorescence (MEF) or the intensification of the absorption. The proposed route of synthesis of the nanocomposite was functional and the results showed the existence of the interaction between the complex absorption band and the surface plasmon band of the AgNPs. In the UV-Vis spectra, red shifts of the π-π* absorption were observed due to electromagnetic interaction between AgNPs and [Eu(tta)3(H2O)2] when the complex cover the surface of the NPs in an organized way (J-aggregates). In photoluminescence spectra, this interaction quenched the luminescence by concentration, that is, by the loss of energy characterized by the J-aggregation on the surface of the AgNPs and by the loss of energy for the metal surface due to absorption competition between the AgNPs and the europium complex. However, when the concentration of the complex is higher, metal enhanced fluorescence was observed because the SPR excites the light emitters near the metal, by dipole-dipole interactions. Thus, the optical properties of the nanocomposite studied here show that this material is an excellent candidate for increasing the sensitivity of the sensors.

O custo elevado na fabricação de peças pela tecnologia da Manufatura Aditiva (AM) impulsionou, nos últimos anos, várias pesquisas visando ao desenvolvimento de novos equipamentos e novos materiais. Neste contexto, uma resina fotossensível, desenvolvida anteriormente com componentes disponíveis no mercado nacional pelo grupo de pesquisa ao qual este trabalho está inserido, apresentou baixas propriedades mecânicas e alta contração do material quando comparada aos materiais disponíveis no mercado. Assim, uma alternativa para melhorar essas propriedades é a obtenção de nanocompósitos. Estes compreendem uma nova classe de materiais, em que substâncias inorgânicas de dimensões nanométricas, tais como argilas e outros argilominerais, são finamente dispersas dentro de uma matriz polimérica. Dessa forma, o presente estudo tem por objetivo preparar e caracterizar um nanocompósito fotossensível de acrílico/argila curado por exposição à radiação UV-C, com propriedades mecânicas de tração, flexão e dureza, e contrações adequadas para aplicação em processo de AM. Para tanto, a formulação original, composta pelos monômeros Trimetilpropano Triacrilato (TMPTA®) e Ácido Metacrilato Modificado (Ebecryl 171®), oligômero Amina Acrilada (Ebecryl 7100®), Co-iniciador Benzofenona 99% (Additol BP®) e o fotoiniciador Additol LX®, foi testada com o acréscimo das argilas Cloisite 20® e a BN-CT nas concentrações de 0,5%, 1,0% e 1,5% (m/m) da massa total. Após o preparo dessas formulações obtidas pela dispersão 1 (agitação magnética) e 2 (agitação magnética e ultrassom), foram preparados corpos de prova pelo princípio de adição sucessiva de camadas pela AM. A caracterização foi realizada através da análise da contração, ensaios de resistência à tração, flexão e dureza, microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X(DRX), termogravimetria (TG) e viscosidade. O empenamento do material apresentou uma melhora média de 18,27% com argila Cloisite 20® e de 11,30% com a argila BN-CT. Os resultados dos ensaios de tração, flexão e dureza não apresentaram aumentos significativos nas propriedades mecânicas. O MEV não apresentou nenhuma delaminação entre as camadas após a realização do teste de flexão. A análise de DRX não apresentou pico de difração, sugerindo a formação de nanocompósito com estrutura intercalada e/ou esfoliada para todas as formulações com argila. O ensaio de TG mostrou que a adição de argila nas formulações não apresentou melhoras significativas na estabilidade térmica do nanocompósito. Também a viscosidade não apresentou melhoras à temperatura de 25°C, mas apresentou uma redução significativa da viscosidade a 35°C. Apesar dos resultados não muito promissores em termos de resistência mecânica, as formulações com argila podem ser empregadas na AM, considerando essas limitações. / The high cost in manufacturing parts for the of Additive Manufacturing technology (AM) boosted in recent years several studies aiming the development of new equipment and new materials. With this in mind, a photosensitive resin previously developed by the research group to which this work is inserted with components available in the domestic market, presented low mechanical properties and high shrinkage of the material compared to the materials available on the market. One alternative for improving these properties is to obtain nanocomposites. They comprise a new class of materials in which inorganic substances of nanometric dimensions, such as clays and other minerals, are finely dispersed within a polymeric matrix. Thus, this study aims to prepare