Orientador: Fernando Galembeck / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T18:39:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Burgo_ThiagoAugustodeLima_M.pdf: 5433149 bytes, checksum: 072a8a59c85a99f30a12ff303fcdb4e1 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho estudou-se o comportamento de potenciais induzidos em celulose pela aproximação de um corpo eletrificado e também a dissipação de cargas (positivas e negativas) em polietileno de baixa densidade (PEBD) geradas por descarga corona. As medidas de determinação do potencial eletrostático foram feitas utilizando eletrodos de Kelvin acoplados a voltímetros eletrostáticos. Os resultados mostraram que a umidade relativa (UR) tem papel decisivo tanto sobre a indução e dissipação de cargas em celulose quanto sobre a dissipação de cargas em polietileno. Nos experimentos de dissipação de carga em PEBD (virgem e oxidado) os potenciais são mais rapidamente dissipados em umidade elevada. O polietileno sempre apresenta um potencial negativo no equilíbrio (¿4,6 ±0,7V), independente do sinal do potencial medido após a eletrização inicial, positivo ou negativo. A atmosfera se mostrou decisiva tanto para a aquisição quanto para a dissipação de cargas nos materiais e os resultados foram interpretados de acordo com um modelo no qual a atmosfera atua como reservatório de cargas uma vez que o equilíbrio da água sob um potencial eletrostático V mostra excesso de concentração de íons H(H2O)n se V < 0 e excesso de concentração de OH(H2O)m se V > 0, de acordo com a definição de potencial eletroquímico. De acordo com este modelo, a atmosfera é um importante e provavelmente decisivo reservatório de íons na eletrização e dissipação de cargas de dielétricos / Abstract: The objective of this study is the verification of a model for electrostatic charge induction and dissipation in dielectrics. Experiments aimed at 1) the determination of electrostatic potential induced and dissipated in cellulose by the approximation of a charged body and 2) the determination of electrostatic potential dissipation by low-density polyethylene (LDPE) charged with corona pulses. Measurements were made using Kelvin electrodes coupled to electrostatic voltmeters with spatial resolution at the macroscopic and nanometric scales. In cellulose, positive and negative charge induction follow the same kinetics with similar time constants but positive corona-induced potentials in LDPE are dissipated faster than negative corona potentials. LDPE surface oxidation causes an increase in the rate of corona potential decay that increases with the degree of oxidation. Relative humidity (RH) is decisive for both charge acquisition and dissipation and the present results cannot be explained by the usual assumption of surface conductivity as the main charge/discharge mechanism. On the other hand, experimental results are interpreted assuming that the atmospheric water is a charge reservoir for dielectrics and charge acquisition and dissipation is the result of adsorption and desorption of H and OH ions from adsorbed water, under the effect of external or internal fields. LDPE in equilibrium under a moist nitrogen atmosphere is not electroneutral, showing an equilibrium potential equal to ¿4.6±0.7 V / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Orientador: Fernando Galembeck / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T09:01:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Balestrin_LiaBeraldodaSilveira_M.pdf: 4255591 bytes, checksum: c4d0f9d5952dc35354bfb9f0d111643b (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Quando dois materiais isolantes são atritados, ocorre a triboeletrização de suas superfícies, isto é, a formação de cargas estáticas, distribuídas em padrões fractais. Uma das hipóteses para explicar a eletrização de isolantes é a ocorrência de reações mecanoquímicas seguidas da transferência mútua de massa. Esta dissertação apresenta mapas de potencial elétrico de superfícies atritadas, que também foram examinadas por microscopia eletrônica de varredura (SEI, BEI) e microanálise EDX. Os resultados verificam a hipótese mecanoquímica associada à transferência de fragmentos poliméricos iônicos, sendo as reações iniciadas pela quebra de cadeias seguida da formação de várias espécies de alta energia e produtos de oxidação. Microanálises também detectaram a fixação de N2 nestas superfícies, evidenciando a participação da atmosfera e a formação de triboplasma. As imagens BEI revelam uma distribuição fractal de composição química consistente com a distribuição de fragmentos limitada por difusão, mas superior à dimensão fractal de distribuição de cargas. Esta diferença é atribuída à supressão de cargas devido a microdescargas elétricas desencadeadas por gradientes superiores à rigidez dielétrica do sólido ou do ar. As microdescargas diminuem os gradientes elétricos, mas, ao mesmo tempo, geram novas espécies muito reativas, aumentando a heterogeneidade química das superfícies. Essa dissertação descreve também alguns experimentos acerca da eletrização produzida por simples contato, obtendo-se padrões bem definidos com tempo de contato de 1 h, porém não revelam a transferência de fragmentos poliméricos mutuamente, sugerindo que o cisalhamento desempenhe um papel importante na transferência de fragmentos poliméricos eletrizados. Em um menor grau de aprofundamento, esta dissertação contempla outras consequências de cargas estáticas, como alterações no coeficiente de atrito / Abstract: Triboelectrification occurs when two insulators are rubbed, i.e. static charges are formed on the surface with a fractal distribution pattern. One of the hypotheses raised by the literature indicates that the electrification is accompanied by mutual mass transfer. This