Este trabalho relata um estudo sobre a síntese e a caracterização de mulita nanoestruturada a partir do processo sol-gel associado a um sistema de cristal líquido, avaliando-se a influência de um processo sobre o outro. Os sistemas de síntese foram preparados usando-se como reagentes precursores da mulita, o tetraetilortosilicato (TEOS) e o nitrato de alumínio nonahidratado (ANN) e, como formadores do cristal líquido, o surfatante Renex com diferentes tamanhos de cadeia hidrofílica (R100, R60 e R40) e uma solução aquosa de ácido nítrico, nas seguintes razões molares: 1,0 TEOS : 3,0 ANN : x Renex : 1,0 HNO3(aq), onde x é igual a 1,3 para R100, 1,6 para R60 e 2,2 para R40. As técnicas utilizadas para caracterização tanto do cristal líquido quanto da mulita foram: DRX, GIXRD, SAXS, MOLP, TGA/DTG, DTA e AFM. Os resultados de SAXS e DRX indicaram que os sistemas binários compostos por R100/HNO3(aq) formaram mesofases hexagonais, enquanto os sistemas contendo R40 e R60 formaram mesofases lamelares. A adição de TEOS e ANN interferiu negativamente na microestrutura destes cristais líquidos, devido a dois fatores: i) uma possível deficiência na retirada do etanol formado durante a hidrólise do TEOS e ii) a temperatura de secagem, mantida por estufa a 30 C. Estes dois fatores conjuntamente podem ter desestabilizado o sistema cristal líquido. Com relação à influência do cristal líquido no processo sol-gel, verificou-se por DRX a formação de mulita apenas para o sistema que continha R100, o que pode indicar que a estrutura lamelar dificultou a difusão dos íons Al3+ através do sistema, enquanto a estrutura hexagonal permitiu a formação de um gel mais homogêneo, com a formação de ligações Si-O-Al.

A mulita (3Al2O3 2SiO2) é um material de uso altamente estratégico e uma promissora candidata no avanço estrutural e funcional dos materiais de cerâmicos, pois apresenta baixa expansão mecânica, baixa condutividade térmica e excelente resistência mecânica. Essas propriedades dependem da composição e pureza dos reagentes e do processo de síntese utilizado, as quais, por sua vez, influenciam diretamente na homogeneidade da mistura de substâncias que irão reagir para formar a cerâmica desejada. A mulita geralmente é obtida a partir de géis monofásicos e difásicos através do processo químico sol-gel. O grau de dissociação de alumínio na rede tridimensional de sílica varia de acordo com o gel formado. Portanto, uma maior dissociação permite obter precursores homogêneos com redução na temperatura de formação das fases cristalinas de mulita, tetragonal e ortorrômbica. Para verificar a influência da homogeneidade dos precursores, valores dos parâmetros cinéticos, como, energia de ativação (E) e o fator pré-exponencial de Arrhenius (A), foram obtidos. A homogeneidade dos precursores foram modificadas variando a proporção água : etanol durante o processo de gelatinização. Verificou-se o comportamento térmico dos precursores por meio de técnica termoanalítica - análise térmica diferencial (DTA). Os valores de E e do A foram obtidos pelo método isoconversional de Flynn-Wall-Ozawa. As caracterizações estruturais foram verificadas utilizando as técnicas de difração de raios X (DRX). Dentre os xerogéis preparados, os xerogéis com menor porporção de água apresentam-se características de xerogéis de elevada homogeneidade, pois obtém-se mulita ortorrômbica a 1000 C. Com relação aos valores obtidos de E e do A para as reações de cristalização de mulita, conclui-se que a obtenção de mulita ortorrômbica a partir do material amorfo necessita de uma menor energia de ativação (em torno de 900 kJ/mol) e o modelo cinético que melhor descreve o mecanismo da reação de cristalização é o modelo geral de esták e Berggren (SB).

