[pt] Nesta tese descrevemos a preparação de grafeno, puro e dopado com boro, de camadas simples como também a produção de duas ou mais camadas de grafeno. O processo de transferência para outros substratos é discutido objetivando aplicações futuras. Descrevemos também a caracterização morfológica utilizando a microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM). Espectroscopia Raman e por fotoelétrons induzidas por raios x (XPS) foram utilizadas para detectar e quantificar a dopagem com boro em amostras crescidas sobre substratos de cobre e transferidas para substratos de quartzo. Os resultados indicaram que a temperatura, pressão e tempo de crescimento são de fundamental importância para a síntese de grafeno, tendo sido realizado um estudo para formação a diferentes temperaturas, pressões e tempos de crescimento. Análises por XPS e por Raman indicaram que a maioria das amostras foram dopadas com boro de forma substitucional, apresentando também outros tipos de ambientes químicos na amostra, além das bandas G e 2D terem se deslocado para vermelho, que é um indicativo de dopagem. / [en] This thesis describes the preparation of pure and boron doped single layer graphene but, also graphene of two or more layers. The process of transfer to other substrates is discussed aiming future applications. We also describe the morphological characterization using field emission scanning electron microscopy (FESEM). Raman spectroscopy and x-ray induced photoelectron spectroscopy (XPS) were used to detect and quantify the doping with boron in the samples grown on copper substrate and transferred onto quartz substrates. The results indicated that the temperature, pressure and time of growth are crucial for graphene synthesis and we conducted a study in order to test different synthesis conditions: temperatures, pressures and times of growth. Analysis by XPS and Raman spectroscopy indicated that the majority of the samples were doped with boron in a substitution manner, also presenting other types of chemical environments in the sample in addition to the G and 2D bands had shifted to red, which is indicative of doping.

Orientadores: Vitor Baranauskas, Helder José Ceragioli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T01:34:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_ThiagoFranchiPereirada_D.pdf: 9373432 bytes, checksum: 13a36b35d789088396a134f65246b3a9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Células solares orgânicas e inorgânicas representam uma excelente alternativa como fonte de energia renovável. Este trabalho consiste em aplicar nanoestruturas de carbono obtidas pela técnica HFCVD (Hot Filament Chemical Vapour Deposition) como componentes utilizados na construção e melhoria de células solares orgânicas (organic photovoltaics - OPVs) e células sensibilizadas por corante (dye-sensitized cells - DSCs). Foi obtido óxido de grafeno reduzido (rGO), carbono tipo diamante (DLC - diamondlike carbon) e diamante condutor nanoestruturado. Estes materiais foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (SEM-FEG), microscopia de transmissão de alta resolução (HRTEM), espectroscopia Raman e análise termogravimétrica (TGA). O rGO foi empregado na construção das células DSC misturado na pasta de TiO2 em diferentes concentrações, produzindo o aumento de fotocorrente gerada e, consequentemente, o rendimento. O mesmo material foi empregado nas OPVs, em diferentes concentrações, para a substituição do fulereno PCBM (1-(3-metoxicarbonil)-propil-1-1-fenil- (6,6)metanofulereno) e também em conjunto com o fulereno, sendo observada também a melhoria no desempenho dos dispositivos em função da concentração. Com finalidade de substituir os contraeletrodos das células DSC, carbono tipo diamante foi depositado em substrato de alumínio (Al) e diamante condutor nanoestruturado depositado em substratos de nióbio (Nb). As células com contraeletrodos de Al com filme de DLC apresentaram sensibilidade à luz, com possibilidade de aplicação em sensores ópticos, enquanto as células com contraeletrodos de Nb com filme de diamante condutor apresentaram excelente desempenho, tornando possível a substituição dos contraeletrodos de platina / Abstract: Organic and inorganic solar cells comprise a promising solution as a renewable energy source. This work consists of applying carbon nanostructures obtained by HFCVD technique (Hot Filament Chemical Vapour Deposition) as components used in the construction and improvement of organic solar cells (organic photovoltaics - OPVs) and dye sensitized cells (dye-sensitized cells - DSCs). Reduced graphene oxide (rGO), carbon diamond-like (DLC - diamond- like carbon) and nanostructured conductor diamond was obtained. These materials were characterized by scanning electron microscopy (SEM-FEG), high resolution transmission microscopy (HRTEM), Raman spectroscopy and thermal gravimetric analysis (TGA). Reduced graphene oxide was used for the construction of the DSC cell at the TiO2 layer mixed in different concentrations, producing an increase in photocurrent generated and thus conversion efficiency. The same material was used in the OPVs at different concentrations for the replacement of fullerene PCBM (1- (3-methoxycarbonyl) -propyl-1-1-phenyl- (6,6) metanofulereno) and with the fullerene was also observed improvement in performance of the devices as a function of concentration. With aim of replacing the counterelectrode of DSCs cells, diamond-like carbon was deposited on aluminum substrate (Al) and nanostructured conductive diamond deposited on niobium (Nb) substrates. Cells with Al/DLC counterelectrode showed sensitivity to light, with the possibility of application in optical devices while cells with Nb/nanostructured conductive diamond counterelectrode showed excellent performance, with possibility to replace platinum counterelectrodes / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Lauro Tatsuo Kubota / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T13:04:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Camargo_MaiuiNagaoLindqquerde_M.pdf: 3614340 bytes, checksum: 6d1263c93417d379a0c3010830acb5e6 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho visa demonstrar como o grau de redução do óxido de grafeno eletroquimicamente reduzido (ERGO) pode ser modulado dependendo das condições experimentais utilizadas para se fazer a redução eletroquímica, e como ele influencia nas propriedades eletroquímicas do material final. Esta influência pôde ser constatada por medidas eletroquímicas, de espectroscopia Raman e de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS). Através de experimentos eletroquímicos feitos na presença da sonda de ferri/ferrocianeto de potássio, foi possível demonstrar que os eletrodos de ouro modificados com os ERGOs com maiores graus de redução se comportam eletroquimicamente de maneira similar ao não modificado, e portanto, a redução dos grupos oxigenados da superfície do material é importante para que essa similaridade seja atingida. No entanto, essa sonda não permite monitorar o balanço entre grupos oxidados e reduzidos e para fazer isso, foi escolhida uma sonda eletroativa sensível aos grupos oxigenados. Análises feitas na presença de ?-nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH) demonstraram que grupos funcionais oxigenados essenciais para a oxidação dessa espécie estavam diminuindo na superfície do material com o aumento do grau de redução deste. Os espectros de Raman e de XPS também confirmaram essa informação. Além disso, a capacidade adsortiva do ERGO foi testada utilizando o corante Azul de Meldola. Novamente, o grau de redução do ERGO teve papel fundamental, uma vez que interações ?-? ou eletrostáticas podem ser favorecidas entre o ERGO e o corante, dependendo do grau de redução do primeiro, implicando em propriedades distintas dos materiais frente a oxidação de NADH / Abstract: This work aims to demonstrate how the extent of reduction of the electrochemically reduced graphene oxide (ERGO) can be modulated depending on the experimental conditions used for performing the electrochemical reduction, and how it influences on the electrochemical properties of the final material. This influence can be verified by electrochemical, Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements. By means of electrochemical experiments carried out in the presence of the ferro/ferricyanide probe, it was possible to demonstrate that the gold electrodes modified with the ERGOs with higher extents of reduction behave electrochemically in a similar manner to the non-modified, and therefore, the reduction of the oxygenated groups on the surface of the material is important for this similarity to be reached. However, this probe does not permit the monitoring of the balance between oxidized and reduced groups and to do so, an electroactive probe sensitive to the oxygenated groups was chosen. Analyses done in the presence of ?-nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) enabled the conclusion that the oxygenated functional groups essential for the oxidation of this species decreased on the surface of the material with the increase of the extent of reduction. The Raman and XPS spectra also confirmed this information. Apart from this, the adsorptive capacity of the ERGO was tested using the dye Meldola's Blue. Once again, the extent of reduction of the ERGO had a fundamental role, since ?-? or electrostatic interactions can be favoured to occur between the ERGO and the dye, depending on the extent of reduction of the former, leading to distinct properties of the materials regarding NADH oxidation / Mestrado / Quimica Analitica / Mestra em Química

Orientador: Oswaldo Luiz Alves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T15:35:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_AnaCarolinaMazarinde_D.pdf: 5504556 bytes, checksum: ff8566e313e82701925549e2ecd544ab (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O óxido de grafeno (GO) é uma forma quimicamente modificada de grafeno que possui grupos funcionais contendo oxigênio (epóxi, carboxila, carbonila, e hidroxila) distribuídos sobre a base e as bordas de suas folhas. Devido à abundância dos grupamentos oxigenados, o GO tem sido usado como uma plataforma para suportar e estabilizar nanoestruturas metálicas, tais como nanopartículas de prata (NPAgs), visando aplicações biológicas. Além disso, devido à sua excelente capacidade de dispersão e elevada área superficial, o GO tem sido considerado uma carga promissora para a construção de compósitos poliméricos. Neste trabalho, relatamos a síntese do GO e dos nanocompósitos de óxido de grafeno funcionalizado com NPAgs (GO-Ag) os quais podem ser utilizados como agentes antibacterianos de amplo espectro. O GO foi sintetizado por meio do método de Hummers modificado, e o GO-Ag foi preparado através da redução in situ dos íons de prata por citrato de sódio. As folhas de GO foram funcionalizadas com NPAgs esféricas de diâmetro médio de 9,4 nm. Estes nanocompósitos exibiram excelente atividade antimicrobiana contra as principais bactérias em ambiente hospitalar, tais como Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Acinetobacter baumannii, e Staphylococcus aureus resistente à meticilina. Os nanocompósitos GO-Ag também foram aplicados como eficazes agentes antimicrobianos a fim de evitar a proliferação bacteriana em membranas de micro e ultrafiltração. Neste sentido, membranas antimicrobianas de acetato de celulose (CA) foram fabricadas a partir da incorporação de GO e GO-Ag na matriz polimérica (CA-GOAg). Após a funcionalização, as membranas permeáveis modificadas com GO-Ag foram capazes de inativar cerca de 90% das células de E. coli em comparação com as membranas de CA não modificadas. Os resultados sugerem que a incorporação de nanocompósitos GO-Ag é uma abordagem promissora para controlar o desenvolvimento da adesão bacteriana em membranas de purificação de água. Com relação à demanda de novos materiais com elevada estabilidade e com capacidade de proteção contra radiação ultravioleta (UV), foram fabricados filmes compósitos transparentes a partir de acetato de celulose e óxido de grafeno. A caracterização físico-química revelou que as folhas de GO estão bem dispersas por toda a matriz polimérica, proporcionando filmes compósitos lisos e homogêneos. Em comparação com os filmes pristinos de CA, os filmes compósitos exibiram melhor capacidade de proteção contra radiação UV combinado com transparência óptica à luz visível, o que reforça a sua aplicação como revestimentos transparentes com proteção UV para alimentos, produtos farmacêuticos, biomédicos, e produtos eletrônicos / Abstract: Graphene oxide (GO) is a chemically modified form of graphene that possesses oxygen-containing groups (epoxy, carboxyl, carbonyl, and hydroxyl) distributed on the plane and edges of the sheets. Owing to the abundance of oxygenated groups, GO has been used as a platform to support and stabilize metallic nanostructures such as silver nanoparticles (AgNPs), aiming biological applications. In addition, GO has been considered a promising material for building polymeric composites because of its excellent dispersibility and high surface area. In this work, we report the synthesis of GO and GO functionalized with AgNPs (GO-Ag) for use as a broad-spectrum antibacterial agent. GO was synthesized through the modified Hummers