A produção de filmes biodegradáveis à base de amido representa um desafio tecnológico, pois estas matrizes são altamente sensíveis à água. Neste sentido, as pesquisas estão sendo realizadas a fim de melhorar as caraterísticas de hidrofobicidade sem afetar a integridade estrutural das matrizes. Dentre os compostos comumente empregados para melhorar as características de filmes biodegradáveis, pode-se mencionar os óleos e ácidos graxos. O óleo de sementes de melancia apresenta alto potencial de aplicação em matrizes filmogênicas, pois além da possibilidade de melhorar as propriedades de barreira, apresenta compostos fitoquímicos com atividade antioxidante, que podem conferir um caráter ativo aos materiais produzidos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e caracterizar filmes à base de amido modificado de mandioca e óleo de sementes de melancia. O óleo de sementes de melancia foi extraído por batelada com etanol pressurizado, sob diferentes temperaturas de extração (40, 60 e 80°C) e diferentes comprimentos de leito de extração (L1 = 4,2 cm, L2 = 9,8 cm e L3 = 15,8 cm). A cinética de extração foi matematicamente descrita utilizando-se o modelo de Peleg e os óleos caraterizados quanto à atividade antioxidante. Posteriormente foram testados quatro amidos modificados de mandioca (amido reticulado, AR; amido acetilado, AA; amido não modificado, ANM e amido duplamente modificado, AAR) com a finalidade de selecionar o que apresentasse melhores caraterísticas na produção de filmes quanto ao caráter hidrofóbico. Os filmes foram produzidos pela técnica de casting, utilizando - se concentrações fixas de amido e sorbitol (4 e 1,2 g/100g de solução filmogênica, respectivamente). O caráter hidrofóbico das matrizes foi avaliado pela determinação da solubilidade, grau de inchamento, permeabilidade ao vapor de água e ângulo de contato. Adicionalmente, foram produzidas emulsões através da técnica de Pickering, com diferentes concentrações de óleo e amido e caraterizadas quanto à estabilidade, tamanho de partículas e polidispersidade. A emulsão com maior estabilidade foi incorporada na formulação de filmes à base de AR em concentrações de 0 a 0,5 g de óleo na emulsão/100 g de solução filmogênica. Todos os filmes foram caracterizados quanto às propriedades mecânicas, microscopia, espectroscopia de infravermelho (FTIR), difração de raios X, cor, solubilidade, inchamento, permeabilidade ao vapor de água e ângulo de contato. Os resultados da extração de óleos mostraram rendimentos superiores sob temperaturas de 80°C e melhor atividade antioxidante a 60°C. O modelo de Peleg apresentou um bom ajuste, observando-se coeficientes de correlação altos (R2 > 0,90). A caraterização dos filmes produzidos com diferentes amidos modificados mostrou que o AR formou matrizes com maior ângulo de contato, menor grau de inchamento e maior resistência mecânica. As emulsões com maior de estabilidade foram produzidas com altas concentrações de óleo e amido (15 e 12 g/100 g de emulsão, respectivamente). Os filmes produzidos com incorporação de óleo na forma de emulsão Pickering apresentaram caráter mais hidrofóbico, sendo também alteradas as caraterísticas estruturais com o aumento da concentração de óleo. Os filmes produzidos com a incorporação de óleo em forma de emulsão apresentaram conteúdos de fenólicos totais de 0,19 a 5,68 mg equivalente de ácido gálico/100g de filmes. No entanto, os filmes não apresentaram atividade antioxidante frente ao radical DPPH•. / The production of biodegradable films based on starch represents a technological challenge because these matrices are highly sensitive to water. In this sense, the research is being carried out in order to improve the characteristics of hydrophobicity without affecting the structural integrity of the matrices. Among the compounds commonly used to improve the characteristics of biodegradable films, the oils and fatty acids can be highlighted. The oil of the watermelon seeds presents high potential of application in filmogenic matrices because in addition to the possibility of improving the barrier properties, it presents phytochemical compounds with antioxidant activity, which can impart an active characteristic to the produced materials. In this context, the objective of this work was to develop and characterize films based on modified cassava starch and watermelon oil. The watermelon oil was extracted in batches with pressurized ethanol under different extraction temperatures (40, 60, and 80°C) and different extraction bed lengths (L1 = 4.2 cm, L2 = 9.8 cm, and L3 = 15.8 cm). The kinetics of extraction were mathematically described using the Peleg model and the oils characterized for antioxidant