Dissertação (mestrado)–Universidade de Brasília, Faculdade UnB de Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2017. / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-10-26T13:37:55Z No. of bitstreams: 1 2017_FabiaFaccinVeraLousada.pdf: 695445 bytes, checksum: d4214e28e7b489801234b1083786a361 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-10-30T20:00:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_FabiaFaccinVeraLousada.pdf: 695445 bytes, checksum: d4214e28e7b489801234b1083786a361 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-30T20:00:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_FabiaFaccinVeraLousada.pdf: 695445 bytes, checksum: d4214e28e7b489801234b1083786a361 (MD5) Previous issue date: 2017-10-30 / Nanopartículas Magnéticas à base de Manganita de Zinco e de Ferrita de Níquel foram sintetizadas utilizando o método da coprecipitação hidrotérmica em reator de metalurgia com finalidade de otimizar o processo de obtenção de fluídos magnéticos. Na coprecipitação hidrotérmica foram utilizadas diferentes temperaturas 150ºC, 200ºC e 250º C com o objetivo avaliar o comportamento do crescimento cristalino das nanopartículas. As Manganitas de Zinco foram produzidas utilizando o γA=πr^2-MnO2 como precursor e apresentam características que podem ser melhoradas com alterações térmicas por exemplo, em sua produção, obtivemos nanopartículas que não se apresentavam em fase única, porém com uma boa cristalização. As Ferritas de Níquel foram produzidas variando o seio de dispersão em meio poliol e aquoso para verificação do comportamento das nanopartículas, apresentando diferença significativa no tamanho das partículas obtidas. Em meio aquoso obtivemos nanopartículas muito grandes para serem dispersas em fluidos magnéticos, porém em meio poliol verificamos a obtenção de partículas com tamanho de 6 nm, com boa cristalização, abrindo caminho para obtenção de partículas com tamanho entre 15-20 nm, tamanho ideal para formação de fluido magnético para aplicações de hipertermia por exemplo. A caracterização das amostras foi realizada por difração de raios X (DRX) para constatação estrutural e Espectroscopia por Energia Dispersiva de raios X (EDX) para verificação de sua composição. / Magnetic Nanoparticles based on Zinc Manganite and Nickel Ferrite were synthesized using the hydrothermal coprecipitation method in a metallurgical reactor in order to optimize the process of obtaining magnetic fluids. In the hydrothermal co-precipitation different temperatures were used 150ºC, 200ºC and 250º C aiming to evaluate the behavior of the crystalline growth of the nanoparticles. Zinc Manganites were produced using γ-MnO2 as a precursor and have characteristics that can be improved through thermal changes, for example in their production, we obtained nanoparticles that did not appear in a single phase, but had a good crystallization. The nickel ferrites were produced by varying the dispersion sinus in polyol and aqueous medium to verify the behavior of the nanoparticles, showing a significant difference in the particle size obtained. In aqueous medium we obtained nanoparticles too large to be dispersed in magnetic fluids, but in the polyol medium we verified the obtainment of 6nm particles with good crystallization, opening the way to obtain particles with size between 15-20nm, witch is the ideal size to obtain the Magnetic fluid for hyperthermia applications for example. The characterization of the samples was performed by X-ray diffraction (XRD) for structural verification and X-ray Dispersive Energy Spectroscopy (EDX) to verify its composition.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-10-23T13:54:08Z No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) / Rejected by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br), reason: Bom dia, Por favor, adicione o título alternativo. Atenciosamente on 2017-11-01T14:14:58Z (GMT) / Submitted by Priscilla Sousa (priscillasousa@bce.unb.br) on 2017-11-01T15:27:26Z No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-11-07T16:59:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-07T16:59:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_CiroFragaAlegretti.pdf: 4320395 bytes, checksum: 35cd8c2d4a7f9ef906f9e130bda5f432 (MD5) Previous issue date: 2017-11-07 / O presente estudo tem como objetivo a investigação dos efeitos provenientes da aplicação de campos magnéticos sobre o escoamento de um fluido magnético sujeito a uma expansão abrupta. O descolamento de camada limite provocado pela geometria do problema resulta na formação de zonas de recirculação. Simulações são realizadas visando a avaliação da possibilidade de controle da instabilidade gerada pela