and characterize a photosensitive acrylic / clay nanocomposite cured by exposure to UV-C radiation, with mechanical properties of tensile, bending and hardness, and shrinkage propers for use in AM process. Therefore, the original formulation, composed of trimethylolpropane triacrylate (TMPTA®) and Acid Methacrylate Modified (Ebecryl 171®)monomers, Amina acrylated (Ebecryl 7100®)oligomer, Co-initiator Benzophenone 99% (Additol BP®) and the photoinitiator Additol LX® was tested with the addition of the clays Cloisite 20® and BN-CT in concentrations of 0.5%, 1.0% and 1.5% (w/w) of total weight. After preparing these formulations, obtained by dispersion 1 (magnetic stirring) and 2 (magnetic stirring and ultrasound), it was prepared specimens by the principle of adding successive layers by AM. The characterization was perform by shrinkage analysis, tensile strength, bending and hardness tests, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TG) and viscosity. The warpage of the material showed an average improvement of 18.27% with the Cloisite 20® clay and 11.30% with the BN-CT clay. The results of the tensile, flexural and hardness testing did not show significant increases in mechanical properties. The SEM showed no delamination between the layers after the bending test was performed. The XRD analysis showed no diffraction peak, suggesting the formation of nanocomposite with intercalated and / or exfoliated structure for all formulations with clay. The TG test showed that the addition of clay in the formulations presented no significant improvements in thermal stability of the nanocomposite. The viscosity showed no improvement at a temperature of 25 °C, but showed a significant reduction in viscosity at 35 °C. Although not very promising results in terms of mechanical strength, the formulations with clay can be used in the AM considering these limitations.

Orientador: Mario Antonio Bica de Moraes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T18:58:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rouxinol_FranciscoPauloMarques_D.pdf: 6433084 bytes, checksum: 84d703ca8da3620b077c3b1335c59965 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Técnicas de condensação de vapor são úteis na preparação de ligas magnéticas cujos componentes têm pouca, o mesmo nenhuma, solubilidade em condições de equilíbrio Neste trabalho, uma dessas técnicas ¿ sputtering ¿ foi empregada para fabricar ligas metaestáveis de GdXCr1-X, cujas propriedades magnéticas foram investigadas em função da concentração de Gd, x. Difratometria de raios-X de baixo ângulo (GAXRD) e espectroscopia de retroespalhamento Rutherford foram utilizados para determinar a estrutura do filme e sua composição elementar, respectivamente. As análises de GAXRD mostraram que a estrutura da fase de Gd, é hcp quando x ³ 0,88; e amorfa quando 0,16 £ 0,76. Uma estrutura bcc , para a fase de Cr, foi observada nos difratogramas quando x < 0,16, e amorfa quando x ³ 0,16 Para investigar as propriedades magnéticas utilizamos um magnetometro SQUID e m PPMS. O primeiro foi utilizado para as medidas de momento magnético em função do campo estático e temperatura. O PPMS foi tilizado nas investigações de susceptibilidade-AC em função da freqüência de oscilação do campo, temperatura e campo estático. A complexa natureza magnética dos filmes de Gd-Cr foi observada através das isotermas MxH, que não apresentaram saturação em baixas temperaturas, nem comportamento linear em altas temperaturas. Pela análise dos dados magnéticos, observamos que as amostras admitem um comportamento ferromagnético para x ³ 0,5 e paramagnético para as outras concentrações de Gd. A temperatura de Curie (TC) apresenta um aumento monotônico de 170 para 290 K quando x aumenta de 0,5 para 1,0. A temperatura de Curie-Weiss (q C) mostra um aumento monotônico com x. A partir das isotermas MxH a 2 K, o momento de saturação foi calculado, sendo independente de x e aproximadamente constante com um valor médio de 7,3 µB. Medidas de susceptibilidade em campos estáticos e dinâmicos revelaram a existência de comportamentos de vidros magnéticos em todas as amostras abaixo da temperat ra de freezing (Tf). Observamos, nas ligas com altas concentrações de Gd, a presença de comportamentos ferromagnéticos e cluster-glass em baixas temperaturas. Concluímos que a interação de troca entre os átomos de Gd dentro dos clusters de Gd não é do tipo RKKY, e sim do tipo supertroca. O efeito magnetocalórico (MCE) foi investigado através da variação de entropia magnética ( D SM) em função da temperatura, para a remoção de um campo de 50 kOe Curva de D SMxT para as amostras com x < 0,2 apresentaram um formato típico de superferromagneto, consistente