activity. Four modified starches of cassava (reticulated starch, AR, acetylated starch, AA, unmodified starch, ANM, and doubly modified starch, AAR) were then tested in order to select the material with the best hydrophobic characteristics. The films were produced by the casting technique, using fixed concentrations of starch and sorbitol (4 and 1.2 g/100 g of film-forming solution, respectively). The hydrophobic characteristic of the matrices was evaluated by determining the solubility, degree of swelling, permeability to water vapor, and contact angle. In addition, emulsions were produced using the Pickering technique with different concentrations of oil and starch and then, characterized for stability, particle size, and polydispersity. The results of the extraction showed higher yields under temperatures of 80°C and better antioxidant activity at 60°C. The Peleg model presented a good fit, observing high correlation coefficients (R2> 0.90). The characterization of the films produced with different modified starches showed that AR formed matrices with higher contact angle, lower degree of swelling, and higher mechanical resistance. Emulsions with the highest degree of stability were produced with high concentrations of oil and starch (15 and 12 g/100 g of emulsion, respectively). The films produced with oil incorporation in the form of Pickering emulsion presented a more hydrophobic characteristic, and the structural characteristics were also altered with the increase of oil concentration. The films produced with the incorporation of oil in emulsion form presented total phenolic contents of 0.19 to 5.68 mg of gallic acid equivalent/100 g of films. However, the films did not present antioxidant activity against the DPPH• radical.

O estudo do processo de fusão e solidificação da água contida dentro de materiais confinantes tem sido amplamente discutido em química, biologia, física, geologia, e com diversas aplicações tecnológicas, tais como aplicação na fabricação de etanol de segunda geração, ou etanol celulósico, separação de fases, fabricação de nanomateriais. Pesquisas mostraram que as temperaturas de transição da água nanoconfinada são muito sensíveis ao diâmetro do poro, mas que podem ser pouco afetadas pela natureza, hidrofóbica ou hidrofílica, da superfície do poro. Outra importante constatação em experimentos de fusão e congelamento em nanoporos é que nem toda água presente nos poros pode ser cristalizada até gelo. A existência de uma camada de água pré-fundida em nanoporos tem sido confirmada através de experimentos. Com o objetivo de entender mais profundamente como a temperatura de transição da água confinada depende da natureza da parede confinante e do tamanho do confinamento, propõe-se um modelo de nanoporos de celulose para o confinamento, onde varia-se o diâmetro e comprimento do nanoporo, além da natureza da parede do nanoporo. Nossos estudos, mostram que para sistemas hidrofóbicos, com formação de camada de água líquida na parede, as temperaturas de transição variam desde relativamente baixas, para menores valores de calor latente, até atingindo a temperatura de transição da água bulk, para calor latente mais alto. Enquanto que para sistemas hidrofílicos, para nenhum dos valores de calor latente trabalhados, e para nenhum tamanho do sistema, a temperatura de transição atinge o valor de bulk. / The study of the fusion process and water solidification inside confining materials has been widely discussed in Chemistry, Biology, Physics, and Geology, and has various technological applications as the usage and fabrication of second generation ethanol or cellulosic ethanol, phase separation, and nanomaterials fabrications. Researches have shown that nanoconfined water’s transition temperature are highly sensitive to the pore. Another interesting remark on freezing and fusion experiments on nanopores is that not all water present in pores can be crystallized into ice. The existence of a water layer pre-melted on nanopores has been confirmed through experiments. Aiming at understanding deeply how water’s transition temperature depends on the nature of the confining wall and size, a cellulose nanopore model is proposed to the confinement, where the nanopore diameter and length are varied, besides the nature of the wall of the nanopore. Our studies show that for hydrophobic systems, with the liquid water layer formation on the wall, the transition temperatures vary from relatively low latent heat to smaller values, even reaching the temperature transition on bulk water to higher latent heat. While for hydrophilic systems, for none of the latent heat used and no system size the transition temperature reaches bulk value.

