Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-15T04:09:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334235.pdf: 6107312 bytes, checksum: 9a658c2ba1e5b92a53c7c2661daa1907 (MD5) Previous issue date: 2015 / O principal objetivo deste trabalho foi estudar a produção de nanotubos de carbono (CNT) por plasma frio em meio líquido. O material de partida foi produzido pela degradação de metano por plasma térmico obtendo o negro de carbono (CB) e hidrogênio. Neste processo, à eficiência de degradação, rendimento de hidrogênio e identificação dos subprodutos formados também foram avaliados. Na sequência, foram apresentados detalhes sobre o método de produção de CNTS por plasma frio e o resultado de análises químicas que comprovam que um novo método de produção foi desenvolvido. Após, foi apresentado um estudo sobre as modificações químicas e estruturais que ocorreram no CB durante o tratamento por plasma frio e, consequente, a produção de CNT. Para isso, foram apresentados resultados de análises químicas comparando as estruturas do CB e do CNT. As reações químicas envolvidas no processo foram expostas e possíveis mecanismos de formação e crescimento de CNTs foram propostos, assim como modelos que descrevem como ocorreu a produção de CNTs a partir do tratamento de CB por plasma frio. Os resultados de degradação de metano mostraram que o método é eficiente para a produção de CB, chegando a uma porcentagem de degradação de 98,8% e uma seletividade para hidrogênio de 40,3% para hidrogênio. Os resultados também indicaram que um novo método de produção para CNTs foi desenvolvido e que o produto formado é composto por uma mistura de MWCNTs, SWCNTs e vestígios de CB. Análises como microscopias, energia dispersiva de raios-X, Espectroscopia Raman e difração de raios-X confirmaram a produção de CNTs. O rendimento de CNTs produzidos por plasma frio foi estimado por termogravimetria, que indicou um rendimento entre 50-60%. Resultados de espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X, CHN, fisissorção e quimissorção indicaram que mudanças significativas ocorreram na superfície e na estrutura da amostra durante o tratamento por plasma frio. Os resultados das análises químicas e a identificação das espécies presentes no meio reacional possibilitaram que mecanismos de formação e crescimento de CNTs fossem sugeridos, assim como modelos que descrevem o que ocorreu durante o método de produção. As possíveis reações químicas envolvidas também foram descritas.<br> / Abstract : The main objective of this study was to detail the production of carbon nanotubes (CNT) by cold plasma, but other issues were also addressed. Initially, a study on the degradation of thermal plasma methane to produce carbon black (CB) and hydrogen was shown, as well as some additional results regarding the degradation efficiency, yield hydrogen and identification of the formed products. Further, there are details about the method of production of CNTS by cold plasma and the results of chemical analysis showing that a new production method was developed. In the sequence there s a study of the chemical and structural changes that occurred in the CB during treatment by cold plasma and, consequently, the production of CNT, through results of chemical analyzes that compared the structures of the CNTs and CB. The chemical reactions involved in the process were exposed and possible mechanisms of formation and growth of CNTs have been proposed, as well as models that describe the production of CNTs from CB treatment by cold plasma. The results of methane degradation showed that the method is efficient for the production of CB, reaching a percentage of degradation of 98.8% and a selectivity of 40.3% for hydrogen to hydrogen. The results also indicated that a new method for production of CNTs has been developed and the product formed comprises a mixture of MWCNTs, SWCNTs and traces of CB. Analyses such as microscopy, energy dispersive X-ray, Raman spectroscopy and X-ray diffraction confirmed the production of CNTs. The yield of CNTs produced by cold plasma was estimated by thermogravimetry, which indicated a yield of 50-60%. Results from excited photoelectron spectroscopy by CHN, chemisorption and physisorption X-ray indicated that significant changes occurred on the surface and structure of the sample during treatment by cold plasma. The results of chemical analyzes and the identification of the species present in the reaction medium enabled that the formation and growth mechanisms of CNTs could be suggested, as well as models that describe what happened during the production method. Possible chemical reactions involved are also described.