com a existência de clusters Gd nos filmes. Nas outras amostras em que o EMC foi analisado, a presença de clusters é observada pelo comportamento dessas curvas a baixa temperatura; a altas temperaturas o comportamento de D SM com T indica fortemente a presença de mais fases magnéticas no filme. O diagrama de fase baseado em TC e Tf, e sua dependência com x é apresentado / Abstract: Vapor condensation techniques are very useful for preparation of alloys whose components have no mutual solubility under equilibrium conditions In this work, one of these techniques ¿ sputtering ¿ has been used to fabricate metastable GdXCr1-X alloys whose magnetic properties were investigated as a function of the Gd concentration, x. Grazing incidence angle X-ray diffraction (GAXRD) and Rutherford backscattering spectroscopy were employed to characterize the film structure and elemental composition, respectively. The GAXRD measurements revealed, for the Gd fraction, a hcp structure for x ³ 0,88; for 0,16 £ x £ 0,76 the Gd fraction was amorphous. The existence of a bcc structure for x < 0,16 was observed in the diffractograms for the Cr phase, which was amorphous for x ³ 0,16. To investigate the magnetic properties, a SQUID magnetometer and a PPMS were used. The former was employed for magnetic moment measurements as a function of applied static field and temperature. The PPMS was used for ac-susceptibility determinations as a function of the frequency of the ac driving field, temperature, and applied static field. The complex magnetic nature of the Gd-Cr films was revealed from the MxH isotherms which did not show saturation even at the lowest temperatures, and did not exhibit a linear behavior at higher temperatures. Processing of the magnetic data has shown that the films exhibit a ferromagnetic behavior for x ³ 0,5 and paramagnetic one for all other Gd concentrations. The Curie temperature (TC) increased monotonically from 170 to 290 K as x increased from 0,5 to 1,0. A monotonical increase in the Curie-Weiss temperature ( q C ) with x was also observed for all films. From the extrapolated MxH isotherm at 2 K (saturation magnetization), the saturation moments were calculated and found to be nearly constant at about 7.3 µB. Both static and dynamic susceptibility measurements revealed the existence of a magnetic glassy behavior in all alloys, occurring below a freezing temperature Tf . For the higher concentration alloys, the ferromagnetic and the cluster glass state were observed at low temperatures. It was thus concluded that the exchange interactions within Gd atoms in the clusters were not of the RKKY but of the superexchange type. The magnetocaloric effect (MCE) was investigated from the magnetic entropy change ( DSM) as a function of temperature, for the removal of a 50 kOe field. Samples with x < 0,2 exhibited DSMxT curves whose shapes are typical of a superferromagnet, consistently with the existence of Gd clusters in the films. For all the other alloys whose MCE was investigated, the presence of clusters is manifested from the behavior of these curves at low temperatures; at higher temperatures, the evolution of DSM with T strongly indicated the presence of more than one magnetic phase in the alloys A magnetic phase diagram based on the Tf and Tc transition temperatures and their dependence on x is presented in this thesis / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nanostructured lipid carriers (NLCs) have been developed in order to improve cutaneous hydration. Due to its ultrafine particle size it is possible a film formation on the skin which decreases transepidermal water loss, improving occlusive effect and hydration. In this context, the aim of this work was to develop a formulation containing NLCs based in Ouratea sp. butter (Ochnaceae) as a strategy to increase cutaneous hydration. Firstly, it was performed a characterization of the components such as, stearic acid (SA), Ouratea sp. butter (OB), Phospholipon 90G®, and its physical mixtures by Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetry (TG) and X ray Diffraction (XRD). The NLCs were prepared using the diffusion solvent method and evaluated for particle size, polidispersity index, zeta potential, pH and conductivity. Moreover, NLCs were characterized by DSC, XRD and Transmission electron microscopy (TEM). Finally, the NLCs were incorporated into a cream base and were evaluated for rheological behavior, occlusive effect and potential cutaneous hydration in vitro. From the raw materials characterization was possible to observe in which the PM1 (SA + OB) 1:1 showed a slightly shift of the melting point corresponding to SA (57 to 50°C) and presented an amorphous