Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-14Bitstream added on 2014-06-13T20:55:49Z : No. of bitstreams: 1 ribeiro_b_me_guara.pdf: 3513331 bytes, checksum: c356674974d9d1db4ef22d6a6637cd7d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A incorporação de nanotubos de carbono (CNT) em matrizes poliméricas pode originar materiais com propriedades superiores aos compósitos tradicionais, principalmente quando são consideradas propriedades térmicas, elétricas e tribológicas. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo o estudo das cinéticas de cristalização e de degradação de compósitos nanoestruturados de PA 6,6/ CNT. A obtenção dos compósitos nanoestruturados utilizados neste estudo foi realizada a partir da técnica de mistura em solução, onde foram obtidos filmes contendo poliamida 6,6 (PA 6,6) reforçada com CNT em quantidades de 0,1, 0,5, e 1,0% em massa. As análises por microscopia eletrônica de varredura e difração de raios-X foram utilizadas com o intuito de avaliar a qualidade da dispersão dos CNTs na matriz polimérica, bem como as propriedades cristalográficas do compósito nanoestruturado obtido. O estudo cinético de cristalização dos compósitos nanoestruturados foi realizado por meio da técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) sob condições isotérmicas e não-isotérmicas (dinâmicas). Já o estudo da degradação térmica dos compósitos nanoestruturados de PA 6,6/CNT foi realizado utilizando-se de análises termogravimétricas em atmosfera de nitrogênio a diferentes taxas de aquecimento. Os resultados mostram que a adição de nanotubos de carbono na poliamida reduz o expoente de Avrami, afetando o processo de cristalização do material. A partir das curvas de TGA obtidas, foi utilizado o modelamento matemático de Ozawa-Wall-Flynn para a determinação dos parâmetros cinéticos de degradação. Neste estudo, os resultados mostram que a adição de CNTs em até 0,5% em massa aumentou a estabilidade térmica da poliamida / The carbon nanotubes incorporation into polymeric matrices can generate materials with superior properties when compared to the traditional composites, mainly when are considered thermal, electrical and tribological properties. In this way, this work presents as aim the PA 6.6/CNT nanostructured composites crystallization and degradation kinetics study. The mixing solution technique was used to obtain the nanostructured composites studied in this work. Thus, PA films were produced with amounts of 0.1, 0.5, and 1.0 wt% CNT. Analyses by using scanning electron microscopy and X-ray diffraction were performed in order to evaluate the CNTs dispersion quality in polymeric matrix, as well as the obtained nanostructured composite crystallographic properties. The nanostructured composites crystallization kinetic study was performed using the differential scanning calorimetry (DSC) under isothermal and non-isothermal (dynamic) conditions. The study of thermal degradation for PA 6.6/CNT nanostructured composites was performed by thermogravimetric analysis in nitrogen atmosphere at different heating rates. The results have showed that the addition of carbon nanotubes in polyamide reduces the Avrami exponent, affecting the crystallization process of the material. O-Z-W mathematical modeling was applied to the TGA results in order to calculate the degradation kinetic parameters. In this study, the results show that the CNTs addition in up to 0.5wt% increased the thermal stability of polyamide

Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-08-04Bitstream added on 2015-03-03T12:06:46Z : No. of bitstreams: 1 000810601.pdf: 3682345 bytes, checksum: 5a5ce68c56bcdb820403436504978b3f (MD5) / Due to the use of dyes hair and the your high dilution in wastewater and water treatment plants after incomplete treatment, the demand for increasingly sensitive and robust analytical methods for its quantification is highly relevant. Thus, the present work describes the construction of two sensors for quantification of hair dyes. The first was the development of a glassy carbon electrode modified with composite MWCNTs-CHT for simultaneous determination of PPD and RSN in samples of commercial hair dye and in samples of tap water. The Ipa of RSN and PPD presented 60% and 100% increase, respectively, in modified electrode compared to the electrode without modification. The reaction between both was monitored by spectrophotometry in the region UV-Vis, mass spectrometry and electrochemical oxidation where it was possible to diagnose the formation of the Bandrowski base and other related products the hair coloring. An analytical curve for PPD and RSN was constructed and finding a linear range in the interval of 0.55 to 21.2 mg L-1 with detection limit of 0.79 and 0.58 mg L-1, respectively. The method was applied to samples of tap water with recovery around 100% and in sample of commercial hair dye (EMBELLEZE MAXTON? (2.0 preto natural)), finding 24.10 and 10.34 mg g-1 of dye for PPD and RSN, respectively. The method was valeted by spectrophotometry. Other electroanalytical method was developed using screen printed electrode modified with grapheme for determining of the temporary dye BA-41 in 0,1 mol L-1 of B-R buffer pH 6,90. The peak current is 1,300% greater when compared with screen printed and glassy carbon electrodes, both unmodified. Through the technique of square wave voltammetry, the method was optimized of multivariate form using factorial design 24 and Doehlert matrix. Under optimized conditions of f (67 Hz), pH (6,90), ?E (128 mV) and Esw (6 mV), we constructed a calibration curve with a...

