Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PPGCEM da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Alumina é comumente utilizada em blindagens compostas, devido a sua maior disponibilidade e melhor relação custo/beneficio, comparadas as demais cerâmicas técnicas. No entanto, a alumina apresenta baixa tenacidade à fratura e esta propriedade esta relacionada à resistência a múltiplos impactos. Com o intuito de melhorar o desempenho balístico da blindagem, e consequentemente melhorar a durabilidade em campo, uma alternativa poderia ser utilizar cerâmicas multicamadas. Sendo assim, neste estudo foi avaliado o efeito do número de camadas de alumina (2 e 3 camadas) e da espessura da camada intermediaria (0,5 e 1 mm) da estrutura multicamadas à base de alumina/epóxi. Foi também avaliado o efeito da adição de fibra de vidro como material de reforço da camada de epóxi. As propriedades mecânicas das aluminas estudadas foram determinadas por meio de tenacidade à fratura em três pontos, módulo de elasticidade e microdureza Knoop. Não ocorreu variação significativa nas propriedades mecânicas com a redução da espessura da alumina. Foi realizado ensaio de resistência à flexão em três pontos, para as aluminas de 6, 3 e 2 mm de espessura e estruturas multicamadas. Com a redução da espessura ocorreu uma diminuição na resistência, devido ao aumento do defeito natural. O desempenho balístico dos painéis em mosaico de Al2O3/Al foi avaliado por meio de ensaio balístico DOP com projétil 7,62 mm perfurante, conforme norma NIJ 0108.01 (nível IV). Os resultados do ensaio balístico indicaram que, com o aumento do número de camadas, a resistência balística diminui, ou seja, a profundidade de penetração do projétil (DOP) aumenta. No entanto, comparando as estruturas de 2 e 3 camadas, com o aumento do número de camadas a área danificada diminui. Com o aumento da espessura da camada de epóxi a DOP diminuiu. A elevada espessura da camada de epóxi aumentou a parcela de fratura por esforço de flexão durante o impacto. As condições com 0,5 mm de epóxi apresentaram melhor desempenho, comparadas com as de 1 mm nas mesmas condições (mesmo número de camadas). As estruturas com adição de fibra de vidro não apresentaram melhoras comparadas as sem fibra nas mesmas condições.

Filmes finos de TiO2 e N:TiO2, e multicamadas TiO2/N:TiO2 foram crescidos sobre substratos de aço AISI 316 e Si(100), por meio da técnica de deposição química de organometálicos em fase vapor (MOCVD). Foram produzidos filmes com diferentes espessuras, nas temperaturas de 400 e 500°C. Os filmes foram caracterizados utilizando-se técnicas de difração de raios X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios x (XPS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A resistência à corrosão foi avaliada por meio de testes de polarização potenciodinâmica em eletrólito 3,5%p NaCl. Filmes não dopados, crescidos a 400°C, apresentaram TiO2 anatase, enquanto que os crescidos a 500°C apresentaram a fase rutilo, além de anatase. Nos filmes dopados com nitrogênio (7,29 e 8,29 at% a 400 e 500°C, respectivamente), em ambas as temperaturas, houve a formação de TiO2 anatase, bem como de fases contendo nitrogênio. Os filmes de TiO2 crescidos a 400°C ofereceram melhor proteção contra a corrosão que os crescidos a 500°C. Filmes crescidos a 500°C apresentaram estrutura colunar, que representa alto nível de porosidade, enquanto que os filmes crescidos a 400°C apresentaram estrutura mais densa. A dopagem não foi eficiente para proteger o substrato contra corrosão, provavelmente devido à formação das fases contendo nitrogênio. Os resultados para os testes com filmes compostos por multicamadas sugerem que aqueles com mais interfaces apresentam melhor resistência à corrosão. O processo de corrosão das amostras se inicia na superfície do filme, que está em contato com o meio agressivo, originando pites, que permitem ao meio corrosivo acessar o substrato metálico. O metal é atacado e dissolvido sob o filme, e resulta na delaminação do filme. / TiO2 and N-doped TiO2 (N:TiO2) thin films, and TiO2/N:TiO2 multilayered films were grown on AISI 316 steel substrates, and Si (100) by using metallorganic chemical vapor deposition (MOCVD) technique. The growth of the films was carried out at 400 and 500°C, and films with different thicknesses and structures were obtained. Titanium dioxide films were produced by using only titanium isopropoxide IV as both titanium and oxygen sources. In order to obtain N:TiO2 films, NH3 was also added to the system. The films were characterized by using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning electron microscopy (SEM) The corrosion resistance was evaluated by potentiodynamic polarization tests in a 3.5wt% NaCl electrolyte. TiO2 undoped films, grown at 400°C, presented anatase, while those grown at 500°C showed the rutile phase, besides anatase. For nitrogendoped films (7.29 and 8.29 at% at 400 and 500°C, respectively), at both temperatures, TiO2 anatase was formed, as well as nitrogen-containing phases. TiO2 films grown at 400°C provided better protection against corrosion than those grown at 500°C. Films grown at 500°C showed a columnar structure, which represents a high level of porosity, while the films grown at 400°C presented a denser structure. Doping was not efficient to protect the substrate against corrosion, probably due to the formation of nitrogen containing phases. The corrosion results for tests with multilayered films suggest that those with more interfaces present better resistance to corrosion. The corrosion of the samples starts at the surface of the films, which is in contact with the aggressive medium, causing pitting in this film, which allows the corrosive medium to reach the metallic substrate. The metal is attacked and dissolved under the film, and results in film delamination.

