A presente tese de doutorado apresenta resultados sobre nanoestruturas obtidas pelo processo de anodização a partir de Al Bulk, filmes finos de Al sobre Si e de Ti Bulk e alguns resultados novos e preliminares sobre o uso das mesmas em aplicações tais como: superfícies superhidrofóbicas e foto-catalisadores para produção de H2. Foi desenvolvida uma rota inovadora de fabricação de nanotubos de alumina, através da mudança da geometria (razão dos eletrodos de Pt e Al) do sistema de anodização, seguida de etching químico em temperatura de 5°C. Essa mudança altera a cinética da anodização, modificando a velocidade de expansão da célula hexagonal da alumina. Com isso, obtêm-se zonas de defeitos que são revelados durante o processo de etching químico. No processo de anodização em filmes finos de Al, foi demonstrado um procedimento de controle dimensional e estrutural de nanoporos de alumina, a partir do controle do tamanho de grãos de Al. Foi verificado também que o aumento do tempo de anodização para filmes finos de Al sobre Si, induz a oxidação do Si, gerando um stress na interface, devido à expansão do SiO2. Esse efeito é responsável pela mudança dimensional e estrutural da alumina porosa. Na anodização do Ti para a formação de nanotubos de TiO2, obtivemos um novo método de dopagem in situ dos nanotubos com nanopartículas de ouro, modificando as propriedades físico-químicas dos nanotubos de TiO2. Na última parte desta tese de doutorado, são apresentadas possíveis aplicações para estas nanoestruturas, como superhidrofobicidade e como catalisadores para produção de H2. Os principais resultados mostram que no caso da superhidrofobicidade foram obtidos ângulos de contato de 165° e, na produção de H2, um aumento significativo com a amostra dopada com nanopartículas de Au. / This thesis presents results on nanostructures obtained by anodization of Al bulk, Al thin films on Si and Ti bulk, and some new and preliminary results on the use of these structures in applications, such as superhydrophobic surfaces and photocatalysts for H2 production. We developed a novel route for fabrication of alumina nanotubes by changing the geometry (ratio between electrodes of Pt and Al) of the anodization system, followed by chemical etching at a temperature of 5°C. This procedure modifies the kinetics of anodization, increasing the expansion speed of the hexagonal alumina cell. Therefore, defective areas are revealed during chemical etching. It is shown that control of the Al grain size before the anodization process of Al thin films makes possible control of dimension and structure of the alumina nanopores. It was also found that increse of anodization time leads to oxidation of the Si substrate, wich generates a stress at the interface between the Al thin film and the Si substrate due to the expansion of SiO2. This effect is responsible for the dimensional and structural change of porous alumina. A new Ti anodization process for doping the TiO2 nanotubes with Au nanoparticles is presented. This process is capable of modifing the physico-chemical properties of the TiO2 nanotubes as photo-catalysts. In the last part of this thesis it is presented applications for these nanostructures, using them as superhydrophobic structures and as photo-catalysts for H2 production. The main results show that contact angles of 165° for a superhydrophobic surface were obtained, as well as a significant increase of H2 production from the sample doped with Au nanoparticles.

Nesta tese de doutorado, apresentamos três trabalhos desenvolvidos durante este processo. No primeiro estudamos a influência da forma do catalisador sobre a fotólise, no segundo produzimos e caracterizamos nanopartículas fluorescentes de carbono e no último desenvolvemos um laser aleatório composto por nanotubos de óxido de tântalo dispersos em solução com rodamina. No primeiro trabalho, observamos que a produção de hidrogênio por dissociação da molécula de água através de fotólise pode ser otimizada a partir do controle da forma do material catalisador. Observamos que, em um sistema onde os nanocatalisadores têm forma tubular, a produção de hidrogênio é quase 6 vezes maior do que quando os catalisadores possuem forma esférica. Através do uso da teoria de espalhamento Rayleigh-Gans e de uma solução no regime quase-estático com o método de campo local foi possível obter resultados analíticos para o espalhamento e absorção de luz para os dois distintos sistemas. Como o processo de fotólise se inicia a partir da absorção da luz, modelamos a diferença de produção de hidrogênio entre os dois sistemas. No segundo, produzimos nanopartículas fluorescentes de carbono por ablação de grafite em diferentes líquidos iônicos, BMI-BF4, BMI-NTf2 e OMI-NTf2, por ablação à laser. As nanopartículas formadas, com diâmetro médio de aproximadamente 3 e 1,5 nm, apresentam uma intensa absorção na região do UV com uma cauda que se estende ao infravermelho. Quando excitadas em 355 nm, as nanopartículas apresentam uma emissão de fluorescência