Neste trabalho avaliou-se experimentalmente a influência da onfiguração de bobinagem no comportamento mecânico de cilindros de compósito polimérico com bobinagem simétrica e assimétrica. Para tanto, foram fabricados pelo processo de bobinamento filamentar (filament winding) dois grupos de cilindros com extremidades abertas, que apresentaram alteração no posicionamento das camadas em relação ao plano médio, caracterizando laminados simétrico e assimétrico. No compósito deste estudo, utilizou-se uma matriz com sistema tricomponente com resina epoxídica e reforço de fibra de carbono. Para avaliação da resistência mecânica, os cilindros foram submetidos a ensaio hidrostático que consistiu da pressurização interna em dispositivo apropriado mediante a utilização de um fluido até que ocorresse o colapso. Adicionalmente, as deformações e os modos de falha dos dois grupos de cilindros foram analisados e comparados. A utilização de um programa de cálculo de elementos finitos permitiu concluir que esta ferramenta, muito usada em projeto, não consegue identificar tensões na orientação da fibra em cada uma das camadas do compósito, bem como tensões de cisalhamento interlaminares que surgem nos cilindros com configuração assimétrica. Os resultados dos ensaios mostraram que as configurações de bobinagem exercem influência no comportamento mecânico dos cilindros de material compósito, favorecendo a construção do tipo simétrica. / This work evaluated experimentally the influence of the stacking sequence of layers symmetrical and asymmetrical on the mechanical behavior of polymeric composite cylinders. For so much, two open-ended cylinders groups were manufactured by filament winding process, which had different stacking sequence related to the laminate midplane, characterizing symmetrical and asymmetrical laminates. The composite cylinders were made with epoxy matrix and carbon fiber as reinforcement. For evaluation of the mechanical strength, the cylinders were tested hydrostatically, which consisted of internal pressurization in a hydrostatic device through the utilization of a fluid until the cylinders burst. Additionally, were compared the strains and failure modes between the cylinders groups. The utilization of a finite element program allowed to conclude that this tool, very used in design, does not get to identify tensions in the fiber direction in each composite layer, as well as interlaminar shear stress, that appears in the cylinders with asymmetrical stacking sequence. The tests results showed that the stacking sequence had influence in the mechanical behavior of the composite cylinders, favoring the symmetrical construction.

Desenvolveu-se neste trabalho um procedimento para incorporação de nanotubos de carbono (NTC) em uma resina fenol / epóxi a ser utilizado como matriz de um compósito de fibra de carbono. Realizando para tal, a oxidação dos NTC com o uso de micro-ondas e sua funcionalização com 3-amino-propil-tri-etoxi-silano, usado com agente de acoplamento entre a resina e o NTC. Após o processamento, como resultado da adição dos NTC na resina, obteve-se um aumento na sua temperatura de transição vítrea e uma melhora no limite de resistência à flexão e impacto. No material compósito fibra de carbono, obtido por laminação manual, onde a resina fenol / epóxi mais NTC foi usada como matriz, obteve-se o aumento do limite de resistência à tração e ao impacto, confirmado por uma análise de variância com 95% de confiança, mostrando a eficácia no tratamento dos NTC. / This work has developed a procedure for incorporating carbon nanotubes (CNT) on a phenol / epoxy matrix to be used as a carbon fiber composite. Performing for such oxidation of the NTC with the use of microwaves and their functionalization with 3- aminopropyl-triethoxysilane, a coupling agent used between the resin and CNT. After processing, as a result of the addition of CNT, the resin obtained an increase in the glass transition temperature and an improvement in flexural strength and impact resistence. In the carbon fiber composite, hand lay-up prepared, where the phenol / epoxy and CNT was used as a matrix, we obtained the increase in the limit of tensile strength and impact resistance, confirmed by an analysis of variance with 95% confidence, showing efficacy in the treatment of CNT.

