This report summarises the work done on monohydroxy aliphatic alcohol upgrading using Au/TiO2 catalysis. The catalysts were initially tested using a plug-flow CO oxidation reactor; complete conversion of a stream of CO flowing over the catalyst bed at a GHSV of approximately 79,500 hr-1 was typically achieved without any required external heating. TEM analysis showed that the freshly prepared catalyst does not contain detectable Aunano clusters, while the spent CO oxidation catalyst had clearly visible nanoparticles with an average size of approximately 1.6 nm. XRD analyses showed that the final pH to which the deposition-precipitation procedure was adjusted had a major role in determining the average nanocluster size. Alcohols were oxidised using the 1% Au/TiO2 catalyst in a plug-flow reactor, with the alcohol vapour being produced by sparging a blended stream of helium and oxygen (typically made up to a total flowrate of 100 ml min-1). The temperature of the alcohol could be adjusted, thereby controlling the vapour mole fraction of alcohol. For methanol oxidation, the primary reaction pathway across the entire range of studied feed compositions was combustion. The onset of combustion occurred dramatically, in the range of 140-160°C. For ethanol oxidation, acetaldehyde selectivity increases and overall conversion decreases as the oxygen content of the feed stream decreases. The kinetics of the catalysed ethanol oxidation showed a compensation effect, described by the equation ln(A) = 0.2032EA + 2.6102 (EA in kJ mol-1). Propanol oxidation demonstrated the highest selectivity towards a value added product (propanaldehyde), with propanaldehyde being formed in significant quantities. However, combustion was still favoured at high temperatures when large excesses oxygen were present. The thermokinetic data calculated for n-propanol oxidation did not exhibit the compensation effect observed in ethanol oxidation; the EA for this reaction was stable at approximately 38 kJ mol-1. In the anaerobic catalysed reactions of ethanol and n-propanol, an oily layer was collected above the water meniscus in a cold trap. This oil could potentially be formed via poly-aldol condensation reactions of the aldehydes produced during oxidation. Though other researchers suggest these condensation reactions typically end in a cyclic dehydration into aromatic compounds, electrospray mass spectrometry found no indication of such products. Control reactions performed using unloaded TiO2 and porous Au (obtained by in-situ reduction of Au2O3) produced different product distributions, all requiring substantially higher reaction temperatures. This suggests that there must be a synergistic effect between the Au and TiO2 substrate which facilitates reactions. Furthermore, the product distributions of the 1% Au/TiO2 catalysed reactions were significantly different from results published by other researchers performing similar oxidations on Au(111) single crystals, where substantially higher selectivity towards value-added products (formaldehyde, acetaldehyde, and propanaldehyde) is typically observed.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-21T18:17:39Z No. of bitstreams: 1 TeseMCSF.pdf: 6411975 bytes, checksum: bab813a01e81b28a3c0d08bcaf8b1333 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T20:27:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseMCSF.pdf: 6411975 bytes, checksum: bab813a01e81b28a3c0d08bcaf8b1333 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-09-27T20:28:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseMCSF.pdf: 6411975 bytes, checksum: bab813a01e81b28a3c0d08bcaf8b1333 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T20:34:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMCSF.pdf: 6411975 bytes, checksum: bab813a01e81b28a3c0d08bcaf8b1333 (MD5) Previous issue date: 2015-01-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Scaffolds are an alternative to natural grafts to help bone regeneration in large bone defects. Regardless of the material chosen for its manufacture, scaffold should have a suitable dimensional microenvironment to promote osteogenesis and an appropriate mechanical stability for the defect site. Titanium dioxide (TiO2) is a highly biocompatible ceramic with good osteoconductive properties and high reliability mechanical; biosilicate has excellent bioactivity level. Thus, in order to fabricate scaffolds allying positive mechanical strength and bioactivity characteristics necessary to a good product, biosilicate was pioneered combined with TiO2. Among the techniques available for scaffolds production, the sacrificial template method, in which porosity is generated by thermal elimination of organic materials added to the ceramic matrix, has a low cost, simplicity and versatility. Different sacrificial agents were tested and the presentation of sawdust as a promising material in scaffolds manufacture proved to be innovative and satisfactory. Microstructural analyzes showed that controlled addition of wood sawdust amounts generated a homogeneous and highly interconnected pore structure with 63% apparent porosity and an average pore size higher than 200 μm. Bioactivity tests in SBF showed that after 4 days of immersion has already observed starting precipitation of hydroxycarbonate apatite in products with biosilicate, and after 12 days of immersion the scaffold was fully covered by this mineral. Mechanical tests allowed evaluating the scaffolds behavior when they are requested by tensile efforts, and revealed for samples with maximum porosity obtained, higher values of strength for samples containing biosilicate. The produced scaffolds had success in the pore structure obtained by sacrificial template method being biosilicato addition guaranteed improvements in bioactivity and mechanical strength. / Os scaffolds são uma alternativa aos enxertos naturais para auxiliar a regeneração do osso em grandes defeitos ósseos. Independente do material escolhido para sua fabricação, o scaffold deve possuir um microambiente tridimensional apropriado para promover osteogênese e uma