Magister Scientiae - MSc (Chemistry) / Electrochemical platforms were developed based on pencil graphite electrodes (PGEs) modified electrochemically with reduced graphene oxide metal nanoparticles (ERGO-metalNPs) composite and used for the high-sensitivity determination of Bisphenol A (BPA) in water samples. Synergistic effects of both reduced Graphene Oxide sheets and metal nanoparticles on the performance of the pencil graphite electrode (PGE) were demonstrated in the oxidation of BPA by differential pulse voltammetry (DPV). A solution of graphene oxide (GO) 1 mg mL-1 and 15 ppm of metal stock solutions (1,000 mg L-1, atomic absorption standard solution) (Antimony or Gold) was prepared and after sonication deposited onto pencil graphite electrodes by cyclic voltammetry reduction. Different characterization techniques such as FT-IR, HR-SEM, XRD and Raman spectroscopy were used to characterize the GO and ERGO-metalNPs. Parameters that influence the electroanalytical response of the ERGO-SbNPs and ERGO-AuNPs such as, pH, deposition time, deposition potential, purging time were investigated and optimized. Well-defined, reproducible peaks with detection limits of 0.0125 ?M and 0.062 ?M were obtained for BPA using ERGO-SbNPs and ERGO-AuNPs respectively. The rGO-metalNPs-PGE was used for the quantification of BPA in tap water sample and proved to be suitable for the detection of BPA below USEPA prescribed drinking water standards of 0.087 ?M. / 2021-12-31

Magister Scientiae - MSc (Chemistry) / Electrochemical platforms were developed based on pencil graphite electrodes (PGEs) modified electrochemically with reduced graphene oxide metal nanoparticles (ERGO–metalNPs) composite and used for the high-sensitivity determination of Bisphenol A (BPA) in water samples. Synergistic effects of both reduced Graphene Oxide sheets and metal nanoparticles on the performance of the pencil graphite electrode (PGE) were demonstrated in the oxidation of BPA by differential pulse voltammetry (DPV). A solution of graphene oxide (GO) 1 mg mL-1 and 15 ppm of metal stock solutions (1,000 mg L-1, atomic absorption standard solution) (Antimony or Gold) was prepared and after sonication deposited onto pencil graphite electrodes by cyclic voltammetry reduction. Different characterization techniques such as FT-IR, HR-SEM, XRD and Raman spectroscopy were used to characterize the GO and ERGO–metalNPs. Parameters that influence the electroanalytical response of the ERGO–SbNPs and ERGO–AuNPs such as, pH, deposition time, deposition potential, purging time were investigated and optimized. Well-defined, reproducible peaks with detection limits of 0.0125 μM and 0.062 μM were obtained for BPA using ERGO–SbNPs and ERGO–AuNPs respectively. The rGO-metalNPs–PGE was used for the quantification of BPA in tap water sample and proved to be suitable for the detection of BPA below USEPA prescribed drinking water standards of 0.087 μM.

No presente trabalho, é apresentado o desenvolvimento de novos nanocompósito híbridos orgânico-inorgânico, especificamente MnO2/Blendas poliméricas condutoras (BPC) e nanofibras de V2O5 e V2O5/Pani, com propriedades diferenciadas. Estes óxidos nanoestruturados com morfologia definida, bem como a sua combinação com matrizes de polímeros condutores, apresentaram as características necessárias para um bom desempenho como material para catodos de baterias secundárias de lítio e/ou supercapacitores. Através dos resultados obtidos, foi possível demonstrar, de maneira inequívoca, que é possível alcançar um nanocompósito de óxido de metal de transição/polímero condutor, eletroativo e com morfologia definida mediante a síntese por micela reversa. A caracterização das BPC (Pani/PMMA e Ppy/PMMA) mostrou suas vantagens como matrizes para suportar e dispersar nanopartículas de MnO2, evitando o uso de carbono para aumentar a condutividade eletrônica do óxido. Particularmente, a utilização de nanocompósitos MnO2/(Ppy/PMMA), como material para supercapacitores, demonstrou que a distribuição homogênea das nanopartículas de MnO2 na BPC favorece a rápida difusão dos íons, o que indica que as nanopartículas, imobilizadas numa matriz polimérica condutora, tornam o material mais acessível à inserção de ambas as espécies (íons e elétrons). Comprovou-se a diferença de estabilidade mecânica entre as nanofibras de V2O5 e V2O5/Pani, revelando que a presença do polímero minimiza as variações, nas propriedades mecânicas da matriz inorgânica, durante o processo de intercalação de Li+. As nanofibras de V2O5/Pani revelaram uma maior capacidade especifica e uma cinética de intercalação mais rápida (devido ao caminho difusional mais curto no sólido nanoestruturado), que as nanofibras de V2O5. A presença de Pani, nas nanofibras, diminui a queda ôhmica e fornece um caminho condutor alternativo para unir as partículas isoladas do óxido, tornando-as eletroquimicamente ativas. De uma maneira geral, observou-se um sinergismo entre os materiais, isto é, a combinação de características positivas dos polímeros condutores eletrônicos junto às dos óxidos geraram um novo material com propriedades