En estas hojuelas fue utilizada la técnica química modificada de Hummer- Offmman para la obtención de óxidos de grafito OG. A partir de estas matrices utilizamos la exfoliación micro mecánica para obtener multicapas de óxido de grafeno (MOG) las cuales son depositadas sobre substratos de Si/SiO2. Posteriormente fue construido un dispositivo para inducir variaciones controladas de la temperatura sobre la muestra para reducir las multicapas de óxidos de grafeno (MGOR) y de esta forma hacer un estudio sistemático de los espectros Raman para cada temperatura estudiada y así, evaluar la influencia de estas temperaturas en el material oxidado y exfoliado. Usamos la espectroscopia Raman para estudiar las propiedades optoelectrónicas en estos sistemas, como, la distancia entre los defectos y el ancho de banda, permitiendo así evaluar la calidad y propiedades del óxido de grafito. De esta forma, estudiamos la influencia del proceso de oxidación y la reducción térmica sobre estos parámetros en las multicapas de grafenos. Finalmente, estudiaremos la influencia de la potencia del láser del espectrómetro Raman, sobre las propiedades optoelectrónicas de forma sistemática en estos sistemas, utilizando un láser semiconductor bombeado ópticamente (OPSL), de longitud de onda igual a 532nm.

Tuberculosis is a leading killing disease worldwide with more than 9 million people a ected per year. Current diagnostic methods exhibit several disadvantages; one of the most promising alternatives to overcome this is the development of nanostructured diagnostic systems which are able to detect molecules associated with certain diseases. Graphene since its discovery has been the focus for the development of these sensing elements due to its excellent electronic properties. In this work, a graphene-based eld e ect transistor (FET) has been developed for tuberculosis DNA detection, in order to set the basis for a diagnostic method that overcomes current limitations. The sensing elements composed of graphene monolayers were manufactured in the stages of annealing of the substrate, addition of the linker and functionalization with the addition of a probe DNA for tuberculosis detection. Additionally, two conditions for the sensing element were generated; one with the addition of a complementary DNA sequence (\DNA Target") and the other with a mismatched DNA sequence (\Non-complementary DNA"). The graphene and the transistor, in each stage of the manufacturing process, were structural, chemical and morphologically characterized by Raman Spectroscopy, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Optical Microscopy, Laser Scanning Microscopy (LSM), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). The results indicated an appropriate functionalization of the graphene surface with the linker, the immobilization of the probe tuberculosis DNA and the hybridization with the corresponding \DNA Target", demonstrated by observation of di erent homogeneous morphologies and an appropriate increase in the roughness in each stage of the manufacturing process. Also by the presence of characteristic peaks of nitrogenous bases and in the variation of graphene bands in the Raman spectrum. On the contrary, the sensor element with the \Non-complementary" showed an agglomeration of the molecules and segregation of salts on a heterogeneous surface. The results of the characterization are consistent with the electronic characteristics previously determined. This investigation contributes to a basis for the development of a tuberculosis detection system based on nanotechnology for clinical application. / La tuberculosis es una de las principales enfermedades mortales en todo el mundo, con más de 9 millones de personas afectadas por año. Los métodos de diagnóstico actuales presentan varias desventajas; una de las alternativas más prometedoras para superar esto es el desarrollo de sistemas de diagnóstico nanoestructurados que son capaces de detectar moléculas asociadas con ciertas enfermedades. El grafeno desde su descubrimiento ha sido un foco para el desarrollo de estos elementos sensores debido a sus excelentes propiedades electrónicas. En este trabajo, se ha desarrollado un transistor de efecto de campo basado en grafeno (FET) para la detección del ADN de la tuberculosis, con el fin de sentar las bases para un método de diagnóstico que supere las limitaciones actuales. Los elementos sensores compuestos de monocapas de grafeno se fabricaron en las etapas de recocido del sustrato, adición del linker y funcionalización con la adición de un probe ADN para la detección de tuberculosis. Adicionalmente, se generaron dos condiciones para los elementos de detección; uno con la adición de una secuencia de ADN complementaria (“DNA Target") y el otro con una secuencia de ADN no complementaria (“Non-complementary DNA"). El grafeno y el transistor, en cada etapa del proceso de fabricación, se caracterizaron estructural, química y morfológicamente por Espectroscopia Raman, Espectrometría de dispersión de energía de rayos X (EDS), Microscopia óptica, Microscopia de Láser de Barrido (LSM), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Los resultados indicaron una funcionalización apropiada de la superficie del grafeno con el linker, la inmovilización del probe ADN de tuberculosis y la hibridación con el correspondiente “DNA Target", demostrado por la observación de diferentes morfologías homogéneas y un aumento apropiado de la rugosidad en cada etapa del proceso de fabricación. También por la presencia de picos característicos de bases nitrogenadas y en la variación de las bandas de grafeno en el espectro Raman. Por el contrario, el elemento sensor con el “Noncomplementary DNA" mostró una aglomeración de moléculas y segregación de sales sobre una superficie heterogénea. Los resultados de la caracterización son consistentes con las características electrónicas previamente realizadas. Esta investigación contribuye a dar una base para el desarrollo de un sistema de detección de la tuberculosis basado en la nanotecnología para uso clínico. / Tesis

