Com os avanços tecnológicos ocorridos nas últimas décadas, tornou-se possível às diversas áreas do conhecimento melhorar a qualidade e expectativa de vida da população. Dentre as diversas áreas da Engenharia de Materiais, a de Biomateriais é a que está se destacando, vindo ao encontro das necessidades crescentes de melhorar a qualidade de vida da população. O uso de materiais que possam substituir partes ósseas vem sendo motivo de estudos há muitos anos. Para isto, os materiais têm que possuir propriedades químicas e mecânicas semelhantes às do organismo. Materiais como: cerâmicas, polímeros, metais ou até mesmo combinações entre eles vem sendo utilizados como biomateriais. Uma linha de materiais cerâmicos que se destaca é a de produtos à base de alumina, em função de suas características de biocompatibilidade e excelentes propriedades mecânicas. Na medicina, as próteses assumiram um papel importante, tanto na questão estética quanto na funcional. Os desafios nesta área, no intuito de descobrir novos materiais que possam substituir os existentes com desempenho satisfatório e custos mais acessíveis, tornam-se objetos de pesquisa em todo mundo. Na literatura existem poucos trabalhos que correlacionam bioatividade e propriedades mecânicas de cerâmicas à base de alumina, com relação à área médica. Para contribuir nesta questão, propôs-se um estudo tendo como base a alumina. O trabalho tem como objetivo desenvolver cerâmicas a base de alumina porosa, utilizando para isto o hidróxido de alumínio como nucleador de microporos. Resultados obtidos para o material mostram que a porosidade cresce com o aumento da concentração de hidróxido de alumínio na amostra. O preenchimento dos poros da matriz com biovidro tem por objetivo facilitar o processo de osteocondução. A vantagem do processo é a diminuição do tempo de recuperação para o paciente. Os resultados obtidos mostram que a adição de hidróxido de alumínio leva a uma porosidade maior nas amostras. Ensaios realizados verificaram que a concentração máxima de hidróxido é de 20 % em volume, e que concentrações maiores levam os corpos de prova a instabilidade. Os ensaios com o biovidro em forma de gel mostraram-se promissores, devido a facilidade para impregnação nos corpos de prova. Testes de bioatividade in vitro revelaram que o biovidro poderá ser utilizado como material bioativo, revelando um material útil no uso em próteses médicas. / With technological advances in the past decades, it became possible for various areas of knowledge to improve the quality and life expectancy of the population. Among the various areas of Materials Engineering, the Biomaterials is one that is emerging, coming to meet the growing needs to improve the quality of life. The use of materials that can replace bony parts has been subject of study for many years. For this, the materials have to possess chemical and mechanical properties similar to the body. Materials such as ceramics, polymers, metal or even combinations of them have been used as biomaterials. A line of ceramic materials that stands out is that of alumina-based products, due to their biocompatibility and excellent mechanical properties. In medicine, prosthetics played an important role in both aesthetics and functionality. The challenges in this area in order to discover new materials that can replace the existing performance and costs more affordable, they become objects of research worldwide. In the literature there are few studies that correlate bioactivity and mechanical properties of alumina ceramic base with respect to the medical field. To contribute to this issue, a proposed a study based on alumina. The work aims to develop ceramic-based porous alumina, using study has been aluminum hydroxide as nucleator of micropores. Results obtained for the material show that the porosity increases with increasing concentration of aluminum hydroxide in the sample. The filling of pores of the matrix with bioglass aims to facilitate the process of osteoconduction. The advantage of the process is to reduce the recovery time for the patient. The results show that the addition of aluminum hydroxide leads to a higher porosity in the samples. Tests carried out found that the maximum concentration of hydroxide is 20%, and higher concentrations lead to specimens instability. The tests with the bioglass gel have show promising due to ease of impregnation in the specimens. Bioactivity in vitro tests revealed that the bioglass can be used as a bioactive material, revealing a useful material for medical prostheses.