Devido às propriedades químicas, físicas e mecânicas da mulita, este material tem sido utilizado em peças sujeitas a grandes esforços mecânicos e submetidas a temperaturas elevadas. Suas propriedades estão correlacionadas com o método de síntese utilizado. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é estudar o efeito da uréia na cristalização da mulita, sintetizada através dos processos sol-gel coloidal e sol-gel polimérico. A adição da uréia em géis coloidais levou à obtenção de materiais mais puros e em temperaturas menores (efeito positivo), ao contrário do que ocorreu para os géis poliméricos (efeito negativo). O efeito da adição da uréia nas amostras coloidais foi estudado através das técnicas de DRX, FTIR, MEV, TG, DSC e simulação computacional. A cinética de cristalização de mulita ortorrômbica foi estudada utilizando o método isoconversional, não isotérmico, de Flynn-Wall-Ozawa. O efeito positivo da presença da uréia nos géis coloidais está relacionado à sua participação nas etapas de hidrólise e condensação do alumínio e do silício, através da interação da uréia com o alumínio, com a água e com o silanol, evitando a intensa segregação de fases, como foi mostrado pela simulação computacional. Já o efeito negativo causado pela uréia nos géis poliméricos ocorreu pela concorrência entre o silanol, o nitrato de alumínio e a uréia pelas poucas moléculas de água presentes nestas amostras. As amostras coloidais com uréia formaram mulita em maior quantidade e em menor temperatura, além de apresentarem maior proporção de silício/alumínio e menor porosidade. A amostra com maior concentração de uréia mostrou-se a mais homogênea, formando mulita em temperatura menor e não segregando a fase a-alumina. Os valores de energia de ativação encontrados para a amostra coloidal sem uréia foram menores em relação às amostras com uréia. Acredita-se que a extensa segregação de fases na amostra sem uréia tenha gerado uma quantidade muito pequena de materiais com elevada homogeneidade. As amostras coloidais apresentaram o mecanismo de esták e Berggren (SB) para a reação de cristalização de mulita ortorrômbica.

Xerogéis de carbono são materiais obtidos normalmente pelo método sol-gel, metodologia que permite a obtenção de características específicas, como elevada área superficial, a partir da modificação dos parâmetros de síntese. O objetivo desse trabalho foi produzir um material de carbono poroso a partir do divinilbenzeno para aplicação como protetor térmico para reentrada atmosférica de espaçonaves e satélites. Para obtenção do maior volume de poros nos materiais finais, utilizou-se um planejamento fatorial em duas rotas sintéticas, analisando os seguintes parâmetros: porcentagem de DVB, temperatura e tempo de envelhecimento. O planejamento de composto central utilizado permitiu avaliar a influência dos parâmetros de síntese e suas interações no volume de poros dos xerogéis orgânicos. Determinou-se, assim, que os melhores materiais foram obtidos com 6% do precursor DVB, 10 dias de envelhecimento e 45oC para a síntese DVB-SnCl4 e 55oC para a DVB-Per. As caracterizações permitiram avaliar as modificações químicas, físicas e estruturais que ocorrem após os processos de secagem do gel, e carbonização dos xerogéis orgânicos. Com a espectroscopia no IR foi verificada a eliminação do solvente após a secagem e indicou a quebra das ligações entre carbono e hidrogênio. A espectroscopia Raman confirmou a existência dessas duplas ligações pela presença das bandas D e G nas amostras de xerogéis de carbono. Esses mesmos resultados de Raman, em conjunto com os dados de Difração, permitem afirmar que existe certo grau de ordenação do carbono, após o processo de carbonização, na síntese DVB-SnCl4, enquanto para a síntese DVB-Per o material apresentou apenas carbonos amorfos. As análises térmicas indicaram que os xerogéis de carbono são termicamente estáveis, já que não apresentaram alteração nas massas e nos fluxos de calor com a variação de temperatura. As micrografias obtidas permitiram visualizar a presença de cadeias reticuladas e poros para o xerogel orgânico da síntese DVB-SnCl4, enquanto para o da síntese DVB-Per verificou-se apenas rugosidade. Já nas micrografias dos xerogéis de carbono de ambas as sínteses, foi possível ver um grande volume de poros. As voltametrias indicam uma área superficial superior para a rota de síntese DVB-SnCl4, uma vez que seu coeficiente angular foi superior ao apresentado na síntese DVB-Per. Com todos os resultados obtidos, o material se mostra promissor para aplicação como protetor térmico.