Este trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para a classificação da hidrofobicidade (HC) em isoladores elétricos poliméricos de alta tensão. Atualmente a HC esta baseada no guia da STRI (Swedish Transmission Research Institute) elaborado em 1992. Porém neste guia a hidrofobicidade das superfícies de isoladores e classificada de acordo com o angulo de contato e/ou a quantidade de superfície molhada com água de forma subjetiva, através de um operador dependurado em uma torre de transmissão. Desta forma, este trabalho contribuiu na classificação da hidrofobicidade de forma objetiva, onde a analise foi realizada através de processamento digital de imagens. Na metodologia proposta, a HC foi determinada utilizando a analise da textura de imagens obtidas para materiais de isoladores elétricos poliméricos. Essas análises foram avaliadas com base na morfologia matemática, dimensão fractal, entropia, energia, variância e homogeneidade. Foram simuladas imagens (imagens sintéticas) da textura das superfícies dos isoladores utilizando uma placa de silicone e soluções de álcool isopropílico e água destilada (AIA) em proporções que variaram de 0 ate 100% em volume de álcool. A partir destas soluções foram obtidas imagens de gotas sobre as superfícies, para determinação do angulo de contato, e imagens da superfície para a obtenção dos padrões das texturas, que serviriam de base para a aplicação dos métodos estudados. Na tentativa de analisar as imagens independentes do padrao de iluminação, inerente as condições ambientais, foi aplicado o equalização de histograma (EQU) e/ ou implementado um filtro do tipo White Top-Hat (WTH). Este filtro funciona como um passa-alta, reduzindo o gradiente de iluminação das imagens obtidas em condições naturais. Outro método analisado de forma a eliminar o efeito do gradiente de iluminação, foi através da segmentação usando detecção de borda. Os cálculos da dimensão fractal das imagens em escala de cinza foram realizados através do método do box-counting, com tamanho do cubo variando de 3 até 11. A morfologia matemática foi utilizada de forma a qualificar as formas presentes nas imagens. Foram analisadas as derivadas das curvas do volume das imagens de abertura, de forma a identificar o tamanho dos elementos presentes na imagem. Na classificação das texturas das imagens através dos descritores de textura, os valores obtidos com a entropia apresentaram menor dispersão dentre os resultados, alem de baixo tempo de processamento, se apresentando como uma metodologia apropriada para a classificação da hidrofobicidade. Alteração nos valores de gama das imagens foi feito de forma a observar a modificação dos valores de entropia em função do efeito da iluminação das imagens. Os valores apresentaram pouca variação deste parâmetro nos resultados. Como forma de avaliar a qualidade da imagem em termos de tamanho, aumento e resolução, diversas imagens foram geradas visando a modificação destes parâmetros e analisando sua influencia nos valores de entropia. A partir dos resultados obtidos foi possível obter uma relação matemática entre as ferramentas aplicadas e as imagens, sendo possível definir a HC. Utilizando estas técnicas foi determinado o desvio dos resultados e o tempo de processamento, visando a aplicação em dispositivos moveis, como por exemplo, celulares. Assim, foi elaborado um aplicativo embarcado em um smartphone para analisar uma imagem em campo de um isolador, mostrando ao operador o valor da classificação da hidrofobicidade em aproximadamente um minuto. / The aim of this study is to propose a new method to classify the hydrophobicity (HC) in high voltage polymer insulators. Currently the HC is based on the STRI guide (Swedish Transmission Research Institute) published in 1992, where the hydrophobicity is classified by contact angle and/or amount of wet surface. In the proposed method, the HC was analyzed by digital image processing using the textures of the images obtained from electric insulators polymeric materials. These analysis were evaluated using mathematical morphology, fractal dimension, entropy, energy, variance and homogeneity. Simulated texture images (synthetic Images) about the surfaces of the insulators were created using a silicon plate and isopropyl alcohol and distilled water solutions in proportions from 0 to 100% in