Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T03:25:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 287051.pdf: 5314527 bytes, checksum: ffb9e68f043a08966600d7b0d04b1d08 (MD5) / Nanocompósitos poliméricos com nanotubos de carbono tem despertado grande interesse da comunidade científica devido às propriedades elétricas, térmicas e mecânicas destas partículas, que foram recentemente descobertas. A área superficial e relação entre o comprimento e do diâmetro extremamente elevadas dos nanotubos de carbono oferecem a possibilidade de mudanças significativas nas propriedades dos polímeros com a adição de pequenos teores de nanotubos. A dispersão adequada dos nanotubos de carbono na matriz polimérica é um dos principais desafios no desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos. Neste trabalho foram obtidos nanocompósitos de nanotubos de carbono em matriz de poli(cloreto de vinila) [PVC] pelo processo de mistura com o polímero em solução de tetraidrofurano com posterior evaporação do solvente. Nanocompósitos com teores entre 0,1 e 1,0 %m de nanotubos de carbono de parede múltipla, não funcionalizados e funcionalizados com grupos carboxila, foram estudados. Nanotubos de carbono foram sintetizados pelo processo de deposição catalítica de vapor (CVD), entretanto devido ao baixo rendimento do processo e a necessidade de um maior volume de material foram utilizados nanotubos comerciais. A dispersão dos nanotubos na matriz de PVC foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e ressonância magnéticos nuclear de baixo campo (RMN), indicando que os nanotubos se encontram dispersos na matriz com alguns domínios de aglomeração, independente do teor ou da funcionalização dos nanotubos. As propriedades mecânicas, módulo de elasticidade e resistência à tração máxima dos nanocompósitos permaneceram inalteradas em relação ao PVC puro. Entretanto, a deformação na ruptura foi significativamente reduzida nos nanocompósitos, independente do teor de nanotubos adicionados, sugerindo que os domínios de nanotubos aglomerados influenciam esta propriedade. A temperatura de transição vítrea do PVC nos nanocompósitos independe do teor de nanotubos de carbono, enquanto que a resistividade elétrica volumétrica foi reduzida em até dez ordens de grandeza nos nanocompósitos com teor superior a 0,4 %m de nanotubos de carbono em relação ao polímero puro. Este resultado habilita o uso dos nanocompósitos estudados em aplicações como material semicondutor.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Filosofia e Ciências Humanas. Programa de Pós-Graduação em Sociologia Política. / Made available in DSpace on 2012-10-25T15:14:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 300035.pdf: 4882639 bytes, checksum: f3166172bdf203ea163dd6b3a105a799 (MD5) / O objetivo central desta tese é analisar o processo de constituição de uma nova tecnologia como portadora de riscos. Partindo de um produto nanotecnológico, o nanotubo de carbono, discutiu-se a constituição de um risco tecnológico. Utilizou-se o referencial teórico desenvolvido principalmente por Bruno Latour, designado Actor Network Theory e conhecido no Brasil como teoria do ator-rede. Foram analisados todos os artigos científicos que continham as palavras 'risk' e 'carbon nanotubes' publicados nas principais revistas acadêmicas internacionais e disponibilizados no portal de periódico CAPES, no período de 2003 até 2010. A amostra foi composta de 102 artigos. Concluiu-se que, na constituição dos riscos tecnológicos, não há uma produção cumulativa do conhecimento; tem-se uma produção mais complexa. Cada novo ator que é arrolado na rede do nanotubo de carbono, como um material portador de riscos, produz uma tradução do que é considerado como evidência de risco, e essa tradução se dá tanto no presente quanto no passado. É apresentado, também, de que forma os documentos produzidos por agências governamentais (EPA, nos Estados Unidos, e Royal Society, no Reino Unido) e as indústrias químicas DuPont e Bayer discutem os riscos dos nanotubos de carbono. Verificou-se que há expressivas diferenças na forma como os riscos são percebidos e enfrentados por tais agências e indústrias, e que tais percepções refletem, de modo mais amplo, o entendimento de ciência de tais entidades. Neste trabalho, abriu-se a 'caixa-preta' da constituição do nanotubo de carbono como uma tecnologia que contém riscos e apontou-se como uma determinada tecnologia passa a ser considerada arriscada pelos próprios cientistas. Nesse sentido, a tese contribui para as teorias sociais sobre análise de riscos. Mesmo tomando um produto em particular, a tese possibilita entender, de maneira mais ampla, o processo de constituição de um risco tecnológico / The aim of this thesis is to analyze the construction process of a new technology as a risky one. We discussed the construction of a technological risk, from a nanotechnological product, the carbon nanotube. Our theoretical framework consisted mainly in the one developed by Bruno Latour, called Actor Network Theory. We analyzed all scientific articles that contained the words 'risk' and 'carbon nanotubes' published in major international academic journals and made available on CAPES journal database, from 2003 until 2010. The sample consisted of 102 articles. We concluded that, in the construction of technological risks, it does not take place a cumulative production of knowledge, but a more complex production. Each new actor who is enrolled in the carbon nanotube network, considered as a material that carries risks, produces a reframing of what is considered as evidence of risk, and this reframing, occurs both in the present, as in the past. We also showed how the risks of carbon nanotubes were discussed in documents produced by government agencies (EPA, USA, and Royal Society, UK) and Bayer and Dupont chemical industries. We identified that there are significant differences in how risks are perceived and addressed by these agencies and industries and that such perceptions reflects, more broadly, how science is perceived by those actors. This research opened up the 'black box' of the constitution of the carbon nanotube as a technology that carries risks and pointed how a particular technology is now considered risky by the scientists themselves; therefore, the work contributes to the social theories related to risk analysis. Even limited to a particular product, the thesis provides insights to the more broadly understanding of the construction process of a technological risk