O objetivo desse trabalho foi desenvolver um compósito cerâmico de zircônia-grafeno para aplicação odontológica. Este estudo avaliou o efeito do pó de partida, concentração de grafeno e da temperatura de sinterização sobre as propriedades mecânicas (dureza e tenacidade à fratura) do compósito desenvolvido. Para isto foram sintetizados os pós de Y-TZP a partir de soluções de óxido-cloreto de zircônio e cloreto de ítrio na proporção desejada de 3mol% através da rota de co-precipitação em solução de hidróxido de amônio seguido por uma série de lavagens em água, etanol e butanol com posterior destilação azeotrópica, secagem, moagem e calcinação. O grafeno foi obtido a partir da exfoliação química de grafite pelo método de Hummers [40] modificado por Marcano [39], o que resultou em um gel acastanhado que foi submetido a lavagem por centrifugação, secagem e desaglomeração em almofariz de ágata, resultando, por fim, no óxido de grafeno. Uma segunda etapa foi o processo de redução química com ácido ascórbico para obtenção de óxido de grafeno reduzido, um pó de coloração escura que foi adicionado à Y-TZP para a obtenção do compósito nas diversas concentrações (em mol%) que foram estudadas: (0,01%, 0,05%, 0,10%, 0,50%, 1,00% e 2,00%). Os pós foram caracterizados por termogravimetria, difração de raios X e espectroscopia (FT-IR). Os espécimes foram confeccionados em matriz metálica cilíndrica e sinterizados em forno tubular em atmosfera inerte. Outros espécimes foram confeccionados em matriz de grafite de alta densidade e sinterizados por Spark Plasma Sintering (SPS). Todas as amostras foram caracterizadas por meio de ensaios de densidade, dureza Vickers, tenacidade à fratura e microscopia eletrônica de varredura. Os maiores valores de densidade relativa foram observados para as amostras sinterizadas em SPS, sendo que se obteve valor de densidade relativa de 98,7 % para a concentração de 0,50% de grafeno e 98,4% para a Y-TZP pura. Por outro lado, o maior valor encontrado em sinterização em atmosfera a 1400°C sem a presença de H2 para Y-TZP pura foi da ordem de 96,76%. Os valores de dureza foram maiores nas amostras sinterizadas em SPS, no entanto a tenacidade à fratura mostrou não se alterar em função do conteúdo de grafeno. As fotomicrografias de MEV mostraram que houve uma variação de tamanho de grão de acordo com a presença do grafeno e do método de sinterização. De acordo com os resultados obtidos neste trabalho foi possível concluir que o processamento desenvolvido permitiu a criação de um compósito cerâmico zircônia-grafeno que pôde ser caracterizado por diversos métodos analíticos. A densidade teórica do compósito desenvolvido não foi alcançada por meio de nenhum dos métodos de sinterização utilizados (Tubular ou SPS) e nem variando-se a temperatura. Para espécimes sinterizados em atmosfera inerte, a maior temperatura de sinterização (1400°C) e a presença do gás H2 não melhorou a densificação. Além disso, esses espécimes tiveram aumento da dureza com o aumento da concentração de grafeno, entretanto, a sua tenacidade à fratura não foi afetada pelo teor de grafeno. Para espécimes sinterizados por meio de SPS, a temperatura de sinterização de 1350°C resultou em melhores valores de densificação. Além disso, para este tipo de sinterização, tanto a dureza como a tenacidade à fratura foram afetadas pelo teor de grafeno. / The objective of this work was to develop a zirconia-graphene ceramic composite for dental application. The study evaluated the effect of the starting powder effect, graphene concentration and sintering temperature on the mechanical properties of the composite. For this, the Y-TZP powders were synthesized from zirconium chloride and yttrium chloride solutions in the desired ratio of 3 mol% through the co-precipitation route in ammonium hydroxide solution followed by a series of washes in water, ethanol and butanol with subsequent azeotropic distillation, drying, grinding and calcination. Graphene was obtained from the chemical exfoliation of graphite by the method of Humans modified by Marcano, which resulted in a brownish gel that was subjected to washing by centrifugation, drying and deagglomeration in agate mortar, resulting finally in the graphene oxide. A second step was the chemical reduction with ascorbic acid to obtain reduced graphene oxide, a dark-colored powder that was added to the Y-TZP to obtain the composite in the various concentrations (in mol%) that were studied (0, 01%, 0.05%, 0.10%, 0.50%, 1.00% and 2.00%). The powders were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction and spectroscopy (FT-IR). The specimens were made in cylindrical metallic matrix and sintered in a tubular oven. Other samples were made in high density graphite matrix and sintered by Spark Plasma Sintering (SPS). All samples were characterized by