com espectro bem largo na região do visível, tornando-se branca. No último trabalho sintetizamos nanotubos de óxido de tântalo que foram dispersos em uma solução de rodamina B. Nestes sistemas foram realizadas medidas de livre caminho médio de transporte da luz e análises da emissão em função da energia de bombeio, o que resultou no desenvolvimento de um laser aleatório com realimentação incoerente. / In this thesis, we present three works developed at this doctorate process. In the first work, we have studied the influence of the photocatalytic form on the water splitting process, in the second we have produced and characterized fluorescent carbon nanoparticles and, in the thirth, a random laser of tantalum oxide nanotubes suspended in a rhodamine solution, was developed. In the first work, we have observed that the hydrogen production by water splitting can be optimized by controlling the form of the nanocatalysts material. Was also observed that in a system where the nanocatalysts have a tubular form, the hydrogen production is almost 6 times greater than in a system of spherical nanocatalysts. Adopting the Rayleigh-Gans theory and a local field solution in a semi-static approach, we determine analytic solutions of the absorption and scattering cross sections for both systems. By those solutions, we modelate the difference on the amount of the hydrogen produced by nanospheres and nanotubes. In the second work, we have produced fluorescent Carbon nanoparticles by laser ablation of graphite in different Ionic Liquids, BMIM-BF4, BMIM-NTf2 and OMI-NTf2. The produced nanoparticles, whith a mean size of 3 and 1.5 nm, presented an intense absorption at the UV region with a tail extended to the IR spectra region. When excited in 355 nm, the nanoparticles presented a broadband fluorescence emission in the visible, becoming white. Lastly, we synthesized tantalum oxide nanotubes that were dispersed in a Rhodamine solution. In this systems we performed measurements of transport mean free path of light and analyzed the emission in function of the pump energy, which resuts at the development of a random laser with incoherent feedback.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:36:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338914.pdf: 2554765 bytes, checksum: 59d638f77c12b827fab82f56ff43850e (MD5) Previous issue date: 2015 / Uma liga memória de forma Ti50Ni25Fe25 foi produzida por moagem mecânica. Suas propriedades estruturais, térmicas e magnética foram estudadas usando as técnicas difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria diferencial de varredura (DSC - differential scanning calorimetry), espectroscopia de absorção fotoacústica, magnetometria de amostra vibrante (VSM - vibrating sample magnetometry) e espectroscopia Mössbauer (ME ? Mössbauer spectroscopy). Após 8 horas de moagem, o difratograma de DRX mostrou a nucleação da fase nanométrica Ti50Ni25Fe25 (B2) e uma fase amorfa (em pequena fração volumétrica), a qual foi confirmada por medidas de DSC. A curva de histerese medida por VSM e os espectros Mössbauer medidos em baixas temperaturas mostraram que a liga Ti50Ni25Fe25 (B2) possui características típicas de materiais ferromagnéticos moles. Os efeitos da alta pressão sobre a estabilidade estrutural da liga Ti50Ni25Fe25 (B2) foram estudados usando a técnica de difração de raios X por dispersão angular. Os difratogramas em função da pressão foram registrados à temperatura ambiente. Para pressões desde a pressão atmosférica até 7,0 GPa, os difratogramas mostraram a fase B2 (c.c.c.) e Ni elementar e/ou de uma solução sólida (SS)-(Fe,Ni). Para pressões entre 7,0 e 9,0 GPa, foi observada a transformação martensítica da estrutura B2 em uma B19 (de estrutura trigonal-hexagonal), bem como o desaparecimento da fase correspondente ao Ni elementar e/ou SS-(Fe,Ni). Além disso, observou-se a nucleação da fase FeNi3. As fases B19 e FeNi3 permaneceram até a mais elevada pressão utilizada (18,0 GPa). Os espectros ME em função da temperatura corroboraram os difratogramas ADXRD registrados uma função da pressão. Durante a descompressão, a transformação estrutural inversa B19 ? B2 foi observada em torno de 5,0 GPa, bem como o desaparecimento da fase FeNi3. Simulações dos espectros ME registrados em função de baixas temperaturas usando o método de distribuição do campo revelaram valores de campos magnéticos hiperfinos muito baixos para a faixa de temperatura utilizada. Além disso, observou-se um aumento gradual da ordem ferromagnética da liga com a diminuição da temperatura até a menor temperatura utilizada (15 K).