A fabricação e a caracterização de eletrólitos compósitos Nafion - TiO2, e seu uso em células PEM (Proton Exchange Membrane) operando em temperaturas elevadas (~ 130 ºC) foram estudados. A operação em altas temperaturas da célula PEM traz benefícios, como o aumento da cinética das reações eletródicas, o aumento da cinética de transporte difusional nos eletrodos e o aumento da tolerância da célula ao contaminante monóxido de carbono. O Nafion ®, eletrólito polimérico comumente empregado em células PEM, possui condutividade elétrica dependente da quantidade de água contida em sua estrutura. Desta forma, o aumento da temperatura de operação da célula acima de 100 ºC causa a desidratação do polímero diminuindo acentuadamente sua condutividade elétrica. Para aumentar o desempenho dos eletrólitos operando em altas temperaturas, eletrólitos compósitos (Nafion-TiO2) foram preparados pelo método de conformação por evaporação em molde. A adição de partículas higroscópicas de titânia (TiO2) na matriz polimérica visa melhorar as condições de umidificação do eletrólito em temperaturas elevadas. Três tipos de partículas de titânia com diferentes áreas de superfície específica e formas distintas foram investigados. Compósitos à base de Nafion com adição de 2,5 a 15% em massa de partículas de titânia com forma aproximadamente esférica e com área de superfície específica de até ~115 m2g-1 apresentaram maiores valores da temperatura de transição vítrea do que o polímero. Este aumento melhora a estabilidade do eletrólito durante a operação de células a combustível PEM em 130 ºC. Os compósitos formados a partir da adição de nanotubos derivados de titânia apresentaram pronunciado ganho de desempenho e maior estabilidade térmica em operação de células acima de 100 ºC. Neste caso, a elevada área superficial e a forma dos nanotubos de titânia contribuíram significativamente para o aumento da absorção e da retenção de água do compósito. Por outro lado, as curvas de polarização mostraram um aumento na polarização por queda ôhmica com o aumento da concentração das partículas cerâmicas adicionadas. A morfologia do polímero não foi alterada com a adição de partículas inorgânicas, portanto, o desempenho dos compósitos reflete uma competição entre a adição de uma fase isolante, que diminui a condutividade elétrica, e o aumento da estabilidade térmica ou da retenção de água do compósito. Os eletrólitos compósitos testados provaram serem promissores na aplicação em células PEM em temperaturas acima de 100 ºC. / The fabrication and characterization of Nafion - TiO2 composites, and the use of such electrolytes in PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell operating at high temperature (130 °C) were studied. The operation of a PEM fuel cell at such high temperature is considered as an effective way to promote fast electrode reaction kinetics, high diffusional transport, and high tolerance to the carbon monoxide fuel contaminant. The polymer Nafion® is the most used electrolyte in PEM fuel cells due to its high proton conductivity. However, the proton transport in Nafion is dependent on the water content in the polymeric membrane. The need of absorbed water in the polymer structure limits the operation of the fuel cell to temperatures close to 100 °C, above which Nafion exhibits a fast decrease of the ionic conductivity. In order to increase the performance of the electrolyte operating at high temperatures, Nafion-TiO2 composites have been prepared by casting. The addition of titania hygroscopic particles to the polymeric matrix aims at the enhancement of the humidification of the electrolyte at temperatures above 100 °C. Three types of titania particles with different specific surface area and morphology have been investigated. Nafion-based composites with the addition of titania nanoparticles, in the 2.5-15 wt.% range, with nearly spherical shape and specific surface area up to ~115 m2g-1 were found to have higher glass transition temperature than the polymer. Such an increase improves the stability of the electrolyte during the fuel cell operation at high temperatures. The addition of titania-derived nanotubes results in a pronounced increase of the performance of PEM fuel cell operating at 130 °C. In this composite, the high specific surface area and the tubular shape of the inorganic phase are responsible for the measured increase of both the absorption and retention of water of the composite electrolyte. Nonetheless, the polarization curves of fuel cell using the composite electrolytes exhibited an increase of the ohmic polarization associated with the addition of the insulating titania particles. As the chemical structure of Nafion was observed to be insensitive to the addition of the inorganic particles, the high performance of the composite electrolytes is a result of competing effects: the decrease of the electrical conductivity and a higher thermal stability or water absorption/retention capacity. The experimental results suggest that the Nafion-TiO2 composites are promising electrolytes for PEM fuel cells operating at temperatures above ~100 °C.