dissertation presents electric potential maps of rubbed surfaces, which were also examined by scanning electron microscopy (SEI, BEI) and EDX microanalysis. The results verify the hypothesis that the electrification is due to mechanochemical reactions associated with transfer of charged polymeric fragments. The reaction is initiated by breaking the chains, generating reactive species and oxidation products. Microanalysis also detected N2 fixation on these surfaces, evidencing the contribution of the atmosphere and the formation of triboplasma. The BEI images show a fractal distribution of chemical composition consistent with a fragment distribution limited by diffusion, but higher than the fractal dimension of the charge distribution. This difference is attributed to the suppression of charges due to electrical micro discharge triggered by gradients higher than the dielectric strength of solid or air. The micro discharges decrease electrical gradients, but at the same time, generates very reactive species further increasing the chemical heterogeneity of surfaces. This dissertation also describes some experiments about the electrification produced by single contact, resulting in well-defined patterns with a contact time of 1 h, but do not show the mutual transfer of polymeric fragments, suggesting that the shearing plays an important role in transferring electrified fragments. This work also includes other consequences of static charges, such as changes in the friction coefficient / Mestrado / Físico-Química / Mestra em Química

Orientador: Fernando Galembeck / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T05:29:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Burgo_ThiagoAugustodeLima_D.pdf: 54614783 bytes, checksum: 04e6b01b521de52d69d91a83d891d034 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A triboeletrização de polímeros gera domínios macroscópicos de carga positiva e negativa, verificando a geometria fractal de mosaicos de carga previamente detectados por microscopia de sonda elétrica. Utilizando métodos analíticos adequados (espectroscopia de perda de energia de elétrons, microespectroscopia infravermelho/Raman e carbonização/colorimetria) e cálculos teóricos, espécies positivas foram identificadas como hidrocarbocátions e espécies negativas como fluorocarbânions. A triboeletrização de PTFE com PE é entendida como segue: a ruptura homolítica mecanoquímica da cadeia é seguida por transferência eletrônica dos radicais livres de hidrocarbonetos para os radicais mais eletronegativos do fluorocarbono. Os íons gerados pelos fragmentos de cadeia sofrem auto-ordenamento de acordo com a teoria de Flory- Huggins, formando os padrões macroscópicos observados experimentalmente. Estes resultados mostram que a triboeletrização só pode ser compreendida considerando os eventos químicos complexos provocados por ação mecânica, acoplados a conceitos bem estabelecidos pela físico-química. Além disso, o atrito entre superfícies dielétricas produz padrões de carga fixos e estáveis que contribuem para interações eletrostáticas entre superfícies. Medidas de coeficiente de resistência de rolamento de esferas de vidro sobre PTFE triboeletrizado, bem como de atrito estático de pellets de polietileno e imagens de microscopia de força lateral, mostraram que as forças de atrito aumentam muitas vezes em superfícies triboeletrizadas, nas quais as contribuições das interações eletrostáticas podem suplantar todas outras contribuições. Estes resultados são explicados considerando um mecanismo segundo o qual a indução de carga por uma superfície triboeletrizada no contato com outra superfície dissipa energia durante o atrito, sugerindo novas abordagens para controlar atrito em interfaces pelo controle da formação de tribocargas / Abstract: Tribocharged polymers display macroscopically patterned positive and negative domains, verifying the fractal geometry of electrostatic mosaics previously detected by electric probe microscopy. Using suitable analytical techniques (electron energy-loss spectral imaging, infrared/Raman microspectrophotometry and carbonization/colorimetry) and theoretical calculations, the positive species were identified as hydrocarbocations and the negative species as fluorocarbanions. A comprehensive model is presented for PTFE tribocharging with PE: mechanochemical chain homolytic rupture is followed by electron transfer from hydrocarbon free radicals to the more electronegative fluorocarbon radicals. Polymer ions self-assemble according to Flory-Huggins theory, thus forming the experimentally observed macroscopic patterns. These results show that tribocharging can only be understood by considering the complex chemical events triggered by mechanical action, coupled to well-established physicochemical concepts. Also, friction between dielectric surfaces produces patterns of fixed, stable electric charges that in turn contribute electrostatic components to surface interactions between the contacting solids. The coefficient of rolling resistance of glass beads on tribocharged PTFE was measured, as well as the static friction coefficient of polyethylene pellets on PTFE and friction force on the scanning probe during lateral-force microscopy imaging. Results show that friction coefficients may increase many-fold on tribocharged surfaces and the contribution of electrostatic interactions may supersede all other contributions to friction. These results are explained considering a mechanism according to which charge induction by an electrified surface on a contacting body accounts for energy dissipation during friction suggesting new approaches to control friction coefficients, by controlling tribocharge formation / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências