Orientador: Carlos Cesar Bof Bufon / Resumo: Materiais de carbono obtidos por pirólise de celulose e biopolímeros sintéticos têm sido am-plamente investigados para aplicações no desenvolvimento de dispositivos eletrônicos. Eles apresentam excelentes propriedades elétricas, mas são extremamente frágeis. Então uma alter-nativa seria integrar esses materiais em elastômeros. Assim, para a contornar a fragilidade e a questão de adesão de materiais condutores em substratos alongáveis, neste trabalho é proposto um novo método de fabricação para desenvolvimento de dispositivos eletroquímicos. Inspira-do no sistema redox eficiente das plantas e que está firmemente aderido ao solo pela estrutura das raízes, foi desenvolvido um processo de retardo do fluxo capilar do polidimetilsiloxano (PDMS) na estrutura pirolisada modificada, de forma que fibras pirolisadas integradas no elas-tômero possam garantir adesão e estabilidade mecânica, e que parte delas fique exposta para possibilitar atividade eletroquímica na interface. Baseado no modelo matemático de Lucas-Washburn, as mudanças na superfície das fibras de papel por conta da adição de acetato de celulose e a diminuição do raio dos poros resulta no retardo do fluxo da solução polimérica viscosa na estrutura porosa. Como resultado foi obtida uma superfície de eletrodo de carbono altamente ativa para reações redox. Além disso, testes mecânicos com o dispositivo flexiona-do, dobrado, e alongado, demonstraram que uma deformação linear de até 75% do tamanho inicial não tem efeitos nas pr... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Cellulose and synthetic biopolymers derived carbon materials are extensively used for application in electronic field. They show excellent electrical properties but are extremely fragile and prone to crack. Then an alternative to address this challenge and the adhesion problem reported on literature, a new fabrication route for a flexible and stretchable electrochemical device is proposed. Inspired by trees redox system that is highly adhered on the ground and based on Lucas Wash-Burn model, the pyrolyzed paper is modified with cellulose acetate. Then, in a process named delayed capillary flow of elastomers the surface changes in paper fibers and the decrease in pore radius results in a delay on capillary flow of viscous polymer polydimethylsiloxane (PDMS) solution on its porous structure. As a result, a highly active carbon surface exposed on the top for redox reactions is produced, which shows a remarkable performance and is similar to tree leaves. Also, mechanical deformation studies on the new bendable, twistable, flexible, and stretchable device reveal a linear stretch up to 75%, without effects on its electrochemical properties. These mechanical properties are similar to tree roots highly adhered on the ground. The electrode working area was nanofunctionalized with polydopamine (PDA) that is used for anchoring redox mediators and improvement of wettability with unprecedent homogeneous spreading of liquids and development of self-collection liquid samples. This system is... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Neste trabalho, algumas caracterizações químicas foram realizadas em arenitos asfálticos da região de Piracicaba-SP, Formação Piramboia da Bacia do Paraná, para verificar seu potencial de produção de óleo. Para isso, as amostras obtidas da região foram submetidas a avaliação por termogravimetria, teor de umidade, teor de cinzas, teor de material orgânico por extração, pirólise, análise elementar e fracionamento em coluna. Por TGA observou-se que a 500 C praticamente todo material orgânico presente sofreu pirólise. A extração colaborou para se obter a classificação das amostras quanto ao teor de material orgânico, apresentando entre 4 e 13%, sendo que pelos teores encontrados a amostra AM06 é considerada de alto potencial produtivo, as amostras AM05, AM08 e AM09 são de médio, as amostras AM01, AM02, AM03 e AM07 possuem baixo, mas ainda atrativo, e a AM04 não possui atratividade. Pela avaliação elementar, a relação H/C e O/C dos extratos evidenciaram que algumas amostras estão no processo final da diagênese e outras no início da catagênese, indicando que elas estão no processo inicial de maturação. A avaliação cromatográfica dos extratos revelou que houve perdas de óleo por intemperismo restando majoritariamente compostos de alto peso molecular. O fracionamento permitiu verificar que as amostras AM01, AM06 e AM09 possuem maior quantidade de hidrocarbonetos livres e as amostras AM06 e AM07 e AM09 apresentaram maior teor de óleo. O procedimento de pirólise evidenciou que as amostras AM01, AM05, AM06 e AM09 apresentam maior potencial de geração de óleo, sendo que a