volume of alcohol (AIA). From these solutions, images of drops on the insulator surfaces were obtained to measure the contact angle; and surfaces images using the AIA solutions were obtained and then employed in the analysis of the texture patterns, which were used as basis for the analyzed methods. To analyze the images regardless the illumination conditions, which is a serious problem in natural weather, histogram equalization (EQU) and/or a White Top-Hat filter (WTH) was applied. This filter works as a high-pass filter, reducing the illumination gradient from the images obtained in natural conditions. Another way to avoid the gradient illumination was the segmentation technique by edge detection. The fractal dimension calculations in grayscale images were performed by the box-count method, with box size ranging from 3 to 11. Mathematical morphology was used to quantify the shapes in the images. The derivate of the volume from the opening images was analyzed to identify the elements in the image. The classification of the image texture by the entropy revealed not only the lowest dispersion of the results, but also the shortest time processing, presenting as an appropriated method to classify the hydrophobicity. Gama alterations in the images was done to observe the entropy values modifications as a function of the illumination effects in the images. The values shown the low influence of this parameter in the results. To evaluate the image quality regarding to size, zoom and resolution, different images were produced to observe the modification of these parameters and analyze its influence in the entropy values. From this study was possible to propose a mathematical function which relates the surface hidrophobicity and the texture patterns obtained by the AIA images. Hence, the hidrophobicity classification could be embedded in mobile devices, as example, cell phones, and performed in loco. A smartphone software was then developed to analyze the surface image of an insulator, producing the hidrophobicity classification value in about one minute.

Orientador: Luis Paulo Barbour Scott. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Informação.

Orientador: Eudes Eterno Fileti / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2013

Este trabalho tem como objetivo propor uma metodologia para a classificação da hidrofobicidade (HC) em isoladores elétricos poliméricos de alta tensão. Atualmente a HC esta baseada no guia da STRI (Swedish Transmission Research Institute) elaborado em 1992. Porém neste guia a hidrofobicidade das superfícies de isoladores e classificada de acordo com o angulo de contato e/ou a quantidade de superfície molhada com água de forma subjetiva, através de um operador dependurado em uma torre de transmissão. Desta forma, este trabalho contribuiu na classificação da hidrofobicidade de forma objetiva, onde a analise foi realizada através de processamento digital de imagens. Na metodologia proposta, a HC foi determinada utilizando a analise da textura de imagens obtidas para materiais de isoladores elétricos poliméricos. Essas análises foram avaliadas com base na morfologia matemática, dimensão fractal, entropia, energia, variância e homogeneidade. Foram simuladas imagens (imagens sintéticas) da textura das superfícies dos isoladores utilizando uma placa de silicone e soluções de álcool isopropílico e água destilada (AIA) em proporções que variaram de 0 ate 100% em volume de álcool. A partir destas soluções foram obtidas imagens de gotas sobre as superfícies, para determinação do angulo de contato, e imagens da superfície para a obtenção dos padrões das texturas, que serviriam de base para a aplicação dos métodos estudados. Na tentativa de analisar as imagens independentes do padrao de iluminação, inerente as condições ambientais, foi aplicado o equalização de histograma (EQU) e/ ou implementado um filtro do tipo White Top-Hat (WTH). Este filtro funciona como um passa-alta, reduzindo o gradiente de iluminação das imagens obtidas em condições naturais. Outro método analisado de forma a eliminar o efeito do gradiente de iluminação, foi através da segmentação usando detecção de borda. Os cálculos da dimensão fractal das imagens em escala de cinza foram realizados através do método do box-counting, com tamanho do cubo variando de 3 até 11. A morfologia