Filmes cerâmicos têm sido usados para a proteção de estruturas metálicas como alternativas aos processos de cromação, os quais foram proibidos em muitos países por serem prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana. Além da minimização dos efeitos nocivos, o emprego desses filmes contribui para o prolongamento da vida útil das estruturas metálicas, pois apresentam grande resistência à oxidação, corrosão e erosão, além de demonstrarem boa resistência térmica e mecânica. Um dos métodos de obtenção de recobrimentos cerâmicos é o processo conhecido como sol-gel que possibilita a formação de materiais a baixas temperaturas de processamento, com controle microestrutural e boa adesão em substratos metálicos. Neste trabalho, um óxido misto de sílica/zircônia foi sintetizado por sol-gel, a partir da mistura de tetraeltilortossilicato (TEOS), isopropanol, água, HNO3 e acetato de zircônio (ZrAc), na razão molar 1:0,9:1:0,3:0,1, respectivamente. A homogeneização do sol foi realizada de duas formas, uma por agitação magnética e outra por sonicação. As misturas foram mantidas em estufa a 30 C para a formação do gel e posterior secagem. Análises de FT-IR, DRX e MEV foram realizadas em amostras de gel secas e sinterizadas a 1000, 1100 e 1200 C. Estas análises indicaram a presença de a-SiO2 (cristobalita) pouco cristalina e de ZrO2 tetragonal homogeneamente distribuídos nas amostras. Os dois métodos de homogeneização apresentaram resultados semelhantes em relação à distribuição das fases, porém a sonicação resultou em um gel mais transparente, indicando a presença de partículas de menores dimensões. Filmes de SiO2/ZrO2 foram obtidos por imersão de ligas de Al-2024 em uma mistura do sol homogeneizado por sonicação com um surfactante não iônico (Renex-100), na razão em massa de 1:0,2. Medidas de polarização potenciodinâmica dos substratos revestidos mostraram que seis camadas de filme de sílica/zircônia aumentam o potencial de corrosão da liga e diminuem as densidades de corrente dos processos anódicos e catódicos, indicando uma melhora na proteção do substrato contra o processo de corrosão. Análise de MEV mostrou a homogeneidade na distribuição dos átomos de Si e Zr depositados no substrato.

Mulita tem sido utilizada em peças sujeitas a grandes esforços mecânicos e térmicos devido às suas propriedades químicas, físicas e mecânicas sendo que, estas propriedades estão correlacionadas ao método de síntese utilizado na sua obtenção. Este trabalho tem como objetivo estudar o efeito da concentração do etileno glicol (EG) no processo cinético de cristalização da mulita. O material precursor de mulita foi obtido através do processo sol-gel, utilizando o silanol como fonte de sílica e o nitrato de alumínio nonahidratado como fonte de alumínio. As amostras mais ricas em etileno glicol cristalizaram apenas mulita rica em alumina quando tratadas a 1000 oC, enquanto que a amostra mais pobre, sem etileno glicol, cristalizou mulita somente a 1200 oC junto com ?-alumina. Para a sistematização do estudo, também foi estudado o efeito da presença do etileno glicol na formação de géis de sílica e alumina. Foi observado que o etileno glicol diminui a velocidade de polimerização da sílica e favorece a velocidade de polimerização da alumina. Estas mudanças nas velocidades de polimerização seriam a responsável pela diminuição da temperatura de cristalização da mulita em meio de etileno glicol. Este fato estaria relacionado à formação de ?Si-O-C2H2-O-Al=, resultado da ligação de sílica e alumina através de uma molécula de etileno glicol.