<br> / Abstract : A shape memory Ti50Ni25Fe25 alloy was produced by mechanical alloying technique. Its structural, thermal and magnetic properties were studied by the X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), photoacoustic absorption spectroscopy (PAS), vibrating sample magnetometry (VSM) and Mössbauer spectroscopy (ME) techniques. After 8 h of milling, XRD pattern showed the formation of the nanostructured Ti50Ni25Fe25 (B2) and amorphous phases. The latter was confirmed by DSC measurements. VSM and ME measurements showed that the Ti50Ni25Fe25 alloy has a soft ferromagnetic behavior. High-pressure effect on its structural stability was studied using Angle-dispersive X-ray diffraction (ADXRD) measurements at the room temperature. From atmospheric pressure up to 7 GPa, the ADXRD patterns showed the B2 (b.c.c) phase and elemental Ni and/or a solid solution (SS)-(Fe,Ni). For pressures between 7.0 and 9.0 GPa, it was observed the martensitic phase transformation of B2 structure into a trigonal/hexagonal (B19) structure and the disappearance of elemental Ni and/or SS- (Fe, Ni) phase. Also, the nucleation of the FeNi3 phase was observed. The B19 and FeNi3 phases remain up to the highest pressure used (18 GPa). ME spectra as a function of temperature corroborated the recorded ADXRD patterns as a function of pressure. During decompression, the reverse structural B19? B2 transformation was observed at about 5.0 GPa as well as the disappearance of FeNi3. Simulation of the recorded ME spectra as a function of low temperatures using field distribution revealed very low hyperfine magnetic field values throughout the temperature range used. Also, it was observed a gradual increase in the ferromagnetic order alloy with decreasing temperature up to the lowest used temperature (15 K).

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:58:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338914.pdf: 2554765 bytes, checksum: 59d638f77c12b827fab82f56ff43850e (MD5) Previous issue date: 2015 / Uma liga memória de forma Ti50Ni25Fe25 foi produzida por moagem mecânica. Suas propriedades estruturais, térmicas e magnética foram estudadas usando as técnicas difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria diferencial de varredura (DSC - differential scanning calorimetry), espectroscopia de absorção fotoacústica, magnetometria de amostra vibrante (VSM - vibrating sample magnetometry) e espectroscopia Mössbauer (ME ? Mössbauer spectroscopy). Após 8 horas de moagem, o difratograma de DRX mostrou a nucleação da fase nanométrica Ti50Ni25Fe25 (B2) e uma fase amorfa (em pequena fração volumétrica), a qual foi confirmada por medidas de DSC. A curva de histerese medida por VSM e os espectros Mössbauer medidos em baixas temperaturas mostraram que a liga Ti50Ni25Fe25 (B2) possui características típicas de materiais ferromagnéticos moles. Os efeitos da alta pressão sobre a estabilidade estrutural da liga Ti50Ni25Fe25 (B2) foram estudados usando a técnica de difração de raios X por dispersão angular. Os difratogramas em função da pressão foram registrados à temperatura ambiente. Para pressões desde a pressão atmosférica até 7,0 GPa, os difratogramas mostraram a fase B2 (c.c.c.) e Ni elementar e/ou de uma solução sólida (SS)-(Fe,Ni). Para pressões entre 7,0 e 9,0 GPa, foi observada a transformação martensítica da estrutura B2 em uma B19 (de estrutura trigonal-hexagonal), bem como o desaparecimento da fase correspondente ao Ni elementar e/ou SS-(Fe,Ni). Além disso, observou-se a nucleação da fase FeNi3. As fases B19 e FeNi3 permaneceram até a mais elevada pressão utilizada (18,0 GPa). Os espectros ME em função da temperatura corroboraram os difratogramas ADXRD registrados uma função da pressão. Durante a descompressão, a transformação estrutural inversa B19 ? B2 foi observada em torno de 5,0 GPa, bem como o desaparecimento da fase FeNi3. Simulações dos espectros ME registrados em função de baixas temperaturas usando o método de distribuição do campo revelaram valores de campos magnéticos hiperfinos muito baixos para a faixa de temperatura utilizada. Além disso, observou-se um aumento gradual da ordem ferromagnética da liga com a diminuição da temperatura até a menor temperatura utilizada (15 K).<br> / Abstract : A shape memory Ti50Ni25Fe25 alloy was produced by mechanical alloying technique. Its structural, thermal and magnetic properties were studied by the X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), photoacoustic absorption spectroscopy (PAS), vibrating sample magnetometry (VSM) and Mössbauer spectroscopy (ME) techniques. After 8 h of milling, XRD pattern showed the formation of the nanostructured Ti50Ni25Fe25 (B2) and amorphous phases. The latter was confirmed by DSC measurements. VSM and ME measurements showed that the Ti50Ni25Fe25 alloy has a soft ferromagnetic behavior. High-pressure effect on its structural stability was studied using Angle-dispersive X-ray diffraction (ADXRD) measurements at the room temperature. From atmospheric pressure up to 7 GPa, the ADXRD patterns showed the B2 (b.c.c) phase and elemental Ni and/or a solid solution (SS)-(Fe,Ni). For pressures between 7.0 and 9.0 GPa, it was observed the martensitic phase transformation of B2 structure into a trigonal/hexagonal (B19) structure and the disappearance of elemental Ni and/or SS- (Fe, Ni) phase. Also, the nucleation of the FeNi3 phase was observed. The B19 and FeNi3 phases remain up to the highest pressure used (18 GPa). ME spectra as a function of temperature corroborated the recorded ADXRD patterns as a function of pressure. During decompression, the reverse structural B19? B2 transformation was observed at about 5.0 GPa as well as the disappearance of FeNi3. Simulation of the recorded ME spectra as a function of low temperatures using field distribution revealed very low hyperfine magnetic field values throughout the temperature range used. Also, it was observed a gradual increase in the ferromagnetic order alloy with decreasing temperature up to the lowest used temperature (15 K).