SANTOS, Elton José Gomes dos. Nanotubos de carbono substitucionados com monômeros e dímeros de titânio: uma aproximação de primeiros princípios. 2006. 87 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-05T20:41:40Z No. of bitstreams: 1 2006_tese_ejgsantos.pdf: 4911814 bytes, checksum: 241fc3aec5b26ee286685082439a5818 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-05-07T14:57:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_tese_ejgsantos.pdf: 4911814 bytes, checksum: 241fc3aec5b26ee286685082439a5818 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T14:57:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_tese_ejgsantos.pdf: 4911814 bytes, checksum: 241fc3aec5b26ee286685082439a5818 (MD5) Previous issue date: 2006 / Neste trabalho estudamos através de abordagem de primeiros princípios, algumas formas de obtermos monômeros e dímeros de Ti substitucionados em nanotubos de carbono metálicos ou semicondutores. Apresentamos possíveis rotas substitucionais para as impurezas se agregarem à superfície dos nanotubos, observando a relação entre o número de vacâncias sobre as paredes e a quantidade de impurezas metálicas colocadas em cada sítio. Encontramos que essa forma sistemática de realizarmos a dopagem gera mudanças pronunciáveis sobre as principais propriedades eletrônicas e estruturais dos tubos. Desde modo, é possível a confecção de complexos metais-ligantes, dependendo como os defeitos nos tubos são produzidos e de que forma os metais estabelecem a sua configuração mais estável sobre a lamela. Podendo servir de centro reativo para agregação de novas estruturas sobre os titânios e a formação de estruturas híbridas, tão em evidência nos mais amplos cenários da funcionalização. Os cálculos de energia total com polarização de spin foram realizados com o programa SIESTA - Spanish Initiative for Eletronic Simulations with Thousands of Atoms, que consiste hoje no estado da arte em termos de cálculos computacionais ab initio para orbitais em base numérica que escalonam linearmente com o tamanho do sistema, o que possibilita a obtenção de resultados tão bons quanto aos melhores cálculos em ondas planas, só que de forma mais rápida e barata computacionalmente. Um detalhado estudo da estrutura eletrônica de bandas, da densidade de estados, do contour plot da densidade de carga localizada sobre cada nível do sistema, da população de Mulliken e da configuração geométrica mais estável que o sistema alcançou é realizado.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-30T04:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345489.pdf: 3034418 bytes, checksum: 319292ad998679653a75b0a32d33231a (MD5) Previous issue date: 2016 / O presente trabalho trata da construção de dois sensores eletroquímicos. O primeiro sensor foi construído pela modificação de um eletrodo de carbono vítreo (GCE) a partir de nanopartículas de ródio estabilizadas em surfactante zwiteriônico (Rh-(ImS3-14)) para a determinação de ácido p-cumárico. O sensor (Rh-(ImS3-14))/GCE foi caracterizado eletroquimicamente por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), voltametria cíclica (CV) e cronocoulometria (CC). A caracterização das nanopartículas foi realizada por microscopia de transmissão eletrônica (TEM). As condições otimizadas de análise foram obtidas em solução tampão acetato (0,1 mol L-1, pH 4,0) empregando voltametria de pulso diferencial (DPV), as quais resultaram em um limite de detecção (LOD) de 472 nmol L-1 e faixa linear de 0,9 a 9,9 µmol L-1. O sensor demonstrou boa repetibilidade e reprodutibilidade intradia e interdia e foi aplicado na determinação de uma amostra farmacêutica de ácido p-cumárico em matriz celulósica. As recuperações foram de 97,31 a 105,53 % e o erro relativo foi de 9,8% na determinação analítica. O segundo sensor foi construído com o mesmo material aplicado no primeiro, porém, com a adição de nanotubos de haloisita (HNT) para a determinação do paracetamol. As nanopartículas foram caracterizadas por TEM. O sensor (HNT-Rh-(ImS3-14))/GCE foi caracterizado por perfilometria, e eletroquimicamente por EIS e CV. As condições experimentais otimizadas foram obtidas por DPV em solução tampão acetato (0,1 mol L-1, pH 5,0), as quais proporcionaram um limite de detecção de 82,78 nmol L-1 com faixa linear de 0,9 a 10,9 µmol L-1. O sensor demonstrou boa reprodutibilidade e repetibilidade intradia e interdia e foi aplicado na determinação de uma amostra comercial de comprimidos de paracetamol com recuperações variando de 107,6 a 123,16 %, e erro relativo de 1,67%.<br> / Abstract : The present work deals with the construction of two electrochemical sensors. The first sensor was constructed by modifying a vitreous carbon electrode (GCE) from rhodium nanoparticles stabilized in zwitterionic surfactant (Rh- (ImS3-14)) for the determination of p-coumaric acid. The sensor (Rh- (ImS3-14)) / GCE was characterized electrochemically by electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV) and chronocoulometry (CC). The characterization of the nanoparticles was performed by electron transmission microscopy (TEM). The optimum conditions of analysis were obtained in acetate buffer solution (0.1 mol L-1, pH 4.0) using differential pulse voltammetry (DPV), which resulted in a limit of detection (LOD) of 472 nmol L- 1 and linear range of 0.9 to 9.9 nmol L-1. The sensor demonstrated good repeatability and intraday reproducibility and interdia and was applied in the determination of a pharmaceutical sample of p-coumaric acid in cellulosic matrix. The recoveries were 97,31 to 105,53 % and the relative error was 9.8% in the analytical determination. The second sensor was constructed with the same material applied in the first, but with the addition of haloisite nanotubes (HNT) for the determination of paracetamol. The nanoparticles were characterized by TEM. The sensor (HNT-Rh- (ImS3-14)) / GCE was characterized by profilometry, and electrochemically by EIS and CV. Optimized experimental conditions were obtained by DPV in acetate buffer solution (0.1 mol L-1, pH 5.0), which provided a detection limit of 82.78 nmol L-1 with a linear range of 0.9 to 10.9 nmol L-1. The sensor demonstrated good reproducibility and intraday and inter-repeatability and was applied in the determination of a commercial sample of paracetamol tablets with recoveries varying from 107,6 to 123,16%, and relative error of 1.67%.