estabilidade mecânica adequada para o local do defeito. O óxido de titânio (TiO2) é uma cerâmica altamente biocompatível com boas propriedades osseocondutoras e elevada confiabilidade mecânica; o biosilicato apresenta excelente nível de bioatividade. Desta forma, visando fabricar scaffolds que aliassem características positivas de resistência mecânica e bioatividade necessárias para um bom produto, biosilicato foi pioneiramente combinado com TiO2. Dentre as técnicas disponíveis para a fabricação de scaffolds optou-se pelo uso do método do sacrifício, que apresenta baixo custo, simplicidade e versatilidade, sendo a porosidade gerada pela eliminação térmica de materiais orgânicos adicionados à matriz cerâmica. Diversos agentes formadores de poros foram testados, e a apresentação da serragem de madeira como um material promissor na fabricação de scaffolds mostrou-se inovadora e satisfatória. Análises microestruturais mostraram que a adição de quantidades controladas de serragem de madeira gerou estruturas de poros homogêneas e altamente interconectadas com até 63% de porosidade aparente e tamanho médio de poros maior que 200 μm. Testes de bioatividade em SBF revelaram que após 4 dias de imersão já era observado o início da precipitação de hidroxiapatita carbonatada nos produtos com biosilicato, sendo que após 12 dias, o scaffold estava totalmente coberto por este mineral. A realização de testes mecânicos permitiu avaliar o comportamento dos scaffolds quando solicitados por tração e revelaram, para amostras com o máximo de porosidade obtida, valores mais altos de resistência mecânica para aquelas que continham biosilicato. Os scaffolds produzidos tiveram sucesso na estrutura de poros obtida pelo uso do método do sacrifício, sendo que a adição de biosilicato garantiu melhoras na bioatividade e na resistência mecânica.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-05-09T23:30:05Z No. of bitstreams: 1 DucianeOliveiraDeFreitas_TESE.pdf: 6906207 bytes, checksum: 2135ed091959cb162bbf7ed88bcb9751 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-05-09T23:46:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DucianeOliveiraDeFreitas_TESE.pdf: 6906207 bytes, checksum: 2135ed091959cb162bbf7ed88bcb9751 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-09T23:46:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DucianeOliveiraDeFreitas_TESE.pdf: 6906207 bytes, checksum: 2135ed091959cb162bbf7ed88bcb9751 (MD5) Previous issue date: 2015-04-10 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / O uso de nanomateriais na ind?stria t?xtil vem demonstrando destaque nas ?reas de engenharia de superf?cie e acabamento de tecidos planos, malhas, fios e fibras. Os produtos t?xteis, tratados com estes nanomateriais, adquirem novas propriedades como a autolimpeza. Esta propriedade tem como caracter?stica a capacidade de decompor subst?ncias org?nicas, adsorvidas sobre a superf?cie do material; isto ocorre por meio da fotodegrada??o (rea??o qu?mica produzida na presen?a de um fotocatalizador). O di?xido de tit?nio (TiO2) est? entre os nanomateriais mais utilizados como fotocatalizador na ind?stria t?xtil. Diversos m?todos s?o empregados para a deposi??o de TiO2. Um exemplo comum deste tipo de processo para aplica??o em tecidos t?xteis ? a pr?-ativa??o da superf?cie atrav?s de plasma, seguida de imers?o em solu??o sol-gel com TiO2. Neste caso, s?o utilizados elementos qu?micos que elevam os custos do processo, al?m de se tornarem t?xicos. Neste ?mbito, este trabalho prop?e uma t?cnica alternativa para acabamento t?xtil com TiO2. Ela consiste em aspergir sobre o tecido, as nanopart?culas (NPs) de TiO2 dilu?das em ?gua destilada, utilizando um nebulizador pneum?tico a jato de ar. A t?cnica tamb?m utiliza um filme de carbono (Diamond-like carbon - DLC) para reduzir a hidrofilicidade do tecido de algod?o potencializando, assim, o processo de autolimpeza na superf?cie do tecido. As amostras, ap?s a aspers?o, foram secadas em estufa por 5 minutos a 100?C e introduzidas em reator de plasma, com fonte de descarga cont?nua pulsada, para deposi??o do filme de DLC em atmosfera CH4 (g?s metano) em tr?s tempos diferentes de deposi??o: 10, 20 e 30 minutos. A caracteriza??o do material foi realizada por Microscopia eletr?nica de varredura (MEV), Espectroscopia de energia dispersiva (EDS), Espectroscopia Raman, contagem de distribui??o de part?culas, fotodegrada??o por radia??o de luz Ultra Violeta (UV) e an?lise de molhabilidade por m?todo wicking de espalhamento e absor??o de l?quido. Na an?lise da morfologia da superf?cie, os resultados mostraram boa distribui??o das part?culas sobre a amostra. Em rela??o ao tempo de deposi??o do DLC, as amostras tratadas em 10 minutos, apresentaram os melhores resultados tanto para a fotodegrada??o do corante azul metileno sob luz UV, quanto para o espalhamento e absor??o de l?quidos. Esses resultados mostraram que a utiliza??o do nebulizador para depositar TiO2 sobre um material t?xtil ? vi?vel e que o filme de DLC, al?m de funcionar como ancoragem para as NPs, tamb?m diminui a hidrofilicidade do tecido de algod?o sem interromper a a??o de fotodegrada??o do TiO2. Al?m disso, a t?cnica proposta reduz a quantidade de ?gua como ve?culo de deposi??o das NPs, o tempo e custo no processo de acabamento t?xtil. Todos esses aspectos s?o relevantes para a produ??o industrial no momento onde se busca redu??o dos custos aliada ao menor impacto ambiental. / Nanomaterials have received increasing interest in the textile industry, e.g. in engineering surface and textile finishing of woven fabrics, knits, yarns and fibers. Textile materials treated with these nanomaterials acquire new properties like self-cleaning. Self-cleaning is the ability to decompose organic materials adsorbed on surface, which occurs through photodegradation reaction. Titanium dioxide (TiO2) is one of the nanomaterials most used as photocat alysts in textile industry. Several methods have been employed for TiO2 deposition on textile fabrics surfaces. A common example is immerse a fabric to a sol-gel solution with pre-activation of