Filmes finos de TiO2 e N:TiO2, e multicamadas TiO2/N:TiO2 foram crescidos sobre substratos de aço AISI 316 e Si(100), por meio da técnica de deposição química de organometálicos em fase vapor (MOCVD). Foram produzidos filmes com diferentes espessuras, nas temperaturas de 400 e 500°C. Os filmes foram caracterizados utilizando-se técnicas de difração de raios X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios x (XPS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A resistência à corrosão foi avaliada por meio de testes de polarização potenciodinâmica em eletrólito 3,5%p NaCl. Filmes não dopados, crescidos a 400°C, apresentaram TiO2 anatase, enquanto que os crescidos a 500°C apresentaram a fase rutilo, além de anatase. Nos filmes dopados com nitrogênio (7,29 e 8,29 at% a 400 e 500°C, respectivamente), em ambas as temperaturas, houve a formação de TiO2 anatase, bem como de fases contendo nitrogênio. Os filmes de TiO2 crescidos a 400°C ofereceram melhor proteção contra a corrosão que os crescidos a 500°C. Filmes crescidos a 500°C apresentaram estrutura colunar, que representa alto nível de porosidade, enquanto que os filmes crescidos a 400°C apresentaram estrutura mais densa. A dopagem não foi eficiente para proteger o substrato contra corrosão, provavelmente devido à formação das fases contendo nitrogênio. Os resultados para os testes com filmes compostos por multicamadas sugerem que aqueles com mais interfaces apresentam melhor resistência à corrosão. O processo de corrosão das amostras se inicia na superfície do filme, que está em contato com o meio agressivo, originando pites, que permitem ao meio corrosivo acessar o substrato metálico. O metal é atacado e dissolvido sob o filme, e resulta na delaminação do filme. / TiO2 and N-doped TiO2 (N:TiO2) thin films, and TiO2/N:TiO2 multilayered films were grown on AISI 316 steel substrates, and Si (100) by using metallorganic chemical vapor deposition (MOCVD) technique. The growth of the films was carried out at 400 and 500°C, and films with different thicknesses and structures were obtained. Titanium dioxide films were produced by using only titanium isopropoxide IV as both titanium and oxygen sources. In order to obtain N:TiO2 films, NH3 was also added to the system. The films were characterized by using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and scanning electron microscopy (SEM) The corrosion resistance was evaluated by potentiodynamic polarization tests in a 3.5wt% NaCl electrolyte. TiO2 undoped films, grown at 400°C, presented anatase, while those grown at 500°C showed the rutile phase, besides anatase. For nitrogendoped films (7.29 and 8.29 at% at 400 and 500°C, respectively), at both temperatures, TiO2 anatase was formed, as well as nitrogen-containing phases. TiO2 films grown at 400°C provided better protection against corrosion than those grown at 500°C. Films grown at 500°C showed a columnar structure, which represents a high level of porosity, while the films grown at 400°C presented a denser structure. Doping was not efficient to protect the substrate against corrosion, probably due to the formation of nitrogen containing phases. The corrosion results for tests with multilayered films suggest that those with more interfaces present better resistance to corrosion. The corrosion of the samples starts at the surface of the films, which is in contact with the aggressive medium, causing pitting in this film, which allows the corrosive medium to reach the metallic substrate. The metal is attacked and dissolved under the film, and results in film delamination.