method, and the GO-Ag was prepared through the in situ reduction of silver ions by sodium citrate. Spherical AgNPs with average size of 9.4 nm were found well-dispersed throughout the GO sheets. This nanocomposite exhibited excellent antimicrobial activity against common nosocomial bacteria such as Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Acinetobacter baumannii, and methicillin-resistant Staphylococcus aureus. GO-Ag nanocomposites were also applied as an effective antimicrobial agent in order to prevent the bacterial proliferation on micro and ultrafiltration membranes. Cellulose acetate (CA) membranes were then fabricated from the incorporation of GO and GO-Ag into the polymeric matrix (CA-GOAg). After functionalization, the permeable CA membranes modified with GO-Ag were able to inactivate mostly 90% of E. coli cells compared to the non-modified CA membranes. The results suggest that the incorporation of GO-Ag nanocomposites is a promising approach to control biofouling development in water purification membranes. Concerning the demand for novel ultraviolet shielding materials with high stability, transparent and UV-shielding composite films were fabricated by casting a mixture of GO with cellulose acetate (CA). The physicochemical characterization revealed that GO sheets were well-dispersed throughout the polymeric matrix, providing smooth and homogeneous composite films. By comparison with pristine CA films, the composite films displayed an improved UV-shielding capacity combined with optical transparency under visible light, which underscores their application as transparent UV-protective coatings for food, pharmaceutical, biomedical, and electronic products / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutora em Ciências

La pila de combustible de baja temperatura es una tecnología limpia y ecológica que permite la conversión directa de la energía química de un combustible, como hidrógeno o alcohol, en electricidad. Son varias las aplicaciones de esta tecnología y se están aplicando en sectores como automoción, industria naval, aeronaves no tripuladas, electrónica de consumo, etc. Para el uso masivo de esta tecnología son necesarias mejoras en el diseño del electrolito, monocelda y stack; lo que constituye el objetivo principal de este proyecto. Las membranas electrolito deben cumplir condiciones muy específicas, como buena estabilidad mecánica y química. Las que actualmente se encuentran en el mercado presentan inconvenientes como crossover y elevado coste. Para superar estas desventajas, en este trabajo se ha desarrollado y aplicado una metodología que permite establecer un procedimiento para diseñar membranas con propiedades específicas optimizadas. Así, uno de los objetivos del presente estudio es correlacionar las propiedades dieléctricas, la dinámica molecular y la conductividad con la composición de la membrana para predecir su comportamiento. Por esta razón, se han preparado y caracterizado membranas compuestas de alcohol polivinílico con masas moleculares distintas, entrecruzadas con ácido sulfosuccínico, a las que se les ha añadido distintas proporciones de óxido de grafeno. Una vez analizada su estructura química final por medio de espectroscopía infrarroja, su morfología superficial mediante microscopía electrónica de transmisión y sus propiedades y estabilidad térmica por calorimetría diferencial de barrido y análisis termogravimétrico, se estudió y modelizó su comportamiento eléctrico. Para ello, se determinaron las corrientes de polarización/despolarización y los espectros de relajaciones dieléctricas con el fin de obtener la capacidad de transferencia iónica, la movilidad molecular, la conductividad eléctrica y protónica y establecer el mecanismo que gobierna la movilidad de los protones a través del electrolito. Las monoceldas que se prepararon con las membranas compuestas se ensayaron con hidrógeno/oxígeno. Asimismo, estas membranas se evaluaron con metanol/oxígeno en la ETSIAE de la UPM, en el marco de los proyectos del Ministerio de Economía y Competitividad DOME-POL(ENE2011-28735-C02-01) y POLYCELL(ENE2014-53734-C2-1-R). De este modo, se fijó la concentración óptima de metanol, se obtuvieron las curvas características de voltaje y los valores de máxima potencia para cada electrolito. Al mismo tiempo, se ensayó una membrana comercial de Nafion117, que se tomó como referencia. Las curvas de voltaje-intensidad se modelizaron aplicando un modelo 0D, teniendo en cuenta los mecanismos dominantes de pérdidas de voltaje y aplicando la simplificación de Tafel. Los parámetros más significativos se relacionaron con la estructura y propie-dades del electrolito. Basándose en los resultados obtenidos para el electrolito y la monocelda, se ha diseñado un sistema de stack con las prestaciones necesarias para alimentar un motor brussless, que sustituye a un motor de combustión interna en una maqueta de camión teledirigido. Para ello, se diseñó una celda unitaria con el programa Solidworks. Los patrones de flujo de la placa bipolar, se evaluaron mediante las pérdidas de carga que se obtuvieron por simulaciones. También se llevó a cabo la selección de materiales más adecuados para la construcción de la celda, que se elaboró en placas de grafito laminado. Además, se determinó su potencia máxima para el sistema metanol/oxígeno. Con estos resultados se calculó el tamaño y número de celdas del stack y se seleccionaron los elementos auxiliares a partir de los cauda-les de fluido necesarios. Con todo ello, se ha contribuido a optimizar el diseño de los electrolitos, monoceldas y stacks para pilas de combustible de intercambio protónico con el fin de impulsa / The low temperature fuel cell is a clean and ecological technology that allows the direct conversion of the chemical energy of a fuel, such as hydrogen or alcohol, into electricity. There are several applications of this technology and they are being applied in sectors such as automotives, naval industry, unmanned aircrafts, consumer electronics, etc. For the massive use of this technology, improvements are needed in the design of the electrolyte, cell and stack; what constitutes the main objective of this project. The electrolyte membranes must meet very specific conditions, such as good mechanical and chemical stability. Those currently on the market have drawbacks such as crossover and high cost. To overcome these disadvantages, in this work has been developed and applied a methodology that allows to establish a procedure to design membranes with specific optimized properties. Thus, one of the objectives of the present study is to correlate dielectric properties, molecular dynamics and conductivity with the composition of