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:19:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 297389.pdf: 3951151 bytes, checksum: 91bcdc565b9c968bb1270077c7e8f491 (MD5) / Este trabalho descreve a síntese e caracterização de catalisadores compostos por uma fase ativa contendo Ni suportado em espinélio gAl2O4 preparado por dois métodos: o sol-gel, já descrito na literatura, e de complexação metal-quitosana, desenvolvido pelo nosso grupo de pesquisa # LABOCATH. Em ambos os métodos a fase ativa foi adicionada através do método de impregnação úmida. Em alguns dos catalisadores foi adicionado a platina (Pt) como promotor. Os catalisadores obtidos foram empregados na reação de decomposição do CH4 para produção de H2 e de materiais carbonáceos de alto valor agregado como os NTCs. Os suportes (MgAl2O4) e catalisadores (Ni/MgAl2O4 e Pt-Ni/MgAl2O4) foram caracterizados morfologicamente, e o comportamento dos catalisadores foi avaliado em diferentes condições operacionais, tais como razão molar (N2:CH4), temperatura reacional, tempo e temperatura de redução. Os materiais carbonáceos formados após os testes catalíticos também foram caracterizados por Análise Termogravimétrica (ATG), Espectroscopia Raman e Microscopias Eletrônicas de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET). Os dois métodos de preparação do suporte apresentaram a formação do espinélio MgAl2O4, sendo que no suporte preparado pelo método de complexação metal-quitosana, esta fase foi obtida a uma temperatura de calcinação menor (500 °C) que a obtida pelo método sol-gel (700 °C). Os suportes preparados pelos dois métodos apresentaram características morfológicas semelhantes. Os resultados indicaram que todos os catalisadores utilizados, foram ativos na reação de decomposição do CH4 para a produção de H2; que o comportamento catalítico é dependente da condição operacional empregada; que o catalisador de 20%Ni/MgAl2O4E#700 apresentou maior estabilidade nesta reação; que os catalisadores de Ni apresentaram maior média de atividade e de tempo de reação que os catalisadores contendo Pt, porém os catalisadores com Pt apresentaram NTCs de melhor qualidade. Pode-se destacar que todos os catalisadores testados mostraram-se eficientes para a produção de H2 quando comparados aos resultados observados na revisão bibliográfica realizada. Paralelamente estes catalisadores promoveram a formação de materiais carbonáceos de alto valor agregado como os NTCs, e com alto grau de grafitização. Observou-se que a qualidade dos NTCs está intimamente ligada ao menor tempo de atividade do catalisador, uma vez que materiais com uma estrutura mais organizada bloqueiam mais rapidamente os sítios ativos e danificam a estrutura granular do catalisador, o que resulta em uma desativação mais rápida. / This work describes the synthesis and characterization of catalysts comprised of a Ni active phase supported on MgAl2O4 spinel prepared by two methods: the sol-gel, already described in the literature, and the metal chitosan complex, developed by our research group # LABOCATH. Both methods had the active phase added by humid impregnation. Some of the catalysts had Pt added as a promoter. The obtained catalysts were used in the methane decomposition reaction in order to produce H2 and carbonaceous material with high value added as the CNTs. The supports (MgAl2O4) and the catalysts (Ni/MgAl2O4 and Pt-Ni/MgAl2O4) were morphologic characterized and the catalysts behavior evaluated as a function of different operational conditions, such as molar ratio (N2:CH4), reaction temperature, reduction time and temperature. The obtained carbonaceous materials after the catalytic tests were also characterized by Termogravimetric Analysis (TGA), Raman Spectroscopy, Scanning and Transmission Electronic Microscopies (SEM and TEM). The spinel MgAl2O4 was obtained by both preparation methods, however the support prepared by metal chitosan complex was reached at a lower calcination temperature (500 °C) than the one by sol-gel method (700 °C). All supports presented similar morphologic characteristics. The results showed that all catalysts were active at methane decomposition reaction to produce H2; the catalytic behavior was dependent on the operational condition; the catalyst 20%Ni/MgAl2O4E#700 showed the highest stability in this reaction; the Ni catalysts presented the higher average activity and reaction time than the Pt catalysts, however the Pt catalysts produced better quality CNTs. All tested catalysts showed to be efficient to produce H2 when compared to the results observed in the literature review. At the same time, these catalysts promoted the formation of CNTs with high graphitization grade. It was observed that the quality of CNTs is closely linked to the lower activity time of the catalyst, since materials with a more organized structure block more quickly the active site and damage the granular structure of the catalyst, leading to a faster deactivation.