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Chapas multicamadas são comumente utilizados em embalagens de produtos industrializados, tendo como função básica conter, proteger e apresentá-los de maneira atrativa ao consumidor final. Os polímeros utilizados para produzir estas chapas devem possuir boas propriedades de barreira para melhor conservação dos produtos e podem ser produzidos através dos processos de co-extrusão e laminação. Uma das formas de conversão das chapas multicamadas em embalagens é o processo de termoformagem, que permite a produção de embalagens em diferentes formatos. Na indústria farmacêutica e agroquímica algumas vezes é necessário o desenvolvimento de produtos a base de solventes agressivos, e com isso a avaliação da resistência química do polímero da embalagem em contato com o produto constitui-se uma ferramenta importante. Para analisar a degradação do material da embalagem podem ser utilizadas as técnicas de termogravimetria (TG), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectroscopia de Absorção no Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR) e Difração de Raios X (DRX). Neste artigo são apresentados os resultados dos estudos de envelhecimento de chapas multicamadas de PE/EVOH/PE + PP/COC (Copolímeros de ciclo-olefina) /PP com exposição aos solventes DMSO e N-meitl-2-pirolidona nas condições ambientais de 30°C/ 75% UR e de 40°C/ 75% UR. O resultado do estudo indica que as técnicas de FT-IR por ATR, DRX e MEV podem auxiliar no acompanhamento do envelhecimento de chapas multicamadas e indicaram que as chapas possuem desempenho bom na situação avaliada. / Multilayer sheets films are used in industrial packaging products, with the basic function contain, protect and present them in attractive way to the final consumer. The polymers used to produce these plates should have good barrier properties and a better conservation of the products may be produced by co-extrusion and lamination processes. One way of converting the multilayer sheet packaging is the thermoforming process that allows the production of different packaging formats. In the pharmaceutical and agrochemical industry is sometimes necessary to develop products to aggressive solvent-based, and thus the assessment of the chemical resistance of the polymer of the packaging in contact with the product constitutes an important tool. To analyze the degradation of the packaging material may be used thermogravimetric technique (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM), Absorption Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FT-IR) and X-Ray Diffraction (XRD). This article presents the results of aging studies of multilayer sheets of PE / EVOH / PE + PP / COC (cyclic olefin copolymers) / PP with exposure to DMSO solvents and N-2-pyrrolidone-meitl environmental conditions 30°C / 75% RH and 40°C / 75% RH. The result of the study indicates that the FT-IR techniques for ATR, XRD and SEM can assist in monitoring the aging of multilayer plates and indicated that the plates have good performance in the situation assessed.

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2013

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense - UNESC, como requisito à obtenção do título de Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais. / Compósitos de matriz cerâmica têm sido desenvolvidos nas últimas décadas como um meio eficiente de melhoramento da tenacidade à fratura de materiais cerâmicos. Neste cenário, os compósitos cerâmicos multicamada se destacam por seu relativo baixo custo e facilidade de obtenção. Estes compósitos são confeccionados com camadas alternadas de dois materiais cerâmicos, gerando interfaces fracas ou fortes, e têm como mecanismo de tenacificação o desvio de trajetória de trincas em propagação camada após camada no compósito, gerando fratura por etapas. No presente trabalho, foram estudadas composições a base de alumina e de vitrocerâmico LZSA para compor as camadas a fim de obter compósito multicamada com interfaces fortes. Assim, foi esperado obter tensões residuais compressivas nas camadas finas a base de LZSA intercaladas às camadas a base de Al2O3, sob leve tensão residual de tração. As composições foram definidas por planejamento experimental fatorial, gerando corpos de prova por prensagem os quais foram sinterizadas e caracterizados quanto ao coeficiente de expansão térmica e módulo de elasticidade. Estas caracterizações levaram à seleção de três composições (percentuais em massa) a base de alumina (CA1: 100% Al2O3; CA2: 90% Al2O3 e 10% ZrO2; CA-PC: 90% Al2O3, 5% ZrO2 e 5% SiCwhiskers) e três composições a base de frita LZSA (CF6: 70% LZSA, 10% Al2O3 e 20% SiCwhiskers; CF8: 50% LZSA, 10% Al2O3, 20% TiO2 e 20% SiCwhiskers). Estas composições estavam, teoricamente, hábeis a gerar tensões residuais de compressão nas camadas a base de LZSA (até -32,35 MPa) e de tração nas camadas a base de Al2O3 (mínimo de 0,27 MPa). Técnica de colagem de folha cerâmica foi empregada para produzir folhas das composições selecionadas, utilizando quantidades de ligantes e plastificantes indicadas na literatura. Percentual de dispersante (poliacrilato de amônia) foi determinada através de ensaio de tempo de escoamento, chegando à quantidade de 0,5% (em massa) do dispersante para as suspensões das composições de alumina e 1,0% para as suspensões das composições de frita LZSA. As folhas foram então preparadas, com aplicação manual, utilizando um binil. Foram obtidas folhas cerâmicas homogêneas, flexíveis e com resistência a verde suficiente para o manuseio. A espessura das folhas das composições de alumina variou de 130 a 210 μm e as folhas das composições de frita LZSA entre 180 e 230 μm.