portion at ~ 20° in the XRD analysis. These observations could be attributed to a decrease of crystallinity when compared with solid lipid pure, highly ordered. With the addition of Phospholipon® 90G (PM2), the melting point was highly shifted to lower temperature (57 to 34°C), and presented a pronounced amorphous at ~ 20° in XRD. Since the NLCs need to remain solid at room and body temperature, it is suggested that using a lower proportion of the Phospholipon® 90G in NLCs formulations. From the CMC determination of SDS surfactant (8,02 mmol L-1) was possible to suggest a range concentration of the SDS in the NLCs preparations. The formulation with the highest SDS concentration (24 mmol L-1) demonstrated the lowest size particle (~ 240 nm), however there were no difference in the zeta potential over formulation that using 10 mmol L-1 of SDS (~ -50 mV). The NLCs presented a decrease in the enthalpy (ΔHNLC8 = 22.2, ΔHNLC10 = 23.2, ΔHNLC24 = 7.2 J/g) and also an increase in the width peak when compared with solid lipid SA pure (ΔHSA = 164.1). In addition, the XRD analysis demonstrated that NLCs presented main peaks both formulations are similar to those found in the SA (23.93°, 25.09°, 27.98°), but with a lower intensity. These observations suggest a lipid matrix less ordered which result in NLC formation. TEM results confirmed previous data related to NLCs particle size (200 to 300 nm). After the incorporation of the NLC10 into a cream base, it was possible to observe an increase in the occlusive effect and potential cutaneous hydration. Therefore, NLCs containing Ouratea sp. butter can be an attractive nanotechnology way to increase cutaneous hydration. / Carreadores Lipídicos nanoestruturados (CLNs) têm sido desenvolvidos visando uma melhor hidratação cutânea. Devido ao seu reduzido tamanho de partícula, há formação de um filme sobre a pele o qual diminui a perda de água transepidermal, aumentando a hidratação. Neste contexto o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma formulação contendo CLNs à base de manteiga de Ouratea sp. (Ochnaceae) como uma estratégia para o aumento do efeito oclusivo e da hidratação cutânea. Primeiramente foi realizada a caracterização das matérias-primas como, ácido esteárico (AE), Manteiga Ouratea sp.(MO), Phospholipon 90G® e suas misturas físicas utilizando Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Termogravimetria (TG) e Difração de raios-X (DRX). Os CLNs foram preparados pelo método de difusão do solvente e avaliados por diâmetro médio de partícula, índice de polidispersão, potencial zeta, pH e condutividade. Os CLNs ainda foram caracterizados por DSC e DRX, Microscopia eletrônica de Transmissão (MET). Por fim, os CLNs foram incorporados no creme base e foram avaliados quanto ao comportamento reológico, efeito oclusivo e potencial hidratação cutânea in vitro. Através da caracterização das matérias-primas foi possível observar que a MF1 (AE + MO) 1:1 mostrou um pequeno deslocamento do ponto de fusão correspondente ao AE (57 a 50°C) e apresentou uma porção amorfa em ~ 20° nas análises de DRX. Essas observações podem ser atribuídas à diminuição da cristalinidade quando comparado com o lipídeo sólido puro, altamente ordenado. Com a adição do Phospholipon 90G® (MF2), o ponto de fusão foi deslocado para uma temperatura menor (57 a 34°C), e apresentou uma pronunciada porção amorfa em ~ 20° no DRX. Partindo do pressuposto que os CLNs devem se manter sólidos a temperatura ambiente e corpórea, é sugerida a utilização de uma menor proporção de Phospholipon® 90G nas formulações de CLNs. A partir da determinação da CMC do tensoativo SDS (8,02 mmol L-1) foi possível sugerir uma faixa de concentração de SDS nas preparações de CLNs. A formulação com a maior concentração de SDS (24 mmol L- 1) demonstrou o menor diâmetro de partícula (~ 240 nm), entretanto, não houve diferenças no potencial zeta em relação a formulação em que foi utilizado 10 mmol L-1 of SDS (~ -50 mV). CLNs apresentaram uma diminuição nos valores de entalpia (ΔHCLN8 = 22,2; ΔHCLN10 = 23,2; ΔHCLN24 = 7,2 J/g) e também um aumento da largura do pico quando comparados com o AE puro (ΔHSA = 164,1). Além disso, as análises de DRX demonstraram que os CLNs apresentaram picos principais similares àqueles encontrados no AE (23,93°; 25,09°; 27,98°), porém com uma menor intensidade. Os resultados de MET confirmaram os dados de diâmetro médio de partícula dos CLNs (200 a 300 nm). Após a incorporação do CLN10 no creme base, foi possível observar um aumento no efeito oclusivo e na hidratação cutânea. Dessa forma os CLNs contendo manteiga de Ouratea sp. podem ser uma alternativa nanotecnológica atrativa para o aumento da hidratação cutânea.