the membrane to predict its behavior. For this reason, membranes composed of polyvinyl alcohol with different molecular masses, cross-linked with sulfosuccinic acid, with different proportions of graphene oxide have been prepared and characterized . Once analyzed its final chemical structure by means of infrared spectroscopy, its surface morphology by transmission electron microscopy and its properties and thermal stability by differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis, its electrical behavior was studied and modeled. For this reason, the polarization / depolarization currents and the dielectric relaxation spectra were determined in order to obtain the capacity of ionic transfer, the molecular mobility, the electrical and protonic conductivity and to establish the mechanism that governs the mobility of the protons through the electrolyte. The monocells were equipped with the composite membranes and tested with hydrogen/oxygen. Also, these membranes were evaluated in another methanol / oxygen test bench of the ETSIAE of the UPM, within the framework of the projects of the Ministry of Economy and Competitiveness DOMEPOL (ENE2011-28735-C02-01) and POLYCELL (ENE2014 -53734-C2-1-R). In this way, the optimum concentration of methanol was fixed, the voltage characteristic curves and the maximum power values for each electrolyte were obtained. At the same time, a commercial membrane of Nafion117 was tested, which was taken as a reference. The voltage-intensity curves were modeled applying a 0D model, taking into account the dominant mechanisms of voltage losses and applying the simplification of Tafel. The most significant parameters were related to the structure and properties of the electrolyte. Based on the results obtained for the electrolyte and the single cell, a stack system has been designed with the necessary features to power a bruss-less motor, which replaces an internal combustion engine in a remote-controlled truck model. To do this, a unit cell was designed with the Solidworks program. The flow patterns of the bipolar plate were evaluated by the load losses that were obtained by simulations. The selection of the most suitable materials for the construction of the cell was also carried out, which was elaborated in laminated graphite plates. In addition, its maximum power for the methanol / oxygen system was determined. With these results, the size and number of cells in the stack were calculated and the auxiliary elements were selected from the necessary fluid flow rates. With all this, it has helped to optimize the design of electrolytes, cells and stacks for proton exchange fuel cells in order to boost this technology in a generalized way. / La pila de combustible de baixa temperatura és una tecnologia neta i ecològica que permet la conversió directa de l'energia química d'un combustible, com hidrogen o alcohol, en electricitat. Són diverses les aplicacions d'aquesta tecnologia i s'estan aplicant en sectors com automoció, indústria naval, aeronaus no tripulades, electrònica de consum, etc. Per a l'ús massiu d'aquesta tecnologia són necessàries millores en el disseny de l'electròlit, monocelda i stack; el que constitueix l'objectiu principal d'aquest projecte. Les membranes electròlit han de complir condicions molt específiques, com una bona estabilitat mecànica i química. Les que actualment es troben al mercat presenten inconvenients com crossover i elevat cost. Per superar aquestes desventaxes, en aquest treball s'ha desenvolupat i aplicat una metodologia que permet establir un procediment per dissenyar membranes amb propietats específiques optimitzades. Així, un dels objectius d'aquest estudi és correlacionar les propietats dielèctriques, la dinàmica molecular i la conductivitat amb la composició de la membrana per a predir el seu compor-tament. Per aquesta raó, s'han preparat i caracteritzat membranes compostes d'alcohol polivinílic amb masses moleculars diferents, entrecreuades amb àcid sulfosuccínic, a les quals se'ls ha afegit diferents proporcions d'òxid de grafè. Un cop analitzada la seva estructura química final per mitjà d'espectroscòpia infraroja, la seva morfologia superficial mitjançant microscòpia electrònica de transmissió i les seves propietats i estabilitat tèrmica per calorimetria diferencial d'escombrat i anàlisi termogravimètrica, es va estudiar i modelitzar el seu comportament elèctric. Per això, es van determinar les corrents de polarització / despolarització i els espectres de relaxacions dielèctriques per tal d'obtenir la capacitat de transferència iònica, la mobilitat molecular, la conductivitat elèctrica i protònica i establir el mecanisme que governa la mobilitat de els protons a través de l'electròlit. Les monoceldas es van equipar amb les membranes compostes i es van assajar amb hidrogen / oxigen. Així mateix, aquestes membranes es van avaluar en un altre banc d'assaig amb metanol / oxigen de la ETSIAE de la UPM, en el marc dels projectes del ministeri d'Economia i Competitivitat DOMEPOL (ENE2011-28735-C02-01) i POLYCELL (ENE2014 -53.734-C2-1-R). D'aquesta manera, es va fixar la concentració òptima de metanol, es van obtenir les corbes característiques de voltatge i els valors de màxima potència per a cada electròlit. Alhora, es va assajar una membrana comercial de Nafion117, que es va prendre com a referència. Les corbes de voltatge-intensitat es modelaren aplicant un model 0D, tenint en compte els mecanismes dominants de pèrdues de voltatge i aplicant la simplificació de Tafel. Els paràmetres més significatives es van relacionar amb l'estructura i propietats de l'electròlit. Basant-se en els resultats obtinguts per l'electròlit i la monocelda, s'ha dissenyat un sistema de stack amb les prestacions necessàries per alimentar un motor Bruss-less, que substitueix un motor de combustió interna en una maqueta de camió teledirígit. Per a això, es va dissenyar una cel·la unitària amb el programa Solidworks. Els patrons de flux de la placa bipolar, es van avaluar mitjançant les pèrdues de càrrega que es van obtenir per simulacions. També es va dur a terme la selecció de materials més adequats per a la construcció de la cel·la, que es va elaborar en plaques de grafit laminat. A més, es va determinar la seva potència màxima per al sistema metanol / oxigen. Amb aquests resultats es va calcular la mida i nombre de cel·les de l'stack i es van seleccionar els elements auxiliars a partir dels cabals de fluid necessaris. Amb tot això, s'ha contribuït a optimitzar el disseny dels electròlits, monoceldas i stacks per a piles de combustible d'intercanvi protònic p / González Guisasola, CF. (2018). Modelización del electrolito, monocelda y stack en pilas de combustible poliméricas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/102522 / TESIS