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-02-21Bitstream added on 2014-06-13T19:32:52Z : No. of bitstreams: 1 souza_rff_me_araiq_parcial.pdf: 309974 bytes, checksum: 62280d3f9acf765ce72f300ca525dbbb (MD5) Bitstreams deleted on 2015-04-01T12:51:13Z: souza_rff_me_araiq_parcial.pdf,Bitstream added on 2015-04-01T12:51:47Z : No. of bitstreams: 1 000718974.pdf: 1705233 bytes, checksum: 959b8b3cc41bf702fc47d575d0eddbfc (MD5) / Células a combustível são dispositivos promissores devido a sua alta eficiência na conversão de energia química em energia elétrica com baixo ou nenhum impacto ambiental. O desempenho das células de baixa temperatura de operação depende, dentre outros fatores, do catalisador utilizado, composto geralmente de platina na forma de nanopartículas suportadas sobre carbono de alta área superficial. Metanol é um dos combustíveis que pode ser empregado nas células, no entanto sua eletro-oxidação gera espécies intermediárias, como o CO, que permanecem fortemente adsorvidas nos sítios da platina “envenenando” o catalisador, e que são oxidadas apenas em potenciais elevados. O presente trabalho consistiu na preparação de nanopartículas de PtRuM/C (M = Fe ou Sn) ancoradas sobre carbono de alta área superficial, analisando a influência do terceiro metal na atividade eletrocatalítica frente à reação de oxidação de metanol. Os catalisadores foram preparados pelo método de microemulsão e tratados termicamente em atmosfera inerte. A caracterização das propriedades físicas foi realizada por difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e espectroscopia de absorção de raios X dispersivos (DXAS). O comportamento eletroquímico geral dos catalisadores foi avaliado por voltametria cíclica em meio ácido e a atividade eletrocatalítica para a de oxidação de metanol foi estudada por varredura linear de potencial e cronoamperometria. A análise dos produtos e intermediários da oxidação de metanol foi realizada quantitativamente e qualitativamente por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) in-situ. Os resultados para eletro-oxidação de metanol demonstram que... / Fuel cells are promising devices because of its high efficiency in converting chemical energy to electrical energy with low or no environmental impact. The cell performance depends, among other factors, on the catalysts used, usually consisting of platinum nanoparticles supported on high surface area carbon. Methanol is one of the fuels that can be used in a fuel cell. However, its electro-oxidation produces intermediate species, such as CO, which remain strongly adsorbed on the platinum sites, poisoning the catalyst surface because their oxidation takes place only in high potentials. In this work, PtRuM/C (M = Fe or Sn) nanoparticles supported on high surface area carbon were prepared and the influence of the third metal in the electrocatalytic activity toward methanol oxidation was analyzed. The catalysts were prepared in microemulsions and heat treated in an inert atmosphere. Characterization of physical properties was performed by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and dispersive X-ray absorption spectroscopy (DXAS). The general electrochemical behavior of the catalysts was evaluated by cyclic voltammetry in acidic solution while the electrocatalytic activity for methanol oxidation was studied by linear potential sweeps and chronoamperometry. Analysis of the products of methanol oxidation was performed qualitatively and quantitatively by high performance liquid chromatography (HPLC) and in-situ Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The results for the electro-oxidation of methanol demonstrate that addition of Sn improves the activity of the materials, while the presence of Fe is detrimental. Moreover, data also revealed that heat treatment promoted... (Complete abstract click electronic access below)