matemática foi utilizada de forma a qualificar as formas presentes nas imagens. Foram analisadas as derivadas das curvas do volume das imagens de abertura, de forma a identificar o tamanho dos elementos presentes na imagem. Na classificação das texturas das imagens através dos descritores de textura, os valores obtidos com a entropia apresentaram menor dispersão dentre os resultados, alem de baixo tempo de processamento, se apresentando como uma metodologia apropriada para a classificação da hidrofobicidade. Alteração nos valores de gama das imagens foi feito de forma a observar a modificação dos valores de entropia em função do efeito da iluminação das imagens. Os valores apresentaram pouca variação deste parâmetro nos resultados. Como forma de avaliar a qualidade da imagem em termos de tamanho, aumento e resolução, diversas imagens foram geradas visando a modificação destes parâmetros e analisando sua influencia nos valores de entropia. A partir dos resultados obtidos foi possível obter uma relação matemática entre as ferramentas aplicadas e as imagens, sendo possível definir a HC. Utilizando estas técnicas foi determinado o desvio dos resultados e o tempo de processamento, visando a aplicação em dispositivos moveis, como por exemplo, celulares. Assim, foi elaborado um aplicativo embarcado em um smartphone para analisar uma imagem em campo de um isolador, mostrando ao operador o valor da classificação da hidrofobicidade em aproximadamente um minuto. / The aim of this study is to propose a new method to classify the hydrophobicity (HC) in high voltage polymer insulators. Currently the HC is based on the STRI guide (Swedish Transmission Research Institute) published in 1992, where the hydrophobicity is classified by contact angle and/or amount of wet surface. In the proposed method, the HC was analyzed by digital image processing using the textures of the images obtained from electric insulators polymeric materials. These analysis were evaluated using mathematical morphology, fractal dimension, entropy, energy, variance and homogeneity. Simulated texture images (synthetic Images) about the surfaces of the insulators were created using a silicon plate and isopropyl alcohol and distilled water solutions in proportions from 0 to 100% in volume of alcohol (AIA). From these solutions, images of drops on the insulator surfaces were obtained to measure the contact angle; and surfaces images using the AIA solutions were obtained and then employed in the analysis of the texture patterns, which were used as basis for the analyzed methods. To analyze the images regardless the illumination conditions, which is a serious problem in natural weather, histogram equalization (EQU) and/or a White Top-Hat filter (WTH) was applied. This filter works as a high-pass filter, reducing the illumination gradient from the images obtained in natural conditions. Another way to avoid the gradient illumination was the segmentation technique by edge detection. The fractal dimension calculations in grayscale images were performed by the box-count method, with box size ranging from 3 to 11. Mathematical morphology was used to quantify the shapes in the images. The derivate of the volume from the opening images was analyzed to identify the elements in the image. The classification of the image texture by the entropy revealed not only the lowest dispersion of the results, but also the shortest time processing, presenting as an appropriated method to classify the hydrophobicity. Gama alterations in the images was done to observe the entropy values modifications as a function of the illumination effects in the images. The values shown the low influence of this parameter in the results. To evaluate the image quality regarding to size, zoom and resolution, different images were produced to observe the modification of these parameters and analyze its influence in the entropy values. From this study was possible to propose a mathematical function which relates the surface hidrophobicity and the texture patterns obtained by the AIA images. Hence, the hidrophobicity classification could be embedded in mobile devices, as example, cell phones, and performed in loco. A smartphone software was then developed to analyze the surface image of an insulator, producing the hidrophobicity classification value in about one minute.