melhoradas, quando comparados aos componentes originais. / In this work, new nanostructures formed from a mixture of MnO2 and conducting polymer blends (CPB), and new materials with specific morphology (nanofibers), constituted of V2O5 and V2O5/Pani have been investigated for application in energy storage devices, specifically, as cathode material for secondary lithium batteries and supercapacitors. Different nanostructures were prepared by reverse micelle method. Colloidal assemblies are used to control the size and the shape of the particles. The growth of the obtained particles was controlled by two condition: (i) time of the synthesis and (ii) size of the polar core. The characterization of CPB (Pani/PMMA and Ppy/PMMA) shown that this blends give an opportunity for the design of materials with improved properties, (stability, charge propagation dynamics) affording an ultimate degree of dispersion for the nanoparticles (MnO2). We also describe the preparation of electrodes with hybrid films formed by MnO2 dispersed into CPB. The resulting modified electrodes have been used for the fabrication of a supercapacitor and cathodes for lithium batteries. On the other hand, we explore the relationship between the nanoscale morphology and electrochemical performance of V2O5 and V2O5/Pani nanofibers. Both type of sample were examined by several techniques to characterize their structure and morphology. It was found that V2O5/Pani shows improved cycling behavior compared to the V2O5 one. The polymer looks to improve capacity of the nanohybrid electrodes due to the homogeneous distribution of the induced stress during cycling. The rate capabilities of the nanostructured electrodes were compared with the obtained value for thin-film electrodes containing the same type of the electrode material. Spectroscopy electrochemical impedance and cyclic voltammetry experiments have shown that the nanostructured electrode affords higher solid state kinetic and capacities than thin film electrodes. Therefore, the general notion behind these efforts is to combine the attractive properties of each material (conducting polymers and metal transition oxides)while taking advantage of synergistic effects that might mitigate against unattractive features observed for the individual materials.

Este trabalho aborda o estudo do comportamento mecânico, térmico e reológico do nanocompósito de HMSPP polipropileno de alta resistência do fundido (obtido por radiação gama na dose de 12,5 kGy) e uma argila brasileira bentonítica do Estado da Paraíba (PB), conhecida como chocolate com concentração de 5 e 10 % em massa em comparação a uma argila americana, Cloisite 20A. Foi utilizado nesse nanocompósito o agente compatibilizante polipropileno graftizado com anidrido maleico PP-g-AM com 3 % de concentração em massa, através da técnica de intercalação do fundido utilizando uma extrusora de dupla-rosca e, em seguida, os corpos de prova foram confeccionados em uma injetora. O comportamento mecânico foi avaliado pelos ensaios de tração, flexão e impacto. O comportamento térmico foi avaliado pelas técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TGA). O comportamento reológico foi avaliado em um reômetro de placas paralelas. A morfologia dos nanocompósitos foi estudada pela técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). As bentonitas organofílicas e os nanocompósitos foram caracterizados por difração de raios X (DRX) e infravermelho (FTIR). Nos ensaios mecânicos houve um aumento de 9 % na resistência à tração e no módulo de Young, para os nanocompósitos de HMSPPC com argila Cloisite 20A. No ensaio de impacto izod, o nanocompósito HMSPPB 10 % com argila chocolate obteve um aumento de 50 % na resistência ao impacto. / This work concerns to the study of the mechanical, thermal and rheological behavior of the nanocomposite HMSPP - high melt strength polypropylene (obtained at a dose of 12.5 kGy) and a Brazilian bentonite clay from State of Paraiba (PB), known as \"Chocolate\" in concentrations of 5 and 10 % by weight in comparison with one American clay, Cloisite 20A. The compatibilizer agent based on maleic anhydride grafted polypropylene, known as PP-g-MA, was added at 3 % weight concentration through the melt intercalation technique using a twin-screw extruder, and afterwards, the specimens were prepared by injection process. The mechanical behavior was evaluated by strength, flexural strength and impact tests. The thermal behavior was evaluated by the differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA). The rheological behavior was evaluated in parallel-plate rheometer. The morphology of the nanocomposites was studied by the technique of scanning electron microscopy (SEM). The organophilic bentonite and the nanocomposites were characterized by X-ray diffraction (XRD) and infrared (FTIR). Results of mechanical tests showed a 9 % increase in the tensile strength and Young\'s modulus for the nanocomposites HMSPPC, with Cloisite 20A clay. The nanocomposite HMSPPB 10 %, with \"chocolate\" clay obtained a 50 % increase in the impact strength in the izod impact test.