geometria deste problema físico, por meio da aplicação de um campo magnético. A formulação teórica do problema é composta de uma revisão das proposições existentes para a equação constitutiva de um fluido magnético, e de uma análise das equações do movimento resultantes de cada proposição. Visando a análise do acoplamento entre o comportamento magnético e hidrodinâmico deste material complexo, equações evolutivas para a magnetização são adotadas. Diferentes proposições são implementadas, incluindo estudos recentes referentes ao efeito da parte simétrica do tensor gradiente de velocidades sobre a magnetização deste meio polarizável. Um código computacional é desenvolvido utilizando o Método das Diferenças Finitas com uma abordagem pseudo-transiente. A formulação vorticidade-função de corrente é implementada para a solução deste problema. Resultados numéricos obtidos para diferentes formulações de equações evolutivas para a magnetização são comparados. Estudos computacionais são conduzidos para números de Reynolds 50 e 100. Observa-se a possibilidade de controle por parâmetros magnéticos do ponto de recolamento da camada limite e, consequentemente, do comprimento da zona de recirculação. / The present work investigates the effects provenient from an external magnetic field application on the flow of a ferrofluid subjected to a sudden expansion. The geometry-driven boundary layer detachment results in the formation of recirculating zones. Simulations were performed in order to evaluate the possibility of controlling this instability via magnetic fields. The theoretical formulation of this physical problem is composed by a review of the propositions for the constitutive equation of a ferrofluid, and by an analysis of the resulting linear momentum equation associated to each proposition. In order to analyze the coupling between the magnetic and hydrodynamic fields of this complex material, different evolutive equations for the global magnetization are considered. Different propositions are implemented, including the latest investigations regarding the effect of the symmetric part of the velocity gradient tensor on the magnetization on this polarizable medium. A computational algorithm is developed using the Finite Differences Method with a pseudo-transient approach. The vorticity-stream function formulation was implemented to solve this physical problem. The numerical results obtained considering different evolutive equations for the global magnetization are compared. Computational studies are conduced for Reynolds numbers 50 and 100. The possibility to control the boundary layer reattachment point due to magnetic parameters, and consequently the length of the recirculating zone, is observed.

A anastomose sistêmico-pulmonar é um excelente procedimento paliativo para crianças e recém-nascidos portadores de cardiopatias congênitas cianóticas com diminuição da circulação pulmonar. Neste artigo, as aproximações “Streamline Upwind/Petrov-Galerkin – SUPG” foram utilizadas na simulação de escoamento de sangue em uma anastomose sistêmico pulmonar. A Anastomose estudada neste artigo é conhecido como Blalock-Taussig modificada no qual um enxerto de tubo sintético (prótese) é interposto entre a artéria subclávia esquerda e a artéria pulmonar com o objetivo de desviar parte do fluxo sistêmico ao pulmonar. A metodologia de elementos finitos utilizada, conhecida como método SUPG, supera as dificuldades enfrentadas pelo método de Galerkin clássico em altos números de Reynolds, que são compatibilizar os subespaços de velocidade e pressão – satisfazendo deste modo a condição denominada de Babuška-Brezzi e evitar oscilações espúrias devido à natureza assimétrica da aceleração advectiva de equação de momentum – adicionando termos malha-dependentes para a formulação de Galerkin clássica. Estes termos adicionais são construídos para aumentar a estabilidade da formulação de Galerkin original sem prejudicar sua consistência. Um modelo tridimensional parametrizado, utilizando o elemento lagrangeano trilinear, foi criado a partir de medições obtidas durante procedimento cirúrgico para avaliar os efeitos dos parametros geométricos envolvidos na cirurgia (diâmetro e ângulo do enxerto e a pulsatilidade do escoamento) Os resultados apresentam que o ângulo da anastomose proximal tem sensível influência na quantidade de fluxo desviada pelo enxerto e enorme influência na porcentagem de fluxo direcionado para cada um dos pulmões. Quanto ao diâmetro do enxerto conclui-se que este é o regulador principal da porcentagem de fluxo desviada. A partir das simulações realizadas determinou-se correlações para o fator de atrito e porcentagem de fluxo sangüíneo desviado pelo enxerto.