Materiais a base de zircônia (ZrO2) têm sido empregados como cerâmicas estruturais, revestimento para barreiras térmicas, catalisadores, eletrólitos para células a combustível, dispositivos óticos e eletrônicos, etc. A funcionalidade destes materiais é definida por suas propriedades físico-químicas e mecânicas, muitas das quais podem ser controladas pela microestrutura da fase cristalina, sendo a estabilização da fase tetragonal (ZrO2-t, estável acima de 1170C) desejada em muitas destas finalidades. Neste trabalho, compósitos de ZrO2-SiO2 com diferentes composições foram obtidos pelo método sol-gel catalisado por ácido, utilizando acetato de zircônio e tetraetóxissilano como precursores. Os materiais particulados obtidos foram submetidos a tratamentos térmicos entre 1000 e 1550C, com o objetivo de avaliar a estabilização da fase ZrO2-t. O processo sol-gel foi avaliado por FT-IR, fazendo-se o acompanhamento temporal das reações envolvidas, tendo-se verificado que o acetato de zircônio apresenta baixa velocidade de reação se comparado ao alcóxido de silício, o que pode induzir a formação de um gel difásico e justificar a formação de diferentes fases de sílica e/ou zircônia obtidos nas diferentes composições. A caracterização estrutural foi realizada por DRX, indicando a formação de ZrO2-t em todos os sistemas avaliados após tratamento térmico. O refinamento Rietveld possibilitou a análise da evolução desta fase nos diferentes sistemas, tendo-se verificado que para a amostra contendo 18% de zircônia (18ZrO2-82SiO2) houve a estabilização total da fase ZrO2-t. Com o aumento da quantidade de ZrO2 no sistema, observou-se o aumento no tamanho médio de cristalito e a estabilização parcial da fase tetragonal.

O Cr(VI) é amplamente utilizado na indústria aeronáutica devido sua elevada eficiência na inibição à corrosão de ligas de alumínio, porém sua utilização tem sido restringida devido à sua natureza cancerígena e ao impacto ambiental causado. Recentemente, géis de tanino têm sido utilizados para adsorção/redução de Cr (VI) em solução devido sua elevada afinidade com íons metálicos. Neste contexto, criogéis de tanino formaldeído (CTF) foram obtidos via polimerização sol-gel de tanino e formaldeído na presença de um catalisador (HCl). Criogéis de carbono (CC) foram obtidos a partir da pirólise a 800 C do (CTF). Os materiais preparados foram caracterizados por difração de raios X (DRX), Raman, espectroscopia no infravermelho (FT-IR), análise térmica (TGA), espectroscopia de massa, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria de dispersão de energia (EDS), isoterma adsorção (BET) de N2 e de CO2, titulação de Boehm e ponto de carga zero (PCZ). A temperatura de 800 C foi considerada a temperatura ótima para a pirólise do CTF. Através da titulação de Boehm e do PCZ, verificou-se que a carbonização ocasionou a decomposição da maior parte dos grupos superficiais ácidos, bem como o aparecimento de grupos básicos na superfície do material. A análise por BET mostrou que a amostra CTF é não porosa, no entanto a etapa de pirólise promoveu o desenvolvimento de poros na superfície desta amostra, formando uma amostra predominantemente microporosa denominada CC. A análise por DRX mostrou a natureza amorfa da amostra CTF e turbostrática d o CC. Os testes de adsorção de cromo mostraram que o CTF é capaz de adsorver e reduzir Cr(VI) em solução. A adsorção de Cr(VI) sobre o CTF ocorreu via mecanismo indireto. Testes realizados sobre o material CC mostraram que a redução de Cr (VI) neste material ocorre via mecanismo direto, entretanto os resultados obtidos não foram satisfatórios. A comparação entre a capacidade de adsorção/redução desses materiais com a quantidade de grupos funcionais e com a área superficial dos materiais mostrou que a adsorção/redução de Cr (VI) está associada à quantidade de grupos ácidos e não com a área superficial ou com a quantidade de grupos básicos.