Neste trabalho, materiais nanocompósitos de poli(imida) (PI) derivada de BTDA-pFDA-Mel e argila do tipo montmorilonita, organicamente modificada (O-MMT), foram sintetizados usando a metodologia de two-steps. O componente inorgânico do nanocompósito foi adicionado nas concentrações de 3,3, 5,3 e 8,3% em massa. As membranas sintetizadas foram caracterizadas por Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho com Transformada de Fourrier (FTIR), Difração de Raio X (DRX), Termogravimetria (TG), Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raio X (XPS) e Microscopias Ótica (MO), Eletrônica de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET). Os resultados comprovam a formação de PI e uma estrutura de nanocompósito do tipo intercalado, onde a cadeia polimérica expulsa o surfactante do espaço interlamelar; além de apresentar estruturas de argila parcialmente esfoliadas. Os materiais sintetizados foram avaliados como polieletrólito em célula a combustível alcalina (Alkaline Fuel Cell - AFC), obtendo condutividades iônicas em torno de 0,032 S cm-1 e de 0,017 S cm-1 para as membranas de PI pura e de nanocompósito com 3,3% de argila em massa, respectivamente, ambas a 60 °C, as quais são na ordem ou até mesmo superior que os polieletrólitos comercias (Tokuyama®, 0,014 S cm-1) para eletrólito alcalino. Apesar de condutividades razoáveis, a performance obtida para as AFCs em operação não foram satisfatórias, desta forma, membranas de nanocompósitos com PI de cadeia principal de maior mobilidade foram sintetizadas, caracterizadas e avaliadas nas AFCs. Ademais, neste segundo nanocompósito, a adição de grupamentos amino na cadeia principal foram realizados para aumentar a condutividade iônica. Assim, este segundo material apresentou uma maior performance nas AFCs quando comparado com o nanocompósito de PI de cadeia mais rígida e com a membrana comercial Tokuyama® nas mesmas condições. Além disso, a carbonização superficial das amostras foi realizada por meio de tratamento térmico. A formação de estruturas grafitizadas nos materiais de PI pura e dos nanocompósitos foram investigadas por FTIR, DRX, TG, XPS e EPR. Foi encontrado que a formação de estruturas do tipo grafite nas amostras ocorrem principalmente nas primeiras camadas (grafitização superficial), preservando a estrutura interna da poli(imida). Com isso, estruturas poliméricas ou nanocompósitos com superfícies grafitizadas podem atuar tanto como polieletrólitos e ser um caminho promissor para o desenvolvimento de arranjos eletrodo-membrana (Membrane Electrode Assembly - MEA) mais eficientes para células a combustíveis alcalinas, como em processos de catálise heterogênea e processos de separação com membranas. / In this work, Poli(imide)/clay (PI/clay) nanocomposite membranes were synthesized by employing a two-steps method using organically modified montmorillonite clay (O-MMT) with different amounts of O-MMT loading (3.3, 5.3 and 8.3 wt.%). Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray power diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TG), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), optical microscopy (OM), scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) measurements, confirmed the formation of pure PI and intercalated-nanocomposite structures. The results revealed parallel clay layers with interlamellar PI and some organoclay partially exfoliated. In addition, the polyelectrolyte membranes of PI and PI/O-MMT (3.3 wt.%) showed that the ionic conductivity were 2- and 1-fold, respectively, higher than that of commercial membrane (Tokuyama®, 0.014 S cm-1), in alkaline fuel cells (AFC) at 60 °C. Despite the fact that the membranes of pure PI and PI/O-MMT demonstrated a good degree of ionic conductivity, rapid fuel cell performance deactivation occurred for the temperature higher than 75 °C. Furthermore, the lack of prepared polyelectrolyte ionic groups, led us to consider alternative synthesis of PI/clay nanocomposite membranes. Thus, the performance for second polyelectrolyte was superior when compared to pure PI, PI/O-MMT and commercial Tokuyama® membranes at same conditions. Moreover, the samples were also surface carbonized by thermal treatment. Combining FTIR, XRD, TG, XPS and electron paramagnetic resonance (ESR) analysis, the results suggested that graphitized nanostructures formation occurred mainly on the surface, maintaining the PI bulk structure. Therefore, graphitized PI/clay membranes may act as one promising way for enhancing both membrane electrode assembly in alkaline fuel cells and gas separation or catalysis.