Neste trabalho nanocompósitos de Poli(fluoreto de vinilideno)(PVDF)/Polianilina(PAni) e nanotubos de carbono (NTC) foram preparados por processamento no estado fundido utilizando três diferentes metodologias. Na primeira os nanotubos de carbono foram adicionados diretamente durante o processamento no estado fundido. No segundo método os nanotubos de carbono foram adicionados a PAni diretamente durante a etapa de polimerização desta e posteriormente este material foi misturado ao PVDF no estado fundido. No terceiro método metade da quantidade total de nanotubos de carbono do nacompósito foi adicionada diretamente durante o processamento e a outra metade foi adicionada a PAni durante a etapa de polimerização. A processabilidade, a morfologia, as propriedades elétricas, as propriedades viscoelásticas, e as propriedades eletro-reológicas foram avaliadas para as misturas e para os nanocompósitos. A morfologia final de todas as misturas PVDF/PAni apresentaram típica separação de fases com a presença de domínios de polianilina. A condutividade elétrica destas apresentou um decréscimo de valores ao longo do tempo de processamento para todas as composições. Houve um aumento dos módulos, no estado sólido, com a adição de polianilina e nanotubos de carbono ao sistema. As medidas eletro-reológicas mostraram que a presença da polianilina e dos nanotubos de carbono mudou o comportamento reológico do PVDF e também a condutividade elétrica foi afetada pelo cisalhamento oscilatório. Tanto a morfologia quanto a condutividade elétrica sofreram variações em função do método de preparação dos nanocompósitos PVDF/PAni/NTC. Como conseqüência, as propriedades viscoelásticas no estado sólido foram influenciadas pelas diferentes morfologias destes materiais. Os experimentos eletro-reológicos mostraram que o cisalhamento agiu destruindo os caminhos condutores formados e, com isso causando a redução na condutividade elétrica do sistema. / In this work nanocomposites of poly(vinylidene fluoride) (PVDF)/polyaniline (PAni) and carbon nanotubes (CNT) were prepared through melt processing using three different methods. Firstly the nanotubes were incorporated directly into the PVDF/PAni blend during the processing step. In the second methodology the nanotubes were dispersed in the reaction medium during aniline polymerization. After the reaction completion this PAni/CNT composite was blended with PVDF through melt processing. The third method consisted in a combination of both methods In the second stage blends of PVDF/PAni were prepared through melt processing. The morphology, processability, electrical properties, viscoelastic properties, and electro-rheological behavior were evaluated for the blends and the nanocomposites. All PVDF/PAni blends showed typical phase separation with the presence of polyaniline aggregates. The electrical conductivity of PVDF/PAni blends had lower values as a function of processing time for all compositions. There was an increasing of both moduli in solid state with the addition of PAni and CNT. The electro-rheological measurements showed that the presence of PAni and CNT changed the PVDF rheological behavior and also the electrical conductivity was affected by the oscillatory shear. The morphology and electrical conductivity changed as a function of the three methods used to prepare the nanocomposites. As a consequence, the moduli in solid state were also affected by the different morphologies. The shear acted by destroying the conductive paths formed through the PVDF/PAni matrix. This fact caused the decreasing in the electrical conductivity values of the nanocomposites.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:42:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339481.pdf: 3034447 bytes, checksum: b46de295d684ef7dbd665d8a38057f11 (MD5) Previous issue date: 2015 / Nanotubos de carbono (NTC) e nanossílica (NS ou nS) são os nanomateriais mais estudados em compostos cimentíceos. Neste estudo, eles foram utilizados por acreditar-se que a nanossílica facilitará e/ou proporcionará maior interação NTC/matriz. Foram formuladas pastas cimentíceas com duas relações água/cimento (0,26 e 0,4), com incorporação de nanossílica em pó (1 e 2%) e nanotubos de carbono (0,05 e 0,1%) separados e juntos, dispersados fisicamente por ultrassonicação, com e sem adição de aditivo superplastificante. Avaliou-se a alteração nas propriedades mecânicas das pastas e a evolução da hidratação do cimento por calorimetria. A adição individual de NTC e NS em pastas cimentíceas apresentaram ganho de resistência à compressão, reduziram os tempos de pega e aumentaram o pico da terceira etapa do fluxo de calor. Com o uso simultâneo do NTC e da NS em pastas cimentíceas houveram ganhos de resistência à compressão na condição com a/c (relação água cimento) 0,4 e sem uso de aditivo. Na condição de ensaio com a/c 0,26 e 0,4% de aditivo superplastificante