Com os avanços tecnológicos ocorridos nas últimas décadas, tornou-se possível às diversas áreas do conhecimento melhorar a qualidade e expectativa de vida da população. Dentre as diversas áreas da Engenharia de Materiais, a de Biomateriais é a que está se destacando, vindo ao encontro das necessidades crescentes de melhorar a qualidade de vida da população. O uso de materiais que possam substituir partes ósseas vem sendo motivo de estudos há muitos anos. Para isto, os materiais têm que possuir propriedades químicas e mecânicas semelhantes às do organismo. Materiais como: cerâmicas, polímeros, metais ou até mesmo combinações entre eles vem sendo utilizados como biomateriais. Uma linha de materiais cerâmicos que se destaca é a de produtos à base de alumina, em função de suas características de biocompatibilidade e excelentes propriedades mecânicas. Na medicina, as próteses assumiram um papel importante, tanto na questão estética quanto na funcional. Os desafios nesta área, no intuito de descobrir novos materiais que possam substituir os existentes com desempenho satisfatório e custos mais acessíveis, tornam-se objetos de pesquisa em todo mundo. Na literatura existem poucos trabalhos que correlacionam bioatividade e propriedades mecânicas de cerâmicas à base de alumina, com relação à área médica. Para contribuir nesta questão, propôs-se um estudo tendo como base a alumina. O trabalho tem como objetivo desenvolver cerâmicas a base de alumina porosa, utilizando para isto o hidróxido de alumínio como nucleador de microporos. Resultados obtidos para o material mostram que a porosidade cresce com o aumento da concentração de hidróxido de alumínio na amostra. O preenchimento dos poros da matriz com biovidro tem por objetivo facilitar o processo de osteocondução. A vantagem do processo é a diminuição do tempo de recuperação para o paciente. Os resultados obtidos mostram que a adição de hidróxido de alumínio leva a uma porosidade maior nas amostras. Ensaios realizados verificaram que a concentração máxima de hidróxido é de 20 % em volume, e que concentrações maiores levam os corpos de prova a instabilidade. Os ensaios com o biovidro em forma de gel mostraram-se promissores, devido a facilidade para impregnação nos corpos de prova. Testes de bioatividade in vitro revelaram que o biovidro poderá ser utilizado como material bioativo, revelando um material útil no uso em próteses médicas. / With technological advances in the past decades, it became possible for various areas of knowledge to improve the quality and life expectancy of the population. Among the various areas of Materials Engineering, the Biomaterials is one that is emerging, coming to meet the growing needs to improve the quality of life. The use of materials that can replace bony parts has been subject of study for many years. For this, the materials have to possess chemical and mechanical properties similar to the body. Materials such as ceramics, polymers, metal or even combinations of them have been used as biomaterials. A line of ceramic materials that stands out is that of alumina-based products, due to their biocompatibility and excellent mechanical properties. In medicine, prosthetics played an important role in both aesthetics and functionality. The challenges in this area in order to discover new materials that can replace the existing performance and costs more affordable, they become objects of research worldwide. In the literature there are few studies that correlate bioactivity and mechanical properties of alumina ceramic base with respect to the medical field. To contribute to this issue, a proposed a study based on alumina. The work aims to develop ceramic-based porous alumina, using study has been aluminum hydroxide as nucleator of micropores. Results obtained for the material show that the porosity increases with increasing concentration of aluminum hydroxide in the sample. The filling of pores of the matrix with bioglass aims to facilitate the process of osteoconduction. The advantage of the process is to reduce the recovery time for the patient. The results show that the addition of aluminum hydroxide leads to a higher porosity in the samples. Tests carried out found that the maximum concentration of hydroxide is 20%, and higher concentrations lead to specimens instability. The tests with the bioglass gel have show promising due to ease of impregnation in the specimens. Bioactivity in vitro tests revealed that the bioglass can be used as a bioactive material, revealing a useful material for medical prostheses.

Nanomaterials have attracted substantial attention in the area of catalysis due to the unique properties they exhibit such as high surface areas, intricate pore networks and unique morphologies. TiO2 has attracted attention as a catalyst since the discovery of its high photocatalytic activity by Fuishima and Honda in 1972. Given its high thermal stability, low cost, low environmental impact, and versatility, TiO2 is a widely used commercial catalyst and catalyst support. TiO2 is used in many applications such as photocatalysis is also an excellent support material for noble metals in a number of oxidative synthesis and pollution-control reactions. Though TiO2 is a widely used catalyst support, currently available commercial titanias often have low surface area and poor thermal and hydrothermal stability. While several methods reported in literature produce materials of higher surface area and more ideal porosity relative to commercially available titanias, these procedures generally involve inherent drawbacks including time-consuming, complicated, and expensive processes that are not industrially viable. Cost-effective, large-scale preparations of stable, high surface area, mesoporous TiO2 need to be developed. The work in this dissertation focuses on (1) producing high surface area stabilized TiO2 supports of controlled pore diameters and (2) the preparation of well dispersed Pt on these supports using industrially viable processes. The effects of dopants Al, La, Si, and Zr on the stability, surface area, and porosity of anatase TiO2 supports were investigated. Results show that dopants increased the surface area and thermal stability of anatase through structural modifications and grain growth inhibition. Stabilized titanias produced by this method demonstrated equivalent or higher thermal stability and surface area compared with pure anatase and previously reported materials after treatment at 400°C and 700°C including 22 mol% Al-TiO2 calcined at 400°C which had a surface area of 479 ± 39 m2/g, a pore volume of 0.46 ± 0.04 cm3/g, and a pore diameter of 2.9 ± 0.2 nm. Ten synthesis variables were examined and optimized using statistically designed experiments (DOEs). Equations were developed to predict the conditions to obtain the highest surface area and pore volume at the desired pore diameter and predict the pore diameter range that may be obtained for aluminum-modified anatase TiO2. Confirmation trials closely matched predicted surface areas, pore volumes, and pore diameters in all but one trial, demonstrating the power of DOEs in identifying and controlling synthesis variables in relatively few experiments. The structure of Al-modified anatase TiO2 was analyzed to determine the mechanism of Al stabilization. Surface Al stabilized TiO2 by lowering anatase surface energy, stabilizing planes of high surface energy which would otherwise join to achieve stabilization. Al in TiO2 lattice vacancies stabilized TiO2 through increasing lattice strain and limiting mass transport necessary for grain growth. Results demonstrate the importance of structure analysis of doped nanomaterials in the development of stabilized catalysts and catalyst supports. An industrially viable, one-pot synthesis of Pt supported on 22 mol% Al-modified anatase is presented. Pt dispersions as high as 54% (one-pot method) and 59% (DI method) have been obtained. Results show that this one-pot method and the DI method using our Al-modified supports are promising syntheses of highly dispersed Pt catalysts and demonstrate that the alumina-stabilized anatase support is superior to other many available anatase supports.