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-07-19T13:27:54Z No. of bitstreams: 1 2017_TiagodeJesuseCastro.pdf: 5324603 bytes, checksum: 82aee5a023babe56ab79f58ef3dd21ef (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-09-15T11:58:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_TiagodeJesuseCastro.pdf: 5324603 bytes, checksum: 82aee5a023babe56ab79f58ef3dd21ef (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T11:58:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_TiagodeJesuseCastro.pdf: 5324603 bytes, checksum: 82aee5a023babe56ab79f58ef3dd21ef (MD5) Previous issue date: 2017-09-15 / Este trabalho dedica-se ao estudo das propriedades ópticas, estruturais e magnéticas de nanopartículas de MxZn1-xO (M = Co, Eu e Ho) com 0,000 ≤ x ≤ 0,100. As amostras foram sintetizadas pelo método da solução de combustão (SCM) e caracterizadas por difração de raiosX (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios-X por dispersão de energia (EDS), ressonância paramagnética eletrônica (EPR), magnetometria e espectroscopias Raman e fotoacústicas. Os padrões de DRX e os espectros Raman indicaram a formação da estrutura ZnO wurtzita hexagonal (grupo espacial C4 6V) em todos os conjuntos de amostras. A espectroscopia Raman, assim como os dados de EPR e de espectroscopia fotoacústica, confirmaram a presença de duas fases (wurtzita e Co3O4) nas amostras de CoxZn1- xO. Além do mais, dados de DRX evidenciaram a formação das fases Eu2O3, Eu2O2CN2 e Ho2O3 nas amostras EuxZn1-xO e HoxZn1-xO, respectivamente. Medidas de magnetização indicaram a presença de ordenamento magnético de longo alcance, a temperatura ambiente, nas amostras de CoxZn1-xO, inclusive para x = 0,000. No entanto, foi verificado que a componente ferromagnética das amostras com x = 0,000 é pelo menos vinte vezes menor que a magnetização de saturação da amostra Co0,100Zn0,900O. Análises das curvas de magnetização em diferentes temperaturas mostraram que o ferromagnetismo nas amostras com x  0,000 é resultante da formação de pequenas inclusões de Co-metálico, com raio estimado de aproximadamente 4,8 nm e temperatura de bloqueio de ~595 K. Em complemento, medidas de espectroscopia Raman evidenciaram a presença de modos vibracionais adicionais (AMs) com energias e intensidades similares aos encontrados em espectros Raman de amostras de ZnO dopadas com nitrogênio. Resultados referentes ao tratamento térmico das NPs de MxZn1-xO em diferentes condições (diferentes temperaturas e em atmosfera de ar, fluxo de N2 ou fluxo de He) mostraram-se consistentes com a formação de impurezas de N na estrutura do ZnO. Além do mais, o fato das intensidades dos AMs apresentarem uma relação de dependência com o teor de átomos de Eu ou Ho presentes na estrutura cristalina do ZnO sugere que estes elementos aumentam a solubilidade do nitrogênio no óxido de zinco. Por fim, os resultados pós-tratamento térmico demonstram que a origem do modo adicional em ~510 cm-1 não pode ser explicada levando-se em conta a existência de complexos de Zni-Oi, como é proposto atualmente na literatura. De fato, os dados aqui apresentados sugerem que os AMs são modos Raman ativados por desordem, promovidos pela presença de N. / This work is dedicated to the study of the optical, structural and magnetic properties of MxZn1-xO (M = Co, Eu e Ho) nanoparticles with 0,000 ≤ x ≤ 0,100. The samples were synthesized by the solution combustion method (SCM) and characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), electron paramagnetic resonance (EPR), magnetometry, Raman spectroscopy and photoacoustic spectroscopy. The XRD patterns and the Raman spectra of all samples indicated the formation of the ZnO hexagonal wurtzite structure (space group C 4 6V). The Raman spectroscopy, as well as the EPR and photoacoustic data, confirmed the presence of two crystallographic phases (wurtzite and Co3O4) in the CoxZn1-xO NPs. In addition, XRD data showed the formation of Eu2O3, Eu2O2CN2 and Ho2O3 phases in the EuxZn1-xO and HoxZn1-xO samples, respectively. Magnetization measurements indicated the existence of long-range magnetic ordering at room temperature in the CoxZn1-xO NPs, including in the x = 0,000 sample. Nevertheless, it was verified that the ferromagnetic component of the x = 0,000 sample is at least twenty times smaller than the saturation magnetization of the Co0,100Zn0,900O. Analysis of the magnetization curves at different temperatures showed that the ferromagnetism in the samples with x  0,000 comes from small Co-metallic inclusions, with an estimated radius of about 4,8 nm and blocking temperature around 595 K. In addition, Raman spectroscopy measurements showed the presence of additional vibrational modes (AMs) with similar energies and intensities to what is found in the Raman spectra of N-doped ZnO. Results from thermal treatment of MxZn1-xO NPs at different conditions (different temperatures and in air atmosphere, N2- or He-flow) were consistent with the formation of N-impurities in the ZnO structure. In addition, the fact that the AMs correlate with the Eu- and Ho-content suggest that these elements increase the solubility of nitrogen in the zinc oxide. Finally, the results concerning the post-thermal treatment demonstrated that the origin of the additional mode at ~510 cm-1 cannot be explained considering the existence of complexes ZniOi, as currently proposed in literature. In fact, the data presented here suggest that Raman scattering favored by N-impurities is likely to be the origin of the Raman AMs in the studied nanomaterials.