não foi observado o mesmo ganho de resistência mecânica, porém foi visto tendência de ganho nas formulações com 0,05% de NTC e 1 e 2% de NS o que sugeri a existência de pequena sinergia entre os nanomateriais e a existência de um percentual ótimo de uso de NTC entre 0,05 e 0,1%. O uso simultâneo de NTC e NS ainda apresentou no processo de hidratação redução do tempo de indução e aumento do pico da terceira etapa. Observou-se que o efeito dos nanomateriais ficou evidenciado nos casos em que a matriz/base apresentava-se menos resistente, sendo estes casos a situação de maior relação a/c e a menor idade de cura. Com a uniformização da consistência entre as formulações ensaiadas obteve-se ganhos de resistência à compressão. A resistência à flexão e o módulo de Young não apresentaram alteração com o uso de NTC e NS.<br> / Abstract: Carbon nanotubes (CNT) and nanossílica (NS) are the nanomaterials most studied in cementitious composites. In this study, they were join by believing that the nanosilica will promote greater dispersion of the CNT and increased interaction CNT/matrix resulting in a better mechanical performance. Cement pastes were formulate with two water/cement ratio (0.26 to 0.4) with nanosilica incorporation (1 and 2%) and carbon nanotubes (0.05 and 0.1%) apart and together, physically dispersed by ultrasonication, with and without addition of superplasticizer. We evaluated the change in mechanical properties of the folders and the evolution of hydration of cement by driving calorimetry. Individual addition of CNT and NS in cement pastes showed compressive strength gain, reduced setting time and increased the peak of the third stage of the heat flow. The simultaneous use of CNT and NS in cement pastes folders there have compressive strength gains provided with w/c=0.4 and without additive. In the test condition with w/c 0.26 and 0.4% superplasticizer, It wasn't observe the same gain strength, but It was seen tendency to gain in the formulations with 0.05% of CNT and 1 and 2% NS which suggest that there is little synergy between nanomaterials and the existence of a great percentage of CNT between 0.05 and 0.1%. The simultaneous use of CNT and NS also showed a reduction setting time and increased the peak of the third stage of the heat flow. It was observe that the effect of nanomaterials evidenced where the matrix/base had become less resilient, and in these cases the situation higher ratio w/c and the lower age of curing. The uniform consistency among the formulations tested there have compressive strength gains. The flexural strength and Young's modulus did not change with the use of CNT and NS.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-02-23Bitstream added on 2014-06-13T20:27:52Z : No. of bitstreams: 1 capellato_p_dr_guara.pdf: 1337923 bytes, checksum: 3edc5b93305051c3258b073892d9965d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Titânio CP e a liga Ti6Al4V são amplamente empregados na fabricação de componentes para aplicações biomédicas. No entanto, estes materiais podem causar problemas de saúde em função da liberação de íons metálicos citotóxicos e reabsorção do osso adjacente devido a grande diferença entre o modulo de elasticidade do material e osso. Esses fatores têm levado ao desenvolvimento de novas ligas de titânio e também de novas técnicas de modificação de superfície. Amostras da liga experimental Ti-30Ta na forma de discos com 13 mm de diâmetro e 3 mm de espessura foram empregadas nesse estudo. O processo de anodização foi realizado sob tensão de 15V, 25V e 35V e tempos de 20 e 40 min em eletrólito formado por HF/H2SO4 com adição de dimetil sulfóxido (DMSO). A calcinação das amostras foi realizada a 530ºC durante 3 h. As superfícies foram avaliadas empregando-se MEV-FEG, EDS e a molhabilidade avaliada com ângulo de contato. Todas as condições avaliadas apresentam superfície hidrofílica. Nanotubos de Ti-30Ta foram obtidos na condição 35V-40 mim apresentado 100 nm de comprimento e 80-100 nm de diâmetro. A biocompatibilidade da liga Ti-30Ta com nanotubos foi avaliada após 24 e 72 horas de cultura celular com fibroblastos dérmicos humanos (HDF, neonatal). A adesão e proliferação celular, viabilidade, organização do citoesqueleto e morfologia celular foram investigadas por meio de imagens de microscópio de fluorescência, ensaios bioquímicos e MEV-FEG. Análise celular demonstrou aumento significativo na adesão e proliferação celular, viavilidade, alongamento e produção de matriz extracelular de fibroblastos na superfície da liga Ti-30Ta com nanotubos após 72 horas de cultura celular... / In the last years, titanium and theirs alloys have been used in dental applications due their excellent properties such as corrosion resistance and biocompatibility. However, these materials are considered bioinerts and due to your poor physiological integration that may result in fibrous encapsulation and further