Neste trabalho, é estudado o efeito da uréia na síntese de PZT pelo processo sol-gel utilizando três diferentes métodos. No primeiro método, chamado Método Citrato, é estudado o efeito da uréia adicionada durante o passo de gelificação de uma solução contendo TiCl4, Pb(NO3)2, ZrOCl2.8H2O e ácido cítrico como agente quelante. A quantidade de uréia adicionada na solução precursora é aumentada e o gel obtido é caracterizado por Análise Termogravimétrica (TG). Os xerogéis são calcinados a 800 C por 2 e 3 horas. Emprega-se a técnica de difração de raios X (DRX) para caracterizar as fases cristalinas das amostras calcinadas. Independente da concentração de uréia, todas as amostras calcinadas a 800 C por 2 horas apresentam mais de uma fase. No entanto, amostras contendo uma maior quantidade de uréia (razão molar de PZT:Uréia igual a 1:3 (PZT-U3)), calcinada a 800 C por 3 horas apresenta somente a fase PZT. A área superficial do pó PZT-U3 calcinado é determinada pelo método BET e a morfologia da partícula por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A área superficial deste pó é de 3,8 m2 g-1, forma esférica e diâmetro das partículas são de 0,20 mm. No segundo e terceiro métodos, isopropóxido de titânio, complexo isopropóxido-isopropanol de zircônio, acetato de chumbo, ácido cítrico e etilenoglicol são utilizados como precursores. No entanto, o segundo método, chamado Método Pechini Convencional, na solução precursora (identificada por PZT-NH4OH) o pH é ajustado para 6,5 pela adição de hidróxido de amônio, enquanto no terceiro método, chamado Método Pechini Modificado, a solução precursora (identificada por PZT-Uréia) o pH é ajustado pela decomposição homogênea da uréia. Os géis originados das soluções precursoras de PZT-NH4OH e PZT-Urea são caracterizados por TG, Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). Os resultados do FTIR mostram que o gel PZT-NH4OH contém complexos monodentados e pontes formadas a partir da quelação do ácido cítrico com titânio/zircônio e chumbo, enquanto o gel de PZT-Urea contém somente complexo unidentado de ácido cítrico com o metal. Os xerogéis resultantes a partir dos géis PZT-NH4OH e PZT-Uréia são calcinados a 400, 500, 600 700 e 800 C e o pó calcinado é caracterizado por DRX. Os resultados do DRX mostram que somente a fase PZT está presente nos pós obtidos a paetir da calcinação de ambos os xerogéis, PZT-NH4OH e PZT-Uréia, à temperatura igual/ou superior a 600 C por 2 horas. A área superficial e a morfologia das partículas destes pós são também determinados pelo método BET e MEV. A área superficial específica, forma e tamanho das partículas do pó de PZT-NH4OH calcinado são 2,8 m2 g-1, esférica e 0,25 mm, respectivamente, enquanto os mesmos parâmetros para o pó de PZT-Uréia calcinado são 7,4 m2 g-1, esférico, 0,10 mm, respectivamente.

Neste trabalho, filmes a base de silício e zircônio obtidos via sol-gel foram avaliados como substitutos às camadas de conversão de cromo comumente empregadas como pré-tratamentos, na proteção de ligas de alumínio AA2024-T3 contra corrosão. O sistema sol-gel foi preparado a partir de tetraetoxissilano e acetato de zircônio, em meio ácido, usando álcool isopropílico como solvente. Características do sistema sol-gel associados à qualidade do filme depositado foram avaliadas, como a viscosidade do sol, adição de tensoativo, técnica de deposição do filme (dip coating e spray coating) e modo de secagem do filme em sistemas de multicamadas. Verificou-se que o filme mais homogêneo foi obtido adicionando-se 5% (m/m) de tensoativo não iônico Ultrol-L80 e deposição realizada em baixa condição de viscosidade do sol (~10cP). Tanto a deposição do filme via dip coating quanto via spray coating apresentaram-se eficazes para a deposição de uma camada homogênea de filme. A eficiência dos filmes depositados em relação à proteção contra corrosão foi avaliada em ensaios eletroquímicos (polarização potenciodinâmica e EIS), tendo-se verificado que uma camada de filme a base de silício e zircônio é suficiente para tornar a superfície da liga AA-2024 termodinamicamente mais estável e, portanto, menos propensa à corrosão, apresentando potencial de corrosão mais positivo e densidade corrente de corrosão menor que a liga de alumínio pura. Os ensaios de EIS indicaram que o filme depositado por spray coating aparentemente apresenta menor porosidade, resultando em maiores resistências do filme à transferência de carga, comparado ao substrato com uma camada de filme depositado por dip coating. Além disso, comparação com sistema de pré-tratamento convencional (alodine) mostrou que o filme de silício e zircônio apresenta eficiência comparável, podendo ser usado em substituição ao pré-tratamento e ao primer, pois confere boa adesão tanto ao substrato quanto à tinta do acabamento, atuando como barreira de proteção passiva.