Orientadora : Profª. Drª. Graciela Inês Bolzon de Muñiz / Coorientadores : Prof. Dr. Alan Sulato de Andrade, Prof. Dr. Leonardo Simon, Profª. Drª. Silvana Nisgoski / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa: Curitiba, 29/09/2016 / Inclui referências / Área de concentração : Tecnologia e Utilização de Produtos Florestais / Resumo: As nanoceluloses têm sido estudadas como biopolímeros de alta tecnologia para aplicação em diversos materiais, especialmente para o desenvolvimento de filmes. O objetivo desse trabalho foi avaliar a aplicação de celulose microfibrilada (CMF) de Eucalyptus sp. para a aplicação em recobrimento e barreira de filmes celulósicas, assim como o desenvolvimento de um biofilme onde a CMF possa atuar como reforço em uma matriz de amido (mandioca e mandioca hidroxiproprilado). Foram utilizadas CMF's de duas fontes: CMF laboratorial produzida nomoinho desfibrilador Masuko utilizando polpa branqueada e não branqueada; e a CMF industrial com diferentes graus de fibrilamento. As CMF's foram caracterizadas morfologicamente e termicamente. As folhas celulósicas com as deposições superficiais e os biofilmes foram caracterizados morfológica, física, mecânica e termicamente. Os resultados mostraram o desenvolvimento de materiais promissores para o setor de embalagens, com ganhos nas propriedades mecânicas, físicas e térmicas, porém a principal limitação do uso do amido e da CMF foi quanto a sua alta afinidade por umidade, o que limita a aplicação em ambientes com tempo elevado de exposição a umidade. A aplicação do filme de CMF reduziu significativamente a absorção de água, porém os resultados indicam que este ainda não é um material totalmente impermeável para determinadas aplicações. Uma aplicação potencial poderia ser quanto ao seu uso em embalagens emalimentos vendidos em padarias e fast foods, onde o tempo de contato com a umidade e óleos é mais curto. Já o biofilme de amido de mandioca apresentou características potenciais para o desenvolvimento de um bioplástico com boas propriedades físicas e mecânicas. Palavras-chave: CMF. Embalagens. Nanotecnologia. Filme celulósico. Impermeabilidade. / Abstract: Nanocelluloseshave been studied as a high-tech biopolymer to use in various materials, especially for the packaging industry. The aim of this study was to evaluate the application of microfibrillated cellulose (MCF) from Eucalyptus sp. for use in cellulosic sheet coatings and cellulosic film barriers as well asto develop a biofilm where MCF can acts as a reinforcement in a starch matrix (hydroxipropilated cassava starch and cassava starch). MCFs were used from two sources: MCF produced in a laboratory with a Masuko defibrillator mill using bleached and unbleached pulp and industrial MCF with different degrees of fibrillation. The MCF's were characterized morphologically and thermally. The cellulosic sheets with the superficial deposits and biofilms were characterized by morphologic, physical, mechanical and thermal properties. The results show potential for a promising new material for the packaging sector with improvements in mechanical, physical and thermal properties. The major limitation on the use of starch and MCF was its high affinity for moisture, which limits its application in environments with exposure to moisture for long periods. The application of the MCF film significantly reduced the absorption of water, but the results indicated that the MCF film was not a completely waterproof material for certain applications. Since thecassava starch biofilm showed potential features for the development of a bioplastic with good physical and mechanical properties, one potential application could be in bakery and fast food packaging where the contact time with moisture and oils is shorter. The cassava starch biofilm showed potential features for the development of a bioplastic with good physical and mechanical properties. Keywords: MCF. Packaging. Nanotechnology. Cellulosic film. Impermeability.