Made available in DSpace on 2018-05-16T12:04:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000488756-Texto+Completo-0.pdf: 24416873 bytes, checksum: 61b6a5e0625a49b1bb008d8f6023eb15 (MD5) Previous issue date: 2018 / Gravity currents are flows generated by the pressure gradient due density differences between two fluids which are in contact. In this work are presented a set of three-dimensional highly resolved direct numerical simulations of particle-laden gravity currents, solved in an original configuration called channel-basin. The focus is on low concentrations gravity currents, where the density differences are small enough for the Boussinesq approximation may be valid. The mathematical model is based on an Eulerian description of the concentration field by using a transport equation, combined with the incompressible Navier-Stokes equations. The equations are solved by the open-source code Incompact3d, which is based on high-order compact schemes for the concentration and velocity fields discretization, and a spectral method for the pressure field. The adopted mathematical modeling allows the particle sedimentation, however there is no possibility of re-suspension of the particles already deposited, nor the bottom deformation due the growth of the sediment layer thikness. The main goal of this reserach is to know how the initial parameters, such as Reynolds number, settling velocity and channel geometry, affect the dynamics of the current spreading. The results have shown that the spreading form is highly dependent of the settling velocity. For the front velocity of the current, the channel geometry and settling velocity are more important when the Reynolds is lower than when it is higher. The sedimentation rate is highly affected by the settling velocity. The increasing of the Reynolds number mainly affects the size of the turbulent structures such as vortex and lobes. The energy budget is strongly dependent of the settling velocity and slightly dependent of the channel geometry and Reynolds number. / Corrente de gravidade são escoamentos que ocorrem devido a um gradiente de pressão gerado, exclusivamente, pela diferença na massa específica entre dois fluidos que entram em contato. Neste trabalho é apresentada uma série de resultados tridimensionais de alta fidedignidade, obtidos através de simulação numérica direta em uma configuração original, aqui denominada de canal-bacia, a qual busca emular a transição entre um escoamento confinado para um não confinado. O foco deste estudo está nas correntes de gravidade de baixas concentrações, onde as diferenças de densidade sejam pequenas o suficiente para que a aproximação de Boussinesq seja válida. O modelo matemático baseia-se em uma descrição Euleriana do campo de concentrações, que usa uma equação de transporte combinada com as equações de Navier-Stokes em sua forma incompressível. A resolução das equações é feita através do código Incompact3d, o qual baseia-se em esquemas compactos de diferenças finitas de alta ordem para a solução da concentração e velocidade, e um método espectral para a solução da pressão. O modelo matemático adotado permite que as partículas se depositem no fundo do domínio, porém não permite que haja a ressuspensão nem que o fundo se deforme pelo aumento da espessura da camada de sedimentos. O objetivo proposto nesta Tese é investigar como os parâmetros iniciais, tais como número de Reynolds, velocidade de queda e a geometria do canal de alimentação afetam a dinâmica de livre espalhamento de correntes conservativas e não conservativas. Os resultados mostram que a forma como as correntes se espalham pelo domínio é altamente dependente da velocidade de queda. A velocidade de propagação da corrente se mostrou mais dependente da geometria do canal e da velocidade de queda para o menor Reynolds do que para o maior.A taxa de sedimentação também apresentou grande sensibilidade às variações da velocidade de queda. O aumento no número de Reynolds afetou, principalmente, o tamanho das estruturas turbulentas, tais como vórtices e lobos. O balanço de energias é fortemente dependente da velocidade de queda, sendo pouca a influência da geometria do canal e do número de Reynolds.