Este estudo visa a definição de condições de síntese e processamento cerâmico que possibilitem a obtenção do componente anódico com características adequadas para a operação de uma SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), ou seja, boa distribuição microestrutural do NiO na matriz de YSZ e porosidade cerca de 30% após redução de NiO. As rotas de síntese selecionadas englobaram a coprecipitação em meio amoniacal, mistura mecânica dos pós e combustão a partir de sais de nitrato. As técnicas de caracterização de pós empregadas incluíram a difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, difração a laser, adsorção gasosa (BET) e picnometria de hélio. Os resultados obtidos indicaram que empregando-se a técnica de coprecipitação, a perda de Ni2+, na forma de complexo [Ni(NH3)n]2+, pode ser minimizada pelo controle do pH em 9,3, mantendo-se a concentração de Ni2+ na solução inicial em 0,1M. No método de mistura mecânica a melhor condição de dispersão dos pós, sem a sedimentação diferencial, foi obtida para valores de potencial zeta em pH 8,0, fixando-se a concentração de dispersante em 0,8% em massa. Na síntese por combustão observou-se que para composições pobres em combustível, os produtos finais apresentaram-se amorfos e com alta área superficial (120,2 m2.g-1). Para as composições ricas em combustível, uréia, os pós obtidos apresentaram-se cristalinos sendo que a intensidade das reflexões do padrão de DRX aumenta com o aumento do excesso de combustível, devido ao aumento da temperatura de reação. No estudo de sinterabilidade dos compactados preparados a partir de pós preparados pelos três métodos determinou-se a temperatura ao redor de 1300 ºC para máxima taxa de densificação e porosidade entre 6,0 e 14%. Os resultados da redução em atmosfera de H2 dos compósitos confirmam que a cinética de reação ocorre em duas etapas, sendo que a primeira etapa com comportamento linear é controlada por reação química na superfície. Na segunda etapa a redução passa a ser controlada pela difusão do gás nos micros poros, gerados pela redução do NiO, diminuindo a taxa de redução. / This study aim the definition of synthesis and ceramic processing conditions of the anodic component suitable for operation of SOFC, i.e, homogeneous distribution of NiO in YSZ matrix and porosity after reduction above 30%. The selected synthesis routes included the co-precipitation in ammonia media, mechanical mixing of powders and combustion reaction from nitrate salts. The characterization techniques of powders included the X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, laser diffraction, nitrogen gas adsorption technique (BET) and Helium pycnometry. The obtained results indicated that the loss of Ni2+ in co-precipitation process, due to the formation of complex [Ni(NH3)n]2+, can be minimized by controlling the pH around 9.3, keeping the concentration of nickel cation in the solution to be precipitated around 0.1M. In the mechanical mixing method the best condition of powder dispersion, without differential sedimentation, was obtained for zeta potential values at pH around 8.0, fixing the dispersant concentration at 0.8%. For the combustion synthesis it was observed that when stoichiometric and twofold stoichiometric urea was used, amorphous phase was formed and a higher surface area was attained in the final products. Employing the fuel-rich solution condition, crystallization of the powder was observed and the relative intensity of reflections of XRD patterns increased with excess of fuel, due to increasing the reaction temperature. Sinterability studies of pellets prepared from powder synthesized by the three routes described above showed the temperature around 1300 º C for maximum rate densification and porosity between 6.0 and 14%. Reduction results of the composites confirmed that the reduction kinetics occurs in two steps. The first one with a linear behavior and controlled by chemical reaction on the surface. The second reduction step is the reduction that is controlled by gas diffusion in micro pores, generated by reduction of nickel oxide, decreasing the rate of reduction.