substrate surface by plasma. In this context, we present an alternative technique for textile finishing: TiO2 nanoparticles suspended in distilled water and spr aying on cotton woven fabric sample by using pneumatic air blast nebulizer. Afterwards, the samples were dried in oven at 100?C for 5 minutes. Then, fabric were introduced in the plasma reactor of d.c. pulsed source for DLC film deposition. The plasma atmosphere was composed of CH4 (methane gas) and three different deposition times were employed: 10, 20 and 30 minutes. The samples were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Raman Spectroscopy, wettability analysis by wicking method of spreading and absorption of liquid, count of particles distribution, and photodegradation by UV light radiation. The results of surface morphology analysis showed good distribution of particles on the substrate surface. The samples modified by TiO2 and plasma deposition of DLC film at 10 minutes, had the best results of methylene blue dye degradation in UV light, as well as spreading and absorption of liquids. These results showed that the use of nebulizer to deposit TiO2 on textile material is feasible and the DLC film in addition to anchor TiO2 NPs, decreases the cotton fabric hydrophilicity without interrupting the action of photodegradation of TiO2. Furthermore, the proposed technique reduces the amount of water as a vehicle for depositing the nanoparticles, the time and costs in the t?xtil e finishing process. All these aspects are relevant for industrial production at the moment when it seeks to reduce costs coupled with lower environmental impact.

In this work, thin and compact films of TiO2, Nb2O5 and WO3 nanoparticles were prepared to be used as contact/blocking layer in dye sensitized solar cells (DSCs). The films were produced by deposition of 30 bilayers of TiO2(ac)/TiO2(bas), TiO2(ac)/Nb2O5(bas) and TiO2(ac)/WO3(bas) using the layer-by-layer technique (LbL) from nanoparticle sols of TiO2 (pH = 2 and 10), Nb2O5 (pH = 10) and WO3 (pH 10) prepared by sol-gel method. The TiO2/TiO2 and TiO2/Nb2O5 underlayers resulted in an increase of 25% and 87% respectively, in the efficiency of DSCs when compared to those without the contact/blocking layers. The application of TiO2/WO3 films did not result in any improvement of DSC efficiency. Factors such as thickness, nanoparticles homogeneity, oxides concentration on the films and roughness directly influence on the efficiency of such films as contact/blocking layer. Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) images, confirmed that all films are constituted by spherical nanoparticles with homogeneous diameters smaller than 20 nm, resulting on compact and low porous surfaces. This morphology ensures a physical barrier between the electrolyte and the conductive glass used as electrode in DSCs. The TiO2/TiO2 and TiO2/Nb2O5 films also exhibited higher roughness than the surface of the conductive glass without the bilayers, which increases the interaction with the mesoporous TiO2 film. The molar ratios of the species present on the films are controlled by the pH employed during deposition, and were determined by X- ray photoelectron spectroscopy (XPS). The Ti4+/Nb5+ and Ti4+/W6+ ratios were 1.6 and 19 respectively, which evidences a higher concentration of TiO2 nanoparticles on the films. For a better understanding of the role of the bilayers on the charge transfer processes, the substrates were analyzed by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The electronic properties of the oxides also influence the efficiency of the LbL films as contact/blocking layers. Due to its higher band gap, Nb2O5 nanoparticles impose an electronic barrier to the electrons transfer from the conductive substrate to the electrolyte, additionally to the physical barrier. / Neste trabalho foram preparados filmes finos e compactos de óxidos nanoparticulados de TiO2, Nb2O5 e WO3 para a aplicação como camada de contato/bloqueio em células solares sensibilizadas por corante (DSCs). Os filmes foram produzidos pela deposição de 30 bicamadas de TiO2(ác)/TiO2(bás), TiO2(ác/Nb2O5(bás) e TiO2(ác)/WO3(bás) utilizando a técnica de automontagem (Layer-by-Layer ou LbL), a partir dos sóis nanoparticulados de TiO2 (pH = 2 e 10), Nb2O5 (pH = 10) e WO3 (pH = 10) sintetizados pelo método sol-gel. A presença das bicamadas de TiO2/TiO2, TiO2/Nb2O5 gerou aumentos relativos na eficiência das DSCs de 25% e 87% respectivamente, quando comparadas às DSCs sem as bicamadas. Já o filme de TiO2/WO3 não gerou nenhuma melhoria na eficiência das DSCs. Fatores como a espessura, homogeneidade das nanopartículas, concentração dos óxidos nos filmes e a rugosidade influenciam diretamente na eficiência dos filmes como camada de contato/bloqueio. Imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura com Emissão de Campo (MEV-FEG) e Microscopia de Força Atômica (MFA) confirmaram que todos os filmes apresentaram nanopartículas esféricas com diâmetros homogêneos e menores que 20 nm, o que acarreta na formação de superfícies compactas e pouco porosas. Esta morfologia garante uma barreira física entre o eletrólito e a superfície do vidro condutor utilizado como eletrodo nas DSCs. Os filmes de TiO2/TiO2 e TiO2/Nb2O5 apresentaram também rugosidades maiores que a da superfície do vidro condutor sem as bicamadas, o que aumenta a interação entre com o filme de TiO2 mesoporoso. As razões molares das espécies presentes nos filmes são controladas pelo pH empregado durante as deposições, e foram determinadas por Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por raios-X (XPS). As razões Ti4+/Nb5+ e Ti4+/W6+ foram de 1,6 e 19 respectivamente, o que evidencia uma maior quantidade de nanopartículas de TiO2 nos filmes. Para melhor entender o papel das bicamadas nos processos de transferência de cargas, os substratos foram analisados por Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). As propriedades eletrônicas dos óxidos também influenciam na eficiência dos filmes automontados como camada de contato/bloqueio. Devido ao seu maior valor de band gap, as nanopartículas de Nb2O5 impõem, além de uma barreira física, uma barreira eletrônica para a transferência dos elétrons do substrato condutor para o eletrólito. / Mestre em Química