Atualmente, existem diversos produtos cosméticos de base nanotecnológica disponíveis no mercado nacional, incluindo protetores solares, produtos para a prevenção do envelhecimento cutâneo, ou ainda, produtos que veiculam uma ampla gama de componentes. Em contrapartida ao grande interesse industrial, várias organizações não governamentais têm expressado a sua preocupação acerca das incertezas do impacto dos novos nanomateriais sobre a saúde humana e sobre as possíveis aplicações e implicações sociais dessa nova tecnologia. Além disso, tem sido amplamente questionada a adequação dos atuais sistemas regulatórios governamentais no que diz respeito aos produtos oriundos da nanotecnologia. De fato, mundialmente, não existem requisitos específicos para o registro de produtos cosméticos de base nanotecnológica, sendo a análise realizada, de maneira geral, caso a caso. Dentro desse contexto, esse estudo traçou uma descrição do perfil da produção industrial de produtos cosméticos de base nanotecnológica no Brasil, buscando avaliar a disponibilidade dos mesmos no mercado nacional e a sua segurança de uso com base na análise das matérias primas constituintes dos produtos, determinação do seu diâmetro de partícula e dados disponíveis na literatura. Em uma última etapa, foram propostos alguns parâmetros para a regulação de produtos cosméticos de base nanotecnológica no Brasil, em especial, no que diz respeito à classificação dos produtos e a rotulagem dos mesmos. / There are a number of nanocosmetic products in the domestic market today, including sunblock, products for prevention against skin aging, or even products which circulate in a wide range components. Running counter to major industrial interests, many non-governmental organizations have expressed their concern regarding the uncertainties of the impact new nanomaterials may have on human health as well as the possible applications and social implications that this new technology may bring. Moreover, the adaptation of current governmental regulations has widely come under scrutiny regarding products stemming from nanotechnology. In fact, worldwide, there are no specific requirements to register nanotechological cosmetic products, as each is generally analyzed on a case by case basis. Within this context, this study traced the profile of the industrial production of nanotechnological cosmetic products in Brazil, with the aim of assessing the availability of these products in the domestic market and their safe usage based on the analysis of the raw materials which make up the products, the determining of particle diameter, and the data available in the literature. In the final stage, some parameters for the regulation of nanotechnological cosmetic products in Brazil are proposed, especially as regards the classification and labeling of products.

Materiais nanoestruturados são caracterizados por terem tamanho de cristalito inferior a 100 nm e apresentarem propriedades diferenciadas em relação aos materiais convencionais. A intensificação da nanotecnologia como uma área de pesquisa vem gerando grandes expectativas na ciência de materiais, tendo em vista a vasta gama de novas propriedades físicas e químicas e as potencialidades tecnológicas decorrentes dos materiais nanoestruturados. O óxido de zinco (ZnO) encontra importantes aplicações tecnológicas em borrachas e tintas industriais. As propriedades químicas e microestruturais desse óxido, por sua vez, dependem do método de síntese empregado. Este trabalho teve como objetivo principal a síntese de óxido de zinco nanoestruturado através do método de combustão em solução e sua caracterização quanto às suas características microestruturais e atividade fotocatalítica. Como combustível utilizou-se o ácido cítrico. Para tanto, foram definidas as razões combustível/oxidante a partir de cálculo termodinâmico.Os produtos da reação de síntese foram caracterizados por difração de raios X (fases cristalinas presentes e tamanho de cristalito por single line), por microscopia eletrônica de varredura (análise morfológica), pelo método Branauer, Emmet e Teller - BET (área superficial), por análises térmicas (perda de massa e endo- ou exotermia sob aquecimento), por análise granulométrica (diâmetro médio do grão);Os resultados obtidos indicam que é possível obter ZnO nanoestruturado via síntese por combustão em solução utilizando ácido cítrico como combustível nas razões combustível/oxidante investigadas. Os produtos da síntese apresentaram características microestruturais e atividade fotocatalítica diferentes em função da quantidade de combustível utilizado no processo de combustão. Verificou-se a discordância do efeito da razão combustível/oxidante observado com o que é relatado na literatura para determinadas características dos produtos de reação.O tratamento térmico dos produtos da síntese influenciou diretamente na atividade catalítica de algumas amostras, conferindo-lhe aumento da cristalinidade. / Nanostructured materials are characterized by a crystallite size below 100 nm and display different properties compared to conventional materials. The intensification of nanotechnology as a research area has generated great expectations in materials science, taking into account the wide range of new physical and chemical properties and technological potential of the resulting nanostructured materials. Zinc oxide has important technological applications in rubber and industrial paints. The chemical properties and microstructure of ZnO powder depends on the synthesis method employed. This work aimed to the synthesis of nanostructured zinc oxide by combustion method and their mircrosctrucutural characterization and photocatalytic activity. As fuel was used the citric acid. To do so, the reasons were defined fuel / oxidizer from thermodynamic calculation.The products of the reaction of synthesis were characterized by diffraction of rays-X (present crystalline phases and size of cristallite by single line), by electronic microscopy of scan (morphological analysis), by the approach Branauer, Emmet and Teller - BET (superficial area), by thermal analyses (weight loss and endo- or exotermia under heating), by granulometric analysis (medium diameter of the grain). The results obtained indicate that is possible obtain ZnO nanostructured by synthesis Combustion in solution utilizing citric acid as fuel in the reasons fuel/oxidized investigated.The products of the synthesis presented characteristics microstructured and activity photocatalytic different in function of the quantity of fuel utilized in the porcedure of combustion. There was the disagreement of the effect of the reason fuel/oxidant observed with what is related in the literature for determined characteristics of the products of reaction.The thermal treatment of the synthesis directly influenced in the catalytic activity of some samples, giving it increased crystallinity.

Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento da técnica de síntese por combustão em solução para obtenção de nanocristais de espinélio MgAl2O4, e a caracterização desse material por diferentes técnicas. O estudo da obtenção incluiu o cálculo termodinâmico das reações envolvidas e a influência da razão combustível-oxidante no tamanho de cristalito. A síntese de espinélio MgAl2O4 por combustão foi realizada a partir do trio precursor químico sacarose, nitrato de alumínio e nitrato de magnésio em água, para diferentes razões combustível-oxidante, temperaturas de chama e número total de moles gasosos, relacionando esses parâmetros com tamanho de cristalito do pó, deformação de rede e área superficial. As reações químicas de combustão em solução resultaram na formação in situ de fases amorfas de MgAl2O4 para o pó como-sintetizado. A fase cristalina somente foi obtida após um tratamento térmico a 900°C do pó como-sintetizado. O cálculo termodinâmico da reação de combustão em solução mostrou que quando a razão combustível-oxidante aumenta, obtém-se uma elevação da temperatura de chama adiabática e da quantidade de gás produzida, definindo características do particulado como morfologia, tamanho de cristalito, área superficial e nível de agregação. Para a caracterização do pó utilizaram-se técnicas como análise termodiferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG), granulometria por dispersão de laser (GDL), BET para análise de área superficial, análise cristalográfica por difração de raios X (DRX), microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os pós de espinélio MgAl2O4 obtidos apresentaram-se como constituídos de cristalitos nanométricos, dispostos na forma de agregados de tamanho micrométrico. O tamanho de cristalito médio, calculado pelo método Single Line, a partir de dados de análises por DRX, foi de 21,57 nm, e deformação média calculada de 1,99 x 10-³ nm. Por análise granulométrica constatou-se um tamanho de aglomerado médio de 27,27 µm, com distribuição trimodal. As análises por MEV e MET confirmaram a agregação das partículas do pó sintetizado, a partir de partículas com morfologia irregular e do tamanho nanométrico dos cristalitos. / The goals of the dissertation were to investigate and develop the solution combustion synthesis technique in order to obtain nanocrystalline spinel MgAl2O4 powders and characterize them by different techniques. This study has also included thermodynamic calculation for reactions, which have been investigated and the influence of fuel-to-oxidant ratio on crystallite size. The combustion synthesis of MgAl2O4 spinel was performed by a trio of chemical precursor sucrose, aluminum nitrate and magnesium nitrate in water, for different fuel-to-oxidant ratios, flame temperatures and total mol number of gases, correlating these parameters with crystallite size, strain, surface area and total porosity. The chemical reactions of solution combustion resulted on amorphous phase formation of MgAl2O4 in situ for as-synthesized powder. The crystalline phase formation of spinel MgAl2O4 was only succeeded obtained after a thermal treatment of as-synthesized powder under 900°C. The thermodynamic calculation of the combustion reaction of the combustion reaction shows that as fuel-to-oxidant ratio increases the amount of gas produced and adiabatic flame temperature also increases. Powder characteristics as morphology, crystallite size, surface area and aggregation degree are mainly governed by the flame temperature and generation of gases. The techniques used for powder characterization included differential thermal analyzer (DTA), thermogravimetric analyzer (TGA), particles size analyzer (PSA), surface area by BET analysis, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The spinel MgAl2O4 powders obtained were composed of nano-size crystallites, but in micrometer-sized aggregates. The mean particle size calculated, via Single Line method, using XRD was 21.57 nm and the mean strain calculated was 1.99 x 10-³ nm. PSA indicated that the synthesized powders contain a mean aggregates size with a tri mode distribution of around 27.27 µm. TEM and SEM analyses confirmed that the as-synthesized powders are composed of particles aggregation. They have an irregular morphology and nano-size crystallites.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-03-22T16:54:11Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10843444 bytes, checksum: 24a52ea9ba0a82f88e28e1a691b3b6a6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T16:54:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 10843444 bytes, checksum: 24a52ea9ba0a82f88e28e1a691b3b6a6 (MD5) Previous issue date: 2016-08-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho trata do crescimento e caracterização de nanoestruturas semicondutoras crescidas pela técnica de epitaxia por feixe molecular. Os resultados mostram a confecção de novas estruturas, assim como o uso de substratos complacentes em estudos básicos de fenômenos de crescimento. Duas metodologias distintas foram empregadas. A primeira metodologia explora o uso de membranas parcialmente relaxadas como substratos virtuais para deposição de InAs. A amostra usada como substrato exibe diferentes parâmetros de rede para a parte não relaxada, relaxada e as rugas. Uma grande migração do material depositado (InAs) foi observado com acúmulo de material no topo das rugas. Uma análise semi quantitativa do misfit strain mostra que o material migra para as áreas com menor misfit strain, ao qual representa a região com menor potencial químico de superfície. Migração de material também é observado nas regiões auto suportadas de InGaAs presente na amostra. Nossos resultados mostram que a parte relaxada e rugas oferecem um lugar para o crescimento do InAs que fundamentalmente muda o comportamento do crescimento durante a deposição. Na segunda metodologia, a técnica de “Local Droplet Epitaxy” e “Ga assisted deoxidation” foram combinadas para a criação de buracos na superfície do substrato de GaAs. Na estrutura gerada foi conduzido um estudo morfológico do preenchimento com diferentes espessuras