Orientadores: Maria do Carmo Gonçalves, Inez Valeria Pagotto Yoshida / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T13:34:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OliveiraJunior_AdairRangelde_D.pdf: 4693907 bytes, checksum: 00373c55664170beeb525a7a15fd26a8 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho teve como foco principal a obtenção de argilas expandidas por meio da modificação de argila natural com organossilanos, e depois sua incorporação em uma resina de polipropileno em extrusora de rosca dupla para a obtenção de nanocompósitos. As argilas usadas neste estudo foram as argilas montmoriloníticas sódicas Polenita e GelMax, bem como a argila organofílica Viscogel. Os organossilanos empregados no tratamento químico das argilas naturais foram o aminopropiltrimetoxissilano, glicidoxipropiltrietoxissilano e o metacriloxipropiltrietoxissilano. A obtenção da argila expandida foi fortemente influenciada pelas condições reacionais, como tipo e concentração do silano, solvente e pH do meio. As análises de difração de raios X revelaram que os melhores resultados de expansão da argila foram alcançados ao usar o silano aminopropiltrimetoxissilano em meio aquoso na faixa de pH entre 8 e 10. Segundo os dados de análise térmica, esta argila apresentou uma estabilidada térmica bem superior às tradicionais argilas organofílicas. Antes da incorporação da argila à matriz de polipropileno, primeiramente fez-se um estudo de otimização das condições de mistura, usando-se para isto a argila organofílica Viscogel, de elevado espaçamento basal. Desenvolveu-se um perfil de rosca com alta taxa de cisalhamento, no qual foi obtido um nanocompósito com dispersão de tamanho das lamelas da argila entre 5 a 15 nm. Tal dispersão resultou em ganho nas propriedades mecânicas em torno de 30 % em relação ao polipropileno puro. Este perfil de rosca foi, portanto, utilizado para realizar o processamento do polipropileno com a nova argila expandida. A partir dos resultados de difração de raios X e de microscopia eletrônica de transmissão, concluiu-se que não foi possível delaminar totalmente esta argila no polímero, como observado para a argila organofílica. Porém, os resultados relativos às propriedades mecânicas dos materiais obtidos mostraram que a argila modificada com aminopropiltrimetoxis-silano apresentou propriedades semelhantes às da argila organofílica, indicando que apesar do menor grau de dispersão, estas propriedades foram favorecidas pela maior interação entre a argila modificada e a matriz polimérica / Abstract: The purpose of this work was to obtain expanded clay by modifying clay with organosilane, and its incorporation into polypropylene resin to prepare a polypro-pylene-clay nanocomposite. Natural sodium montmorillonite (GelMax, Polenita) as well as organophylic clay (Viscogel ED) were used for this purpose. Three types of silanes were used to modify the clay: Aminopropyltrimethoxysilane (APS), glyci-doxypropyltriethoxysilane (GPS) and methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPS). The expanded clay was strongly affected by reaction conditions, such as silane type and concentration, solvent and pH. According to XRD analysis, the higher basal distance was achieved in aqueous dispersion (pH 8-10) using the APS as a modifier. Modified clay showed superior thermal stability in comparison to organo-phylic clay, using thermogravimetric analysis. Besides the clay modification pro-cess, the screw profile influence on nanocomposite properties was also evaluated. An organophylic clay (Viscogel) was used to optimize the extrusion conditions, in this study. The composite processing was carried out in a twin screw extruder with higher shear screw profile. In this way, an exfoliated nanocomposite was obtained, where the clay layer thickness was between 5 and 15 nm. The flexural modulus of such nanocomposite was 30% higher than virgin polypropylene. This higher shear screw profile was used to extrude