biomaterial rejection. Ti-30Ta alloys, for use in biomedical applications are the subject of this research. The aim is to discover optimal alloy proportions for tissue-like mechanical properties and improved biocompatibility. Of the alloys tested, 30% Ta with Ti exhibits favorable properties including a low elastic modulus, improved strain-resistance and increased elongation to failure. Recent studies have identified strong correlations between anodized metals and the production of highly biomimetic nanoscale topographies. These surfaces provide an interface of enhanced biocompatibility that exhibits a high degree of oxidation and surface energy. In this study, the mechanical substrate and topographical surface properties of anodized Ti-30Ta alloy were investigated using scanning electron microscopy (SEM), energydispersive spectroscopy (EDS) and contact angle measurement. The anodization process was performed in an electrolyte solution containing HF (48%) and H2SO4 (98%) in the volumetric ratios 1:9 with the addition of 5% dimethyl sulfóxido (DMSO) at 15V, 25V and 35V for 20 and 40 min, producing a nanotube architecture when anodized at 35V for 40 min. Human dermal fibroblasts (HDF, neonatal) were utilized to evaluate the biocompatibility of Ti-30Ta nanotubes after 24 and 72 hours of culture. Cellular adhesion, proliferation, viability, cytoskeletal organization and morphology were investigated using fluorescence microscope imaging, biochemical assay and SEM imaging respectively... (Complete abstract click eletronic access below)

Orientadora : Profª Drª Marta Margarete Cestari / Coorientadora : Profª Drª Wanessa Algarte Ramsdorf / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Genética. Defesa: Curitiba, 20/12/2016 / Inclui referências : f. 55-68 / Resumo: Como resultado do crescimento da população humana e da mudança nos padrões de vida, produção, consumo e eliminação de resíduos, os contaminantes ambientais estão aumentando em quantidade e espécie. Os nanomateriais, considerados contaminantes emergentes, se destacam nesse contexto. Suas propriedades físicas e químicas distintas podem diminuir os custos de produção e melhorar a eficiência de uma gama enorme de produtos que vão de cosméticos a eletroeletrônicos. Os nanotubos de carbono (NTCs) são, desde a década de 90, um dos tipos de nanomateriais mais estudados em função de suas propriedades intrínsecas que lhes asseguram protagonismo nos mais variados setores da indústria do século 21. Tendo em vista que a genotoxicidade dos nanotubos de carbono é um assunto ainda muito controverso, nós realizamos testes de exposição aguda e subcrônica por via hídrica a uma amostra comercial de nanotubos de carbono de paredes múltiplas em diferentes concentrações em duas espécies de peixes; um modelo exótico (Danio rerio), e uma espécie nativa (Astyanax altiparanae). Através do ensaio cometa em eritrócitos e do teste do micronúcleo písceo, também em eritrócitos, foi constatado que a amostra de nanotubos de carbono testada não produziu genotoxicidade aparente por meio de quebras de simples/dupla fita no DNA ou efeitos castogênicos e/ou aneugênicos em nenhuma das espécies, independentemente do tempo de exposição. Todavia, os resultados obtidos indicam a possibilidade de ocorrência de crosslinks DNA-NTCs. Palavras-Chave: Nanotubos de carbono; Genotoxicidade; Astyanax altiparanae; Danio rerio; Ensaio Cometa; Teste do Micronúcleo Písceo. / Abstract: As a result of the human population growth and changing life styles, production, consumption, and man-made disposal, the environmental contaminants are increasing in quantity and type. The nanomaterials, considered emerging contaminants, stand out in this context. Their unique fiscal and chemical proprieties may decrease the production costs and improve the efficiency of a large range of products, from cosmetics to eletro-eletronics. The carbon nanotubes (CNTs) are, since the 90's, one of the most studied nanomaterials because of its intrinsic proprieties that assure them important roles in several industrial sectors of the 21st century. Since the carbon nanotubes genotoxicity is still a controversial issue, we performed tests of acute and subcronical hydric exposal to a commercial sample of multi-walled carbon nanotubes in two fish spices, an exotic model (Danio rerio) and a native one (Astyanax altiparanae). Making use of the alkaline comet assay on erythrocytes and the piscine micronucleous also performed on erythrocytes, was found that the tested carbon nanotubes sample did not generate apparent genotoxicity by means of single/double DNA strand break or clastogenic/aneugenic effects over any of the species, independently of the exposure time. However, our findings indicates the possibility of occurrence of DNA-CNTs crosslinks. Key Words: Carbon Nanotubes; Genotoxicity; Astyanax altiparanae; Danio rerio; Comet Assay; Piscine Micronucleous Test.