Made available in DSpace on 2014-05-06T02:02:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000457571-Texto+Completo-0.pdf: 10390298 bytes, checksum: e0a909718de3206b7518ce4a359dd921 (MD5) Previous issue date: 2014 / Gravity currents begin when two fluid bodies, with different densities, collides one against other, starting a relative movement in both. This currents are called polydisperses when the excess in density is due to the presence of more than one type of particles, which are characterized by their diameter, diluted in dispersant phase. The purpose of this research is to investigate, using Direct Numerical Simulation (DNS), how different combinations of fine and coarse particles affect the dynamics of the current when two different boundary conditions are imposed on the bottom wall of the domain. There is also interest, using 3D simulation, in investigate how the main tri-dimensional structures influences in its dynamics. Data of an experimental work are used to validate and compare the results for the final deposit profile and front evolution of the current. The suspended mass and complete energy budget are also presented. Two-dimensional simulations showed that the addition of a small amount of fine particles, into a current predominantly composed by coarse particles, affect more significantly the features of the flow than the opposite. Comparisons show us the inability of the two-dimensional simulation to reproduce accurately the intense turbulence generated in 3D, resulting an error in the dissipation term due to convective motion. / Correntes de gravidade tem início quando corpos fluidos de diferentes densidade se encontram, dando início à um movimento relativo entre ambos. Estas correntes são ditas poli-dispersas quando o excesso na densidade acontece pela presença de mais de uma fração granulométrica, caracterizadas pelo diâmetro da partícula, diluídas na fase dispersante. A intenção desta pesquisa é investigar, através da Simulação Numérica Direta (DNS), como a combinação de diferentes proporções iniciais de duas frações granulométricas, uma dita mais fina e a outra dita mais grossa, afeta a dinâmica da corrente. Outro ponto investigado é o comportamento da corrente quando impõe-se, na parede inferior do domínio de cálculo, duas condições de contorno diferentes: a) fluxo de partículas através do fundo; b) fluxo nulo de partículas através do fundo. Busca-se também, através de simulação 3D, determinar como as principais estruturas tridimensionais influenciam nesta dinâmica. Utilizam-se os resultados de um trabalho experimental para validar e comparar os resultados obtidos para o perfil de depósito e evolução da frente da corrente. A quantidade de massa suspensa e o balanço completo de energias são apresentados. Através de simulações 2D foi possível mostrar que a adição de pequenas quantidades de partículas finas, em uma corrente predominantemente composta por partículas grossas, afeta mais as características do escoamento do que o contrário. Comparações mostram a incapacidade da simulação bidimensional reproduzir, de forma precisa, a intensa turbulência gerada em uma simulação tridimensional, o que resulta em erros na estimativa da perda dissipativa devida ao movimento convectivo.

Foi elaborado um programa para a simulação de escoamentos incompressíveis transientes laminares com ou sem transferência de calor. O programa foi baseado na formulação variacional das equações de Navier-Stokes com o emprego da função de penalidade. Para a discretização espacial das equações variacionais foi empregado o método de elementos finitos com integração reduzida seletiva do termo de penalidade. 0 programa é capaz de simular escoamentos em domínios bidimensionais multiplamente conexos e de geometria complexa. Para a discretização no tempo foi implementado um esquema genérico que possibilita a opção do método a ser utilizado, do implícito ao totalmente explicito. O programa, destinado a simulação de escoamentos transientes, pode também ser empregado para a obtenção de soluções de regime permanente, segundo a técnica de avanço no tempo- feita uma análise das características e limitações do programa baseada na simulação, de dois problemas-tipo: escoamento não-isotérmico em cavidade e o escoamento aberto em torno de um cilindro. / A simulation program has been elaborated for laminar incompressible transient flows including or not heat transfer. The program was based in the variational formulation of the Navier-Stokes equations employing the penalty function. As for the special discretization of the variational equations it was employed the finite element with selective reduced integration of the penalty term. The program is capable of simulating flows is multiply connected bidimensional domains with complex geometry. For time discretization it was outlined a general scheme that makes possible to choose the method from implicit to totally explicit. Although the program was designed for transient flows simulation, it may also be used to attain the steady state solution using the time marching technic. Analysis of the characteristics of two standard problems: the non-isothermal cavity flow and the open flow past a cilinder.