A utilização de soluções químicas para desinfecção de próteses totais constitui atualmente uma das opções para a manutenção da limpeza e saúde na cavidade oral de pacientes portadores de dentaduras. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de duas soluções desinfetantes (Hipoclorito de sódio 1% e Gluconato de clorexidina 4%), na hidrofobicidade superficial e adesão de Candida albicans ATTC 90028 sobre resina acrílica termopolimerizável, inicialmente e após 1, 7, 15 e 30 ciclos de desinfecção química, além de verificar o efeito da formação da película adquirida salivar sobre as duas variáveis avaliadas através de mensuração de ângulo de contato e microscopia de fluorescência. Para a mensuração da hidrofobicidade superficial 18 espécimes (10 x 25 x 2 mm) foram confeccionados em resina acrílica termopolimerizável e desinfetados, simulando a implementação de um protocolo de desinfecção diária durante 30 dias. Após completar o número de desinfecções de cada um dos períodos avaliados, mensurações de ângulo de contato foram feitas antes e depois da formação da película adquirida salivar. Para os testes de adesão de C. albicans à resina acrílica termopolimerizável, 180 espécimes (5 x 5 x 1 mm) foram confeccionados em resina acrílica termopolimerizável e desinfetados e divididos em vários períodos (Inicial-1-7-15-30 ciclos de desinfecção). Após completar o número de desinfecções de cada um dos períodos avaliados, foram feitos ensaios de adesão de C. albicans utilizando o fluorocromo laranja de acridina para posterior visualização mediante o uso de microscópio de fluorescência. Os dados de hidrofobicidade superficial foram analisados através do teste paramétrico ANOVA medidas repetidas e T-Student. Para os resultados de adesão de C. albicans foi utilizado o teste não paramétrico Kruskall Wallis e teste de Dunn. Para correlacionar as variáveis foi utilizado o teste de Pearson. Os resultados obtidos demonstraram que a imersão da resina acrílica em soluções desinfetantes diminui a adesão de C. albicans e os valores de hidrofobicidade superficial em todos os grupos após 30 desinfecções químicas. A formação da película adquirida salivar diminui a adesão de C. albicans e hidrofobicidade Resumo superficial, em todos os grupos após 30 desinfecções químicas. Não existe correlação entre os valores de adesão de C. albicans e hidrofobicidade superficial da resina acrílica termopolimerizável após desinfecção química, exceto para os grupos controle e Gluconato de clorexidina 4% prévio a formação da película adquirida salivar. / The use of chemical solutions for dentures disinfection currently constitutes one of the options for the maintenance of the cleanness and oral health of dentures users. The objective of this study was to evaluate the effect of two disinfecting solutions (Sodium Hypochlorite 1% and Gluconate chlorhexidine 4%), on the acrylic resin surface hydrophobicity and adhesion of Candida albicans ATTC 90028 on the heat-cure acrylic resin before and after 1, 7, 15 and 30 chemical disinfectant cycles. Furthermore to verify the effect of the formation of the acquired salivary pellicle on the variables, evaluated through contact angle measurements and fluorescence microscopy. For the surface hydrophobicity assay, 18 specimens (10 x 25 x 2 mm) had been confectioned in heat cure acrylic resin and disinfected, simulating the implementation of a daily dentures chemical disinfection protocol, during 30 days. After each disinfection period, contact angle measurements were made before and after the acquired salivary pellicle formation. For C. albicans adhesion assay, 180 specimens (5 x 5 x 1 mm) had been confectioned in heat cure acrylic resin, chemically disinfected and divided in: Initial, 1, 7, 15 and 30 disinfection cycles. After completed each period of chemical disinfection C. albicans adhesion analysis had been made using, fluorocrome acridine orange for posterior visualization by the use of fluorescence microscope. The data of acrylic resin surface hydrophobicity had been analyzed through parametric test ANOVA repeated measures and T-Student. For the C. albicans adherence results, Kruskall Wallis no parametric test and Dunns test were used. To correlate the variables Pearson test were used. The results had demonstrated that the immersion of the heat cure acrylic resin in disinfecting solutions diminishes the adhesion of C. albicans and the values of acrylic resin surface hydrophobicity, in all the groups, in a period of 30 cycles. The formation of the acquired salivary pellicle diminishes the adhesion of C. albicans and acrylic surface hydrophobicity in all the groups in a period of 30 cycles. Correlation does not exist Abstract between the values of C. albicans adhesion and acrylic surface hydrophobicity after chemical disinfection, except for the Control group and Gluconate chlorhexidine 4% group before the formation of the acquired salivary pellicle.