Orientador: Diogo Paschoalini Volanti / Resumo: O avanço na ciência e tecnologia de sensores de compostos orgânicos voláteis (VOCs) é importante para o desenvolvimento sustentável de materiais funcionais. A dissertação de mestrado refere-se à avaliação do uso de óxido de grafeno (GO, sigla em inglês) em óxido metálicos (OM) tipo-n (V2O5) e tipo-p (Co3O4) para melhorar a sensibilidade, a seletividade e o tempo de resposta dos sensores. O GO teve uma modificação sendo submetido a um processo oxidativo. Os OMs nano ou microestrurados foram preparados a partir de seus sais ou por processos de ressolubilização dos óxidos. Por fim, os compósitos GO-OM foram preparados após os percursores ficarem em suspensão com o GO por 24 horas. O GO aumentou a adsorção gasosa dos compostos resultando em maior seletividade e sensibilidade. Por outro lado, os principais benefícios das estruturas nano e microestrutruradas dos OMs seriam a maior área superficial do material resultando em melhores propriedades gasosas, resultando em mais sítios ativos para adsorção do oxigênio e das moléculas do gás analito. As respostas sensoras foram avaliadas na presença de diferentes concentrações (nas faixas de ppm e ppb) de VOCs (ex.: acetona, acetaldeído, etanol, metanol, benzeno, xileno e tolueno) em atmosfera seca. / Abstract: The advancement in science and technology of volatile organic compounds (VOCs) sensors is essential for the sustainable development of functional materials. The master's thesis refers to the evaluation of the use of graphene oxide (GO) in metallic oxides (OM) type-n (V2O5) and type-p (Co3O4) to improve sensitivity, selectivity and the response time of the sensors. The GO had a modification being subjected to an oxidative process. The nano or microstructured OMs were prepared from its precursors. Finally, the GO-OM composites were prepared after the precursors were in suspension with the GO for 24 hours. The GO increased the gaseous adsorption of the compounds resulting in greater selectivity and sensitivity. On the other hand, the main benefits of the nanostructured and micro-structured structures of OMs would be the greater surface area of the material resulting in better gaseous properties, resulting in more active sites for adsorption of oxygen and analyte gas molecules. The sensory responses were evaluated in the presence of different concentrations (in the ppm and ppb ranges) of VOCs (e.g., acetone, acetaldehyde, ethanol, methanol, benzene, xylene and toluene) in a dry atmosphere. / Mestre

[ES] La propuesta de uso de sustratos cerámicos, tipo baldosa, como parte de un sistema fotovoltaico integrado y de almacenamiento de energía para edificaciones resulta muy interesante desde la perspectiva de generar edificios autosustentables energéticamente, reducir el consumo de combustibles fósiles y la correspondiente huella de carbono. La fabricación de sustratos cerámicos con superficies funcionalizadas con celdas solares y supercapacitores es aún limitada. Los principales inconvenientes están relacionados con la falta de conductividad y alta rugosidad superficial que presentan este tipo de sustratos. En esta investigación se propone la fabricación de celdas solares del tipo unión p-n y de electrodos híbridos para su uso en supercapacitores sobre la superficie metalizada de un sustrato cerámico utilizando métodos de inmersión y electrodeposición. Siendo el principal objetivo el diseño y fabricación sostenible de materiales cerámicos multifuncionales para la generación y almacenamiento de energía eléctrica de baja potencia. Se ha evaluado el efecto de las condiciones de activación del catalizador de paladio en la síntesis del recubrimiento metálico de Ni-Mo-P, sobre un sustrato cerámico, por reducción química autocatalítica (electroless), así como, la aplicación de tratamientos térmicos posteriores. Además se ha estudiado, sobre dos tipos de sustratos, incluyendo el sustrato cerámico metalizado, el comportamiento electroquímico que presenta la combinación de polipirrol y óxido de grafeno en la fabricación de un electrodo híbrido, para su uso en un supercapacitor; y el comportamiento fotoeléctrico que presenta la unión de óxido de zinc y óxido cuproso, para la fabricación de una celda solar del tipo unión p-n. Los resultados obtenidos muestran que las condiciones de activación del catalizador de paladio y la aplicación de un tratamiento térmico producen cambios en las características morfológicas y en las propiedades mecánicas, eléctricas y de adherencia del recubrimiento de Ni-Mo-P. Un balance entre las propiedades eléctricas, mecánicas y de adherencia del recubrimiento de Ni-Mo-P se consigue a bajas condiciones de activación del catalizador (300 ºC por 12 h). Además, se estableció que la aplicación de un tratamientos térmico (160 ºC por 16 h) en condiciones de vacío mejoran las propiedades eléctricas y morfológicas del recubrimiento. La combinación de capas de polipirrol y de óxido de grafeno en la fabricación del electrodo híbrido del supercapacitor, sobre los sustratos de fibra de carbono y el cerámico metalizado, muestra un comportamiento electroquímico. Se determina que existe una mejora en el crecimiento de la capa de polipirrol con la adición de una capa de óxido de grafeno reducido. El electrodo sobre el sustrato cerámico metalizado se determina un incremento de las propiedades electroquímicas del electrodo al reducir químicamente el óxido de grafeno. Los electrodos presentan una ciclabilidad a largo plazo. En este mismo sentido, las propiedades fotoeléctricas de la celda solar fabricada sobre el sustrato cerámico conductor presentaron una dependencia con la estructura superficial del recubrimiento de Ni-Mo-P y con las condiciones de electrodeposición de la capa de ZnO. Las celdas solares presentan considerables propiedades fotoeléctricas comparables con la literatura. Finalmente, se ha conseguido obtener un sustrato cerámico multifuncional con propiedades de generación y almacenamiento de energía eléctrica mediante la metalización del sustrato cerámico por el proceso de reducción química autocatalítica y la combinación de materiales como polipirrol, óxido de grafeno, óxido de zinc y óxido cuproso. Las propiedades fotoeléctricas y electroquímicas obtenidas son comparables con las que se reportan en la literatura, lo que resulta prometedor para trabajos futuros. / [CAT] La proposta d'ús de substrats ceràmics, tipus rajola, com a part d'un sistema fotovoltaic integrat i d'emmagatzematge d'energia per a edificacions resulta molt interessant des de la perspectiva de generar edificis autosostenibles energèticament, reduir