O objetivo deste trabalho e apresentar um modelo matemático para o estudo da circulação transiente em sistemas de aguas rasas e a sua implementação no sistema HYDRO que e uma linguagem orientada para Hidrodinâmica, desenvolvida pelo Curso de Pós-graduação em Engenharia Civil da UFRGS. O modelo visa descrever o fluxo em sistemas hídricos (lagos, estuários, rios) devido ao efeito de mares, ventos e rotação terrestre. A solução das equações que governam o problema se obtém empregando o método de elementos finitos. A particularidade deste modelo é a de tentar simular as características tridimensionais do movimento do fluido, podendo-se então determinar o perfil de velocidades . / The objetive of this work is to present a mathematical model for the study of transient circulation in "Shallow" water systems and its implementation in the HYDRO system, which is an oriented language for computational hydrodinamic developed by the Postgraduation Course in Civil Engineering at UFRGS. This mathematical model aims to describe the flow in hydric systems (lakes, estuaries, rivers) induced by tidal effects, wind actions and earth movements. The solution of the equations that govern the problem is obtained through the use of the finite element method. One of the most important features of this model is its possibility to simulate the threedimensional characteristic of the flow, so that the velocity profile can be. determinated.

A compreensão de processos físicos e químicos que conduzem à formação de petróleo ou de gás no solo são necessários para uma exploração eficiente da energia. Por isso, há um grande interesse em prever os efeitos e a migração de fluidos no solo. Neste trabalho é desenvolvido um modelo matemático para o escoamento reativo em meios porosos. O domínio é um canal poroso (rocha) com uma fratura, onde ocorrem as reações de precipitação ou dissolução de dois minerais carbonatados, a calcita e a dolomita. Através da implementação do modelo são realizadas algumas simulações, também descritas neste estudo. O modelo matemático é baseado em equações não lineares do tipo Navier-Stokes, que inclui a equação da quantidade de movimento, da temperatura e das concentrações das espécies químicas. As equações desenvolvidas no trabalho são inovadoras e são obtidas através da junção de alguns trabalhos importantes. Para modelar o fluxo são utilizadas a lei de Darcy e a aproximação de Boussinesq e para obter o valor da taxa de cada reação é realizado um processo iterativo. O conjunto de equações é discretizado pelo método de diferenças finitas centrais e o sistema é resolvido através do método de Runge-Kutta simplificado. O modelo é aplicado em diferentes situações variando o valor do pH com o objetivo de avaliar a influência dessa propriedade no escoamento reativo. O processo de mudança da porosidade e da permeabilidade que ocorre nas bacias sedimentares pode implicar na formação de hidrocarbonetos e de aquíferos. Devido a isso, o número de Darcy e a porosidade, também, são analisadas na fratura do canal poroso. Os resultados obtidos são razoáveis quando comparados com dados da literatura. O tema abordado neste trabalho é instigante porque abrange fenômenos químicos, termodinâmicos e de transporte, com parâmetros difíceis de serem obtidos experimentalmente. O modelo desenvolvido possui uma contribuição relevante porque pode ser utilizado para qualquer outro mineral, desde que suas propriedades químicas e termodinâmicas sejam consideradas. / The understanding of physical and chemical processes leading to the formation of oil or gas in the soil are necessary for e cient energy exploration. Therefore, there is great interest in predicting the e ects and the migration of uids in the soil. In this work is developed a mathematical model for the reactive ow in porous media. The domain is a porous channel (rock) with a fracture, where occur the precipitation and dissolution reactions of two carbonate minerals, calcite and dolomite. Through the implementation of the model are performed some simulations, also described in this study. The mathematical model is based on non-linear equations of Navier-Stokes that includes the equation of momentum, temperature and concentrations of