Orientador: Alexandre Fontes da Fonseca / Banca: Fernando Sato / Banca: Francisco Carlos Lavarda / O programa de Pós Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: As propriedades especiais dos nanotubos de carbono (CNTs) inspiraram pesquisadores em diversas aplicações tecnológicas. Diversos produtos macroscópicos que são feitos ou contém nanotubos de carbono já existem como raquetes de tênis, tacos de beisebol, quadros de bicicletas, pás de turbinas eólicas e cascos de embarcações. A fim de de obter mais conhecimento sobre o comportamento desses produtos e materiais, seja para o desenvolvimento de novas aplicações ou melhorar as já existentes, é importante continuar investigação das propriedades físicas individuais dos nanotubos de carbono. Neste trabalho, utilizando ferramentas de simulação de dinâmica molecular, apresentamos os resultados para o coeficiente de expansão térmica de três nanotubos de carbono de duas camadas (DWCNTs "Double Walled (CNTs") (5,5)@(10,10), sem e com defeitos. Os defeitos considerados nesse estudo são de dois tipos: átomos de carbono intersticial e ligações do tipo sp entre as camadas. Validamos nossos métodos calculando o coeficiente de expansão térmica do nanotubo de carbono de uma camada (SWCNT "Single Walled CNT") (10,10) e comparando os resultados com os presentes na literatura. Nós mostramos que os defeitos reduzem, em módulo, o coeficiente de expansão térmica do (5,5)@(10,10) DWCNT. Discutimos esse resultado em comparação com o valor do coeficiente de expansão térmica do diamante / Abstract: The special properties of carbon nanotubes (NTs) have inspired researchers in many technological applications. Examples of macroscopic products that contain or are made of CNTs are tennis rackets, baseball bats, bicycle frames, ligthweiht wind turbine blades and boat hulls. In order to get more knowledge about the behavior of these products and materials, either to develop new applications or improve the actual ones, it is important to investigate the physical properties of individual CNTs in diverse situations. In this work, using tools of molecular dynamics simulations, we present three results for the coefficient of thermal expansion of the Double Walled CNTs (DWCNTs) (5.5)@(10,10) with and without defects. The types of defects considered here are carbon atoms at interstitial sites and sp connections between the walls of the (5,5)@(10,10) DWCNT. Our methods are, first, validate by the calculation of the coefficient of thermal expansion of the Single Walled CNT (SWCNT) (10,10) and the camparison of the result with that from the literature. We show that the coefficient of thermal expansion of the (5,5)@(10,10) DWCNT. This result is discussed in terms of the coefficient of thermal expansion of the diamond / Mestre

Orientador: Valber de Albuquerque Pedrosa / Banca: Sergio Antonio Spinola Machado / Banca: Gustavo Rocha de Castro / Resumo: Neste trabalho foram estudadas síntese e caracterização de filmes finos híbrido de polímeros escovas constituídos de polieletrolíticos reforçados com nanotubos de carbono sobre o substrato de óxido de índio e estanho (ITO). Para a caracterização das superfícies dos filmes foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), energia dispersiva de raio-x (EDX) e espectroscopia Raman. Foram avaliadas diferentes propriedades estímulo-responsivas dos polímeros escovas que levam a modificações estruturais dos filmes como a influência de pH e da força iônica. Os polímeros escolhidos como modelos foram os polímeros Poli (Vinil Imidazol)-(PVI) e Poli (Àcido Acrilíco)-(PAA). Os ensaios eletroquímicos evidenciaram uma dependência da conformação dos polímeros escovas com a variação de pH e da força iônica e também revelaram o aumento da capacitância desses polímeros quando reforçados com os nanotubos de carbono, sendo que, o PVI obteve melhor resposta quando exposto a pH ácido, uma vez que suas cadeias poliméricas estavam estendidas e carregadas positivamente, permitindo a difusão da espécie redox carregada negativamente até a superfície do eletrodo. O PAA também obteve melhor resposta em meio ácido. Nesse caso as cadeias colapsadas aproximam os tubos do transdutor (ITO), facilitando a troca do par redox. Após a caracterização dos referidos polímeros, os mesmos foram testados como sensores para o monitoramento de hormônios e neurotransmissores que desempenham funçõe... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This study describes the synthesis and characterization of hybrid polyelectrolyte based on polymer brush reinforced multi-layer type carbon nanotubes. The characterization of the thin films we used scanning electron microscopy techniques (SEM), energy dispersive x-ray (EDX) and Raman spectroscopy. The influence of pH and ionic strengh were evaluated by eelctrochemical technique. The polymers Poly (vinyl imidazole) - (PVI) and poly (acrylic acid) - (PAA) were used as matrix brush for anchoring the nanotubes. Electrochemical tests showed a dependence of the conformation of the brush polymers with pH change and ionic strengh, and also showed the increase in capacitance of these polymers when reinforced with carbon nanotubes, and the PVI obatined a better response when exposed to acid pH since its polymer chains were extended and positively charged, allowing the diffusion of negatively charged redox species to the electrode surface. The PAA also obtained better response in acid. In this case the collapsed chains near the transducer tuber (ITO) facilitate the electrons transference. The made electrodes were applied to monitor hormones and neurotransmitters that play important functions in our body / Mestre

E desenvolvida a formulação newtoniana do modelo de Timoshenko para vigas elásticas, através da resposta fundamental, ou função de Green de valor inicial, e da análise modal. São feitas aplicações para o caso de plataformas off-shore e nanotecnologia. A derivação das equações governantes do modelo de Timo-shenko, considerando condições de contorno clássicas e não-clássicas, é feita segundo o princípio extendido de Hamilton. Realiza-se uma análise espectral no sistema de equações diferenciais parciais evolutivas de segunda ordem que governam os modelos, utilizando, na determinação das frequências naturais e autofunções, uma base gerada por uma resposta espacial fundamental. Esta resposta satisfaz um sistema não clássico de equações diferenciais ordinárias de segunda ordem, que inclui um operador diferencial de primeira ordem e um coeficiente de rigidez que depende não-linearmente da frequência natural. A solução analítica do problema é obtida utilizando-se uma fórmula que envolve a resolução de equações características de três tipos: algébrica, diferencial e em diferenças. O estudo de respostas dinâmicas e, em particular, respostas forçadas no domínio da frequência, é considerado para sistemas evolutivos de segunda ordem, com auxílio da formulaçãao do problema adjunto. A função matricial de transferência é calculada de maneira espectral e não-espectral. A caracterização de autovalores duplos acima de valores críticos da frequência para vigas livre-livre é reformulada matricialmente, em termos da base dinâmica. Respostas devido a excitações harmônicas e variadas condições iniciais são simuladas para vários tipos de vigas. Para o comportamento de estruturas flexíveis off-shore modeladas segundo as teorias de Euler-Bernoulli e de Rayleigh e a lei de Morison, é proposta uma extensão à teoria de Timoshenko. Os modos de vibração do modelo de Vlasov para nanotubos são determinados através de limite dos modos correspondentes ao modelo de Timoshenko. Simulações são realizadas para nanotubos de carbono. / It is developed a newtonian formulation of the elastic beam model of Timoshenko, through a fundamental response , or initial value Green's function, and from modal analysis. Applications are considered in offshore structures and nanotechnology. The motion equations of the Timoshenko model, under classical or non classical boundary conditions, are obtained according to the extended Hamilton principle. It is done a spectral analysis of the system of second order evolution partial differential equations that governs the model, using a basis generated by a fundamental spatial response for the determination of the frequencies and eigen- functions. This response satisfies a non classical system of second order ordinary differential equations that includes a first derivative operator and a stiffness coefficient which depends, in a non linear manner, on the natural frequencies. The analytical solution of the problem is obtained by using a formulae which involves the resolution of characteristic equations of three types: algebraic, differential and on differences. The study of dynamical responses and, particularly, of forced responses in the frequency domain, it is considered for second order evolution systems with aid of the adjoint problem formulation. The transfer matrix function is determined by spectral and non spectral means. The characterization of double eigenvalues above critical frequency values for free-free beams is reformulated in matrix form, in terms of the dynamical basis. Responses due to harmonic excitation and various initial conditions are simulated for several types of beams. For the behaviour of flexible offshore structures that are modelled according to Euler-Bernoulli and Rayleigh beam models and subjected to Morison's law, it is proposed a extension for Timoshenko beam theory. The vibration modes of the Vlasov model for nanotubes are obtained as a limit case of the modes corresponding to the Timoshenko model. Simulations are performed for carbon nanotubes.