A proteção contra corrosão na indústria automotiva é um problema de alto impacto econômico. Além de características anticorrosivas, os revestimentos utilizados nas indústrias automotivas precisam apresentar boa aparência e resistência física. Os revestimentos multicamadas normalmente utilizados em indústrias automotivas são compostos por e-coat, primer, base e verniz, sendo que o primer pode ser utilizado como um substituto do e-coat em processos de retoque ou retrabalho. Sob outra perspectiva, os polímeros condutores têm sido amplamente estudados como um revestimento anticorrosivo e o compósito de Polianilina-Melamina-Zinco (PZn) apresentou resultados promissores em relação à corrosão. Então, este estudo analisou a aplicação da PZn incorporado em revestimento multicamada utilizado na indústria automotiva, substituindo o primer comercial em processo de retrabalho. Adicionalmente, os resultados de PZn foram comparados com os primers utilizados atualmente (FLASH e GLASURIT). Para a caracterização dos materiais, realizaramse ensaios de MEV e EDS para o substrato e espessura de camada nos conjuntos pintados. Para a determinação de características visuais, foram feitas medições de cor, brilho e aspecto. Para corrosão, realizaram-se ensaios eletroquímicos (OCP e Tafel) e ensaio cíclico. Por fim, para resistência física foram analisados os ensaios de umidade, flexibilidade e aderência: corte cruzado, jato d´água, impacto pontual e batida de pedra. Os resultados dos ensaios de aspecto visual foram similares para todos os conjuntos pintados. Para corrosão, os ensaios eletroquímicos apresentaram resultados similares ao ensaio químico de corrosão cíclica, nos quais os conjuntos CJ_PANI e CJ_FLASH mostraram-se semelhantes e o CJ_GLASURIT obteve melhores resultados, sendo este o conjunto mais resistente. Os ensaios de resistência física podem ser divididos em secos e úmidos. Os ensaios realizados a seco tiveram resultados similares entre todos os conjuntos pintados, porém, nos úmidos o conjunto CJ_PANI apresentou-se susceptível à defeitos. Sendo assim, concluiu-se que o compósito de PZn apresentou bons resultados em relação às características visuais, ensaios eletroquímicos de corrosão e ensaios físicos a seco, quando utilizado em sistemas de pintura multicamadas de indústrias automotivas. Contudo, a PZn apresentou-se sucetível à defeitos em abientes úmidos, perdendo aderência. / The protection against corrosion in the automotive industry is a high impact problem on the economic view. Besides of an antirust characteristic, the coatings used in the automotive industries needs to have a good appearance and phisical resistance. The multilayer coatings used normally are compound of e-coat, primer, base and clear coat, where the primer can also be used as an e-coat substitute in rework processes. In the other side, the conductive polymers has been widely discussed as an anti-rust coating material and the Polyaniline-zinc composite (PZn) had presented good results concerning the corrosion protection. Then, this study had applied the PZn in a multilayer coating used in the automotive industry, substituting the commercial primer in a common rework process. In addition, the PZn results were compared with the commercial primers used currently (FLASH and GLASURIT). To the material characterization, were done a MEV and EDS analysis of the substrate and were measured the coating thickness of the painted sets. To determinate the visual characteristics, were measured color, gloss and aspect. For corrosion, were performed electrochemical measurements (OCP and Tafel) and the cyclic test. Moreover, the phisical resistance were evaluated with humidity, flexibility and adherence tests: cross cut, steam jet, punctual impact and stone chip. The visual aspects results were similar for all the painted sets. For corrosion, the electrochemical tests presented similar results with the chemical test done by cycle test, in which the CJ_PANI and CJ_FLASH sets had showed them equivalent and the CJ_GLASURIT had better results, being the set more resistant. The phisical resistance could be divided in two types: dry and wet. The dry tests had similar results between the painted sets, but in the wet ones, the PZn set had presented susceptible for defects. In conclusion, the PZn composite had presented good results regarding visual aspects, electrochemical corrosion and dry technical tests when used in multilayer paint systems of the automotive industry. However, it presented a susceptible for defects in humidity environmental, losing adherence.