the polypropylene/aminopropylsilane-modified clay. Based on the X-ray diffraction and transmission electron microscopy results, a satisfactory exfoliation degree for silane-modified clay was not achieved, as observed for organophylic clay. In spite of the low exfoliation level of silane-modi-fied clay, the mechanical properties of its composite were similar to the organo-phylic clay based nanocomposite. This fact was attributed to better adhesion between polypropylene-silane modified clay than the polypropylene-organophylic clay system / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Orientador: Oswaldo Luiz Alves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:29:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Romano_Ricardo_D.pdf: 7756171 bytes, checksum: bd3a8af5af06fb7ec50b3cd881d41bfd (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O desenvolvimento das nanoestruturas e suas aplicações compõem uma das áreas científicas em mais dinâmica ascensão. Grande parte dos estudos na área concentra-se nos métodos de preparação e, de uma forma geral, podem ser divididos em métodos físicos ou químicos. Os primeiros reúnem processos baseados em sistemas de feixes moleculares ou litografia, enquanto os últimos envolvem reações químicas em meios onde o crescimento dos cristais possa ser controlado e estabilizado. Nesta Tese foram preparadas nano(micro)estruturas de semicondutores II-VI e IV-VI a partir de três abordagens químicas distintas. Na primeira, foram obtidos nanocompósitos pelo encapsulamento de nanocristais de CdS e PbS no ambiente microporoso de um vidro transparente, comercialmente conhecido por Vycor®. A técnica envolvida foi a impregnação de peças do vidro com precursor single-source seguida por tratamento térmico visando a pirólise in situ do precursor. Efeitos de confinamento quântico no espectro óptico e micrografias eletrônicas de transmissão confirmaram a natureza nanométrica da fase ocluída. Na segunda, foram obtidos cristais nano e micrométricos de CdS, PbS e ZnS através da técnica conhecida por moldagem molecular por solvente coordenante, na qual precursores single-source foram tratados solvotermicamente em solventes coordenantes e levaram à formação de bastões de CdS, microestrelas de PbS e intercalatos de ZnS com etilenodiamina. Na última abordagem, nanocristais coloidais de CdSe com diferentes faixas de tamanho (2 a 7 nm) foram preparados com a finalidade de se estudar o comportamento da estrutura local e dinâmica vibracional do CdSe em função da redução no tamanho e substituição do agente de recobrimento usado na síntese / Abstract: The development of nanostructures and their applications constitute one of the most exciting scientific areas. A great number of studies in this area concern the preparation methods. Generally, they are classified in physical and chemical methods. The former class is based on molecular beam and lithography techniques, while the latter involves chemical reactions where crystal growth can be controlled and stabilized. In this Thesis, II-VI and IV-VI semiconductor nano(micro)structures were prepared according to three different approaches. In the first one, nanocomposites were obtained through the encapsulation of CdS and PbS nanocrystals into a porous and transparent commercial glass, named Vycor®. Glass pieces were impregnated with single-source precursors and, then, thermally treated in order to achieve in situ pyrolysis, making use of the porous environment as the stabilizer for the crystal growth. Quantum confinement effects in the optical spectrum and transmission electron micrographs characterized the nanometric dimensions of the occluded phase. In the second approach, a technique known as molecular templating by coordenant solvents was employed in order to obtaining CdS, PbS and ZnS nano(micro)crystals showing unusual morphologies. Single-source precursors were solvothermically treated in such solvents leading to CdS nanowires, PbS microstars and ZnS-ethylenediamine intercalates. In the last approach, colloidal CdSe nanocrystals with different size ranges (2 up to 7 nm) were prepared and employed in the study of the local structure and vibrational dynamics of CdSe as a function of crystal size reduction and substitution of the covering agent used in the synthetic procedure / Doutorado / Quimica Inorganica / Doutor em Ciências