Neste trabalho estudou-se a síntese de nanotubos de Ta2O5 (NTs Ta2O5) fabricados pelo processo de anodização e sua aplicação na fotogeração de hidrogênio (H2). A otimização dos parâmetros de síntese e fotocatálise levou a uma maximização na fotoprodução de H2. O controle da temperatura do eletrólito da anodização proporcionou a escolha da obtenção de NTs de Ta2O5 aderidos ou livres do substrato de tântalo metálico. Os NTs de Ta2O5 formados foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDX), difração de raios X (DRX), refinamento Rietveld, espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios X (XPS), área superficial específíca (BET) e espectroscopia ultravioleta visível (UV-Vis). A fotogeração de hidrogênio utilizando os NTs de Ta2O5 foi avaliada pela fotólise da água. A difratometria de raios X revelou que os NTs de Ta2O5 como anodizados são amorfos, necessitando de tratamento térmico para se obter uma fase cristalina necessária para uma mais eficiente produção de hidrogênio. A combinação entre a elevada cristalinidade, superfície química e área superficial influenciou na atividade fotocatalítica dos NTs. A amostra com 33 % de cristalinidade apresentou uma elevada atividade fotocatalítica na fotogeração de H2. A utilização de etanol como agente de sacrifício fez aumentar a fotogeração de H2 em 12,5 vezes quando comparado com água pura. Para o nosso sistema, as condições de “otimização” para a concentração de massa de NTs e etanol como agente de sacrifício foram de 1,0 mg/mL e 25 %, respectivamente. Pelo uso de etanol como agente de sacrifício, foram produzidos além de H2, outros gases minoritários como CO, CO2, CH4, C2H4 e C2H6. No entanto, a formação desses produtos foi de apenas 3 % para uma produção de H2 de 97 %. A eficiência quântica aparente para a fotogeração de H2 foi de 5,18 ± 0,3%. Na tentativa de aumentar a produção de H2 foi realizado um carregamento de nanopartículas de NiO sobre a superfície dos NTs, fazendo aumentar a eficiência em 8,4±0,7 % com uma taxa de produção de H2 de 56 % maior que a de NTs livres de nanopartículas. / In this work the synthesis of Ta2O5 nanotubes (Ta2O5 NTs) fabricated by anodizing process and its application in hydrogen (H2) photogeneration was studied. The optimization of the synthesis and photocatalytic parameters led to maximization the H2 production. Temperature control of the anodizing electrolyte afforded the choice of obtaining Ta2O5 NTs freestanding or adhered on tantalum metal substrate. The Ta2O5 NTs formed has been characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive spectroscopy X-ray (EDX), X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinement, induced photoemission spectroscopy X-ray (XPS), specific surface area (BET) and ultraviolet visible spectroscopy (UV-Vis). The photogeneration hydrogen using the Ta2O5 NTs was evaluated by photolysis of water. The X-ray diffractometry revealed that the as-anodized Ta2O5 NTs are amorphous, requiring heat treatment to obtain a crystalline phase necessary for a more efficient hydrogen production. The combination of high crystallinity, surface chemistry and surface area influence the photocatalytic activity of NTs. The sample with 33 % of crystallinity had a high photocatalytic activity for H2 photogeneration. The use of ethanol as a sacrificial agent has increased the H2 photogeneration in 12.5 times compared with pure water. For our system, the optimization conditions for the mass concentration of NTs and ethanol as the sacrificial agent were 1.0 mg/mL and 25 %, respectively. By the use of ethanol as a sacrificial agent, other trace gases such as CO, CO2, CH4, C2H4 and C2H6 in addition to H2 were produced. However, the formation of these products was only 3 %, for a generation of 97 % of H2. The quantum efficiency apparent to photogeneration of H2 was 5.18 ± 0.3 %. In an attempt to increase production of H2 was performed a NiO nanoparticle loading on the surface of NTs, increasing efficiency of 8.4 ± 0.7% with a production rate of 56 % H2 greater than NTs free of nanoparticles.

SILVEIRA, José Valdenir da. Microrreatores e sensores de gases baseados em nanotubos de carbono. 2014. 138 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-09-12T20:16:40Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_jvsilveira.pdf: 17216086 bytes, checksum: b751845b2b9448eb6e67f9368f248e62 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-09-12T20:22:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_jvsilveira.pdf: 17216086 bytes, checksum: b751845b2b9448eb6e67f9368f248e62 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-12T20:22:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_jvsilveira.pdf: 17216086 bytes, checksum: b751845b2b9448eb6e67f9368f248e62 (MD5) Previous issue date: 2014 / This work exploits the fabrication, setup and tests of the micro-reactors and gas sensors based on carbon nanotubes. The configuration of the gas sensors was designed to allow the use of multi-walled carbon nanotubes - as commercially acquired, oxidized or decorated with nanoparticles – as sensor elements which have similar behavior to a sensor element formed of a single-walled carbon nanotube with large diameter (~ 20 nm). In this configuration, the nanotubes were deposited using dielectrophoresis technique with their ends supported on the edges of the electrodes and the central part suspended (bridged) over a gap ~ 1 m wide and ~5 m deep, in order to connect the ends of pre-produced standard metal electrodes. A new approach to improve the electrical and thermal contact between multi-walled carbon nanotubes deposited by dielectrophoresis and metal electrodes was developed by using heating spatially localized, through the use of laser radiation in the microRaman setup. Subsequent to deposition, the nanotubes were directly heated in the ambient atmosphere by a focused laser beam. The Raman signal of the nanotubes was used to determine the temperature reached in the process and this method has been used to improve the electrical contact with different electrodes (W, Ti and Au). The reduction in electrical resistance was up to three orders of magnitude, resulting in contact resistivity as low as ~ 0,1-1 kΩ.