chemical species. The equations developed in this work are innovative and are obtained at the junction some important works. To model the ow are used the Darcy's law and the Boussinesq approximation and to obtain the value of the rate of each reaction is realized an iterative process. The set of equations is discretized by central nite di erence method and the system is solved by the simpli ed Runge-Kutta method. The model is applied in di erent situations, by varying the pH with the aim of evaluating the in uence of this property in the reactive ow. The process of changes of the porosity and permeability that occurs in the sedimentary basins can induce in the hydrocarbon and aquifers formation. Because of this, the number of Darcy and the porosity also are analyzed in the fracture of the porous channel. The results are reasonable compared with the literature data. The theme addressed in this study is instigating because it covers chemical, thermodynamic and transport phenomena, with di cult parameters to be obtained experimentally. The model developed has an important contribution because it can be used for any other mineral, since its chemical and thermodynamic properties are considered.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Planaltina, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, 2013. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-10-07T18:47:41Z No. of bitstreams: 1 2014_IcaroAlexandreFranciscodosSantosPereira.pdf: 1731829 bytes, checksum: 7da366c28bd093119a3548dc6536c835 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-10-08T15:05:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_IcaroAlexandreFranciscodosSantosPereira.pdf: 1731829 bytes, checksum: 7da366c28bd093119a3548dc6536c835 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-08T15:05:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_IcaroAlexandreFranciscodosSantosPereira.pdf: 1731829 bytes, checksum: 7da366c28bd093119a3548dc6536c835 (MD5) / A densidade superficial de carga é um parâmetro essencial para o monitoramento da estabilidade coloidal de EDL-MF, pois promove uma interação repulsiva capaz de contrabalançar as interações atrativas do tipo van der Waals e dipolar magnética. Recentemente, foi referenciada na literatura a influência do tamanho médio das nanopartículas sobre a o valor de saturação da carga superficial de EDL-MF. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo geral a investigação da influência da polidispersão sobre a densidade superficial de carga de EDL-MF. Foram analisadas amostras de coloides magnéticos aquosos à base de nanopartículas core-shell do tipo MnFe2O4@Fe2O3 com três tamanhos médios distintos. Os histogramas em carga superficial foram ajustados por uma função de distribuição do tipo sigmoidal dupla assimétrica, o que possibilitou a proposição de um modelo de distribuição bidispersa em densidade superficial de carga. A partir da modelização foi possível estimar as peculiaridades de um sistema polidisperso em carga superficial considerando-se apenas duas frações de nanopartículas. De forma geral, os valores de saturação médios da carga superficial determinados para as partículas de maiores tamanhos estão em excelente acordo com os valores obtidos por métodos tradicionais. Para as partículas de menores tamanhos, o modelo proposto não foi satisfatório devido ao reduzido tamanho cristalino das nanopartículas e à maior polidispersão, que impossibilitaram a subdivisão da população de nanopartículas em apenas duas frações. Conclui-se, portanto, que apesar de a polidispersão ser uma característica que influencia várias propriedades dos sistemas coloidais magnéticos, no caso das amostras investigadas, ela não foi determinante para o valor da densidade superficial de carga. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The surface charge density is a key parameter for monitoring the colloidal stability on EDL-MF since it promotes a tuning repulsive interaction against attractive interactions among nanoparticles, like van der Waals and magnetic dipolar. It has recently been referenced in the literature the size dependence of the nanoparticles mean size on the saturation value of the surface charge of EDL-MF. In this sense, the main goal of this work concerns the investigation of the influence of polydispersity on the surface charge density of EDL-MF. Samples of electrostatic stabilized magnetic colloids based on core-shell type nanoparticles (MnFe2O4@-Fe2O3) with three different mean sizes were analyzed. The histograms of surface charge distributions were fitted by an asymmetric double sigmoidal function, which allowed the proposition of a bidisperse distribution model in surface charge density. From the modeling, it was possible to estimate the peculiarities of a polydisperse system in surface charge considering only two fractions of nanoparticles. In general, the average of the charge saturation values determined for the nanoparticles of larger sizes are in excellent agreement with values obtained by using well established methods. For the sample of smaller particles, the proposed model was not satisfactory due to the small crystalline size of nanoparticles and their high polydispersity. Finally, although the size polydispersity is a feature that influences many properties of magnetic colloidal systems, in the case of the samples investigated here, it was not critical on the value of the surface charge density.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, 2014. / Submitted by Jaqueline Ferreira de Souza (jaquefs.braz@gmail.com) on 2014-12-02T15:00:48Z No. of bitstreams: 1 2014_DieimeCustodiadaSilva_Parcial.pdf: 4016950 bytes, checksum: 5f19e35cedc3770965a722c399d22021 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-12-03T10:11:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_DieimeCustodiadaSilva_Parcial.pdf: 4016950 bytes, checksum: 5f19e35cedc3770965a722c399d22021 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-12-03T10:11:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_DieimeCustodiadaSilva_Parcial.pdf: 4016950 bytes, checksum: 5f19e35cedc3770965a722c399d22021 (MD5) / Fluidos magnéticos (FMs) são suspensões coloidais estáveis, que consistem em nanopart ículas magnéticas suspensas em um líquido carreador, que pode ser orgânico ou inorgânico. As nanopartículas magnéticas investigadas nessa tese são ferritas cúbicas que apresentam um comportamento magnético, que varia em função da temperatura e do diâmetro. Além de numerosas aplicações industriais e biomédicas, FMs podem ser utilizados com sucesso para introduzir nanopartículas magnéticas em matriz de certos materiais. Dentre as aplicações industriais com a utilização de FMs, uma possível será a vermiculita magnética, objeto da patente PI0513014-0A de 31-08-2005, (LIMA, 2008). O foco principal do uso das nanopartí- culas magnéticas na vermiculita está na possibilidade do aumento da e_ciência, pelo método de separação magnética, no processo de retirada de óleos (como o petróleo) e metais pesados derramados em água, em grande escala, como em casos de desastres ecológicos em rios e mares, e a possibilidade do reaproveitamento do material utilizado e removido da água. Assim, nesse trabalho estudou-se o comportamento magnético de compósitos de vermiculita expandida mineral (VM) tratada com diferentes FMs. As análises concentram-se em dois compósitos magnéticos (CMs) e três FMs. Os FMs utilizados foram: FMI (fluido magnético iônico - I), FM1 (fluido magnético iônico - 1) e FMB1 (fluido magnético com bicamada surfactada - 1). Os CMs utilizados foram: VFM1-24h (vermiculita tratada com o FM1 por um tempo de 24h de adsorção) e VFMB1-24h (vermiculita tratada com o FMB1 por um tempo de 24h de adsorção). O FMB1 é constituído de nanopartículas magnéticas revestidas com dupla camada surfactada e dispersas em água destilada. As amostras dos FMs contêm nanopartí- culas de óxido de ferro maghemita (-Fe2O3) obtidas pela oxidação da magnetita (Fe3O4) e foram preparadas pelo método de coprecipitação química. Nessa tese foram feitas caracteriza ção estrutural e microscópica das nanopartículas na forma de pós utilizando a Difração de Raios-X, para obter informações sobre a formação das nanopartículas; Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), para obter informações acerca dos diâmetros médios e polidispersão das nanopartículas e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), para