A tecnologia de nanocompósitos é aplicável a uma vasta gama de polímeros termoplásticos e termofixos. A utilização de subprodutos da cana de açúcar tem sido extensivamente estudada como fonte de reforços para os nanocompósitos. O bagaço da cana é largamente utilizado na cogeração de energia e, como resultado da queima deste material, são produzidas milhões de toneladas de cinzas. Para este trabalho, sílica contida nas cinzas do bagaço da cana de açúcar foi extraída por método químico e método térmico. O método térmico se mostrou mais eficiente levando a uma pureza de mais de 93 % em sílica, enquanto o método químico gerou sílica bastante contaminada com cloro e sódio provenientes dos reagentes da extração. As partículas de sílica obtidas foram avaliadas por espalhamento de luz dinâmico (DSL) e apresentaram tamanho médio de 12 μm. Estas partículas foram submetidas à moagem em moinho de bolas e na sequência a tratamento sonoquímico em meio líquido. As partículas de sílica tratadas no processo sonoquímico a 20 kHz, potência de 500 W e 90 minutos tiveram suas dimensões reduzidas a escala nanométrica da ordem de dezenas de nanômetros. A nanossílica obtida foi então incorporada como reforço em polietileno de alta densidade (HDPE). Ensaios mecânicos e termo-mecânicos mostram ganhos de propriedades mecânicas, com exceção da propriedade de resistência ao impacto. O ensaio de deflexão térmica (HDT) mostrou que a incorporação deste reforço no HDPE levou a um pequeno aumento nesta propriedade relação ao HDPE puro. A cristalinidade dos nanocompósitos gerados foi avaliada por meio de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e observou-se um decréscimo de cristalinidade do material quando a incorporação de reforço foi de 3%. O material irradiado a 250 kGy com feixe de elétrons mostra ganhos acentuados na principais propriedades do mesmo, principalmente devido ao alto nível de reticulação do HDPE irradiado. / The nanocomposite technology is applicable to a wide range of thermoplastic and thermoset polymers. The use of sugar cane byproducts has been extensively studied as a source of reinforcement for nanocomposites. The bagasse is widely used in cogeneration and as a result of the burning of this material, millions of tons of ash are produced. For this work, silica contained in the ashes of bagasse from sugarcane was extracted by chemical method and thermal method. The thermal method is more efficient leading to a purity of more than 93% of silica, while the chemical method generated silica contaminated with chlorine and sodium from the extraction reagents. The silica particles obtained were evaluated by dynamic light scattering (DSL) and presented an average size of 12 micrometers. These particles were submitted to grinding in a ball mill and then to a sonochemical treatment. Silica particles treated by the sonochemical process ( 20 kHz, 500 W and 90 minutes) had its dimensions reduced to nanometric scale of tenths of nanometers. The nanossílica obtained was then used as reinforcement in high density polyethylene (HDPE). Mechanical and thermo-mechanical properties were assessed and gains were shown for mechanical properties , except for the impact resistance. The distortion temperature (HDT) showed that the incorporation of the reinforcement in HDPE led to a small increase in this property compared to pure HDPE. The crystallinity of the nanocomposites generated was evaluated by differential scanning calorimetry (DSC) and it was observed a decrease of crystallinity in the material when the reinforcing incorporation was 3%. The material irradiated to 250 kGy with electron beam showed important property gains, mainly due to the high level of crosslinking of irradiated HDPE.