μm2, with the lowest values obtained for Au. A new method of simultaneous deposition of nanotubes and decoration with gold nanoparticles grown by electrochemical method is also presented. The method enables the production of hybrid structures with high potential for application in opto-electronic devices such as gas sensors, biosensors or photodetectors. The structural and morphological characterization of each sensor element used in this work was mainly made by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, Raman spectroscopy and electrical measurements. Sensing elements with different combinations of nanostructured materials (MWCNTs as commercially acquired, oxidized, or decorated with metal nanoparticles) were tested in inert (Ar or N2) and oxidant (O2) atmosphere. Crucial parameters for the proper functioning of gas sensors (specific response time/recovery, sensitivity, stability, reproducibility, etc.) were investigated based on the obtained experimental data. / O presente trabalho explora a fabricação, montagem e testes de micro-reatores e de sensores de gás baseados em nanotubos de carbono. A configuração dos sensores de gases foi planejada de modo a permitir o uso de nanotubos de carbono de muitas paredes – como adquiridos comercialmente, oxidados ou decorados com nanopartículas - como elementos sensores de comportamento semelhante a um elemento sensor formado por nanotubos de carbono de uma única parede e com grandes diâmetros (~20 nm). Nesta configuração, os nanotubos foram depositados utilizando a técnica dieletroforese com as pontas apoiadas sobre as bordas dos eletrodos e com a parte central suspensa (em ponte) sobre um gap de ~1 m de largura por ~5 m de profundidade, de modo a ligar as extremidades de eletrodos metálicos padronizados pré-produzidos. Uma nova abordagem para melhorar o contato elétrico e térmico entre nanotubos de carbono de múltiplas paredes depositados por dieletroforese e eletrodos de metal foi desenvolvida, usando aquecimento espacialmente localizado, através do uso de laser. Subsequentemente à deposição, os nanotubos foram diretamente aquecidos, em atmosfera ambiente, por um feixe de laser focado. O sinal Raman dos nanotubos foi usado para determinar a temperatura atingida no processo e este método foi utilizado para melhorar o contato elétrico com diferentes eletrodos (W, Ti e Au). A redução na resistência elétrica foi de até três ordens de magnitude, resultando em resistividade de contato tão baixa quanto ~ 0,1-1 kΩ.μm2, com os menores valores obtidos para Au. Um novo método de deposição de nanotubos com simultânea decoração por nanopartículas de ouro crescidas pelo método eletroquímico também é apresentado. O método possibilita obtenção de estruturas híbridas com alto potencial de aplicação em dispositivos opto-eletrônicos, tais como sensores de gases, biossensores ou fotodetectores. A caracterização estrutural e morfológica de cada elemento sensor usado neste trabalho foi feita principalmente por microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia de energia dispersiva, espectroscopia Raman e medidas elétricas. Foram usados elementos sensores com diferentes combinações de materiais nanoestruturados (MWCNTs como adquiridos comencialmente, oxidados, ou decorados com nanopartículas metálicas), testados em atmosferas inertes (N2 ou Ar) e oxidante (O2). Parâmetros determinantes para um bom funcionamento dos sensores de gás (tempos específicos de resposta/recuperação, sensibilidade, estabilidade, reprodutibilidade, etc) foram investigados com base nos dados experimentais obtidos.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-02-24T13:34:20Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1531456 bytes, checksum: 409ec9c593bb353cf07e9ee62d27c69b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-24T13:34:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1531456 bytes, checksum: 409ec9c593bb353cf07e9ee62d27c69b (MD5) Previous issue date: 2016-05-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nanotubos de carbono (CNTs) têm sido estudados nos últimos anos devido às suas propriedades químicas, físicas e eletrônicas únicas. Estas nanoestruturas podem interagir com várias moléculas, como proteínas e corantes, para formar novos materiais com aplicações diversas. Por exemplo, nanoestruturas híbridas contendo CNTs têm sido utilizadas como adsorventes eficientes, transportadores de fármacos específicos ou para o desenvolvimento de células a combustível e sensores eletroquímicos. Consequentemente, compreender as interações CNT-proteínas e CNT-corantes é importante para modular as propriedades destes materiais. Diversos trabalhos têm estudado estas interações, entretanto os aspectos termodinâmicos associados a elas permanecem escassos. Assim, neste trabalho avaliou-se a termodinâmica da interação entre nanotubos de carbono e diferentes