de AlGaAs o que gerou uma estrutura formada por buraco + monte. Esta estrutura tem uma profundidade média de 19 nm, comprimento de 780 nm e largura de 200 nm. As estruturas foram preenchidas com diferentes quantidades de GaAs e cobertas por uma camada de AlGaAs/GaAs gerando estruturas mesoscópicas de GaAs com 1,2 μm de comprimento e 150 nm de largura. As características óticas destas estruturas foram estudadas por microfotoluminescência. Foi observado emissões óticas à temperatura ambiente. Medidas à baixa temperatura demonstraram que o espectro ótico é formado por diferentes linhas excitônicas. Assim foi fabricado novas estruturas com características únicas que podem ser aplicadas para estudos básicos ou em dispositivos. / The present work deals with the growth and characterization of semiconductor nanostructures by molecular beam epitaxy. The results show the production of new nanoestructures as well as the use of compliant substrates for basic studies of growth phenomena. Two diffents methodologies were employed in this work. The first method exploits the use of partly released, relaxed and wrinkled InGaAs membranes as virtual substrates for overgrowth with InAs. Such samples exhibit different lattice parameters for the unreleased epitaxial parts, the released flat, back-bond areas and the released wrinkled areas. A large InAs migration towards the released membrane is observed with a material accumulation on top of the freestanding wrinkles during overgrowth. A semi- quantitative analysis of the misfit strain shows that the material migrates to the areas of the sample with the lowest misfit strain, which we consider as the areas of the lowest chemical potential of the surface. Material migration is also observed for the edge-supported, freestanding InGaAs membranes found on these samples. Our results show that the released, wrinkled nanomembranes offer a growth template for InAs deposition that fundamentally changes the migration behavior of the deposited material on the growth surface. In the second part, the Local Droplet Epitaxy and Ga assisted deoxidation technique were combined for fabricate holes in the GaAs surface. We study the initial hole template created and its overgrowth with AlGaAs generating a hole-mount structure. These hole-mount structures, with a hole depth of up to 19 nm and a length of ca. 780 nm and a width of ca. 200 nm, are than filled with GaAs and caped with a top AlGaAs/GaAs layer resulting into mesoscopic structures of up to 1.2 μm length and 150 nm width. We study the optical characteristics of the structures by photoluminescence. We observe room temperature emission from the mesoscopic structures. Low temperature photoluminescence investigations demonstrate that the optical emission is composed by single separated excitonic lines of several coupled, unstrained areas of the mesoscopic structure. Hence, we manufactured a unique optical emitter for potential application in base research or devices

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-03-23T17:48:32Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 5471239 bytes, checksum: 75e65b6389b6e94ee7f496ab984437dd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-23T17:48:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 5471239 bytes, checksum: 75e65b6389b6e94ee7f496ab984437dd (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Filmes finos metálicos nanoestruturados têm despertado considerável interesse devido à sua ca- pacidade de produzir Ressonância de Plasmons de Superfície (SPR), tornando-os versáteis para aplicação em espectroscopia Raman Intensificada por Superfície (SERS). Os metais usados, geralmente, são prata, ouro, cobre e níquel uma vez que a SPR desses metais estão localizados na região do visível. Neste trabalho, foi sintetizado e caracterizado um material híbrido, consti- tuído de nanopartículas de prata ou cobre autossuportadas sobre um substrato vítreo ativo à base de fosfato, para aplicação na espectroscopia SERS. Os precursores das nanoestruturas de prata ou cobre foram introduzidos como íon na composição do vidro (NaH 2 PO 4 -H 3 BO 3 -Al 2 O 3 ), na forma de AgNO 3 ou Cu 2 O, respectivamente. O tamanho e a forma das nanopartículas formadas possuem dependência com a temperatura e o tempo de tratamento térmico. Para verificação da sensibilidade dos substratos vítreos à umidade, medidas de absorção de água foram realizadas em função de várias concentrações de Al 2 O 3 . Os resultados mostraram que os substratos vítreos SERS ativos sintetizados com 15% de Al 2 O 3 não absorvem água e as nanopartículas não são removidas em solução. Usando a molécula cresil-violeta (CV) como molécula teste, foi pos- sível obter uma amplificação da ordem de 10 5 para os substratos vítreos borofosfatos dopado com íons Ag + . Os substratos dopados com íons de cobre foram avaliados quanto a atividade SERS, usando como molécula teste a rodamina B (RB). Estes substratos vítreos SERS ativos exibiram fatores de amplificação SERS (EF) de 10 7 e 10 8 , para as linhas de laser 514,5 nm e 632,8 nm, respectivamente, com uma excelente reprodutibilidade. A rugosidade da superfície dos substratos vítreos com as nanoestruturas de cobre aumenta com o tempo de tratamento tér- mico. A intensidade SERS apresenta a mesma tendência, atingindo um máximo de amplificação para a amostra tratada durante 20 minutos. Para o tratamento durante 30 minutos, nota-se uma diminuição na intensidade. Os processos cinéticos de difusão e adsorção, responsáveis pela formação de auto-arranjos de nanoestruturas de cobre (mounds) sobre superfície dos vidros borofosfatos, foram estudados usando o método Monte Carlo Cinético, implementando uma barreira cinética que aparece quando a partícula executa uma difusão intercamada no modelo Wolf-Villain (WV). Este modelo foi capaz de reproduzir o comportamento da rugosidade em função do tempo de tratamento térmico obtido experimentalmente, medido através do expoente de crescimento β e do expoente dinâmico z. / Nanostructured thin metallic films have attracted considerable interest due to its ability to pro- duce surface plasmon resonance (SPR), making