Os resíduos decorrentes da construção civil apresentam, na maioria das vezes, a predominância de materiais inertes e passíveis de reaproveitamento, que não tem em grande parte uma finalidade. Esta dissertação apresenta uma abordagem sobre destinação correta dos resíduos, utilizando resíduos de argamassa, lodo de anodização de alumínio e cal para a formação de um novo compósito. O maior objetivo desta dissertação é caracterizar os materiais como componentes de novos compósitos para a construção civil, além de identificar novas composições (ao todo são 13 composições) atendendo as normas e leis existentes, analisar os processos físico-químicos, determinar as propriedades mecânicas e adaptar tecnologias existentes no processo de fabricação, além de destinar sem danos ambientais todas as matérias primas. Para análises físico-químicas e mecânicas foram estudados os seguintes parâmetros: resistência uniaxial média, absorção de água, densidade aparente, retração linear, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria por energia dispersiva, difração de raios-X e espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX). Dentre as 13 composições foram escolhidas as composições 4 e 11 para analisar mais o comportamento físico-químico. A resistência à compressão média uniaxial, aos 90 dias da composição 11 alcançou 9,18 MPa, com coeficiente de absorção de água de 12%, a retração foi de 1,53% e a densidade ao longo de 180 dias de cura variou apenas 4%. Os estudos físico-químicos identificaram a presença de Carbono, Sódio, Magnésio, Alumínio, Silício e Cálcio na composição 11, e através do MEV e FRX foi possível identificar que se trata de uma estrutura amorfa. Através desses estudos propõe-se alternativas que sejam revertidas em vantagens sociais e ambientais, tais como a fabricação de blocos vazados de concreto simples para alvenaria sem função estrutural, blocos cerâmicos para alvenaria de vedação, tijolos maciços para a alvenaria em relação a categoria A, entre outros. / Waste from the construction, have in most cases the predominance of inerts materials and insusceptible reuse, which has a few purpose. This dissertation presents an approach on the correct disposal of this waste, using mortar residue, anodizing aluminum sludge and lime to form a new composite. The main objective of this project is to characterize the materials as components of new composites for the construction industry, and identify new compositions (they are 13 compositions) meet the existing standards and laws, analyze the physical and chemical processes, determine the mechanical properties and adapting existing technologies in the manufacturing process, beyond to appropriate correctly without environmental damage for all the materials. For physical-chemical and mechanical analysis, the following parameters were studied: resistance average uniaxial, water absorption, apparent density, linear retraction, environment-scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray, x-ray diffraction and x-ray fluorescence. Between the 13 compositions, chosen compositions 4 and 11 to analyze the behavior. The average uniaxial compressive strength at 90 days composition 11 reached 9,18 MPa with 12% water absorption coefficient, the shrinkage was 1,53% and the density over 180 days varied only 4%. The physic-chemical studies have identified the presence of Carbon, Sodium, Magnesium, Aluminum, Silicon and Calcium in the composition 11 and about scanning electron microscopy and XRF identified that it is an amorphous structure. Through these studies, it was possible to propose alternatives that are reversed in social and environmental benefits, such as the manufacture of simple concrete hollow blocks brickwork without structural function, ceramic blocks for sealing brickworks and solid bricks for brickworks in relation to category A, among others.