Dióxido de titânio com alta área superficial específica na fase anatase é considerado um material promissor para aplicações ambientais. Neste trabalho, TiO2 com boa aplicabilidade em processos fotocatalíticos e na produção de hidrogênio foi obtido pelo método com baixo consumo de energia baseado na rota dos peróxidos oxidantes combinado com tratamento solvotermal assistido por microondas. Para preparar o material, propóxido de titânio, peróxido de hidrogênio e álcool isopropílico foram utilizados. A influência do tempo, do pH e da temperatura durante a etapa solvotermal nas propriedades como morfologia, cristalinidade, composição de fase, área superficial específica e comportamento fotocatalítico foram investigados. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), análise termogravimétrica (ATG), teoria Brunauer-Emmett-Teller (BET), reflectância difusa e espectroscopia por emissão fluorescente. A fotoatividade foi determinada usando o método de decomposição do corante alaranjado de metila em luz UV-A e a produção de hidrogênio foi realizada em água usando etanol como agente de sacrifício. Com o aumento da temperatura durante a etapa solvotermal, as propriedades fotocatalíticas foram melhoradas. As nanoestruturas de TiO2 sintetizadas a 200°C e 30 min a partir deste método mostraram atividade fotocatalítica comparável ao do TiO2 P25 comercial Aeroxide©. Isso pode ser atribuído ao fato de que a energia associada a esta temperatura tenha sido suficiente para converter a maioria dos precursores em produtos cristalinos e pouca fase amorfa está presente. Foi possível produzir, com sucesso, nanoestruturas de TiO2, via método dos peróxidos oxidantes e tratamento solvotermal assistido por microondas em diferentes pHs. O material tratado em pH 1 exibiu melhor comportamento fotocatalítico na degradação da solução contendo alaranjado de metila. Aparentemente, o pH do meio não afetou significativamente a microestrutura das amostras. Foi observado uma diminuição na intensidade fotoluminescente da amostra preparada em pH ácido. Isso ocorre provavelmente porque as modificações ácidas em TiO2 favorecem eficientemente a separação das cargas, que está também relacionada com o comportamento dessa amostra durante o processo de degradação. Em relação à produção de hidrogênio, foi possível observar que a razão aumentou com o aumento do pH da solução. Isso pode ser atribuído ao aumento da concentração de OH- fisisorvidos, os quais podem participar dos processos de trapeamento das lacunas e nas reações de transferência de cargas. Por último, esses resultados foram notáveis porque foi utilizado um método de preparação com baixo consumo de energia onde apenas precursores orgânicos e baixas temperaturas foram empregados. Além disso, calcinação ou dopagem não foram necessários para alcançar tal desempenho, uma vez que, os catalisadores assim preparados exibiram boa atividade fotocatalítica na remoção de poluentes da água como o alaranjado de metila e na produção de hidrogênio. / Titanium dioxide with high specific surface area in the crystalline anatase phase is a promising material for environmental applications. In this work, TiO2 with good applicability for photocatalytic processes and hydrogen production has been obtained using the low energy consumption synthesis based on oxidant peroxide method combined with microwave-assisted low temperature solvothermal treatment. To prepare the material, titanium propoxide, hydrogen peroxide, and isopropyl alcohol were used. The influence of time, pH and temperature during the solvothermal step on properties like, morphology, crystallinity, phase composition, specific surface area, and photocatalytic behavior were investigated. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), scanning electron transmission (TEM), thermal gravimetric analysis (TGA), Brunauer- Emmett-Teller theory (BET), UV–Vis diffuse reflectance and fluorescence emission spectroscopy. Photoactivity was determined using the methyl orange decomposition method in UV-A light and hydrogen production was performed in water using ethanol as sacrificial agent. Increasing temperature during solvothermal step, photocatalytic properties could be improved. The nanostructured TiO2 particles synthesized at 200ºC and 30 min with this method showed photocatalytic activity comparable to commercial Aeroxide® TiO2 P25. This can be attributed to the fact that the energy associated with this temperature has been sufficient to convert most of precursors into crystalline products and small amount of amorphous phase is present. We successfully produced nanostructured TiO2 via the oxidant peroxide method and microwave-assisted solvothermal treatment at different pHs. The material that we treated at pH 1 exhibited better photocatalytic performance on the degradation of methyl orange solutions. It appears that the pH of the medium does not significantly affect the microstructure of the samples. It was observed a decrease in the photoluminescence intensity of the sample prepared at acidic pH. This finding likely occurred because the acidic modification of TiO2 favors efficiently separating the charge carriers, which is also related to the behavior of this sample during the degradation process. Related to hydrogen production, it was possible to observe that the rate increases with increasing solution pH. This has been attributed to the increased concentrations of physisorbed OH− groups at basic solutions, which participate in hole trapping processes and charge transfer reactions. Lastly, these results are remarkable because of the low energy consumption preparation method: only organic-metalic compounds and low temperatures were employed. Furthermore, calcination or doping was not necessary to achieve such performance, since the asprepared catalysts exhibited good photocatalytic activity on removal of pollutants from water as the methyl orange and on hydrogen production.