them versatile for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) applications. A variety of metals are commonly used include silver, gold, copper and nickel since the SPR these metals are located in the visible region. In this work, we were synthesized and characterized a hybrid material, composed of silver or copper nanopar- ticles auto supported onto phosphate based active glass substrate, which are suitable to SERS spectroscopy. The precursors of the silver or copper nanostructures were introduced as ions in the glass composition (NaH 2 PO 4 -H 3 BO 3 -Al 2 O 3 ) as AgNO 3 or Cu 2 O, respectively. The size and shape of the formed nanoparticles have a dependence with the temperature and time of thermal treatment. For check the humidity sensitive of the vitreous substrates, water absorption mea- surements were performed as a function of several Al 2 O 3 concentrations. The results showed that the vitreous substrates SERS active synthesized with 15% Al 2 O 3 do not absorb water and the nanoparticles are not removed in water solution. Using the cresyl violet molecule (CV) in ethanol as the model molecule, was possible to obtain an SERS amplification of 10 5 for vitreous borophosphates substrates doped with silver ions. The substrates doped with copper ions were evaluated for SERS activity, using the rhodamine B (RB) as the model molecule. These vitreous SERS active substrates exhibited SERS enhancement factor (EF) of 10 7 and 10 8 , for laser lines 514,5 nm and 632,8 nm, respectively, with an excellent reproducibility. The surface roughness of the vitreous substrates with copper nanostructures increases with the thermal treatment time. The SERS intensity shows the same tendency, reaching a maximum amplification to the sample treated for 20 minutes. For annealing during 30 minutes, a decrease in intensity is noted. The kinetic processes of diffusion and adsorption, responsible for the formation of copper nanos- tructures self-arrangements (mounds) on the surface of borophosphatos glasses, were studied using the Kinetic Monte Carlo method, implementing a kinetic barrier that appears when the particle performs an interlayer diffusion in Wolf-Villain model (WV). This model was capable of reproduce the behavior of the roughness as a function of the thermal treatment time obtained experimentally, measured by growth exponent β and dynamic exponent z.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-03-24T11:57:50Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3125678 bytes, checksum: 2a20c92b5ea0b04d589a19fbceee841a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-24T11:57:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3125678 bytes, checksum: 2a20c92b5ea0b04d589a19fbceee841a (MD5) Previous issue date: 2016-11-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Os polímeros biodegradáveis constituem um campo de pesquisa emergente na área de embalagens, as maiores barreiras para a aceitação destes materiais como substitutos para os tradicionais polímeros não biodegradáveis estão no desempenho mecânico limitado e alto custo. Diante disso, as nanoceluloses têm sido estudadas como biopolímeros de alta tecnologia para aplicação em nanoreforço em diversos materiais. A primeira etapa deste trabalho foi sintetizar e caracterizar os nanocristais de celulose CNC extraídos a partir do bagaço de cana- de-açúcar. Após a síntese com a hidrolise ácida, o rendimento foi estimado em 40 %, o tamanho variou de 6 a 20 nm de diâmetros e comprimento médio dos cristais variam de 150-300 nm. A avaliação da medida de potencial elétrico superficial mostrou valor médio -19,4 mV, apresentou morfologia de bastonete, temperatura inicial de degradação dos nanocristais de celulose foi de 268 oC, o indice cristalidade foi de 71 % do CNC. A segunda etapa foi sintetizar celulose nanofibrilada CNF extraída do bagaço de cana-de-açúcar processo mecânico de desfibrilação no moinho Super Masscolloider Masuko Sangyo. A celulose nanfibrilada foi caracterizada tendo um rendimento estimado de 90 %, possui seu comprimento alongado 350 nanométrico e seu diâmetro na escala 11 a 16 nanométrico. A avaliação da medida de potencial elétrico superficial mostrou valor médio -26,2 mV. A análise de difração de raios X e análise térmica revelaram que NCFs possui cristalinidade 64,3 % e a temperatura inicial de degradação celulose nanofibriladas foi 240 oC, provavelmente devido à estrutura amorfo. A próxima etapa foi desenvolver uma embalagem ativa biodegradável com pectina (PEC) e adicionar o antimicrobiano nisina z e nanocristais de celulose com nanoreforço. Os resultados obtidos mostraram que os filmes de pectina (PEC) com nisina z (NIS) inibiram o crescimento das bactérias avaliadas a Escherichia coli e Staphylococcus aureus. A temperatura inicial de degradação dos filmes variou (260 oC a 290 oC). O alongamento na ruptura não obteve diferença significativa ao nivel de (P>0,05) na interação.O alongamento na ruptura reduziu com adição das concentrações máximas de NIS e CNC e, consequentemente, houve aumentos do módulo de elasticidade, tornando os filmes mais rígidos e mais fortes. A resistência à máxima tração do filme foi afetado pelos níveis de CNC (8,55 % e 10 %) estudados, no entando, quanto maior concentração de nisina (8,55 %) e CNC maior foi o resistência a máxima dos filmes.A taxa de permeabilidade do vapor de água foi influenciada por uma maior concentração de nanocristais de celulose (10 %) nos filmes de pectina ocorreu uma aumento significativo da taxa de permeabilidade ao vapor d’água (TPVA), mostrando que o nanocristais de celulose em alta concentração não funcionaram como uma barrreira para impedir a passagem de gases. A última etapa foi desenvolver uma embalagem ativa biodegradável á base de pectina com nisina z e celulose nanofibrilada (CNF). No teste de difusão em ágar para todos os tratamentos testados ocorreu diferencia significativa ao nível (P>0,05), observou-se atividade antimicrobiana in vitro da nisina z (NIS) para o micro-organismos Escherichia coli e Staphylococcus aureus. As propriedades mecânicas dos flmes mostraram que a resistência máxima foram