means of density tests, Vickers hardness, fracture toughness and scanning electron microscopy. The highest values of relative density were observed for the sintered samples in SPS. A relative density of 98.7% was obtained for the 0.50% concentration of graphene and 98.4% for the pure Y-TZP. On the other hand, the highest value found in tubular sintering at 1400 ° C without the presence of H2 for pure Y-TZP was of the order of 96.76%. The hardness values were higher in the sintered samples in SPS, however the fracture toughness showed not to change as a function of the content of graphene. SEM images showed that there was a variation of grain size according to the presence of graphene and the sintering method. According to the results of this study it was concluded that the process developed allowed the creation of a graphene-zirconia ceramic composite which can be characterized by various analytical methods. The theoretical density of the composite developed was not achieved by any of the sintering methods used (tubular or SPS) nor by varying the temperature. For tubular sintered specimens, the higher sintering temperature (1400 ° C) and the presence of H2 gas did not improve densification. In addition, these specimens had increased hardness with increasing graphene concentration, however, their fracture toughness was not affected by graphene content. For sintered specimens by SPS, the sintering temperature of 1350 ° C resulted in better densification values. In addition, for this type of sintering, both hardness and fracture toughness were affected by the content of graphene

Submitted by ARMANDO ARQUIMEDES PEZO LOPEZ (armandopezo333@gmail.com) on 2017-09-15T18:49:05Z No. of bitstreams: 1 pezo_a_ms_ift.pdf: 7486652 bytes, checksum: 7101195a7ca026fe9e98885ba89961f1 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-09-19T17:23:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pezolopez_aa_me_ift.pdf: 7486652 bytes, checksum: 7101195a7ca026fe9e98885ba89961f1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-19T17:23:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pezolopez_aa_me_ift.pdf: 7486652 bytes, checksum: 7101195a7ca026fe9e98885ba89961f1 (MD5) Previous issue date: 2016-08-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A realização experimental do grafeno em 2004 abriu as portas para os estudos de uma nova geração de materiais, estes chamados materiais bidimensionais são a expressão final do que poderíamos pensar em material plano (monocamada) que, eventualmente, podem ser empilhados para formar o bulk. O grafeno oferece uma grande variedade de propriedades físicas, em grande parte, como o resultado da dimensionalidade de sua estrutura, e pelas mesmas razões, materiais como Fosforeno (P), Siliceno (S), Nitreto de Boro hexagonal (hBN), dicalcogenos de metais de transição (TMDC), etc. São muito interessantes para fins teóricos, como para futuras aplicações tecnológicas que podem-se desenvolver a partir deles, como dispositivos de spintrônica e armazenamento. Neste trabalho o estudo desenvolvido são as propriedades eletrônicas dos materiais apresentados acima (grafeno, fosforeno e MoTe 2 ), e além disso, ja que o acoplamento spin-órbita aumenta à medida que o número atômico tambem aumenta, espera-se que este parâmetro desempenhe um papel na estrutura eletrônica, particularmente para os TMDC’s. Começamos descrevendo genéricamente esses três sistemas, isto é, para o grafeno, podemos usar uma abordagem tipo tight binding, a fim de encontrar a dispersão de energia para as quase-particulas perto do nível de Fermi (Equação de Dirac). Usando cálculos DFT estudou-se de forma geral as propriedades desses sistemas com a inclusão do espin órbita. Abordou-se cálculos para descrever os efeitos do acoplo spin órbita sobre os materiais isolados, tambem nas heterostruturas (duas camadas formadas por eles). Finalmente, tambem estudou-se a possibilidade de defeitos e sua possível influência sobre a estrutura eletrônica das heterostruturas. / The experimental realization of graphene in 2004 opened the gates to the studies of a new generation of materials, these so-called 2 dimensional materials are the final expression of what we could think of a plane material (monolayer) that eventually can be stacked to form a bulk. Graphene, the wonder material, offers a large variety of physical properties, in great part, as the result of the dimensionality of its structure, and for the same reasons, materials like phosphorene(P), silicene(S), hexagonal Boron Nitride (hBN), transition metal dichalcogenides(TMDC), etc. are very interesting for theoretical purposes, as for the future technological applications that we can develope from them, such as Spintronics and Storage devices. In this dissertation we theoretically study the electronic properties of the materials presented above (graphene, Phosphorene and MoTe2), and besides that, since the spin-orbit coupling strength increases as the atomic number does, we expect that this paremeter plays a role in the electronic structure, particularly for the TMDC. We start describing generically those three systems using density functional theory including the effect of spin orbit. We address calculations to describe the effects of spin orbit on the isolated materials as well as the heterostructures. Finally we also include the possibility of defects in graphene and their possible influence on the electronic structure of heterostructures.