moléculas, combinando dados de isotermas de adsorção e de titulação microcalorimétrica isotérmica. O estudo foi dividido em dois artigos: no primeiro, avaliou-se o fenômeno de adsorção da proteína albumina do soro bovino (BSA) sobre a superfície de nanotubos de carbono de parede simples (SWCNT) e de paredes múltiplas (MWCNT), bem como o efeito de cossolutos sobre esse processo. No segundo, descreveu-se a termodinâmica da interação entre os azocorantes vermelho ponceau (PR), vermelho do congo (CR) e vermelho 40 (AR) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs). A interação entre os azocorantes e a superfície de carvão ativado (AC) também foi avaliada para comparação. Acerca da interação entre a proteína BSA e a superfície dos nanotubos de carbono, o processo de adsorção dependeu das propriedades superficiais do CNT, do pH e da força iônica do meio, sendo que maiores capacidades de adsorção foram observadas em valor de pH próximo ao ponto isoelétrico da proteína. Para todos os sistemas estudados os valores de ∆H ads em condição de diluição infinita foram muito negativos (∆H ∞ < -918,6 kJ mol-1). Este resultado indica ads que os CNTs são capazes de induzir variações conformacionais na BSA durante o processo de adsorção, as quais estabilizam a proteína sobre a superfície hidrofóbica do nanomaterial. O efeito de íons da série de Hofmeister foi avaliado sobre o processo de adsorção da BSA em MWCNT, sendo este efeito dependente da natureza dos íons. Quanto à interação CNT-azocorante, os dados de isotermas de adsorção foram bem ajustados ao modelo de Freundlich. Uma abordagem termodinâmica forneceu toda a caracterização do processo de adsorção para diferentes coberturas superficiais do adsorvente. Para ambos MWCNT e AC, a quantidade de corante adsorvida (Γ D ) aumentou na ordem Γ D (PR) < Γ D (AR) < Γ D (CR) e a adsorção normalizada pela área superficial específica do adsorvente foi maior para o MWCNT. A quantidade máxima adsorvida (Γ D,máx ) atingiu valores de até 2,00 μmol m-2 para a adsorção de CR em MWCNT. O processo de adsorção dos corantes foi entalpicamente dirigido e entropicamente desfavorável para ambos os adsorventes. Os valores de variação de entalpia de adsorção (∆H ads ) determinados por ITC foram superiores a -137,0 kJ mol-1 e dependeram da cobertura superficial do adsorvente e das estruturas dos corantes e dos adsorventes. Os dados de ∆H ads em função da quantidade de corante adsorvida sugeriram que os sítios de adsorção sobre MWCNT e AC são heterogêneos. / Carbon nanotubes (CNTs) have been studied in the last years due to their unique chemical, physical, and electronic properties. These nanostructures can interact with several molecules, such as proteins and dyes, to form new materials with amazing applications. For instance, hybrid nanostructures containing CNTs have been used as powerful adsorbents, specific drug carriers or in the development of fuel cells and electrochemical sensors. Consequently, understanding the CNT-protein and CNT-dye interactions is very important to modulate the properties of these nanostructures. Several papers have studied these interactions, but the thermodynamic aspects associated with them remain scarce. Then, in this work, we evaluated the thermodynamics of the interaction between carbon nanotubes and different molecules combining adsorption isotherms and isothermal titration microcalorimetry data. Our study was divided in two papers: In the first one, we evaluated the adsorption phenomenon of the protein bovine serum albumin (BSA) on the surfaces of single-walled (SWCNT) and multi-walled (MWCNT) carbon nanotubes. In the second one, we described the thermodynamics of the interaction between the Ponceau Red (PR), Congo Red (CR) and Allura Red (AR) azo-dyes and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). Activated carbon (AC)-dye interaction has been also evaluated for comparison. On the interaction between the BSA and the CNT surface, the adsorption process depended on the surface properties, pH and ionic strength. Higher adsorption capacities were observed at pH around the isoelectric point of the protein. For all studied systems the ∆ ads H values at infinite dilution condition were very negative (∆H ∞ < -918.6 kJ mol-1). This finding has led us to propose that the ads CNTs are capable of inducing conformational changes in BSA for the adsorption process, stabilizing the protein on the hydrophobic surface of the nanomaterial. The effect of ions of the Hofmeister series was evaluated on the BSA adsorption in MWCNT, and this effect was dependent on the nature of the ion evaluated. Regarding the CNT-(azo-dye) interaction, isotherm adsorption data were well fitted to the Freundlich model. A thermodynamic approach provided the entire characterization of the adsorption process as a function of the surface coverage. For both MWCNT and AC, the amount of adsorbed dye (Γ D ) increased in the order Γ D (PR) < Γ D (AR) < Γ D (CR) and the adsorption capacity normalized by adsorbent specific area was higher for MWCNT. The maximum adsorbed amount (Γ D,max ) attained values up to 2.00 μmol m-2 for CR adsorption on MWCNT. The adsorption process of the dyes was enthalpically driven and entropically unfavorable for both adsorbents. The values of adsorption enthalpy change (∆ ads H) determined by ITC were higher than -137.0 KJ mol-1 and they depended on the surface coverage and structures of both dye and adsorbent. ITC data suggested that adsorption sites on MWCNT and AC are heterogeneous.