Neste trabalho estudou-se a influência da adição do SrO no comportamento varistor do TiO2. As concentrações utilizadas de SrO foram: 0,50, 1,00, 1,50 e 2,00 mol %. O processamento empregado foi o método convencional de mistura de óxidos, onde os reagentes foram submetidos ao moinho de bolas para homogeneização, utilizando PVA como agente plastificante. A sinterização, em forno convencional ocorreu nas temperaturas de 1200, 1300 e 1400oC durante 1 h com taxa de aquecimento e resfriamento de 5oC=min. Pelas imagens de MEV foi possível observar a evolução microestrutural das amostras com o aumento da temperatura de sinterização. Relacionando análises de MEV, densidade e dilatometria, foi possível se chegar a uma temperatura de sinterização considerada ideal para aplicação em sistemas varistores de 1400oC. Nas micrografias das amostras sinterizadas a 1400oC foi possível observar uma microestrutura com características morfológicas adequadas para varistores. Juntamente com a análise de EDS, acoplada ao MEV e mapeamento de raios X, identificou-se a presença de Sr na região do contorno de grão das amostras contendo 0,50 e 1,00 mol %, sendo que com a concentração de 1,00 mol % o Sr mostrou-se distribuído de maneira mais uniforme na região do contorno de grão. Para concentrações superiores a 1,00 mol %, ocorre a precipitação do Sr além do contorno de grão, a análise de EDS e mapeamento de raios X aponta além do Sr o O, indicando a formação de SrTiO3. As medidas elétricas em corrente contínua realizadas em temperatura ambiente apontam um melhor coeficiente não linear de 5,50 para composição contendo 1,00 mol % de SrO. Para o modelamento da barreira de potencial tipo Schottky foram realizadas medidas em CC (25 - 200oC), onde encontrou-se uma melhor relação altura/largura de barreira para a composição contendo 1,00 mol % de SrO, sendo proposto um modelo de barreira de potencial. Com as medidas em corrente alternada, foi possível identificar e mensurar a contribuição do grão e do contorno de grão. Também foi realizado tratamento em atmosfera oxidante, onde foi possível obter uma considerável melhora nas propriedades varistoras, a = 8,54, com a adsorção de O2 no contorno de grão. / In this work the influence of SrO in Varistor behavior of TiO2 is assessed. The used concentrations were SrO: 0.50, 1.00, 1.50 and 2.00 mol %. The applied process used conventional method of mixing oxides, where the reactants were subjected to a ball mill for homogenization using PVA as a plasticizer. The sintering was performed in conventional oven temperatures at the temperatures of 1200, 1300 and 1400oC for 1 h with heating and cooling rate of 5oC=min. From the SEM images, it is possible to identify the microstructural evolution of samples while the sintering temperature increases. Using SEM analysis, density and dilatometry, it is possible to obtain the optimal sintering temperature applied for varistors of 1400oC. In micrographs of the sintered samples at 1400oC it is identified a microstructure with suitable morphological characteristics for varistors. By the EDS analysis coupled to SEM X-ray mapping, is identified the presence of Sr in the grain boundary region samples containing 0.50 and 1.00 mol %, and the concentration of 1.00 mol % Sr appears to be more evenly distributed in the grain boundary region For concentrations higher than 1.00 mol %, the precipitation of Sr occurs beyond the grain boundaries, and the analysis of EDS X-ray mapping show points beyond Sr and O, indicating the formation of SrTiO3. The electrical measurements in DC held at room temperature showed an optical non linear coefficient of 5.50 for the composition containing 1.00 mol % of SrO. For the potential barrier modeling type Schottky, measures were carried out in DC (25 - 200oC) where a better height/width barrier was found with the composition containing 1.00 mol % of SrO, being proposed a potential barrier model. In alternating current measurements, it was possible to identify and evaluate the grain and grain boundary contribution. It was also performed treatment in an oxidizing atmosphere, where it was possible to obtain a considerable improvement in the varistor properties, a = 8.54, with adsorption of O2 in the grain boundary.