O objetivo desse trabalho foi desenvolver um compósito cerâmico de zircônia-grafeno para aplicação odontológica. Este estudo avaliou o efeito do pó de partida, concentração de grafeno e da temperatura de sinterização sobre as propriedades mecânicas (dureza e tenacidade à fratura) do compósito desenvolvido. Para isto foram sintetizados os pós de Y-TZP a partir de soluções de óxido-cloreto de zircônio e cloreto de ítrio na proporção desejada de 3mol% através da rota de co-precipitação em solução de hidróxido de amônio seguido por uma série de lavagens em água, etanol e butanol com posterior destilação azeotrópica, secagem, moagem e calcinação. O grafeno foi obtido a partir da exfoliação química de grafite pelo método de Hummers [40] modificado por Marcano [39], o que resultou em um gel acastanhado que foi submetido a lavagem por centrifugação, secagem e desaglomeração em almofariz de ágata, resultando, por fim, no óxido de grafeno. Uma segunda etapa foi o processo de redução química com ácido ascórbico para obtenção de óxido de grafeno reduzido, um pó de coloração escura que foi adicionado à Y-TZP para a obtenção do compósito nas diversas concentrações (em mol%) que foram estudadas: (0,01%, 0,05%, 0,10%, 0,50%, 1,00% e 2,00%). Os pós foram caracterizados por termogravimetria, difração de raios X e espectroscopia (FT-IR). Os espécimes foram confeccionados em matriz metálica cilíndrica e sinterizados em forno tubular em atmosfera inerte. Outros espécimes foram confeccionados em matriz de grafite de alta densidade e sinterizados por Spark Plasma Sintering (SPS). Todas as amostras foram caracterizadas por meio de ensaios de densidade, dureza Vickers, tenacidade à fratura e microscopia eletrônica de varredura. Os maiores valores de densidade relativa foram observados para as amostras sinterizadas em SPS, sendo que se obteve valor de densidade relativa de 98,7 % para a concentração de 0,50% de grafeno e 98,4% para a Y-TZP pura. Por outro lado, o maior valor encontrado em sinterização em atmosfera a 1400°C sem a presença de H2 para Y-TZP pura foi da ordem de 96,76%. Os valores de dureza foram maiores nas amostras sinterizadas em SPS, no entanto a tenacidade à fratura mostrou não se alterar em função do conteúdo de grafeno. As fotomicrografias de MEV mostraram que houve uma variação de tamanho de grão de acordo com a presença do grafeno e do método de sinterização. De acordo com os resultados obtidos neste trabalho foi possível concluir que o processamento desenvolvido permitiu a criação de um compósito cerâmico zircônia-grafeno que pôde ser caracterizado por diversos métodos analíticos. A densidade teórica do compósito desenvolvido não foi alcançada por meio de nenhum dos métodos de sinterização utilizados (Tubular ou SPS) e nem variando-se a temperatura. Para espécimes sinterizados em atmosfera inerte, a maior temperatura de sinterização (1400°C) e a presença do gás H2 não melhorou a densificação. Além disso, esses espécimes tiveram aumento da dureza com o aumento da concentração de grafeno, entretanto, a sua tenacidade à fratura não foi afetada pelo teor de grafeno. Para espécimes sinterizados por meio de SPS, a temperatura de sinterização de 1350°C resultou em melhores valores de densificação. Além disso, para este tipo de sinterização, tanto a dureza como a tenacidade à fratura foram afetadas pelo teor de grafeno. / The objective of this work was to develop a zirconia-graphene ceramic composite for dental application. The study evaluated the effect of the starting powder effect, graphene concentration and sintering temperature on the mechanical properties of the composite. For this, the Y-TZP powders were synthesized from zirconium chloride and yttrium chloride solutions in the desired ratio of 3 mol% through the co-precipitation route in ammonium hydroxide solution followed by a series of washes in water, ethanol and butanol with subsequent azeotropic distillation, drying, grinding and calcination. Graphene was obtained from the chemical exfoliation of graphite by the method of Humans modified by Marcano, which resulted in a brownish gel that was subjected to washing by centrifugation, drying and deagglomeration in agate mortar, resulting finally in the graphene oxide. A second step was the chemical reduction with ascorbic acid to obtain reduced graphene oxide, a dark-colored powder that was added to the Y-TZP to obtain the composite in the various concentrations (in mol%) that were studied (0, 01%, 0.05%, 0.10%, 0.50%, 1.00% and 2.00%). The powders were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction and spectroscopy (FT-IR). The specimens were made in cylindrical metallic matrix and sintered in a tubular oven. Other samples were made in high density graphite matrix and sintered by Spark Plasma Sintering (SPS). All samples were characterized by means of density tests, Vickers hardness, fracture toughness and scanning electron microscopy. The highest values of relative density were observed for the