Os polímeros fluorados são conhecidos por suas ótimas propriedades mecânicas, pela alta estabilidade térmica e pela resistência a ambientes químicos agressivos, e por causa destas propriedades são muito utilizados em indústrias automobilística, petroquímica, de manufatura, dentre outras. Para aprimorar as propriedades térmicas e de barreira a gases da matriz polimérica, é muito utilizado a incorporação de nanopartículas nesta matriz, pois após a incorporação o nanocompósito permanece com suas próprias características e adquire novas propriedades devido a presença da nanopartícula. Devido as características dos fluoropolímeros, sua modificação estrutural e morfológica é muito difícil de ser obtida por técnicas tradicionais e para transpor essa dificuldade a radiação ionizante é uma técnica muito utilizada e eficaz para a alteração estrutural de polímeros fluorados. Neste trabalho foram desenvolvidos nanocompósitos poliméricos à base de fluoroelastômero (FKM) incorporado com quatro diferentes nanopartículas: argila Cloisite 15A, POSS 1159, POSS 1160 e POSS 1163. Após obtenção dos filmes de nanocompósitos foi realizado o processo de enxertia de estireno induzida por radiação ionizante, seguida de sulfonação para obtenção de membrana trocadora de íons. O efeito da incorporação de nanopartículas e da radiação ionizante nos filmes desenvolvidos foram caracterizados por difração de raios X, análise térmica, análise mecânica, microcospia eletrônica de varredura e intumescimento; enquanto que as membranas obtidas foram avaliadas quanto ao grau de enxertia, capacidade de troca iônica e intumescimento. Após a caracterização os filmes, foi verificado que a reticulação foi o efeito predominante nos nanocompósitos irradiados antes da vulcanização, enquanto que a degradação foi o efeito predominante nos nanocompósitos irradiados após a vulcanização. / The fluoropolymers are known for their great mechanical properties, high thermal stability and resistance to aggressive chemical environment, and because of those properties they are widely used in industries, such as automobile, petroleum, chemistry, manufacturing, among others. To improve the thermal properties and gases barrier of the polymeric matrix, the incorporation of nanoparticle is used, this process permits the polymer to maintain their own characteristics and acquire new properties of nanoparticle. Because of those properties, the structural and morphological modification of fluoropolymers are very hard to be obtained through traditional techniques, in order to surmount this difficulty, the ionizing radiation is a well-known and effective method to modify fluoropolymers structures. In this thesis a nanocomposite polymeric based on fluoroelastomer (FKM) was developed and incorporated with four different configurations of nanoparticles: clay Cloisite 15A, POSS 1159, POSS 1160 and POSS 1163. After the nanocomposites films were obtained, a radiation induced grafting process was carried out, followed by sulfonation in order to obtain a ionic exchanged membrane. The effect of nanoparticle incorporation and the ionizing radiation onto films were characterized by X-ray diffraction, thermal and mechanical analysis, scanning electron microscopy and swelling; and the membranes were evaluated by degree of grafting, ionic exchange capacity and swelling. After the films were characterized, the crosslinking effect was observed to be predominant for the nanocomposites irradiated before the vulcanization, whereas the degradation was the predominant effect in the nanocomposites irradiated after vulcanization.