Banca: Luis Rogério de Oliveira Hein / Banca: Waldek Wladimir BaseFilho / Banca: Ailton de Souza Gomes / Banca: Durval Rodrigues Junior / Banca: Maysa Furlan / Resumo: Este trabalho de pesquisa consistiu na obtenção de compósitos nanoestruturados utilizando matrizes poliméricas termorrígidas e nanotubos de carbono (CNT) e posterior caracterização de suas propriedades mecânicas, térmicas, elétricas, reológicas e demais características físico-químicas para aplicações aeroespaciais. As atividades experimentais para a realização deste trabalho foram, em sua maioria, conduzidas na Alemanha. Durante o desenvolvimento deste trabalho de pesquisa, foi possível entender melhor como deve ser realizada a purificação, funcionalização e dispersão de CNT em compósitos poliméricos. Desta forma, CNT foram caracterizados e utilizados como reforços para a obtenção de compósitos nanoestruturados em matrizes termorrígidas (resina fenólica). Estes compósitos foram processados, por meio de cura em autoclave e avaliados com relação aos seus desempenhos mecânicos, físico-químicos e morfológicos. Duas metodologias foram utilizadas para permitir a dispersão dos CNT: dispersão em solução aquosa e por calandragem (TRC). Os resultados obtidos mostram que a metodologia mais adequada para dispersar os CNT em resina fenólica é a partir do processo por calandragem e que teores superiores a 0,5% em massa de CNT não resultam em melhorias significativas quanto aos desempenhos viscoelástico, térmico, elétrico e mecânico destes compósitos. Ainda, a partir dos ensaios reológicos e elétricos, foi observado que teores abaixo de 0,2% em massa de CNT já são suficientes para promover a percolação dos CNT na resina fenólica, gerando mudanças significativas no comportamento físico-químico do compósito nanoestruturado. A partir deste trabalho de pesquisa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This researcher work concerning about the nanostructured composite obtaining by using thermoset polymeric matrix and carbon nanotubes and posterior characterization of their mechanical, thermal, electrical, rheological and others physical-chemical properties for aerospace application. The experimental activities in order to perform this work, in its majority, have been done in Germany. During the development of this researcher work, it was possible to understand better how should be done the purification, functionalization and dispersion of CNT into polymeric composites. This way, CNT were characterized and used as reinforcement in order to obtain nanostructured composite materials in thermoset matrix (phenolic resin). These composites were processed by using autoclave cure processing and they were evaluated concerning about its mechanical, physical-chemical and morphological behavior. Two methodologies were used in order to allow the CNT dispersion: in aqueous solution and in three roll calender (TRC). The obtained results show that the TRC methodology is more adequate in order to disperse the CNT reinforcement and that the content higher than 0.5wt%CNT not result in significant gain in viscoelastic, thermal, rheological and electrical properties in these composites. Still, from the rheological and electrical tests, it was observed that loads below than 0.2wt%CNT are enough to promote the CNT percolation in phenolic resin, generating significant changes in physical-chemical properties of nanostructured composites. From this researcher work... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: Hebe de las Mercedes Villullas / Coorientador: Elisete Aparecida Batista / Banca: Antonio Carlos Dias Angelo / Banca: Adalgisa Rodrigues de Andrade / Resumo: Células a combustível são dispositivos promissores devido a sua alta eficiência na conversão de energia química em energia elétrica com baixo ou nenhum impacto ambiental. O desempenho das células de baixa temperatura de operação depende, dentre outros fatores, do catalisador utilizado, composto geralmente de platina na forma de nanopartículas suportadas sobre carbono de alta área superficial. Metanol é um dos combustíveis que pode ser empregado nas células, no entanto sua eletro-oxidação gera espécies intermediárias, como o CO, que permanecem fortemente adsorvidas nos sítios da platina "envenenando" o catalisador, e que são oxidadas apenas em potenciais elevados. O presente trabalho consistiu na preparação de nanopartículas de PtRuM/C (M = Fe ou Sn) ancoradas sobre carbono de alta área superficial, analisando a influência do terceiro metal na atividade eletrocatalítica frente à reação de oxidação de metanol. Os catalisadores foram preparados pelo método de microemulsão e tratados termicamente em atmosfera inerte. A caracterização das propriedades físicas foi realizada por difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) e espectroscopia de absorção de raios X dispersivos (DXAS). O comportamento eletroquímico geral dos catalisadores foi avaliado por voltametria cíclica em meio ácido e a atividade eletrocatalítica para a de oxidação de metanol foi estudada por varredura linear de potencial e cronoamperometria. A análise dos produtos e intermediários da oxidação de metanol foi realizada quantitativamente e qualitativamente por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) in-situ. Os resultados para eletro-oxidação de metanol demonstram que... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Fuel cells are promising devices because of its high efficiency in converting chemical energy to electrical energy with low or no environmental impact. The cell performance depends, among other factors, on the catalysts used, usually consisting of platinum nanoparticles supported on high surface area carbon. Methanol is one of the fuels that can be used in a fuel cell. However, its electro-oxidation produces intermediate species, such as CO, which remain strongly adsorbed on the platinum sites, "poisoning" the catalyst surface because their oxidation takes place only in high potentials. In this work, PtRuM/C (M = Fe or Sn) nanoparticles supported on high surface area carbon were prepared and the influence of the third metal in the electrocatalytic activity toward methanol oxidation was analyzed. The catalysts were prepared in microemulsions and heat treated in an inert atmosphere. Characterization of physical properties was performed by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and dispersive X-ray absorption spectroscopy (DXAS). The general electrochemical behavior of the catalysts was evaluated by cyclic voltammetry in acidic solution while the electrocatalytic activity for methanol oxidation was studied by linear potential sweeps and chronoamperometry. Analysis of the products of methanol oxidation was performed qualitatively and quantitatively by high performance liquid chromatography (HPLC) and in-situ Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR). The results for the electro-oxidation of methanol demonstrate that addition of Sn improves the activity of the materials, while the presence of Fe is detrimental. Moreover, data also revealed that heat treatment promoted... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Nesta tese de doutorado, apresentamos três trabalhos desenvolvidos durante este processo. No primeiro estudamos a influência da forma do catalisador sobre a fotólise, no segundo produzimos e caracterizamos nanopartículas fluorescentes de carbono e no último desenvolvemos um laser aleatório composto por nanotubos de óxido de tântalo dispersos em solução com rodamina. No primeiro trabalho, observamos que a produção de hidrogênio por dissociação da molécula de água através de fotólise pode ser otimizada a partir do controle da forma do material catalisador. Observamos que, em um sistema onde os nanocatalisadores têm forma tubular, a produção de hidrogênio é quase 6 vezes maior do que quando os catalisadores possuem forma esférica. Através do uso da teoria de espalhamento Rayleigh-Gans e de uma solução no regime quase-estático com o método de campo local foi possível obter resultados analíticos para o espalhamento e absorção de luz para os dois distintos sistemas. Como o processo de fotólise se inicia a partir da absorção da luz, modelamos a diferença de produção de hidrogênio entre os dois sistemas. No segundo, produzimos nanopartículas fluorescentes de carbono por ablação de grafite em diferentes líquidos iônicos, BMI-BF4, BMI-NTf2 e OMI-NTf2, por ablação à laser. As nanopartículas formadas, com diâmetro médio de aproximadamente 3 e 1,5 nm, apresentam uma intensa absorção na região do UV com uma cauda que se estende ao infravermelho. Quando excitadas em 355 nm, as nanopartículas apresentam uma emissão de fluorescência com espectro bem largo na região do visível, tornando-se branca. No último trabalho sintetizamos nanotubos de óxido de tântalo que foram dispersos em uma solução de rodamina B. Nestes sistemas foram realizadas medidas de livre caminho médio de transporte da luz e análises da emissão em função da energia de bombeio, o que resultou no desenvolvimento de um laser aleatório com realimentação incoerente. / In this thesis, we present three works developed at this doctorate process. In the first work, we have studied the influence of the photocatalytic form on the water splitting process, in the second we have produced and characterized fluorescent carbon nanoparticles and, in the thirth, a random laser of tantalum oxide nanotubes suspended in a rhodamine solution, was developed. In the first work, we have observed that the hydrogen production by water splitting can be optimized by controlling the form of the nanocatalysts material. Was also observed that in a system where the nanocatalysts have a tubular form, the hydrogen production is almost 6 times greater than in a system of spherical nanocatalysts. Adopting the Rayleigh-Gans theory and a local field solution in a semi-static approach, we determine analytic solutions of the absorption and scattering cross sections for both systems. By those solutions, we modelate the difference on the amount of the hydrogen produced by nanospheres and nanotubes. In the second work, we have produced fluorescent Carbon nanoparticles by laser ablation of graphite in different Ionic Liquids, BMIM-BF4, BMIM-NTf2 and OMI-NTf2. The produced nanoparticles, whith a mean size of 3 and 1.5 nm, presented an intense absorption at the UV region with a tail extended to the IR spectra region. When excited in 355 nm, the nanoparticles presented a broadband fluorescence emission in the visible, becoming white. Lastly, we synthesized tantalum oxide nanotubes that were dispersed in a Rhodamine solution. In this systems we performed measurements of transport mean free path of light and analyzed the emission in function of the pump energy, which resuts at the development of a random laser with incoherent feedback.