sintered samples in SPS. A relative density of 98.7% was obtained for the 0.50% concentration of graphene and 98.4% for the pure Y-TZP. On the other hand, the highest value found in tubular sintering at 1400 ° C without the presence of H2 for pure Y-TZP was of the order of 96.76%. The hardness values were higher in the sintered samples in SPS, however the fracture toughness showed not to change as a function of the content of graphene. SEM images showed that there was a variation of grain size according to the presence of graphene and the sintering method. According to the results of this study it was concluded that the process developed allowed the creation of a graphene-zirconia ceramic composite which can be characterized by various analytical methods. The theoretical density of the composite developed was not achieved by any of the sintering methods used (tubular or SPS) nor by varying the temperature. For tubular sintered specimens, the higher sintering temperature (1400 ° C) and the presence of H2 gas did not improve densification. In addition, these specimens had increased hardness with increasing graphene concentration, however, their fracture toughness was not affected by graphene content. For sintered specimens by SPS, the sintering temperature of 1350 ° C resulted in better densification values. In addition, for this type of sintering, both hardness and fracture toughness were affected by the content of graphene

[pt] A escassez de recursos de água doce está ameaçando nossa sociedade. A urbanização, a industrialização, o crescimento populacional e as alterações climáticas estão a representar um grande desafio para a segurança dos recursos hídricos humanos. Com base nessa situação crítica, os cientistas estão prestando cada vez mais atenção à dessalinização. Os métodos tradicionais de dessalinização empregam o processo de destilação. Esses métodos desempenham um papel importante no serviço de abastecimento de água em alguns locais carentes de água. No entanto, devido ao alto consumo de energia desses métodos, o preço da água produzida é elevado. Portanto, desenvolver novas tecnologias de dessalinização com baixo consumo de energia é de grande interesse e uma delas tem atraído a atenção dos pesquisadores, que é a osmose reversa (OR). O RO utiliza a membrana semipermeável como filtro, o que permite que a água ou moléculas relativamente pequenas passem por si mesmas, mas impede que as grandes moléculas ou íons penetrem. Esta tecnologia reduziu significativamente o consumo de energia em comparação com os métodos de destilação e rapidamente ocupa mais de 60 por cento da capacidade total de dessalinização instalada. O desempenho da tecnologia RO depende fortemente do material das membranas desempenha um papel importante. Nas últimas décadas, polímeros, por exemplo, poliamida e acetato de celulose, dominaram a indústria de RO de membrana semipermeável por sua boa eficiência de rejeição de sal e baixo custo de consumo de energia. No entanto, mesmo com as vantagens das membranas poliméricas, o custo final da água produzida ainda é alto. É por isso que os recursos de água doce ainda continuam sendo a preocupação. Desde a primeira vez que o grafeno foi produzido a partir do grafite, chamou a atenção de pesquisadores em todo o mundo por sua estrutura 2D ultrafina, excelente condutividade e transparência etc. Logo depois, o grafeno e seus derivados, como óxido de grafeno e óxido de grafeno reduzido, exibem potencial na dessalinização devido à sua estrutura 2D fina e expansibilidade. Este trabalho explora a possibilidade de aplicação de derivados de grafeno em um processo de dessalinização relativamente prático. No prsente projeto foram produzidos tanto GO (pelo método de Hammer) e RGO (a partir de aquecimento em atmosfera inerte) e de membranas a partir de acetato de celulose com GO e RGO. Ensaios de dessalinação também foram realizados para amostras produzidas variando de modo sistemático diferentes parâmetros de síntese de GO e RGO e de fabricação das membranas de acetato de celulose. / [en] Fresh-water resource scarcity is threatening our society. Urbanization, industrialization, population growth and climate change are making big challenge to human s water resource security. Based on this critical situation, scientists are paying more and more attention to desalination. Traditional desalination methods employ distillation process. These methods play an important role in water supply service in some water-lacked places. However, due to high energy consumption of these methods, the price of produced water is very high. Therefore, developing new desalination technologies with low energy consumption is of high interest and one of them has attracted researchers attention, which is reverse osmosis (RO).(1) RO utilizes the semi-permeable membrane as a filter, which allows the water or relatively small molecules pass through itself, but prevents the large molecules or ions from penetrate. This technology significantly reduced the energy consumption compared to the distillation methods and quickly takes more than 60 percent of the total installed desalination capacity.