el consum de combustibles fòssils i la corresponent petjada de carboni. La fabricació de substrats ceràmics amb superfícies funcionalitzades amb cel¿les solars i supercapacitors és encara limitada. Els principals inconvenients estan associats a la falta de conductivitat i alta rugositat que presenten aquest tipus de substrats. En aquesta tesi es proposa la fabricació de cel¿les solars del tipus unió p-n i d'elèctrodes híbrids per al seu ús en supercapacitors sobre la superfície metal¿litzada del substrat ceràmic utilitzant mètodes de Doctor Blade, immersió i electrodeposició. Sent el principal objectiu el disseny i fabricació sostenible de materials ceràmics multifuncionals per a la generació i emmagatzematge d'energia elèctrica de baixa potència. S'ha avaluat l'efecte de les condicions d'activació del catalitzador de pal¿ladi en el procés de metal¿lització per reducció química autocatalítica (electroless) del recobriment de Ni-Mo-P sobre el substrat ceràmic, així com l'aplicació o no de tractaments tèrmics posteriors. També s'estudia, sobre dos tipus de substrats, incloent el substrat ceràmic metal¿litzat, el comportament electroquímic que presenta la combinació d'un polímer conductor (polipirrol) i un nanomaterial de carboni (òxid de grafé) per a fabricar un elèctrode híbrid per al seu ús en un supercapacitors, igual que el comportament fotoelèctric que mostra l'òxid de zinc i l'òxid cuprós en la fabricació d'una cel¿la solar del tipus unió p-n. Els resultats obtinguts mostren que les condicions d'activació del catalitzador de pal¿ladi i l'aplicació d'un tractament tèrmic en el recobriment de Ni-Mo-P sobre el substrat ceràmic produeixen canvis en les característiques morfològiques i en les propietats mecàniques, elèctriques i d'adherència del recobriment. S'aconsegueix un balanç entre les propietats elèctriques, mecàniques i d'adherència del recobriment de Ni-Mo-P amb condicions baixes d'activació del catalitzador (300 °C per 12 h). A més, es va establir que l'aplicació d'un tractament tèrmic (160 °C per 16 h) en condicions de buit milloren les propietats elèctriques i morfològiques del recobriment. La combinació de polipirrol i òxid de grafé en la fabricació de l'elèctrode híbrid del supercapacitors, sobre els substrats de fibra de carboni i el ceràmic metal¿litzat, mostra un comportament electroquímic. Es determina que existeix una millora en el creixement del polipirrol amb l'addició d'òxid de grafé reduït. D'altra banda, en l'elèctrode sobre el substrat ceràmic metal¿litzat es determina un increment de les propietats electroquímiques de l'elèctrode en reduir químicament l'òxid de grafé. Els elèctrodes presenten una ciclabilitat a llarg termini. En aquest mateix sentit, les propietats fotoelèctriques de la cel¿la solar fabricada sobre el substrat ceràmic conductor van presentar una dependència amb l'estructura superficial del recobriment de Ni-Mo-P i amb les condicions de electrodeposició de la capa de ZnO. Les cel¿les solars presenten considerables propietats fotoelèctriques comparables amb la literatura. Finalment, s'ha aconseguit obtindre un substrat ceràmic multifuncional amb propietats de generació i emmagatzematge d'energia elèctrica mitjançant el procés de reducció química autocatalítica per a metal¿lització del substrat ceràmic i la combinació de materials com polipirrol, òxid de grafé, òxid de zinc i òxid cuprós. Les propietats fotoelèctriques i electroquímiques obtingudes són comparables amb les indicades en la literatura, el que resulta prometedor per a treballs futurs. / [EN] energy storage system for buildings is very interesting from the perspective of generating self-sustaining energy buildings, reducing the consumption of fossil fuels and the corresponding carbon footprint. The fabrication of functional ceramics towards photovoltaics and energy storage is still limited. The main drawbacks in this respect are associated with the lack of conductivity and high roughness of this kind of substrates. This thesis proposes the fabrication of p-n heterojunction solar cells and hybrid electrodes for supercapacitors based on ceramic substrates by modifying the surface of the substrates by using metallization, dip-coating and electrodeposition methods. The main objective is the design and sustainable fabrication of multifunctional ceramic materials for the generation and storage of low power electrical energy. The metallization of the ceramic substrate with a Ni-Mo-P coating by using electroless method in varying activation conditions of the palladium catalyst as well as the annealing treatment have been evaluated. The electrochemical behavior of a hybrid coating based on conductive polymer (polypyrrole) and carbon nanomaterial (graphene oxide) deposited at the surface of ceramic substrate as well as a conductive substrate was evaluated for the fabrication of hybrid electrode for supercapacitors while the photoelectric behavior exhibited by zinc oxide and cuprous oxide at the surface of ceramic substrate and varying conductive ones was evaluated for in the manufacture of a p-n heterojunction solar cell. The results obtained show that the activation conditions of the palladium catalyst and the application of an annealing treatment produce changes in morphological characteristics and mechanical, electrical and adhesion properties in the electroless Ni-Mo-P coating. A balance between the electrical, mechanical and adhesion properties of the Ni-Mo-P coating is achieved with low catalyst activation conditions (300 °C for 12 h). In addition, the application of annealing treatment (160 ºC for 16 h) under vacuum conditions improves the electrical and morphological properties of the coating. The combination of polypyrrole and graphene oxide in the fabrication of hybrid supercapacitor electrodes, both on the carbon fiber substrates and the metallic ceramic, shows a good electrochemical behavior. It is determined that there is an improvement in the growth of polypyrrole with the addition of reduced graphene oxide. On the other hand, reduction of graphene oxide results in enhancing the electrochemical properties of the metallized ceramic electrode. The electrodes have long-term cyclability. In this way, the photoelectric properties of the solar cell manufactured on the conductive ceramic substrate showed a dependence with the surface structure of the Ni-Mo-P coating and with the electrodeposition conditions of the ZnO layer. Solar cells have photoelectric properties comparable to the literature. Finally, it has been possible to obtain a multifunctional ceramic substrate with potential properties for generation and storage of electric energy through the electroless method to metallize a ceramic substrate and the combination of materials such as polypyrrole, graphene oxide, zinc oxide and cuprous oxide. Photoelectric and electrochemical properties obtained are comparable with those reported in the literature, which is promising for future work. / Este trabajo ha sido desarrollado en el Instituto de Tecnología de Materiales y en el Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la Universitat Politècnica de València, mediante la beca de la Secretaría de Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación (SENESCYT) de Ecuador, Convocatoria Docentes Universitarios, 2015. / Rosas Laverde, NM. (2020). Diseño sostenible de materiales cerámicos multifuncionales para el suministro eléctrico de baja potencia [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/140554 / TESIS