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2017-08-03T12:52:24Z No. of bitstreams: 1 Pedro Lemos de Almeida Junior.pdf: 3276258 bytes, checksum: 9cfc77040db57e5dc73048d5ce92da67 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T12:52:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedro Lemos de Almeida Junior.pdf: 3276258 bytes, checksum: 9cfc77040db57e5dc73048d5ce92da67 (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The development of multilayer self-assembled films using the Layer Layer (LbL) approach has showed a high efficiency on the fabrication o ultrathin films. The LbL technique have been successfully and increasingly employed on developing new arquitectures for immobilization of enzymes, catalysts, electron mediators and other chemicals on conventional solid electrode surfaces for the development of electrochemical sensors and biosensors. This work followed two main paths: it was proposed the development and application of a new miniaturized dip-coating equipment, named LbL System, for the preparation of multilayers thin films on solid electrodes, and also a new method for the modification of gold electrodes for the immobilization of ferricyanide ions into a silica network, with application for the determination of nitrite ions. The proposed LbL System is automatic and has an embedded microcontroller that simplifies its hardware and software, and also favors its miniaturization. The system makes it possible all the modification process of being carried out automatically without attendance during the operation, only requiring the definition of some parameters by the user. The development of the equipment was based on a new concept of dip-coating, where, the solution flows to a fixed electrode instead of dipping the electrode in the solution, as it happens at all the commercial equipments, making possible to work with microvolumes of reagents and solutions keeping a high reproducibility of the modification process. The proposed new method for immobilization of ferricyanide ions on gold electrodes was based on its affinity with a silica network modified with a spacer containing amine terminal groups, anchored on the surface via silanol groups of the opposite terminal bound to other silanol groups of a self-assembled monolayer previously deposited on the metal. The gold modified electrode presents the voltammetric characteristic reversible signal of the redox pair Fe((III)/Fe(II), showing the maintenance of the Fe(III)/Fe(II) in the molecular arquitecture mounted on the metal surface. The modified electrode presented electrocatalytic activity for the reduction of nitrite ions and was successfully applied on a flow injection analysis system for analyses of natural waters, presenting a linear response range of 1x10-6 to 4x10-5 mol L-1 (r = 0.9995), with a detection limit of 0,53x10-6 mol L-1. / A elaboração de filmes contendo multicamadas automontadas utilizando a técnica camada sobre camada (LbL, do inglês “Layer by Layer”) tem se mostrado um método eficaz para a fabricação de filmes ultrafinos. Filmes LbL vêm sendo crescentemente empregados com sucesso na elaboração de novas arquiteturas para imobilização de enzimas, catalisadores, mediadores de elétrons e outras espécies na superfície de eletrodos sólidos convencionais para elaboração de sensores e biossensores eletroquímicos. Neste trabalho foram propostas duas vertentes. Primeiramente se descreve a fabricação e aplicação de um equipamento microcontrolado, denominado Sistema LbL, para a obtenção de filmes finos multicamadas sobre eletrodos sólidos. Em seguida se propõe um novo método para a modificação de eletrodo de ouro pela imobilização de íons ferricianeto em rede de sílica, com aplicação para determinação de íons nitrito. O Sistema LbL desenvolvido é automatizado e traz consigo um microcontrolador, que simplifica significativamente seu hardware e software, além de possibilitar sua miniaturização. O Sistema permite que todo o processo de modificação da superfície de eletrodos sólidos seja realizado automaticamente e sem requerer assistência durante a operação, cabendo ao usuário apenas a definição prévia de determinados parâmetros. O desenvolvimento do equipamento fundamentou-se em uma nova concepção de sistema dip-coating, em que ao invés de introduzir o eletrodo nas soluções, como realizado nos equipamentos comerciais, leva-se as soluções até o eletrodo, tendo como resultado um método de modificação que utiliza microvolumes de reagentes e soluções, com elevada reprodutibilidade do processo de modificação. O novo método, desenvolvido para imobilização de íons ferricianeto em eletrodo de ouro, baseou-se na afinidade dos íons ferricianeto por uma rede de sílica modificada com um espaçador contendo grupamentos amina terminais ancorado no eletrodo via grupos silanóis do terminal oposto, sendo este previamente fixado no eletrodo por condensação com grupos silanóis de uma monocamada automontada na superfície do ouro. Após a modificação, o eletrodo de ouro passa a apresentar o sinal voltamétrico reversível característico do par redox Fe(III)/Fe(II), demonstrando que a atividade redox é mantida na arquitetura molecular montada sobre a superfície do metal. O eletrodo modificado apresentou atividade eletrocatalítica para a redução de íons nitrito e foi aplicado com sucesso num sistema de análise por injeção em fluxo para análises de águas naturais, apresentando resposta linear na faixa de 1x10-6 a 4x10-5 mol L-1 (r = 0,9995), com limite de detecção de 0,53x10-6 mol L-1.