[pt] Nesta tese, apresentamos um procedimento utilizado para a calibração do fotodetector e dos cantileveres utilizados em nosso AFM para a medida de força lateral. Desenvolvemos um código em Matlab para o controle do microscópio que permitiu a realização do estudo da influência da força normal na fricção. Também foi desenvolvido um segundo código em Matlab para a medida automatizada da adesão. Apresentamos e discutimos a influência da energia livre superficial na fricção e adesão de várias superfícies. Neste trabalho um estudo da influência da condensação capilar na forca lateral foi estudado para superfícies hidrofílicas, e hidrofóbicas. Encontramos que as nano asperezas podem realizar contatos singulares descritos pelo modelo de Hertz ou múltiplos contatos de acordo com o modelo de Greenwood. O tipo de contato entre as nano asperezas pode ser controlado através da hidrofobicidade e da umidade relativa no ambiente de medida. É verificado que os meniscos formados entre ponta e superfície influenciam a força lateral, através do aumento da força normal e também através da energia gasta pela ponta para arrastar ou deformar o capilar durante seu deslocamento sobre a superfície. O efeito da cinética de condensação capilar da água sobre a fricção foi também estudado. É mostrado que a molhabilidade é determinante para a definição dos mecanismos da dissipação de energia entre as nanoasperezas. Apresentamos também a influência da hidrofobicidade superficial no coeficiente de atrito. A correlação observada entre o ângulo de contato e o coeficiente de atrito reforça a importância da cinética da condensação capilar nos processos de fricção que ocorre na escala de nanômetros. / [en] In this work, the procedures developed to the calibration of the AFM photodetector and cantilevers for lateral force measurements in our AFM is presented. A Matlab code that controls the microscope allows the study of the influence of the normal force on the lateral one. A second Matlab code was developed in order to study the adhesion forces in an automated way. We present and discuss the influence of the surface free energy on the friction and adhesion forces. In this work, the lateral forces were measured at hydrophilic and hydrophobic surfaces. It was observed that the nano asperities may form single asperity contacts described by the Hertz model as well as multi-asperity type of contacts described by the Greenwood model. The nanoasperity contact may be controlled by the wettability and ambient relative humidity. It is seen that the capillar formed between the tip and the surface influences the tip-surface normal force and the friction forces due to the dissipation of energy caused by the drag or brake of the capillar meniscous. The effect of capillary condensation kinetics was studied as well. It is shown that the surface wettability is determinant to the energy dissipation mechanism in nanoscale. The influence of the surface wettability on the friction coefficient is presented. The observed correlation between the friction coefficient and contact angle enhances the influence of the surface wettability and its kinetics in the friction forces at nanoscale.

Utilizando simulação de dinâmica molecular estudamos as propriedades termodin âmicas da água em um sistema com macromoléculas hidrofóbicas e hidrofílicas. Em um primeiro momento utilizamos um sistema com uma proteína imersa em água. Os dois modelos atomísticos utilizados foram o modelo SPC/E e o modelo TIP4P-2005 e a proteína utilizada foi a toxina oriunda do escorpião brasileiro, TS-Kappa. Observamos para o sistema bulk e para o sistema com a proteína hidratada um máximo valor de densidade. Porém, analisando a densidade próximo à superfície da proteína, o comportamento anômalo não está mais presente. Para baixas temperaturas densidade da água próximo à proteína é maior do que no bulk. Nossos resultados mostram que o número de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água na camada de hidratação da proteína, é menor que o número de ligações de hidrogênio para o sistema puro. A água na primeira camada de hidratação conecta-se com a superfície da proteína, além de ligar-se com outras moléculas de água vizinhas. medida que a temperatura diminui as moléculas de água tornam-se mais estruturadas próximo à região hidrofílica, e a densidade da água nessa região é maior do que a densidade da água na região hidrofóbica. Os resultados para a difusão nos mostram que a água diminui sua mobilidade na superfície da proteína, indicando uma maior conexão com sua superfície. Com o objetivo de estudar o comportamento da água em um sistema com interações hidrofílicas e hidrofóbicas, usamos um modelo mínimo com duas placas