El Proceso Analítico Total (Total Analytical Process, TAP) es la metodología general utilizada en todos los laboratorios analíticos para la determinación de compuestos químicos y bioquímicos y está formado, además de otras, por dos etapas fundamentales: (i) la preparación de la muestra, y (ii) la separación/detección. Cuando se ha de seleccionar un método para la realización de un determinado análisis se ha de considerar, entre otros, la matriz de la muestra, así como el nivel de concentración de los analitos. Con el objetivo de solucionar problemas analíticos encontrados en las metodologías actuales y/o determinar concentraciones cada vez más bajas de los analitos de interés en matrices cada vez más complejas, resulta de gran importancia el desarrollo de nuevas metodologías analíticas capaces de conseguir resultados satisfactorios. La etapa de extracción y concentración de los analitos de interés en una muestra, también conocida como preparación de la muestra, ha sido objeto de numerosos estudios, en muchos casos, con tendencia a disminuir el tiempo empleado, así como el consumo de disolventes y aumentar la automatización del proceso. Para la elección de la técnica de extracción necesaria en una metodología analítica hay que tener en cuenta las características físicas de la muestra, y las características químicas de los analitos que se pretenden separar y de la matriz en la que se encuentran. Por otro lado, se deben considerar los parámetros de calidad del análisis (e.g., sensibilidad, resolución, tiempo de análisis, necesidad de una detección específica, etc…). Actualmente, la contaminación del medioambiente es una de las principales preocupaciones globales y por eso la identificación y cuantificación de (micro)contaminantes (i.e., compuestos tóxicos a concentraciones del orden de µg L-1 o ng L-1) es uno de los problemas analíticos que más incentiva el desarrollo de nuevas metodologías analíticas. Concretamente, para el análisis de microcontaminantes orgánicos es necesario, además de una etapa de extracción, una etapa de separación/detección que, en la mayoría de las ocasiones, es la cromatografía de líquidos o gases acoplada a un sistema de detección (i.e., sistema de identificación y cuantificación del analito de interés). Un importante avance en la química analítica actual ha sido la miniaturización de las técnicas de extracción utilizadas para la preparación de la muestra, aportando una mayor rapidez en los análisis, sencillez, un menor coste y una disminución de los daños ambientales. Tales mejoras aportan a las técnicas de extracción miniaturizadas características que se ajustan a los requisitos de la química analítica verde, además de resolver una serie de deficiencias presentadas por las técnicas de extracción clásicas. De esta forma, en esta memoria se presentan tres nuevas metodologías analíticas en las cuales la preparación de la muestra ha sido miniaturizada, en mayor o menor grado, para la determinación de microcontaminantes orgánicos en aguas. En primer lugar, se presentan en cuatro capítulos (4, 5, 6 y 7), una visión amplia pero suficientemente profunda de las técnicas de extracción, las herramientas quimiométricas y los analitos modelo estudiados. A continuación, se presenta un capítulo que incluye tres secciones, una para cada metodología analítica desarrollada, con sus respectivos resultados y discusiones; y otro capítulo en el que se discuten los resultados obtenidos en las tres metodologías mostrando los aspectos comunes y no comunes de las mismas como una visión crítica de los resultados. Finalmente, se resumen, en los capítulos de conclusiones generales y perspectivas futuras, las ventajas observadas en las metodologías desarrolladas frente a las metodologías existentes, prestando una especial atención a los avances que pueden ser aportados al desarrollo futuro de metodologías novedosas y ecológicas para determinación de microcontaminates orgánicos en aguas. En las metodologías propuestas se incluyen técnicas de extracción miniaturizadas para la determinación en aguas de algunos de los microcontaminantes orgánicos de interés actual: siloxanos lineales y cíclicos, y el explosivo 2,4,6-trinitrotolueno (TNT). Sección 9.1: en esta sección se presenta una metodología de análisis de ocho siloxanos en muestras de aguas residuales que incluye una técnica de microextracción líquido-líquido dispersiva asistida por ultrasonidos (USA-DLLME) rápida, simple y ecológica, como etapa de pretratamiento previa a la técnica de separación/detección como la cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS). Sección 9.2: se propone una segunda metodología rápida, simple, económica y respetuosa con el medio ambiente basada en la extracción en fase sólida magnética (MSPE). Para tal fin se utiliza el adsorbente óxido de grafeno/óxido de hierro (GO/Fe3O4) para la preconcentración del explosivo 2,4,6-trinitrotolueno (TNT) en muestras de agua antes de su determinación por cromatografía líquida-ultravioleta visible (LC-UV-Vis). Este trabajo fue precedido por un estudio sobre la optimización de la síntesis del nanocomposite magnético GO/Fe3O4 a fin de obtener un material adsorbente con excelente capacidad de adsorción/desorción. Sección 9.3: en la tercera sección se muestra una metodología analítica empleando la misma técnica de extracción que la utilizada en la sección 9.2, MSPE con GO/Fe3O4 como adsorbente. Sin embargo, esta metodología también puede ser considerada novedosa por los avances y soluciones aportados para solventar los problemas analíticos encontrados en metodologías desarrolladas anteriormente para la determinación de siloxanos lineales y cíclicos en muestras de agua. El sistema de separación/detección utilizado fue la cromatografía de gases acoplada a la espectrometría de masas (GC-MS). La MSPE/GC-MS propuesta para el análisis de siloxanos en aguas es rápida, sencilla y respetuosa con el medio ambiente.