obter informação da composição da vermiculita mineral. Ademais, as propriedades magneto-ópticas dos FMs foram investigadas utilizando a técnica de Birrefringência Magnética Estática (BME) enquanto as propriedades magnéticas (fluidos e compósitos magnéticos) foram investigadas por meio da técnica de Magnetização - Magnetometria de Amostra Vibrante - VSM (Foner). As medidas de curvas de Magnetização (MXH) dos CMs e FMs foram obtidas em três temperaturas, de hélio líquido à ambiente, revelando diferentes parâmetros magnéticos. Para a análise dos dados de BME e MXH foi utilizado um modelo de ajuste que leva em consideração estruturas de aglomerados (dímeros, trímeros, etc) e partículas isoladas. Assim, através dos ajustes dos dados de MXH, utilizando-se uma função Langevin de primeira ordem modificada, foi possí- vel observar o comportamento magnético nesses materiais e a sua resposta magnética quando submetidos a baixos valores de campos magnéticos. Em particular, as análises dos dados de magnetização indicam a presença de partículas isoladas e aglomerados, de acordo com o meio hospedeiro e de acordo com a temperatura em que as nanopartículas são submetidas. / Magnetic fluids ( MFs ) are stable colloidal suspensions, comprising magnetic nanoparticles suspended in a carrier liquid which can be organic or inorganic. The employed magnetic nanoparticles are cubic ferrites, revealing magnetic behavior that varies depending on the temperature and size. In numerous industrial and biomedical applications, MFs can be used successfully to introduce magnetic nanoparticles into diferent templates. Among the industrial applications using MFs one emphasizes the production of magnetic vermiculite, described in the PI0513014 - 0A of 31-08-2005 (LIMA, 2008) patent. The main focus of the use of magnetic nanoparticles encapsulated within vermiculite is to enhance the eficiency of the magnetic separation process, mainly applied for oil and heavy metals removal out from water bodies, such as in ecological disasters, and the vary possibility of recycling the composite material for further use. Thus, in this work we studied the magnetic behavior of composites based on thermal expanded mineral vermiculite (MV) after treatment with diferent MFs. The analysis was focused on three MFs and two magnetic composites (MCs). The used MFs were: IMF (ionic magnetic fluid - I), MF1 (ionic magnetic fluid - 1) and MFB1 (magnetic fluid bilayer with surfactada - 1). The used MCs were: VMF1-24h (vermiculite treated with MF1 for a time of 24 hours adsorption) and VMFB1-24h (vermiculite treated with MFB1 for a time of 24 hours adsorption). The MFB1 is composed of magnetic nanoparticles surface-coated with a double molecular layer and dispersed in distilled water. The MFs samples containing iron oxide nanoparticles of maghemite (-Fe2O3) obtained by oxidation of magnetite (Fe3O4), were prepared by chemical co-precipitation. In this thesi structural and morfological characterization of the nanoparticles were made using X- ray di_raction and Transmission Electron Microscopy (TEM), the latter providing information about the average size and size dispersity. Scanning Electron Microscopy (SEM) was used to assess the composition of the mineral vermiculite. The magneto-optical properties of the MFs were investigated using the Static Magnetic Birefringence (SMB) technique whereas the magnetic properties (MFs and MCs) were investigated using Magnetization measurements - Vibrating Sample Magnetometer - VSM (Foner). The magnetization curves (MXH) of MFs and MCs were obtained at three temperatures, from liquid helium to room temperature, revealing difierent magnetic parameters. For the analysis of the SMB and MXH data a fitting model taking into account clusters (dimers, trimers, etc.) and individual particles was used. The MXH data were fitted using a modifed first-order Langevin function, thus assessing the materials' magnetic behavior and their magnetic response at lower magnetic field. In particular, the magnetization data's analysis indicates the presence of both isolated particles and agglomerates, influenced by the nature of the hosting template and the temperature to which the nanoparticles are subjected.