afetada pela adição de celulose nanfibrilada (CNF) nos níveis estudados e obteve diferença significativa ao nível (P>0,05).O alongamento na ruptura obteve diferença significativa ao nível (P>0,05) e também foi afetado pela presença de CNF e NIS. O módulo de elasticidade não obteve diferença significativa ao nível (P>0,05) em concentrações máximas de NIS e CNF. As análises termogravimétricas dos filmes apresentaram uma temperatura de degradação de variando de 241 oC a 349 oC entre os tratamentos. A taxa de permeabilidade do vapor de água (TPVA) reduziu com a concentração máxima de 10 % de CNF nos filmes de pectina. A CNF funcionou com uma barreira física formada com a dispersão nanofibrilas na matriz polimérica dificultando a passagem de vapor de água. Essa propriedade é essencial para embalagens para alimentos. / Biodegradable polymers constitute an emergent research field in the area of packages. The biggest barriers for the approval of these materials as substitute for the traditional non-degradable polymers lay on the limited mechanical performance and the high cost.Thereof, the nanocellulose has been studied as high tech biopolymers for the application in nanoreinforcement in several materials. The first stage of this work was to synthesize and characterize the cellulose nanocrystals (C NC) extracted from the sugar cane bagasse. After the synthesis with acid hydrolysis, the yield was estimated in 40 %, the size varied from 6 to 20 nm diameter and the crystals average length varied from 150 to 300 nm. The superficial electric potential measure assessment showed an average value -19,4 mV, presented rods morphology, initial temperature of cellulose nanocrystal degradation was of 268 oC, the cristalnillity index was 71 % from the CNC. The second stage was to synthesize nanofibrillated cellulose CNF extracted from the sugar cane bagasse, mechanical process of defribillation in the mill Super Masscolloider Masuko Sangyo. The nanofibrillated cellulose was characterized with a yield estimated at 90 %, and it has its length elongated 350 nanometric and its diameter in the scale of 11 to 16 nanometric. The superficial electric potential measure assessment showed an average value -26,2 mV. The X-Ray diffraction analysis and the thermal analysis revealed that CNFs have crystanillity 64.3 % and the nanofibrillated cellulose degradation initial temperature was of 240 oC, probably due to the amorphous structure. The next stage was to develop a biodegradable active package with pectin (PEC) and to add the nisin Z antimicrobial as well as the cellulose nanocrystals with nanoreinforcement. The results that were obtained showed that the pectin films (PEC) with nisin Z (NIS) inhibited the growth of the evaluated bacteria Escherichia coli and Staphylococcus aureus. The films degradation initial temperature varied from 260 oC to 290 oC. The elongation in the rupture did not obtain significant difference at the level of P>0.05 in the interaction, but it was affected when the presence of CNC and NIS were evaluated separately. That elongation reduced with the addition of the maximum concentration of NIS and CNC and, consequently, there were increase of the elasticity modules, making the films stronger and more rigid. The maximum resistance of the film was affected by the studied levels of CNC (8.55 % and 10 %); however, the bigger the concentration of nisine (8.55 %) and CNC the bigger the maximun resistance of the films. The water vapor permeability rate was influenced by a larger concentration of cellulose nanocrystals (10 %); in the pectin films, a significant increase in the water vapor permeability rate (TPVA) took place, showing that the cellulose nanocrystals in high concentration did not function as a barrier to impede the gas passage. The last stage was to develop a biodegradable active package pectin-based with nisin Z and nanofibrillated cellulose (CNF). In the diffusion test in agar for all the tested treatments, a significant difference at the level P>0.05 took place and an antimicrobial activity in vitro of the nisin Z was observed for the microorganisms Escherichia coli and Staphylococcus aureus. The films mechanical properties showed that the maximum resistance was affected by the addition of nanofibrillated cellulose (CNF) in the studied levels and it obtained a significant difference at the level( P>0.05). The bigger the concentration of NIS and CNF the bigger was the films maximum resistance. The elongation in the rupture obtained significant different at level( P>0.05) and was also affected by the presence of CNF and NIS. The elasticity module did not obtain significant difference at level P>0.05 in maximum concentration of NIS and CNF. The films termogravimetric analyses presented a degradation temperature varying from 241 oC to 349 oC among the treatments. The water vapor permeability rate (TPVA) reduced with the maximum concentration of 10 % of CNF in the pectin films. The CNF worked as a physical barrier formed with the dispersion of the nanofibrillated in the polymeric matrix making the passage of water vapor difficult. This property is essencial in food packages.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-05-23T13:55:53Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2922385 bytes, checksum: 38cb586c90586834cb74b0181a54ecea (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-23T13:55:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2922385 bytes, checksum: 38cb586c90586834cb74b0181a54ecea (MD5) Previous issue date: 2016-08-18 / O fósforo é um importante elemento para o crescimento e desenvolvimento das plantas. No entanto em regiões tropicais apresenta limitações devido aos fenômenos de fixação e adsorção pelas partículas minerais do solo. Este fenômeno, faz com que seja gastas grandes quantidades de fertilizantes, visando corrigir uma deficiência do solo e também suprir a necessidade das plantas. No entanto os fertilizantes fosfatados são oriundos de um recurso não renovável, as rochas fosfáticas, as quais as reservas andam em eminente esgotamento. Por isso é necessário que se desenvolvam tecnologias capazes de melhorar