(2) The performance of RO technology strongly depends on the material of membranes plays an important role. In the past decades, polymers, for instance polyamide and cellulose acetate, dominate the semi-permeable membrane RO industry for their good salt rejection efficiency and low cost of energy consumption. However, even with the advantages of polymer membranes, the final cost of produced water is still high. That s why fresh-water resource still remain the concern. Since the first time that graphene was produced from graphite, it caught researcher’s attention all over the world for its ultra-thin 2D structure, excellent conductivity and transparency, etc. Soon after, graphene and its derivatives, such as graphene oxide and reduced graphene oxide, exhibit potential in desalination due to their thin 2D structure and expandability.(3) This work explores the possibility of application of graphene derivatives in a relatively practical desalination process. In the present project, GO (by the Hammer method), RGO (from heating in air atmosphere) and cellulose acetate membranes with GO and RGO were produced. Desalination tests were also performed for samples produced by systematically varying different parameters of GO, RGO and fabrication of cellulose acetate membranes.

[pt] Esta pesquisa avaliou a resistência a corrosão de revestimentos de base em resina epóxi, reforçada com 0,1% wt e 0,5% wt de óxido de grafeno reduzido (rGO), aplicado sobre um substrato em aço carbono AISI 1020. Como teste de corrosão foi aplicado testes de imersão em solução com 3,0% wt de NaCl saturadas com CO2, em um vaso de pressão a 70 bar na temperatura de 40 ᵒC, por 528 h. Os revestimentos foram avaliados por teste de aderência (Pull Off), microdureza (Dureza Shore D) e caracterizado por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) quanto a qualidade de ancoragem do revestimento ao substrato, porosidade e espessura, para a análise de existência de pites na superfície do substrato metálicos foi utilizada microscopia ótica (MO). Os resultados obtidos evidenciaram que os revestimentos nas três condições, como recebido, aditivados com 0,1% wt e 0,5% de rGO tiveram a mesma eficiência na proteção do substrato metálico, todos igualmente, evitaram a formação de pites nas condições de testes propostas. Para adição de 0,1% wt de rGO ocorreu refinamento dos poros e a adição de 0,5% wt promoveu drástica redução da densidade de poros. A adição do rGO não influenciou na Dureza Shore D dos revestimentos. Para pré teste de corrosão, o revestimento com 0,1% wt de rGO obteve maior densidade de poros e menor valor de dureza, seguido pelo 0,0% wt e posterior 0,5% wt de rGO. Para pós testes de corrosão a ordem é invertida. Os resultados pós testes de corrosão indicaram que a porosidade possibilitou a permeação da solução nos revestimentos, e está relacionada com as bolhas e empolamentos, que influenciaram na dureza. A adição de 0,1% wt e 0,5% wt de rGO não influenciou na ancoragem dos revestimentos, obtendo boa acomodação nas irregularidades da superfície metálica do substrato. / [en] This research evaluated the corrosion resistance of an epoxy resin-based coat, reinforced with 0.1 and 0.5 wt% of reduced graphene oxide (rGO), applied to AISI 1020 carbon steel. Immersion tests in aqueous solution with 3.0 wt% NaCl saturated with CO2, in a pressurized cell at 70 bar at 40⁰C, for 528 h. The coating was evaluated by Pull-Off Test, microhardness (Shore D hardness), and Scanning Electron Microscopy (SEM). The quality of the coating anchoring to the substrate, porosity, and thickness was evaluated. The presence of pits on the surface of the metallic substrate was assessed by Optical Microscopy (OM). The results obtained indicated that the addition of rGO contributed to greater corrosion resistance and provided better structural integrity to the coating. The results obtained showed that the coatings under the three conditions, as received and 0.1 and 0.5wt% rGO additions had the same efficiency in protecting the metallic substrate, avoiding pitting. Pore refinement occurred for 0.1wt % rGO, and the addition of 0.5wt% promoted a drastic reduction in pore density. The addition of rGO did not influence on the Shore D Hardness of the coatings. For a precorrosion test, the coating with 0.1wt% of rGO obtained higher pore density and lower hardness value, followed by 0 wt% and later 0.5 wt% of rGO. For the post corrosion test, the order is reversed. The results of the post corrosion test indicated that the porosity allowed the permeation of the solution in the coatings and is related to the bubbles and blistering, which influenced the hardness. The addition of 0.1 and 0.5 wt% or rGO did not affect the coating anchoring, obtaining reasonable accommodation in the irregularities of the substrate metallic surface.