Neste trabalho foi desenvolvido um estudo sistemático dos mecanismos de difusão responsáveis pelo switching de resistência em memórias resistivas. Essas memórias possuem estrutura semelhante a de um capacitor, a qual sofre uma transição de resistência induzida pela aplicação de um campo elétrico. A transição é provocada pela formação de filamentos condutivos no interior da matriz semicondutora. Os filamentos podem ser constituídos por metal originado de um dos eletrodos (ECM) ou por regiões do óxido deficientes em oxigênio (VCM), geradas pela difusão de vacâncias de oxigênio. Dispositivos de TiO2 foram construídos e sua resposta elétrica foi adquirida através de medidas elétricas do tipo I-V para diferentes metais de eletrodo. Técnicas de análise por feixe de íons, como retroespalhamento Rutherford por micro-feixe e perfilometria com reação nuclear ressonante, foram usadas para detalhamento dos processos de difusão. Constatou-se uma dependência do comportamento elétrico em função do método de deposição da camada semicondutora, sua espessura e os parâmetros da medida de tensão. No caso do filamento ser composto por átomos de metal, espectros de micro-RBS foram adquiridos para identificar a sua estrutura no interior do óxido. Ainda, observaram-se bolhas na superfície do eletrodo superior dos dispositivos com difusão de vacâncias de oxigênio após o tratamento elétrico. Nesse mesmo contexto, foi medida a difusividade e energia de ativação da difusão de oxigênio em filmes finos de TiOy. / In this work we developed a systematic study of diffusion mechanisms which are responsible for resistance switching in resistive memories. The structure of these memories is similar to a capacitor which suffers resistance transition induced by electrical field. The transition is caused by the formation of conductive filaments inside the semiconductor matrix. The filaments may be constituted by metal from one of the electrodes (ECM) or by oxygen deficient areas (VCM), generated from oxygen vacancies diffusion. Devices of TiO2 have been built and its electrical response was acquired through electrical measurements (I-V) for different electrode metals. Ion beam techniques such as micro-probe Rutherford Backscattering and Nuclear Reaction Profiling were used to detail the diffusion processes. It was observed a dependence in the electrical behaviour with the semiconductor layer deposition method, its thickness and bias measurement parameters. In the case which filaments are composed by metal atoms, measurements of micro-RBS were performed to identify its structure inside the oxide. Also, bubbles have been observed over the surface of top electrode in devices with oxygen vacancies diffusion after the electrical treatment. In this context, it was measured diffusivity and activation energy for oxygen diffusion in thin TiOy films.

Esta tese de doutorado versou sobre a obtenção e caracterização do semicondutor ZnO obtido por biomimetização de membranas da cascas de ovos (MCOs) e a sua aplicação como coletor fotovoltaico do tipo sensibilizado por corante. Na síntese do ZnO, as MCOs foram submergidas em uma solução contendo os íons precursores de Zn. As membranas atuaram como um biotemplate, servindo como base para que o ZnO tivesse sua nucleação e crescimento na forma de nanocristais. Foram investigados dois diferentes precursores de Zn (nitrato de zinco hexahidratado e acetato de zinco dihidratado) e verificou-se a influência do tratamento térmico na formação do ZnO. Os materiais obtidos foram caracterizados quanto à sua morfologia, área superficial, porosidade e propriedades óticas em função do tratamento térmico praticado. Para efeito de comparação, foi obtido TiO2 por biomimetização de cascas de ovos, além de ZnO por processo de precipitação. As amostras que foram preparadas utilizando o biotemplate apresentaram como características, pequeno tamanho de domínio cristalino e larga área superficial em comparação com as amostras de ZnO preparadas por precipitação. As propriedades óticas e cristalinidade apresentadas pelo ZnO obtido por biomimetização são comparáveis às da fase anatase do TiO2 e portanto compatíveis com a aplicação em células fotovoltaicas sensibilizadas por corante (DSSC – Dye sensitized solar cells). Para a formação de um filme fino e poroso, o ZnO obtido pela biomimetização das MCOs foi então depositado pela técnica de screen printing sobre um substrato cerâmico preparado para servir como uma cerâmica solar baseada nas DSSCs. A preparação da base de uma DSSC sobre uma placa cerâmica foi possível pela deposição de uma camada metálica, produzida por aspersão térmica sobre o substrato cerâmico, e pela deposição de uma fina camada de ZnO por serigrafia. A aspersão térmica se mostrou uma técnica eficiente, obtendo uma boa ancoragem do metal aspergido sobre o substrato cerâmico esmaltado, demonstrado por análise EDS que ocorre difusão do metal depositado na camada esmaltada significando inclusive uma ancoragem química. A deposição por serigrafia da camada de ZnO porosa mostrou-se um método simples e barato obtendo-se camadas com morfologia razoável para a aplicação em DSSCs. Um melhor controle do tamanho dos poros pode ser obtido, otimizando-se ainda mais a pasta e a calcinação da peça. / This doctoral thesis dealt about the obtaining and characterization of ZnO semiconductor obtained by biomimetization of eggshell membranes (ESMs) and its application as photovoltaic collector in dye sensitized solar cells (DSSCs). In the synthesis of ZnO, the ESMs were submerged in a solution containing the precursor ions of Zn. The membranes acted as a biotemplate, serving as basis for the ZnO had their nucleation and growth in the form of nanocrystals. We investigated two different precursors of Zn (zinc nitrate hexahydrate and zinc acetate dihydrate) and verified the influence of thermal treatment on the formation of ZnO. The materials were characterized according to their morphology, surface area, porosity and optical properties, as a function of the thermal treatment practiced. For comparison, TiO2 was obtained by biomimetization of