a utilização do fósforo na agricultura. Uma forma de realizar isto é o desenvolvimento de materiais capazes de suprir a demanda de fósforo das plantas, sem que hajam perdas elevadas deste elemento para o solo. O objetivo deste trabalho a intercalação de fosfato em Hidróxidos Duplos Lamelares (HDLs), e testar estes materiais como uma nova tecnologia de fertilizante fosfatado. A tese é composta por três capítulos, onde o primeiro é uma revisão detalhada sobre os HDLs desde sua síntese, caracterização, aplicabilidade até suas potencialidades. O segundo capítulo foi desenvolvida uma investigação científica onde foram sintetizados diferentes HDLs, com diferentes composições (MgAl, MgFe e MgFeAl) em diferentes razões molares entre estes elementos contendo fosfato em sua estrutura. Depois da síntese, estes materiais foram caracterizados quanto a sua composição química e sua estrutura. Depois foram submetidos a testes de cinética de liberação do fósforo, para verificar o caráter de liberação sustentada destes materiais, e qual apresenta melhores características para ser utilizado como fertilizante. No terceiro capítulo também foi desenvolvida uma investigação científica onde a partir dos resultados do segundo capítulo, foi selecionado o melhor material, e sinretizado para que fosse utilizado em um ensaio biológico como fertilizante fosfatado. O ensaio consistiu em utilização de diferentes doses de fósforo em dois solos com textura diferentes, utilizando como fonte de fósforo um HDL e o superfosfatotriplo. Os resultados obtidos mostraram que nas condições que o ensaio foi desenvolvido, o HDL obteve melhores resultados para produção de matéria seca, altura e conteúdo foliar de fósforo, quando comparado ao supertriplo. O HDL também apresentou melhor eficiência agronômica, mantendo-se bem semelhante independente do tipo de solo, enquanto o supertriplo tem sua eficiência reduzida quando é utilizado em solo argiloso, ou seja aquele com maior capacidade de retenção de fósforo. Com os resultados obtidos nos experimentos, pode-se concluir que os HDL, apresentam como materiais potenciais a serem utilizados como fertilizantes fosfatados. No entanto, necessita de mais estudos para contornar algumas limitações e validar a tecnologia. Palavras Chave: Adubação fosfatada, liberação lenta, slow-release, Neubauer, hidrotalcita, milho, fertilizantes inteligentes. / Phosphorus is an important element for the growth and development of plants. However in tropical regions it presents limitations due to the phenomena of fixation and adsorption by the mineral particles of the soil. This phenomenon causes large amounts of fertilizer to be used to correct soil deficiencies and to meet the need of plants. However phosphate fertilizers come from a non-renewable resource, the phosphate rocks, which reserves are in imminent exhaustion. It is therefore necessary to develop technologies capable of improving the use of phosphorus in agriculture. One way to accomplish this is to develop materials capable of meeting the demand for phosphorus from the plants without high losses from this element to the soil. The objective of this work is to intercalate phosphate in Layered Double Hydroxides (LDH), and test these materials as a new phosphate fertilizer technology. The thesis is composed of three chapters, where the first is a detailed review of the LDH from their synthesis, characterization, applicability to their potentialities. The second chapter was developed a scientific investigation where different LDH with different compositions (MgAl, MgFe and MgFeAl) were synthesized in different molar ratios between these phosphate-containing elements in their structure. After the synthesis, these materials were characterized as to their chemical composition and structure. Aftenrvards they were submitted to phosphorus release kinetics tests to verify the sustained release character of these materials, and which presents better characteristics to be used as fertilizer. In the third chapter was also developed a scientific research where from the results of the second chapter, the best material was selected and synthetized to be used in a biological assay as a phosphate fertilizer. The experiment consisted in the use of different doses of phosphorus in two soils with different texture, using as phosphorus source an LDH and the triple super phosphate. The results showed that under the conditions that the test was developed, the LDH obtained better results for dry matter yield, height and leaf content of phosphorus when compared to the triple super phosphate. LDH also presented better agronomic efficiency, remaining very similar independent of the soil type, while the supertriple has its efficiency reduced when it is used in clay soil, that is the one with greater capacity of retention of phosphorus. With the results obtained in the experiments, it can be concluded that LDH present as potential materials to be used as phosphate fertilizers. However, it needs more studies to circumvent some limitations and validate the technology.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2017-08-16T18:43:16Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1599825 bytes, checksum: 7f9ac94f41a881a2358a42b6121545df (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-16T18:43:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1599825 bytes, checksum: 7f9ac94f41a881a2358a42b6121545df (MD5) Previous issue date: 2017-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A crescente busca pela sustentabilidade incentiva as pesquisas e o setor industrial a investir em recursos renováveis, com o intuito de garantir a preservação ambiental e proporcionar melhor qualidade dos materiais desenvolvidos. As celuloses nanofibriladas ganham destaque por apresentarem propriedades diferenciadas, como alta resistência e rigidez, baixo peso e elevada área superficial e reatividade, podendo ser aplicado em diversas industrias. A maioria das pesquisas com nanofibrilas de celulose têm sido realizadas com materiais provenientes de fibras celulósicas livres de lignina, as celuloses nanofibriladas (CNF). Entretanto, as fibras não branqueadas contendo lignina residual também podem ser utilizadas com esse mesmo propósito, obtendo as lignoceluloses nanofibriladas (LCNF). Como as pesquisas utilizando as lignoceluloses nanofibriladas ainda são recentes, esse estudo teve como objetivo detalhar sua ultraestrutura, sendo comparadas com as celuloses nanofibriladas produzidas a partir da mesma matéria prima. Além disso, buscou avaliar o potencial dessas LCNF como aditivo na produção de papéis de embalagens nanoestruturados. Nesse contexto, esse estudo foi divido em dois capítulos: no Capítulo 1 é apresentado a produção de lignocelulose nanofibrilada (LCNF) e celulose nanofibrilada (CNF) oriundas de espécies madeireiras bem estabelecidas no Brasil: Eucalyptus spp. e Pinus spp., bem como a caracterização completa da estrutura química, física e morfológica desses nanomateriais utilizando dispositivos de alta tecnologia; no Capítulo 2 é avaliado o efeito da adição de lignoceluloses nanofibriladas, produzidas a partir de polpas celulósicas não branqueadas de Eucalyptus spp. e Pinus spp., nas propriedades de papéis kraftliner e sackraft nanoestruturadas. Para produção das nanofibrilas de celulose foi utilizado o processo mecânico de desfibrilação por meio do moinho Super Masscolloider Masuko Sangyo e a caracterização completa da estrutura química, física e morfológica foi realizada utilizando dispositivos de alta tecnologia como análise elementar, HPAEC/PAD, FAAS, XRD, FTIR, análise termogravimétr ica, potencial zeta, IRA e microscopias eletrônicas e de força atômica (Capítulo 1). Constatou- se que o processo mecânico de desfibrilação se mostrou eficiente na produção de nanofibrilas de celulose obtidas a partir de polpas celulósicas de pinus e eucalipto, sendo que, as lignoceluloses nanofibriladas tiveram características comparativas com as celuloses nanofibriladas (CNF) tradicionais. As nanofibrilas estudadas tiveram composição química distinta, elevado índice de cristalinidade e boa estabilidade térmica, sendo que as LCNF tiveram um menor índice de retenção de agua, o que reflete em drenabilidade melhorada. A incorporação de LCNF de pinus e eucalipto na produção de papéis de embalagens nanoestruturados (Capítulo 2) foi investigada, determinando-se as propriedades físico-mecânicas dos papéis produzidos. Dosagens de 0, 1, 3 e 5% de LCNF de eucalipto e pinus foram adicionadas em duas polpas celulósicas kraft de pinus, após a operação de refino, que foi realizado em moinho PFI nos níveis de 2000-8000 revoluções : kappa 100 para produção dos papéis kraftliner e kappa 55 para produção dos papéis sackraft. Concluiu-se a aplicação de LCNF na produção dos papéis resultaram em significativa redução do consumo de energia no refino e mostraram efeitos muito positivos nas propriedades mecânicas dos papéis nanoestruturados produzidos, evidenciando que ambas LCNF (pinus e eucalipto) são alternativas de grande potencial na indústria de embalagens de papel. / The growing quest for sustainability encourages researches and the industrial sector to invest in renewable resources, with the intention of ensure environmental preservation and provide better quality of the materials developed. Celluloses nanofibrils have gained prominence because they have difference properties, such as high strength and stiffness, low weight and high surface area and reactivity, and can be applied in several industr ies. Most studies with cellulose nanofibrils (CNF) use lignin-free fibers obtained from bleached pulps; however, unbleached fibers containing residual lignin may also be used for this same purpose, getting the lignocelluloses nanofibrils (LCNF). As the research using lignocelluloses nanofibrils is still recent, this study aimed to detail its ultrastructure, being compared with celluloses nanofibrils produced from the same raw material. Besides that, it sought to evaluate the potential of these LCNF as additive in nanostructured packaging papers production. In this context, this study was divided in two chapters: Chapter 1 presents the production of lignocellulose nanofibrils (LCNF) and cellulose nanofibrils (CNF) from well-established timber species in Brazil: Eucalyptus spp. and Pinus spp., as well as the complete characterization of the chemical, physical and morphological structure of these nanomaterials using high technology devices. In Chapter 2 is evaluated the effect of lignocelluloses nanofibrils addition, produced from unbleached cellulose pulps, on the properties of kraftliner and sackraft nanostructured papers. For the cellulose nanofibrils production was used the mechanical defibrilla tio n process by means of the Super Masscolloider Masuko Sangyo mill and the complete chemical, physical and morphological structure characterization was performed using high-tech devices as elemental analysis, HPAEC/PAD, AAS, XRD, FTIR, thermogravimetric analysis, zeta potential, IRA and electronic microscopy and atomic force (Chapter 1). It was concluded that the mechanical defibrillation process was efficient in the production of cellulose nanofibrils, obtained from pine and eucalypt cellulose pulps, and the lignocelluloses nanofibrils (LCNF) had comparative characteristics with traditional celluloses nanofibrils (CNF). The nanofibrils (LCNF and CNF) had different chemical composition, high crystallinity index and good thermal stability; and the lignocellulose nanofibrils had lower water retention index, which reflects in improved drainage. LCNF-E and LCNF-P incorporation in the nanostructured packaging paper production (Chapter 2) was investigated, determining the physical- mechanical properties of papers produced. 0, 1, 3 and 5% of LCNF-E and LCNF-P were added in two kraft pulps after refining at 2000-8000 rpm PFI mill: kappa 100 for kraftliner papers and kappa 55 for sackraft papers. It was concluded that LCNF application in papers production resulted in a significant reduction of the energy consumption in the refining process and showed very positive effects on mechanica l properties of nanostructured papers produced, evidencing that LCNF-E and LCNF-P are great potential alternatives in the paper packaging industry.