Este trabalho consiste na síntese, caracterização físico-química e eletroquímica de catalisadores de Pt, bimetálicos de PtRu e trimetálicos de PtRuMo suportados em grafeno (GF) e grafeno funcionalizado com amônia (GFN), comparados com seus homólogos comerciais suportados em carbono Vulcan E-Tek (C-Etek), avaliando o desempenho da reação de oxidação de hidrogênio (ROH) na presença de CO (ROH/CO) para ânodos em células a combustível tipo PEM. A finalidade desta tese consistiu em entender as propriedades físicas e eletroquímicas do suporte de grafeno e grafeno funcionalizado, o seu papel na atividade catalítica, com o objetivo de melhorar o desempenho, estabilidade e durabilidade dos catalisadores na ROH e ROH/CO, com o intuito de obter catalisadores mais homogêneos, eficientes e duráveis comparados com seus homólogos suportados em carbono Vulcan. Na síntese e avaliação dos catalisadores de Pt, PtRu e PtRuMo, a eficiência no ânodo foi determinada de acordo com as variáveis a saber: o método de síntese, efeito do segundo metal e o tipo de suporte como C-Etek, GF e GFN. As propriedades físicas de cada catalisador, como sua estrutura, tamanho médio de cristalito, composição mássica e atômica dos metais e seus estados de oxidação foram determinadas mediante diferentes técnicas de caracterização, como difração de raios X (XDR), análise termogravimétrica (TGA), energia dispersiva de raios X (EDX), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS), microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e espectroscopia de absorção de raios X (XAS). Testes de desempenho e estabilidade foram realizados em célula unitária mediante curvas de polarização, as quais determinaram para cada catalisador sua eficiência na oxidação de H2, com e sem contaminação com CO, no ânodo em condições reais de operação. Os catalisadores também foram avaliados em medidas de meia célula por voltametria cíclica e strinpping de CO, assim como testes de envelhecimento acelerado (TEA) para determinar a estabilidade dos catalisadores após de longos tempos de operação (5000 ciclos Vs. ERH), acompanhando a mudança na área eletroativa dos mesmos. Os catalisadores de Pt-Ru e Pt-Ru-Mo suportados sobre GNF apresentaram melhor desempenho na ROH/CO, assim como a melhor estabilidade após 5000 ciclos. / This work consists in the synthesis of Pt, bimetallic PtRu and trimetallic PtRuMo catalysts supported on graphene (GF) and ammonia functionalized graphene (GFN), being determined their physical and electrochemical properties to be compared with their commercial catalysts Pt/C-Etek and PtRu/C-Etek. The synthetized catalysts were tested and compared the performance for the hydrogen oxidation reaction (ROH) in the presence of CO for anodes in PEM-type fuel cells. The objective consisted in understanding the effect of the Pt-M1-M2 alloy and the role of different type of graphene support in the catalytic activity of ROH/CO, with the aim of improving the performance, stability and durability of the catalyst. The performance of the catalysts of Pt, PtRu and PtRuMo was determined according to the variables: synthesis method, second metal effect and support effect (C-Etek, GF and GFN). The physical properties of each catalyst such as mean particle size, element content, oxidation states and Pt band changes were determined by different characterization techniques, such as X-ray diffraction (XDR), thermogravimetric analysis (TGA), dispersive energy of X-ray (EDX), X-ray excited photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray absorption spectroscopy (XAS). Tests of performance and stability in unit cell were carried out by polarization curves and cyclic voltammetries, which determined the efficiency and tolerance of ROH/CO reaction in the anode, under real operating conditions. The catalysts were also evaluated in half cell measurements by cyclic voltammetry and CO stripping, as well as accelerated aging tests (TEA) to determine the stability of the catalysts after long operating times (5000 cycles Vs. ERH), following the change in their electroactive area. Pt-Ru and Pt-Ru-Mo catalysts supported on GNF showed bests ROH/CO performance, as well as better stability after 5000 cycles.