ESM, and ZnO by precipitation process. The samples that were prepared using the biotemplate presented as characteristics small crystallite size and large surface area in comparison to the samples prepared by precipitation of ZnO. The optical properties and crystallinity presented by ZnO obtained by biomimetization are comparable to those of anatase phase of TiO2 and therefore compatible with the application in dye-sensitized solar cells (DSSC - Dye sensitized solar cells). ZnO obtained by biomimetization of ESMs was then used with the screen printing technique to form a thin porous film on a ceramic substrate, prepared to serve as a solar ceramic based on DSSCs. The preparation of a DSSC basis on a ceramic substrate was possible by the deposition of a metal layer by thermal spray on the ceramic substrate, and the deposition of a thin layer of ZnO by screen printing. The thermal spray proved to be an effective technique, getting a good anchoring of the metal sprayed on the glazed ceramic substrate, demonstrated byEDS analysis that diffusion occurs of the metal into the glazed ceramic substrate meaning chemical anchoring. The deposition by screen printing of the porous ZnO layer has shown to be a simple and inexpensive method yielding layers with reasonable morphology for use in DSSCs. A better control of pore size can be obtained by optimizing even more the paste and calcination of the samples.

As fachadas das edificações, ao longo de sua vida útil, sofrem degradação devido a ataques de agentes químicos e à deposição de partículas na sua superfície. Como consequências, há perdas no desempenho de seus materiais e a desfiguração estética das fachadas por meio de manchas, implicando em ações de reparo que envolvem custos elevados. Os produtos atualmente disponíveis no mercado brasileiro com objetivo de evitar o manchamento de fachadas têm baixa eficiência, sendo que os principais deles adotam a técnica do pós-tratamento com hidrofugantes, os quais geralmente alteram a coloração do substrato e podem ser a origem de novas patologias. Usufruindo de novas tecnologias, o dióxido de titânio (TiO2) apresenta-se como material nanométrico amplamente estudado na área científica, sendo potencialmente utilizado como fotocalisador. O presente trabalho verificou a possibilidade de obtenção de superfícies autolimpantes a partir da adição de TiO2 em revestimentos de argamassa branca. Estas, a partir de propriedades fotocatalíticas do TiO2 podem ser tornar autolimpantes sob ação da radiação solar (UV) e da chuva. Foram confeccionadas argamassas de traço 1:2 e 1:3, com adições de 0%, 5% e 10% de TiO2 em relação à massa de cimento, com consistência fixa. As amostras foram aspergidas com diferentes agentes manchantes: azul de metileno, particulado de poluição, produto de corrosão, pichação; e sem manchamento (referência). Após, estas amostras foram expostas nas condições ambientais da cidade de Porto Alegre. Ao longo de 84 dias, foram realizadas leituras com espectrofotômetro portátil para avaliar o efeito autolimpante. Também foram verificadas as propriedades físico-mecânicas das argamassas. Os resultados apontaram que argamassas com adição de TiO2 necessitaram maior quantidade de água, apresentaram maior densidade no estado fresco e menor teor de ar incorporado. Ainda, a resistência à compressão foi elevada para o traço mais rico (1:2) e mantida constante para o traço pobre (1:3). Além disso, se mostraram mais claras/brancas quanto maior a porcentagem de adição. O efeito autolimpante pode ser percebido mais facilmente na mancha de azul de metileno, porém, a limpeza ocorreu tanto em argamassas com adição de TiO2, quanto em argamassas sem a adição. Em manchas que geraram uma película sobre a placa, o efeito autolimpante foi dificultado. / The facades of buildings, during their lifespan, suffer degradation due to attacks of chemical agents and due to deposition of particles on their surface. As consequences, there are losses on the performance of their materials and aesthetics disfiguration of the facades by stains, implying repairing actions involving high costs. The products available nowadays on the brasilian market with the purpose to avoid the staining of the facades have low efficiency, and the main products between them adopt the technique of post-treatment with hydrophobing, which generally modify the colour of the substrate and which can originate new pathologies. Taking advantage of new technologies, the titanium dioxide (TiO2) appears as a nanometric material widely studied in the scientific area, being pottentialy used as photocatalyser. The present work has verified the possibility of obtention of self-cleaning surfaces after addition of TiO2 in white mortar coverings. Those, from photocatalyser properties of the TiO2 can become self-cleaning under the action of solar radiation (UV) and rain. There were prepared mortars of trace 1:2 and 1:3, with additions of 0%, 5% and 10% of TiO2 in relation of the cement weight, with steady consistency. The samples were sprinkled with different staining agents: methylene blue, pollution particulates, corrosion product, graffiti; and without stains (reference). After that, these samples were exposed to the ambiental conditions of the city of Porto Alegre. Through 84 days, scannings were made with portable spectrophotometer to evaluate the self-cleaning effect. The physicalmechanical properties of the mortars were also verified. The results point out that mortars with addition of TiO2 required a bigger amount of water, they presented bigger density in the fresh state and smaller contents of incorporated air. Besides, the compression resistance was high to the richest trace (1:2) and remained constant to the poor trace (1:3). Moreover, they have showed themselves more clear/white as bigger was the percentage of addition. The self-cleaning effect can be more easily noticed on the methylene blue stain, however, the cleaning occurred both in mortars with addition of TiO2 and in mortars without the addition. In stains which generate a film above the plate, the self-cleaning effect was hampered.