Chapas multicamadas são comumente utilizados em embalagens de produtos industrializados, tendo como função básica conter, proteger e apresentá-los de maneira atrativa ao consumidor final. Os polímeros utilizados para produzir estas chapas devem possuir boas propriedades de barreira para melhor conservação dos produtos e podem ser produzidos através dos processos de co-extrusão e laminação. Uma das formas de conversão das chapas multicamadas em embalagens é o processo de termoformagem, que permite a produção de embalagens em diferentes formatos. Na indústria farmacêutica e agroquímica algumas vezes é necessário o desenvolvimento de produtos a base de solventes agressivos, e com isso a avaliação da resistência química do polímero da embalagem em contato com o produto constitui-se uma ferramenta importante. Para analisar a degradação do material da embalagem podem ser utilizadas as técnicas de termogravimetria (TG), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), Espectroscopia de Absorção no Infravermelho por Transformada de Fourier (FT-IR) e Difração de Raios X (DRX). Neste artigo são apresentados os resultados dos estudos de envelhecimento de chapas multicamadas de PE/EVOH/PE + PP/COC (Copolímeros de ciclo-olefina) /PP com exposição aos solventes DMSO e N-meitl-2-pirolidona nas condições ambientais de 30°C/ 75% UR e de 40°C/ 75% UR. O resultado do estudo indica que as técnicas de FT-IR por ATR, DRX e MEV podem auxiliar no acompanhamento do envelhecimento de chapas multicamadas e indicaram que as chapas possuem desempenho bom na situação avaliada. / Multilayer sheets films are used in industrial packaging products, with the basic function contain, protect and present them in attractive way to the final consumer. The polymers used to produce these plates should have good barrier properties and a better conservation of the products may be produced by co-extrusion and lamination processes. One way of converting the multilayer sheet packaging is the thermoforming process that allows the production of different packaging formats. In the pharmaceutical and agrochemical industry is sometimes necessary to develop products to aggressive solvent-based, and thus the assessment of the chemical resistance of the polymer of the packaging in contact with the product constitutes an important tool. To analyze the degradation of the packaging material may be used thermogravimetric technique (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM), Absorption Infrared Spectroscopy Fourier Transform (FT-IR) and X-Ray Diffraction (XRD). This article presents the results of aging studies of multilayer sheets of PE / EVOH / PE + PP / COC (cyclic olefin copolymers) / PP with exposure to DMSO solvents and N-2-pyrrolidone-meitl environmental conditions 30°C / 75% RH and 40°C / 75% RH. The result of the study indicates that the FT-IR techniques for ATR, XRD and SEM can assist in monitoring the aging of multilayer plates and indicated that the plates have good performance in the situation assessed.

The present work discusses the application of neural networks for the accurate prediction of aerodynamic coefficients of airfoil and wing-body configurations. Meta-models based on neural-network are able to handle non-linear problems with a large amount of variables. In this highlight, an efficient methodology employing neural networks for predicting aerodynamic coefficients of generic aircraft was developed. Basic aerodynamic coefficients are modeled depending on angle of attack, number of Mach, Reynolds number, and the lift coefficient of the configuration. A database is provided for the neural network, which is initially trained to learn an overall non-linear model dependent on a large number of variables. A new set of data, which can be relatively sparse, is then supplied to the network to produce a new model consistent with the previous model and the new data. The new model is able to accurately estimate in the sparse test data points and thus the obtaining of a result for a generic configuration is relatively an easy and quick task. Because of this, the methodology is highly suited to be incorporated into a multi-disciplinary design and optimization framework, which make extensively use of aerodynamic calculation for using in other applications, to evaluate performance and loads, besides other core tasks. A Multilayer Perceptrons (MLP) network was designed and employed for predicting drag polar curves of generic airfoils for a given Mach and Reynolds number variation. Airfoil geometry is modeled by polynomial functions described by twelve variables.