[pt] Esta Tese consiste na pesquisa, dimensionamento e desenvolvimento de estruturas de microondas que utilizam grafeno e nanotubos de carbono como componente fundamental. São apresentadas aplicações em dispositivos de micro-ondas e no domínio óptico, tais como filtros, conversores de frequência, antenas de microondas, absorvedores de microondas etc. Também são apresentados os resultados dos testes realizados em todos os dispositivos desenvolvidos. Alguns dispositivos contém inovações ainda não reportadas na literatura. / [en] This Thesis consists inthe research, dimensioning and design of microwave structures that use graphene and carbon nanotubes as fundamental component. Applications are presented in microwave devices and in the optical domain, such as filters, frequency converters, microwave antennas, microwave absorber etc. Besides that, the results of the tests performed in all designed devices are presented. Some devices have innovations not yet reported in the literature.

A doença cardíaca valvar é um problema clínico que está presente em todos os países independente do nível de desenvolvimento econômico. Anualmente são realizadas mais de 275.000 cirurgias para substituição da válvula aórtica em todo o mundo e a estimativa é que esse número triplique até 2050. Dentre as próteses utilizadas destaca-se a bioprótese, que apesar de apresentar uma rejeição menor que a prótese mecânica, a sua durabilidade é reduzida em virtude de sua calcificação e posterior deterioração. A fim de aumentar a durabilidade da prótese confeccionada a partir do pericárdio bovino, neste estudo, foi incorporado o óxido de grafeno funcionalizado com amino-polietilenoglicol 4.000 Mn (OG-PEG-NH2 4.000 Mn) e 6.000 Mn (OG-PEG-NH2 6.000 Mn) ao biomaterial. A incorporação do óxido de grafeno funcionalizado ao pericárdio bovino foi realizada, após sua esterilização com radiação gama, de duas formas distintas: por adsorção física e por reação química. Os resultados demonstraram que houve a incorporação do OG-PEG-NH2 4.000 Mn, verificado pelo aumento dos parâmetros de ensaio de resistência analisados, como por exemplo, a resistência à deformação plástica permanente e também a carga máxima suportada. Em relação ao OG-PEG-NH2 6.000 Mn houve uma melhora na biocompatibilidade do nanomaterial, diminuindo a sua citotoxicidade. Sendo assim, pode-se concluir que o OG-PEG-NH2 4.000 Mn possui o potencial para melhorar a resistência mecânica e consequentemente aumentar a durabilidade do biomaterial. / Valvular heart disease is a clinical problem that is present in all countries regardless of the level of economic development. More than 275000 surgeries are performed annually for aortic valve replacement worldwide, and it is estimated that this number will triple by 2050. Among the prostheses used, the bioprosthesis stands out, which, although presenting a smaller rejection than the mechanical prosthesis, its durability is reduced by cause of its calcification and subsequent deterioration. In order to increase the durability of the prosthesis made from the bovine pericardium, the functionalized graphene oxide with amino-polyethylene glycol 4000 Mn (OG-PEG-NH2 4000 Mn) and 6000 Mn (OG-PEG-NH2 6000 Mn) to the biomaterial. The incorporation of functionalized graphene oxide to the bovine pericardium was performed, after its sterilization with gamma radiation, in two different ways: physical adsorption and chemical reaction. The results showed that the OG-PEG-NH2 4000 Mn was incorporated, verified by the increase of the resistance test parameters analysed, for example, the resistance to permanent plastic deformation and also the maximum supported load. In relation to OG-PEG-NH2 6000 Mn there was an improvement in the biocompatibility of the nanomaterial, reducing its cytotoxicity. Thus, it can be concluded that the OG-PEG-NH2 4000 Mn has the potential to improve mechanical strength and consequently increase the durability of the biomaterial.