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-12-07T09:54:01Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 7385579 bytes, checksum: 99cc30e3f19fe301d4efd94186b84527 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-07T09:54:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 7385579 bytes, checksum: 99cc30e3f19fe301d4efd94186b84527 (MD5) Previous issue date: 2017-06-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Estudos sobre migração celular, flutuações da membrana plasmática, extração de amarras em células, ou em geral, sobre o comportamento de células in vitro são de grande importância para a ciência. Através deles, podemos compreender vários processos biológicos tais como cicatrização de feridas, formação de tumores, divisão celular, tráfego de vesículas, mobilidade celular, comunicação celular entre outros. Neste contexto, é que surge a principal motivação deste trabalho. Para caracterizar o processo de migração de células individuais em cultura, analisamos o comportamento de células tumorais de melanoma B16F10 variando a densidade celular. Observamos que as trajetórias das células são aleatórias, algumas migram em caminhada persistente, enquanto outras giram em torno de si mesmas. Independente da densidade as células migram em um regime de difusão anômalo, indicando uma subdifusão para tempos curtos e uma superdifusão para tempos longos. As distribuições de magnitude das velocidades são do tipo q-Weibull e as autocorrelações das velocidades são de curto alcance. Com o objetivo de verificarmos a relação entre a migração celular e as flutuações da membrana plasmática das células, estudamos as flutuações da membrana das células B16F10 e verificamos que células com muita variação de forma apresentam uma dinâmica do tipo Browniano fracionária com correlações persistentes entre as protusões de lamelipódios e migração em regime superdifusivo, enquanto que células com pouca variação de forma apresentam uma migração subdifusiva. Estudamos também as flutuações da membrana de células normais de melanócito Melan-A e de fibroblasto NIH-3T3, o qual foi dividido em dois grupos: células com forma mais arredondada (grupo 1) e células com forma indefinida (grupo 2). Todas as linhagens demostram que a rugosidade da interface da membrana tem correlação persistente de longo alcance apresentando dinâmica do tipo Browniano fracionária. Observando a média das curvaturas locais e média da energia de curvatura ao longo do tempo de todas as linhagens aqui citadas, e fazendo uma comparação entre as linhagens tumoral B16F10 e normal Melan-A, verificamos que as curvaturas da B16F10, são em média, mais acentuadas e armazenam mais energia na sua forma que a Melan-A. Comparando as células NIH-3T3 grupo I e grupo 2 observamos que as células do grupo 2 armazenam em média mais energia em sua forma do que as células do grupo 1. Através do pinçamento ótico e da microscopia eletrônica de varredura (MEV), caracterizamos as propriedades mecânicas, tensão superficial e rigidez de flexão da membrana, de células das linhagens Melan-A e B16F10. Nossos resultados revelam que a rigidez de flexão e tensão da membrana não variam entre essas duas linhagens. / Studies on cell migration, plasma membrane fluctuations, teather extraction in cells, or in general, the behavior of cells in vitro are of great importance to science. Indeed they can help is to understand several biological processes such as: wound healing, tumor formation, cell division, vesicle trafficking, cellular mobility, cellular communication, etc . In this context, it lies the main motivation of this work. In order to characterize the cell migration process of individual cells in culture, we analyzed the behavior of B16F10 melanoma tumor cells varying cell density. We observed that the trajectories of the cells are random, some migrate on a persistent walk, while others revolve around themselves. Independent of the density, the cells migrate under an anomalous diffusion regime, subdiffusive for short times and a superdiffusive for long times. The speed distributions are q-Weibull and the velocity autocorrelations are short-ranged. In order to explore the relationship between cell migration and cell plasma membrane fluctu- ations, we studied the membrane fluctuations of B16F10 cells. We found that cells with great shape of variation have a fractional Brownian dynamics with persistent correlations between the lamellipodia protrusions, as well as a superdiffusive In contrast cells with little shape variation exhibit a sub-diffusive migration. We also studied the membrane fluctuations of normal Melan-A melanocytes and NIH-3T3 fibroblasts, which are divided into two groups: cells with a more rounded shape (group 1) and cells with indefinite shape (group 2). For all cell lines the membrane roughness has persistent long-range correlation, indicating fractional Brownian dynamics. From the averages of the local curvatures and curvature energies for cell lines tested, we find that the curvatures of B16F10 are on average more pronounced and store more energy in their shape than Melan-A. Comparing the NIH-3T3 cells group 1 and group 2 we observed that the cells of group 2 store on average more energy in their shape than the cells of group 1. Through optical tweezers and scanning electron microscopy (SEM), we characterized the mechanical properties, surface tension and bending rigidity of the cell membrane, of Melan-A and B16F10 cells. Our results show that the bending rigidity and tension of the membrane do not vary between these two cell lines.