Esta tese de doutorado versou sobre a obtenção e caracterização do semicondutor ZnO obtido por biomimetização de membranas da cascas de ovos (MCOs) e a sua aplicação como coletor fotovoltaico do tipo sensibilizado por corante. Na síntese do ZnO, as MCOs foram submergidas em uma solução contendo os íons precursores de Zn. As membranas atuaram como um biotemplate, servindo como base para que o ZnO tivesse sua nucleação e crescimento na forma de nanocristais. Foram investigados dois diferentes precursores de Zn (nitrato de zinco hexahidratado e acetato de zinco dihidratado) e verificou-se a influência do tratamento térmico na formação do ZnO. Os materiais obtidos foram caracterizados quanto à sua morfologia, área superficial, porosidade e propriedades óticas em função do tratamento térmico praticado. Para efeito de comparação, foi obtido TiO2 por biomimetização de cascas de ovos, além de ZnO por processo de precipitação. As amostras que foram preparadas utilizando o biotemplate apresentaram como características, pequeno tamanho de domínio cristalino e larga área superficial em comparação com as amostras de ZnO preparadas por precipitação. As propriedades óticas e cristalinidade apresentadas pelo ZnO obtido por biomimetização são comparáveis às da fase anatase do TiO2 e portanto compatíveis com a aplicação em células fotovoltaicas sensibilizadas por corante (DSSC – Dye sensitized solar cells). Para a formação de um filme fino e poroso, o ZnO obtido pela biomimetização das MCOs foi então depositado pela técnica de screen printing sobre um substrato cerâmico preparado para servir como uma cerâmica solar baseada nas DSSCs. A preparação da base de uma DSSC sobre uma placa cerâmica foi possível pela deposição de uma camada metálica, produzida por aspersão térmica sobre o substrato cerâmico, e pela deposição de uma fina camada de ZnO por serigrafia. A aspersão térmica se mostrou uma técnica eficiente, obtendo uma boa ancoragem do metal aspergido sobre o substrato cerâmico esmaltado, demonstrado por análise EDS que ocorre difusão do metal depositado na camada esmaltada significando inclusive uma ancoragem química. A deposição por serigrafia da camada de ZnO porosa mostrou-se um método simples e barato obtendo-se camadas com morfologia razoável para a aplicação em DSSCs. Um melhor controle do tamanho dos poros pode ser obtido, otimizando-se ainda mais a pasta e a calcinação da peça. / This doctoral thesis dealt about the obtaining and characterization of ZnO semiconductor obtained by biomimetization of eggshell membranes (ESMs) and its application as photovoltaic collector in dye sensitized solar cells (DSSCs). In the synthesis of ZnO, the ESMs were submerged in a solution containing the precursor ions of Zn. The membranes acted as a biotemplate, serving as basis for the ZnO had their nucleation and growth in the form of nanocrystals. We investigated two different precursors of Zn (zinc nitrate hexahydrate and zinc acetate dihydrate) and verified the influence of thermal treatment on the formation of ZnO. The materials were characterized according to their morphology, surface area, porosity and optical properties, as a function of the thermal treatment practiced. For comparison, TiO2 was obtained by biomimetization of ESM, and ZnO by precipitation process. The samples that were prepared using the biotemplate presented as characteristics small crystallite size and large surface area in comparison to the samples prepared by precipitation of ZnO. The optical properties and crystallinity presented by ZnO obtained by biomimetization are comparable to those of anatase phase of TiO2 and therefore compatible with the application in dye-sensitized solar cells (DSSC - Dye sensitized solar cells). ZnO obtained by biomimetization of ESMs was then used with the screen printing technique to form a thin porous film on a ceramic substrate, prepared to serve as a solar ceramic based on DSSCs. The preparation of a DSSC basis on a ceramic substrate was possible by the deposition of a metal layer by thermal spray on the ceramic substrate, and the deposition of a thin layer of ZnO by screen printing. The thermal spray proved to be an effective technique, getting a good anchoring of the metal sprayed on the glazed ceramic substrate, demonstrated byEDS analysis that diffusion occurs of the metal into the glazed ceramic substrate meaning chemical anchoring. The deposition by screen printing of the porous ZnO layer has shown to be a simple and inexpensive method yielding layers with reasonable morphology for use in DSSCs. A better control of pore size can be obtained by optimizing even more the paste and calcination of the samples.