Nanotubos de carbono de parede simples e dupla foram sintetizados por deposição química de vapor catalisada (DQVC) e os seguintes parâmetros foram avaliados: (i) composição do catalisador do sistema Fe-Mo-MgO; (ii) a temperatura de síntese (800-1000°C); (iii) o composto precursor de carbono (hexano e, comparativamente, metano e etanol); (iv) a concentração do precursor de carbono; (v) o tempo de síntese; (vi) o tipo de reator (reator de leito estacionário horizontal com relação a um de leito vertical fluidizado). Microscopia eletrônica de varredura e transmissão, análise termogravimétrica, difração de raios X, condutividade elétrica e espectroscopias Raman e de fotoluminescência foram as principais técnicas utilizadas para caracterizar os nanotubos de carbono (NTCs) produzidos. As características eletrônicas de redes 2 e 3D preparadas com NTCs foram também avaliadas. Isto permitiu estimar como esses parâmetros afetam o desempenho dos nanotubos sintetizados em possíveis aplicações práticas. Além de determinar o valor ótimo para alguns desses parâmetros, a cinética do crescimento dos NTCPS-D foi analisada e uma equação para a taxa de crescimento dos mesmos foi proposta. Por último, diferentes processos de purificação dos NTCs foram também estudados. / Single and double-wall carbon nanotubes were synthesized by catalytical chemical vapour deposition and the effect of the following parameters were evaluated: (i) composition of the catalyst from the Fe-Mo-MgO system, (ii) temperature of synthesis (800-1000°C), (iii) carbon source (hexane, methane and ethanol), (iv) concentration of carbon source, (v) time of synthesis, (vi) type of reactor (horizontal fixed bed reactor in comparison with vertical fluidized bed reactor). Scanning and transmission electron microscopy, thermogravimetric analysis, X-Ray diffraction, electrical conductivity and Raman and photoluminescence spectroscopies were the main tools to characterize the CVD-derived carbon nanotubes (CNTs). The electronic characteristic of 2 and 3 dimension networks prepared with the CNTs were also evaluated. Besides the determination of the optimal value for some of these parameters, the the growth kinetic was analyzed and an equation for the kinetic of growth of CNTs was proposed. Finally, different processes of purification of CNTs were studied.

Des réseaux de nanotubes de carbone (CNTs) en deux ou trois dimensions (2D- et 3DCNTNs) ont été préparés respectivement sur substrat de silice amorphe et dans une matrice silice. Plusieurs types de CNTs (mono-, double- et multi-parois, respectivement SWCNTs, DWCNTs et MWCNTs) ont été caractérisés par microscopie électronique à transmission, spectroscopie Raman et analyse élémentaire du carbone, et leurs aptitudes à former un réseau percolant ont été comparées par mesure de la conductivité électrique de suspensions dynamiques de ces CNTs dans le chloroforme. La conductivité des suspensions de SWCNTs et de DWCNTs obéit à la loi de puissance de la théorie de percolation, avec un exposant proche de la valeur théorique d'un réseau 3D. Celle des suspensions de SWCNTs présentent une conductivité normalisée maximale (3.08 S.cm2/g) tandis que celle des suspensions de DWCNTs présente le plus faible seuil de percolation (0.002-0.06 vol.%) ce qui a conduit à choisir les SWCNTs pour la préparation des 2D-CNTNs et les DWCNTs pour la préparation des nanocomposites CNT-silice (3D CNTNs). Les 2D-CNTNs ont été préparés par dépôt de suspensions aqueuses de SWCNTs contenant du dodecyl sulfate de sodium sur de la silice amorphe, par quatre techniques différentes: trempage, filtration, spray et dépôt électrophorétique. Les 2D-CNTNs forment un réseau percolant dont la conductivité électrique obéit à la loi de puissance, avec un exposant d'environ 1.29, ce qui en en bon accord avec les prédictions théoriques. Les dépôts effectués par trempage et les dépôts électrophorétiques conduisent aux films les plus lisses et peuvent constituer une option intéressante pour des applications dans les cellules solaires. La conductance de surface et la transparence obtenues dans l'UV laissent espérer des applications possibles dans les écrans d'affichage, les écrans tactiles, les tubes cathodiques et les films destinés à dissiper les charges électrostatiques. Les nanocomposites CNT-silice (3D-CNTNs) ont été préparés par sol-gel, en utilisant des DWCNTs qui furent d'abord soumis à un traitement doux de fonctionnalisation, leur dispersion étant réalisée par sonication avec une sonde. Les matériaux ont été ensuite complétement densifiés par "spark-plasma sintering". Les états de dispersion des CNTs ont été évalués par microscopie électronique à balayage à émission de champ et corrélé aux propriétés lectriques. La comparaison de deux variantes de la méthode de préparation (i.e.: DWCNT séchés ou non séchés après leur functionnalisation) a conduit à une bonne corrélation entre les états de dispersion (présence et taille des aggregats de CNTs) et les seuils de percolation. Pour la voie sèche, la percolation intervient pour seulement 0.35 vol.