Neste trabalho avaliou-se experimentalmente a influência da onfiguração de bobinagem no comportamento mecânico de cilindros de compósito polimérico com bobinagem simétrica e assimétrica. Para tanto, foram fabricados pelo processo de bobinamento filamentar (filament winding) dois grupos de cilindros com extremidades abertas, que apresentaram alteração no posicionamento das camadas em relação ao plano médio, caracterizando laminados simétrico e assimétrico. No compósito deste estudo, utilizou-se uma matriz com sistema tricomponente com resina epoxídica e reforço de fibra de carbono. Para avaliação da resistência mecânica, os cilindros foram submetidos a ensaio hidrostático que consistiu da pressurização interna em dispositivo apropriado mediante a utilização de um fluido até que ocorresse o colapso. Adicionalmente, as deformações e os modos de falha dos dois grupos de cilindros foram analisados e comparados. A utilização de um programa de cálculo de elementos finitos permitiu concluir que esta ferramenta, muito usada em projeto, não consegue identificar tensões na orientação da fibra em cada uma das camadas do compósito, bem como tensões de cisalhamento interlaminares que surgem nos cilindros com configuração assimétrica. Os resultados dos ensaios mostraram que as configurações de bobinagem exercem influência no comportamento mecânico dos cilindros de material compósito, favorecendo a construção do tipo simétrica. / This work evaluated experimentally the influence of the stacking sequence of layers symmetrical and asymmetrical on the mechanical behavior of polymeric composite cylinders. For so much, two open-ended cylinders groups were manufactured by filament winding process, which had different stacking sequence related to the laminate midplane, characterizing symmetrical and asymmetrical laminates. The composite cylinders were made with epoxy matrix and carbon fiber as reinforcement. For evaluation of the mechanical strength, the cylinders were tested hydrostatically, which consisted of internal pressurization in a hydrostatic device through the utilization of a fluid until the cylinders burst. Additionally, were compared the strains and failure modes between the cylinders groups. The utilization of a finite element program allowed to conclude that this tool, very used in design, does not get to identify tensions in the fiber direction in each composite layer, as well as interlaminar shear stress, that appears in the cylinders with asymmetrical stacking sequence. The tests results showed that the stacking sequence had influence in the mechanical behavior of the composite cylinders, favoring the symmetrical construction.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo Pedro Balbinotti.pdf: 76139 bytes, checksum: 1b9e6e746016d5322c199c3d4bff030a (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O titânio é um dos metais com propriedades mais adequadas para aplicações em medicina e odontologia, onde há a necessidade de suportar cargas mecânicas. Contudo, é um material bio-inerte, ou seja, a fixação do tecido ósseo sobre sua superfície ocorre por aderência biomecânica. Por outro lado, a hidroxiapatita (HAP) é um material bioativo com composição química e cristalográfica similar ao esqueleto humano e que apresenta baixa resistência mecânica. Nesse trabalho optou-se por elaborar compósitos de titânio/hidroxiapatita pelo método de metalurgia do pó com o objetivo de produzir um compósito bioativo para aplicações biomédicas onde há esforços mecânicos. Foram elaborados compósitos à base de titânio com 5%, 7,3% e 10% em volume de hidroxiapatita. O pó de titânio (99,53% puro) foi adquirido da TiBrasil (granulometria < 150 µm) e o pó de hidroxiapatita foi sintetizado no Laboratório de Biomateriais da UDESC com tamanho de partícula inferior a 100 nm. As misturas foram realizadas com álcool e esferas de zircônia em moinho atritor de alta energia durante 5 horas, seguidas de secagem em evaporador rotativo. Em seguida foram compactadas a frio a 600 MPa e sinterizadas em atmosfera de argônio a 1200 oC por 2 horas. Os materiais foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios-X e calorimetria diferencial. As fases cristalinas do compósito produzido foram &#945;-Ti, CaTiO3, Ca3(PO4)2 e fase(s) TixPy. As análises revelaram que as partículas de titânio foram cobertas por uma camada compacta de fases TixPy e CaTiO3, resultantes da decomposição da HAP a aproximadamente 1025oC. Primeiramente a HAP se decompõe em CaTiO3 e &#946;-Ca3(PO4)2. Em seguida a decomposição do &#946;-Ca3(PO4)2 resultou no crescimento da camada de CaTiO3 e na nucleação e crescimento de fase(s) TixPy. Devido à presença de aglomerados de HAP nos compósitos, o tempo e a temperatura de sinterização não foram suficientes para converter todo o &#946;-Ca3(PO4)2 desses aglomerados em CaTiO3 e TixPy. O &#946;-Ca3(PO4)2 que não foi convertido se transformou em &#945;-Ca3(PO4)2 a 1200oC. Os ensaios de compressão revelaram que os compósitos fabricados com HAP nanométrica apresentam maior resistência à ruptura do que aqueles fabricados com HAP micrométrica porque os compósitos com HAP nanométrica ficaram mais homogêneos, ou seja, apresentaram maior dispersão de partículas de HAP.