paralelas imersas em um uido do tipo-água. Nossos resultados indicam que a densidade da água aumenta com a diminuição da temperatura e a água torna-se mais estruturada a medida que a temperatura diminui. / Using a molecular dynamics simulation we studied the thermodynamic properties of water in a system with a hydrophilic and hydrophobic macromolecule. At rst, we used a system with a protein immersed in water. The models used were the SPC/E and the TIP4P-2005 water model and the chosen protein was the Brazilian scorpion toxin TS-Kappa. For bulk system and the protein hydrated system, the maximum value of density is present. However, the density of water near to the protein surface, the anomalous behavior is no longer veri ed. At lower temperatures the density of water near to protein surface is higher than the bulk. Our results show that the number of hydrogen bonds between water molecules in the hydration shell is lower than the number of hydrogen bonds in bulk water. The water in the rst hydration shell connect with the hydrophilic protein surface besides the hydrogen bonds with other water molecules. As the temperature is decreased the water is more structured near the hydrophilic amino acid and the density in this region is higher than the density of water in the hydrophobic region. The di usion values of water shows that hydration water is more connected with the protein surface, so the di usion coe cient decreases in this region. In order to investigate the behavior of water in a hydrophobic and a hydrophilic system, we used a simple model of parallel plates immersed in a water-like uid. Our results suggests the density of water increases with the decrease of temperature and the water is more structured as the temperatures is decreased.

O estudo do processo de fusão e solidificação da água contida dentro de materiais confinantes tem sido amplamente discutido em química, biologia, física, geologia, e com diversas aplicações tecnológicas, tais como aplicação na fabricação de etanol de segunda geração, ou etanol celulósico, separação de fases, fabricação de nanomateriais. Pesquisas mostraram que as temperaturas de transição da água nanoconfinada são muito sensíveis ao diâmetro do poro, mas que podem ser pouco afetadas pela natureza, hidrofóbica ou hidrofílica, da superfície do poro. Outra importante constatação em experimentos de fusão e congelamento em nanoporos é que nem toda água presente nos poros pode ser cristalizada até gelo. A existência de uma camada de água pré-fundida em nanoporos tem sido confirmada através de experimentos. Com o objetivo de entender mais profundamente como a temperatura de transição da água confinada depende da natureza da parede confinante e do tamanho do confinamento, propõe-se um modelo de nanoporos de celulose para o confinamento, onde varia-se o diâmetro e comprimento do nanoporo, além da natureza da parede do nanoporo. Nossos estudos, mostram que para sistemas hidrofóbicos, com formação de camada de água líquida na parede, as temperaturas de transição variam desde relativamente baixas, para menores valores de calor latente, até atingindo a temperatura de transição da água bulk, para calor latente mais alto. Enquanto que para sistemas hidrofílicos, para nenhum dos valores de calor latente trabalhados, e para nenhum tamanho do sistema, a temperatura de transição atinge o valor de bulk. / The study of the fusion process and water solidification inside confining materials has been widely discussed in Chemistry, Biology, Physics, and Geology, and has various technological applications as the usage and fabrication of second generation ethanol or cellulosic ethanol, phase separation, and nanomaterials fabrications. Researches have shown that nanoconfined water’s transition temperature are highly sensitive to the pore. Another interesting remark on freezing and fusion experiments on nanopores is that not all water present in pores can be crystallized into ice. The existence of a water layer pre-melted on nanopores has been confirmed through experiments. Aiming at understanding deeply how water’s transition temperature depends on the nature of the confining wall and size, a cellulose nanopore model is proposed to the confinement, where the nanopore diameter and length are varied, besides the nature of the wall of the nanopore. Our studies show that for hydrophobic systems, with the liquid water layer formation on the wall, the transition temperatures vary from relatively low latent heat to smaller values, even reaching the temperature transition on bulk water to higher latent heat. While for hydrophilic systems, for none of the latent heat used and no system size the transition temperature reaches bulk value.