% DWCNT, ce qui est plus faible que les valeurs publiés pour les nanocomposites CNT-silice. Pour la voie humide, le matériau le plus conducteur présente une conductivité électrique (1.56 S/cm) plus élevée que celles publiés pour des matériaux similaires. Bien que l'état de dispersion des CNTs puisse encore être amélioré, la conductivité électrique obtenue pour ces nanocomposites est déjà suffisamment élevée pour leur utilisation pour évacuer les charges électrostatiques ou comme éléments chauffants. / Redes bi- e tridimensionais de nanotubos de carbono (2D e 3D-RNTCs) foram preparadas sobre substratos de vidro de sílica e em matriz de sílica, respectivamente. Vários tipos de nanotubos de carbono (nanotubos de carbono de paredes simples, dupla e multicamadas, NTCPSs, NTPDs e NTPMs respectivamente) foram caracterizados por microscopia eletrônica de transmissão, espectroscopia Raman e análise de carbono, enquanto que as suas aptidões para formar uma rede de percolação foram comparadas através da medição da suas condutividades elétricas em suspensões dinâmicas em clorofórmio. A condutividade das suspensões de NTCPSs e NTCPDs seguiram a lei de potência da teoria de percolação, com expoente próximo ao valor teórico de uma rede 3D. As suspensões de NTCPSs apresentaram 3.08 S.cm2/g), enquanto que as suspensões de NTCPDs apresentaram o menor teor crítico para percolação (0.002-0.06% vol.) o que levou a escolher NTCPSs para a preparação de 2D-RNTCs e NTCPDs para a preparação de nanocompósitos CNT-sílica (3D-RNTCs). Para produzir em 2D-RNTCs, suspensões aquosas de NTCPSs contendo dodecil sulfato de sódio foram depositadas sobre substratos de sílica amorfa utilizando quatro diferentes técnicas: dip-coating, filtração, deposição por spray e deposição eletroforética. A maioria das 2DRNTCs formaram uma rede de percolação cuja condutividade elétrica também seguiu a lei de potência, com expoente em torno de 1.29, que está de acordo com as previsões teóricas. Dipcoating e deposição eletroforética resultaram nas mais suaves RNTCs sendo uma opção interessante para aplicações em células solares. As características obtidas de condutância de superfície e de transparência no UV também demonstraram suas possíveis aplicações em displays, telas de toque, blindagem em tubos catódicos e dissipação eletrostática. Nanocompósitos de NTCs em matriz de sílica (3D-RNTCs) foram preparados pela rota sol-gel, utilizando NTCPDs que foram previamente submetidos a uma funcionalização branda e sua dispersão foi realizada com ultrassom de ponta. Os materiais foram totalmente densificados por spark-plasma sintering. O estado de dispersão dos nanotubos de carbono foi avaliado por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo e correlacionados com as propriedades elétricas. A comparação das duas variações na rota de preparação (ou seja: os NTCPDs foram secos ou não após a sua funcionalização) levou a uma boa correlação entre os estados dispersões (presença e tamanho dos agregados de NTCs) e os pontos críticos de percolação. Para a rota "seca", a percolação opera em apenas 0.35 vol. % de NTCPDs, que é inferior aos valores reportados para nanocompósitos de sílica contendo NTCs. Para a rota "úmida", o material mais condutor apresenta uma condutividade elétrica (1.56 S/cm) maior do que o relatado por materiais similares. Apesar de que a dispersão de NTCs poderia ser ainda melhor, as condutividades elétricas obtidas destes nanocompósitos já são altas o suficiente para seu uso em elementos de aquecimento ou antieletrostáticos. / Two and three dimensional carbon nanotube networks (2D- and 3D-CNTNs) were prepared over silica glass substrate and in silica matrix, respectively. Several types of CNTs (single-, double- and multi-walled carbon nanotubes, SWCNTs, DWCNTs and MWCNTs, respectively) were characterized by transmission electron microscopy, Raman spectroscopy and carbon analysis, while their aptitudes to form a percolating network were compared by measurement of their electrical conductivity in dynamic suspensions in chloroform. The conductivity of SWCNTs and DWCNTs suspensions well follow the power law of the percolation theory, with an exponent close to the theoretical value of a 3D network. The SWCNTs suspensions present the higher maximum normalized conductivity (3.08 S.cm2/g) whereas the DWCNTs suspensions present the lower percolation thresholds (0.002-0.06 vol.