O objetivo deste trabalho é o de caracterizar o processo de condução do EPDM e de formulações deste material quando nele se incorpora diferentes concentrações de trihidróxido de alumínio (alumina trihidratada). Dois procedimentos experimentais foram utilizados para se obter os resultados: o primeiro utilizando medidas de corrente no estado estacionário variando-se a espessura das amostras, o potencial, o material do eletrodo e a temperatura e o segundo através de medidas da distribuição de cargas elétricas no interior do material empregando o método de propagação de um pulso de pressão. Na análise dos resultados experimentais encontrou-se presença de polarização elétrica e de condução, a qual apresenta dependência linear do logaritmo da condutividade com a raiz do campo, na região de altos campos elétricos. Estudo comparativo de alguns modelos foi realizado sem que nenhum deles explicasse os nossos resultados. Propusemos tentativamente a combinação de efeitos de superfície e de volume. Para o material com crescente concentração de alumina também se encontrou dependência da condutividade com a raiz do campo, mas a interpretação dos resultados ficou mais incerta. Além disto, um efeito quadrático com a concentração de alumina foi encontrado para a polarização e para a condução um efeito linear / This work attempts to characterize the processes of electric conduction in the EPDM copolymer and its composites with several contents of alumina trihydrate filler. Two different experimental procedures were employed: (i) measurements of the steady state electric current for several sample thicknesses, applied voltages, temperatures, and different types of electrode (ii) charge distribution measurements using the pressure wave propagation method. The results showed that there is an electric polarization superimposed to an electric conduction. For high electric fields a linear dependence of the log of the conductivity versus the square root of the electric field was found. Several theoretical models were employed aimed at explaining the experimental results but none gave satisfactory results. It seems that the most adequate model is one in which both surface and bulk processes are considered. When the content of alumina trihydrate filler was increased, a linear dependence between the logs of conductivity against the square root of the electric field was again observed, though the results could not be readily interpreted. It was also found that the electric polarization and the electric conductivity show a quadratic and a linear dependence on the alumina trihydrate content, respectively

A fabricação e a caracterização de eletrólitos compósitos Nafion - TiO2, e seu uso em células PEM (Proton Exchange Membrane) operando em temperaturas elevadas (~ 130 ºC) foram estudados. A operação em altas temperaturas da célula PEM traz benefícios, como o aumento da cinética das reações eletródicas, o aumento da cinética de transporte difusional nos eletrodos e o aumento da tolerância da célula ao contaminante monóxido de carbono. O Nafion ®, eletrólito polimérico comumente empregado em células PEM, possui condutividade elétrica dependente da quantidade de água contida em sua estrutura. Desta forma, o aumento da temperatura de operação da célula acima de 100 ºC causa a desidratação do polímero diminuindo acentuadamente sua condutividade elétrica. Para aumentar o desempenho dos eletrólitos operando em altas temperaturas, eletrólitos compósitos (Nafion-TiO2) foram preparados pelo método de conformação por evaporação em molde. A adição de partículas higroscópicas de titânia (TiO2) na matriz polimérica visa melhorar as condições de umidificação do eletrólito em temperaturas elevadas. Três tipos de partículas de titânia com diferentes áreas de superfície específica e formas distintas foram investigados. Compósitos à base de Nafion com adição de 2,5 a 15% em massa de partículas de titânia com forma aproximadamente esférica e com área de superfície específica de até ~115 m2g-1 apresentaram maiores valores da temperatura de transição vítrea do que o polímero. Este aumento melhora a estabilidade do eletrólito durante a operação de células a combustível PEM em 130 ºC. Os compósitos formados a partir da adição de nanotubos derivados de titânia apresentaram pronunciado ganho de desempenho e maior estabilidade térmica em operação de células acima de 100 ºC. Neste caso, a elevada área superficial e a forma dos nanotubos de titânia contribuíram significativamente para o aumento da absorção e da retenção de água do compósito. Por outro lado, as curvas de polarização mostraram um aumento na polarização por queda ôhmica com o aumento da concentração das partículas cerâmicas adicionadas. A morfologia do polímero