Este trabalho aborda o estudo do comportamento mecânico e térmico do nanocompósito híbrido de polipropileno com uma argila brasileira bentonítica do Estado da Paraíba (PB), conhecida como \"chocolate\" com concentração de 1, 2 e 5 % em massa com a adição de 1 e 2 % em massa de celulose proveniente de papel descartado. Foi utilizado nesse nanocompósito o agente compatibilizante polipropileno graftizado com anidrido maleico PP-g-AM com 3 % de concentração em massa, através da técnica de intercalação do fundido utilizando uma extrusora de dupla-rosca e, em seguida, os corpos de prova foram confeccionados em uma injetora. O comportamento mecânico foi avaliado pelos ensaios de tração, flexão e impacto. O comportamento térmico foi avaliado pelas técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TGA). A morfologia dos nanocompósitos foi estudada pela técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV). A argila, a celulose e os nanocompósitos híbridos foram caracterizados por difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX) e espectroscopia no infravermelho (FTIR). Nos ensaios mecânicos de tração houve um aumento de 11 % na tensão máxima em tração e 15 % no módulo de Young, para o nanocompósito com argila, PPA 5 %. No ensaio de impacto Izod, o nanocompósito com argila, PPA 2 % obteve um aumento de 63 % na resistência ao impacto. Para o nanocompósito híbrido PPAC 1 % houve aumento de 8 % na tensão máxima em tração e para o nanocompósito híbrido PPAC 2 % houve aumento de 14 % na resistência ao impacto. / This work concerns to the study of the mechanical and thermal behavior of the hybrid polypropylene nanocomposite with a Brazilian bentonite clay from State of Paraíba (PB), known as \"Chocolate\" in concentrations of 1, 2 and 5 % by weight with addition of 1 and 2 % in weight cellulose discarded bond paper. The compatibilizer agent based on maleic anhydride grafted polypropylene, known as PP-g-MA, was added at 3 % weight concentration through the melt intercalation technique using a twin-screw extruder, and afterwards, the specimens were prepared by injection process. The mechanical behavior was evaluated by strength, flexural strength and impact tests. The thermal behavior was evaluated by the differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TGA). The morphology of the nanocomposites was studied by the technique of scanning electron microscopy (SEM). The clay, cellulose and the hybrid nanocomposites were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF) and infrared spectroscopy (FTIR). Results of mechanical tests showed an 11 % and 14 % increase in the tensile strength and Young\'s modulus, respectively, for the nanocomposite PPA 5 % with clay. The nanocomposite PPA 2 % with clay obtained a 63 % increase in strength Izod impact test. The hybrid nanocomposite PPAC 1 % obtained an 8 % increase in tensile strength. In the Izod impact test, the hybrid nanocomposite PPAC 2 % obtained 14 % increased in the impact strength.

Nowadays, low carbon economy becomes a significant topic over the world. Due to the decreasing amount of fossil energy source and the worsening environmental pollution, traditional energy sources should be transferred to renewable energy sources. A transition to renewable energy will require radical changes to systems and technologies for energy storage. Lithium ion (Li-ion) batteries are now considered as the most important electrochemical energy source for portable devices, electrical vehicles and expected to be used in grid electrical energy storage. Beside on Li-ion batteries, sodium ion (Na-ion) batteries are another promising energy source, which have the advantages in cost, safety and environmental factors, and they could be used for stationary energy storage systems and large vehicles. Tin-based nanocomposites are promising to replace the traditional graphite for Li-ion batteries to achieve a higher battery performance. In 2005, Sony Corporation launched the first Sn-based anode Li-ion batteries (Nexelion) to obtain a 50% increase in volumetric capacity over the conventional battery, which marked Li-ion batteries to enter into a new cutting edge. However, Sn-based materials faced with challenges. The battery performance was limited by a low cycling life and low rate performance, and methods should be devised to overcome these shortcomings. In this thesis, SnO2-based nanocomposites, including the graphene-SnO2, the carbon-coated graphene-SnO2 and the carbon-coated nanostructured SnO2 have been prepared and investigated as anodes for Li-ion and Na-ion batteries. The microstructure, electrochemical performances and even the degradation mechanisms have been investigated as the effects for different composite materials. Chapter 4 reports an amorphous carbon coated graphene-SnO2 composite which exhibited an enhanced cycling stability. In previous researches, the performance enhancements of that type of materials were commonly attributed to the carbon coating enhancing the electronic conductivity. However, it is found that the carbon coating deeply relates to the microstructure stability of the active materials, the performance enhancement can be attributed to the enhancement of structural stability. Chapter 5 reports same composites with various graphene to amorphous carbon mass ratios. In this chapter, we try to find out the optimized composition and understanding the different roles of graphene and amorphous carbon in that type of composites. It is found that an optimised graphene to carbon mass ratio can effectively enhance the structural stability and the electrode conductivity. Chapter 6 reports a carbon-coated flower-like nanostructured SnO2 for Na-ion battery application, which has been demonstrated to have a high reversible capacity and high rate performance. The carbon coating is found to help in the formation of a high quality solid electrolyte interface (SEI) layer on the surface of the active materials. These researches focus on modifying SnO2 and SnO2-based materials by carbon coating technologies, which aim to develop novel electrode materials to obtain a better battery performance for Li-ion and Na-ion batteries.