%) which led to choose SWCNTs for the preparation of 2D-CNTNs and DWCNTs for the preparation of CNT-silica nanocomposites (3D-CNTNs). To produce 2D-CNTNs, SWCNTs aqueous suspensions containing sodium dodecyl sulphate were deposited over amorphous silica substrates using four different techniques : dipcoating, filtration, spray-coating and electrophoretic deposition. Most of the 2D-CNTNs formed a percolating network whose electrical conductivity well followed the power law, with an exponent around 1.29, which is in agreement with theoretical predictions. Dip-coating and electrophoretic deposition provided the smoothest CNTNs and might be an interesting option for solar cell applications. The obtained characteristics of surface conductance and transparency in the UV also demonstrated their possible applications in displays, touch screens, shielding in cathode tubes and electrostatic dissipation. CNT-silica matrix nanocomposites (3D-CNTNs) were prepared by the sol-gel route, using DWCNTs which were previously submitted to a mild functionalization, their dispersion being carried out by probe sonication. The materials were fully densified by spark-plasma sintering. The dispersion state of CNTs was evaluated by field emission scanning electron microscopy and correlated with the electrical properties. The comparison of two variations in the preparation route (ie: the DWCNT were dried or not after their functionnalization) led to a good correlation between the dispersions states (presence and size of CNTs aggregates) and the percolation thresholds. For the “Dry” route, the percolation operates at only 0.35 vol.% DWCNT, which is lower that the values reported for CNT-silica nanocomposites. For the “Wet” one, the more conductive material shows an electrical conductivity (1.56 S/cm) higher than the values reported for similar materials. In spite that the dispersion of CNTS could be still improved, the achieved electrical conductivity of these nanocomposites is still high enough for their use in antielectrostatic or heating applications.

El presente trabajo va dirigido a la investigación y desarrollo de las potenciales propiedades que poseen los nanotubos de carbono para modificar las propiedades físicas y mecánicas de una matriz polimérica como el polipropileno. El polipropileno hetrofásico (PPH), es uno de los polímeros más conocido y de bajo costo producidos por la industria petroquímica. Los usos y aplicaciones del PPH son variados debido a su buen balance de propiedades físicas y mecánicas. Sin embargo, su aplicación en campos que exige el uso de materiales de alta resistencia térmica y mecánica es limitada. Las propiedades físicas y mecánicas de PPH pueden ser mejorada mediante la introducción de cargas de tamaño nanométricos como son los nanotubos de carbono multipared. Los nanotubos de carbono son estructuras fibrilales sintéticas más resistentes producidos por el hombre. Poseen características que pueden competir con los metales en cuanto resistencia, durabilidad y conducción eléctrica pero su síntesis aún es costosa. La combinación de polímeros y nanotubos de carbono recibe el nombre de nanocompositos poliméricos que poseen características y una combinación de propiedades de ambos materiales. La distribución de los nanotubos en la matriz polimérica determina sus propiedades térmicas y mecánicas. Un aspecto interesante de los nanocopositos a base de nanotubos de carbono es la baja concentración de los nanotubos necesarios para modificar sustancialmente las propiedades de los polímeros. En esta tesis se ha investigado la modificación de los nanotubos de carbono multipared (MWCNT) mediante reacciones de oxidación y posterior funcionalización con ácido itacónico (AI) y su derivado monometilitaconato (MMI) con el fin de reducir su grado de aglomeración y facilitar su dispersión en la matriz de polipropileno heterofásico (PPH) mediante el método de mezclado en fundido. Los nanotubos modificados mediante su oxidación y posterior funcionalización con AI o MMI se caracterizaron mediante espectroscopia infrarroja (FTIR), ensayos de sedimentación, análisis termogravimétrico (TGA) y microscopia electrónico de transmisión (TEM). Los análisis efectuados por FTIR confirmaron que se logró introducir grupos funcionales carboxilos y mayormente hidroxilos en la superficies de los MWCNT, además de reducir su grado de aglomeración como fue revelado por la microscopia electrónica de transmisión. Los nanocompositos a base de PPH y nanotubos de carbono se prepararon por el método de mezclado en fundido. Las propiedades mecánicas de PPH mejoran al incorporar 0,5% de nanotubos de carbono, especialmente nanotubos funcionalizados con ácido itacónico, donde existe un aumento de hasta 40% del módulo elástico. Todos los nanocompositos mostraron estabilidad térmica mayor que el polipropileno debido a presencia de nanotubos de carbono. Esta mayor estabilidad se atribuyó a la capacidad de los nanotubos de restringir la agitación térmica del polímero como también a la mayor estabilidad y conductividad térmica de los nanotubos.