não foi alterada com a adição de partículas inorgânicas, portanto, o desempenho dos compósitos reflete uma competição entre a adição de uma fase isolante, que diminui a condutividade elétrica, e o aumento da estabilidade térmica ou da retenção de água do compósito. Os eletrólitos compósitos testados provaram serem promissores na aplicação em células PEM em temperaturas acima de 100 ºC. / The fabrication and characterization of Nafion - TiO2 composites, and the use of such electrolytes in PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cell operating at high temperature (130 °C) were studied. The operation of a PEM fuel cell at such high temperature is considered as an effective way to promote fast electrode reaction kinetics, high diffusional transport, and high tolerance to the carbon monoxide fuel contaminant. The polymer Nafion® is the most used electrolyte in PEM fuel cells due to its high proton conductivity. However, the proton transport in Nafion is dependent on the water content in the polymeric membrane. The need of absorbed water in the polymer structure limits the operation of the fuel cell to temperatures close to 100 °C, above which Nafion exhibits a fast decrease of the ionic conductivity. In order to increase the performance of the electrolyte operating at high temperatures, Nafion-TiO2 composites have been prepared by casting. The addition of titania hygroscopic particles to the polymeric matrix aims at the enhancement of the humidification of the electrolyte at temperatures above 100 °C. Three types of titania particles with different specific surface area and morphology have been investigated. Nafion-based composites with the addition of titania nanoparticles, in the 2.5-15 wt.% range, with nearly spherical shape and specific surface area up to ~115 m2g-1 were found to have higher glass transition temperature than the polymer. Such an increase improves the stability of the electrolyte during the fuel cell operation at high temperatures. The addition of titania-derived nanotubes results in a pronounced increase of the performance of PEM fuel cell operating at 130 °C. In this composite, the high specific surface area and the tubular shape of the inorganic phase are responsible for the measured increase of both the absorption and retention of water of the composite electrolyte. Nonetheless, the polarization curves of fuel cell using the composite electrolytes exhibited an increase of the ohmic polarization associated with the addition of the insulating titania particles. As the chemical structure of Nafion was observed to be insensitive to the addition of the inorganic particles, the high performance of the composite electrolytes is a result of competing effects: the decrease of the electrical conductivity and a higher thermal stability or water absorption/retention capacity. The experimental results suggest that the Nafion-TiO2 composites are promising electrolytes for PEM fuel cells operating at temperatures above ~100 °C.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-15T13:58:09Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao Gilcelia da Silva.compressed.pdf: 2741536 bytes, checksum: 16951d012659357039ad3bcfb4ef229a (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-15T13:58:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao Gilcelia da Silva.compressed.pdf: 2741536 bytes, checksum: 16951d012659357039ad3bcfb4ef229a (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013-02-21 / Neste trabalho foi descrito um novo biossensor de DNA para detecção de Penicillium sclerotigenum toxigênico aplicado a culturas puras e inhame infectado. A detecção do Penicillium sclerotigenum toxigênico é realizada por meio de uma monocamada automontada do compósito (magnetita/hidrocloreto de poli(alilamina) (Fe3O4-HPA) que serve como uma camada de ancoragem para do DNA. A espectroscopia de impedância elétrica (EIE) foi utilizada para avaliar e quantificar o grau de . O compósito é uma boa plataforma para imobilização de biomoléculas, devido a presença de vários sítios de ligação para nucleotídeos, aumento da área superficial e boa biocompatibilidade. O biossensor foi capaz de não somente detectar qualitativamente a presença do genoma do fungo em baixas concentrações, mas também um aumento da resposta impedimétrica quando a resistência elétrica foi monitorada ao longo do tempo de exposição, demonstrando que o sistema pode avaliar quantitativamente o genoma do fungo. O biossensor Fe3O4-HPA-primer requer apenas pequenos volumes e baixas concentrações do analito quando utilizado na detecção da contaminação de Penicillium sclerotigenum em alimentos. Portanto, o biossensor obtido apresenta elevada seletividade, especificidade e reprodutibilidade.