[pt] Revestimentos funcionais ou inteligentes (orgânicos, inorgânicos ou híbridos) são materiais que podem ser adaptados para muitas aplicações em que devem ser capazes de executar um conjunto bem definido de funções, como propriedades químicas, mecânicas, elétricas e magnéticas melhoradas. Um dos objetivos deste projeto foi estudar a eficiência do grafeno nanoaditivado em um revestimento epóxi anticorrosivo. Os compósitos foram sintetizados pela adição de grafeno nos teores de 0,1 e 0,5 porcento (p / p) a um revestimento de dois componentes. Para a caracterização do grafeno, foram obtidos difratogramas de DRX e imagens de AFM. Técnicas de caracterização como espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e Raman foram aplicadas para obtenção de informações relevantes da estrutura molecular e modo de interação entre moléculas da resina epóxi e do grafeno. A análise térmica foi realizada para avaliar a resistência térmica do material e determinar a temperatura de transição vítrea do nanocompósito curado. Os resultados dos testes de termogravimetria não indicaram uma alteração significativa na Tg (transição vítrea da matriz polimérica) com a adição da nanocarga. Isso pode estar relacionado à uma cura incompleta da resina e/ou defeitos grafíticos presentes na amostra de grafeno utilizada. Os testes de imersão em célula atlas e ensaios cíclicos mostraram que as adições de grafeno promovem melhorias no revestimento epóxi no que diz respeito à resistência à corrosão, especialmente na concentração de 0,1 porcento em peso. Devido à demanda significativa da indústria por proteção contra corrosão do aço, o entendimento da interação entre o revestimento epóxi e o grafeno como carga é muito relevante no sentido de encontrar propriedades anticorrosivas superiores. / [en] Functional or smart coatings (organic, inorganic, or hybrid) are materials that can be adapted for many applications where they must be able to perform a well-defined set of functions such as improved theirs chemical, mechanical, electrical and magnetic properties. One of the objectives of this project was to study the efficiency of nanoaditivated graphene in an anticorrosive epoxy coating. The composites were synthesized by the addition of graphene in a polymeric matrix in the contents of 0.1 and 0.5 percent (w/w). For the graphene characterization, XRD diffractograms and AFM images were obtained. Characterization techniques such as Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Raman were applied to obtain relevant information on the molecular structure and interaction between epoxy resin and graphene molecules. Thermal Analysis was performed to analyze the material thermal resistance and to determine the glass transition temperature of cured nanocomposite. The thermogravimetry results did not indicate a significant change in the glass transition temperature of the polymeric matrix when submitted to the addition of the nanocharge. This may be related to an incomplete curing process of the resin and/or the presence of defects in the graphene sample. Atlas cell immersion tests and cyclic tests results indicate that graphene additions promote improvements to the epoxy coating concerning corrosion resistance, especially at the concentration of 0.1 percent by weight. Because of the significant demand of industry for steel corrosion protection, the understanding of interaction between epoxy coating and graphene as a filler is very relevant in direction to find out superior anticorrosive properties.

[pt] O grafeno é formado por uma monocamada de átomos de cabono ligados entre si formando uma rede hexagonal. Ele tem sido bastante estudado por pesquisadores e atraído investimentos de vários setores da economia por apresentar excelentes propriedades mecânicas, térmicas, elétricas e ópticas. O presente trabalho tem como objetivo principal a caracterização reológica das suspensões de óxido de grafeno (GO) dispersas em polietileno glicol (PEG 400), com diferentes tempos de oxidação (2 e 96 horas), através do uso da reometria rotacional. O óxido de grafeno foi obtido pelo método de Hummers e caracterizado por várias técnicas. Este método é baseado na esfoliação química do grafite através de ácidos fortes, como o ácido sulfúrico. Uma vez que o óxido de grafite (GrO) é obtido, ele é esfoliado em um banho ultrassônico em PEG para a formação da suspensão com óxido de grafeno. A caracterização reológica foi realizada através de medições em escoamento de cisalhamento em regime permanente, transiente e oscilatório. A caracterização do GO foi realizada utilizando técnicas como: Difração de Raios-X (DRX), Espectroscopia Raman, Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR), Microscopia de Força Atômica (AFM) e Análise Termogravimétrica (TGA). Os resultados servirão de base para a compreensão da interação entre o GO e o polímero, e o comportamento reológico dos nanofluidos de polímeros à base de GO. / [en] Graphene is formed by a monolayer of cabon atoms linked together forming a hexagonal network. It has been extensively studied by researchers and attracted investment from various sectors of the economy, because it presents excellent mechanical, thermal, electrical and optical properties. The present work has as main objective the rheological characterization of the suspensions of graphene oxide (GO) dispersed in poly(ethylene) glycol (PEG 400), with different oxidation times (2 and 96 hours), through the use of rotational rheometry. Graphene oxide was obtained by Hummers method and characterized by various techniques. This method is based on the chemical exfoliation of graphite using strong acids such as sulfuric acid. Once the graphite oxide (GrO) is obtained, it is exfoliated in an ultrasonic bath in PEG to form the suspension with graphene oxide. The rheological characterization is fulfilled through measurements in steady shear flow, transient shear flow and oscillatory shear flow. The characterization of GO was performed using techniques such as: X-Ray Diffraction (XRD), Raman Spectroscopy, Fourier Transform Infrared (FTIR), Atomic Force Microscopy (AFM) and Thermogravimetric Analysis (TGA). The results will serve as a basis for understanding the interaction between the GO and the polymer, and the rheological behavior of GO-based polymer nanofluids.