faixa encontrada de óleo pirolítico ficou entre 2 e 8%, e através de avaliação por CGAR e CGAR-EM observou-se que ela promove a liberação de quantidades consideráveis de substâncias mais leves do que quando comparados aos extratos obtidos diretamente nas amostras originais. Além de produzir uma série homóloga de hidrocarbonetos parafínicos e olefínicos. A comparação dos produtos de pirólise dos arenitos com os produtos de pirólise de um resíduo de vácuo por CGAR-EM permitiu observar que existe similaridade entre suas composições, onde o processo de pirólise do resíduo de vácuo gera uma série homóloga de hidrocarbonetos entre C10 a C32, similar aos produtos de pirólise da amostra AM09, porém com menor variedade de tipos de hidrocarbonetos. A pré-avaliação da co-pirólise dos arenitos com resíduos plásticos indicou que é possível aumentar a geração de líquidos, porém é necessário mais estudo para afirmações inequívocas. Com base nos resultados das avaliações realizadas podemos concluir que a região apresenta na sua maioria potencial interessante para produção de óleo utilizando pirólise / In this work, some chemical characterizations were held on tar sands in the region of Piracicaba-SP, the South American Piramboia Formation from Paraná basin, to check its oil production potential. For this purpose, samples obtained in the region have undergone through evaluation by thermogravimetry, moisture content, ash content, content of organic material using extraction, pyrolysis process, elemental analysis and fractionation on open chromatography column. By TGA was noted that 500 C almost all-organic material present suffered pyrolysis. Extraction procedure collaborated to achieve the classification of samples regarding the content of organic material, from 4 to 13%, and by levels found at the sample AM06 is considered of high productive potential, the samples AM05, AM08 and AM09 have medium potential, the samples AM01, AM02, AM03 and AM07 have low potential, but still attractive, and the AM04 does not have any potential. By evaluating the atomic relationship between H/C and O/C of the extracts was possible to build up the Van Krevelen diagram and see that some samples are in the final process of diagenesis and other early catagenesis, indicating that they are in the early maturation process. Chromatographic evaluation of the extracts revealed that there were losses of oil by weathering process because it remains mostly high molecular weight compounds on the rocks. The fractionation has shown that samples AM01, AM06 and AM09 have higher free hydrocarbon amount and samples AM06, AM07 and AM09 presented a higher level of oil content. The pyrolysis procedure showed that the samples AM01, AM05, AM06 and AM09 presented greater oil generation potential, pyrolytic oil released from 2 to 8%, and through their evaluation by HRGC and HRGC-MS it was observed that it promotes the release of significant quantities of substances that are lighter than related to the extracts obtained directly in the original samples. In addition, it also promotes a production of homologous series of paraffinic and olefinic hydrocarbons. Comparison of pyrolysis products of sandstones with pyrolysis products of vacuum residue by HRGC-MS allowed to observe that there is similarity between their compositions, which pyrolysis process of vacuum residue generates a homologous series of hydrocarbons between C10 the C32, similar to AM09s pyrolysis products, however with minor variety of types of hydrocarbons. The pre-evaluation of co-pyrolysis of sandstones with plastic waste has indicated that it is possible to increase the liquid generation, but more study is needed for clear statements. Based on the results of the evaluations it can be concluded that the region has an interesting potential for producing oil using pyrolysis process

Neste trabalho, algumas caracterizações químicas foram realizadas em arenitos asfálticos da região de Piracicaba-SP, Formação Piramboia da Bacia do Paraná, para verificar seu potencial de produção de óleo. Para isso, as amostras obtidas da região foram submetidas a avaliação por termogravimetria, teor de umidade, teor de cinzas, teor de material orgânico por extração, pirólise, análise elementar e fracionamento em coluna. Por TGA observou-se que a 500 C praticamente todo material orgânico presente sofreu pirólise. A extração colaborou para se obter a classificação das amostras quanto ao teor de material orgânico, apresentando entre 4 e 13%, sendo que pelos teores encontrados a amostra AM06 é considerada de alto potencial produtivo, as amostras AM05, AM08 e AM09 são de médio, as amostras AM01, AM02, AM03 e AM07 possuem baixo, mas ainda atrativo, e a AM04 não possui atratividade. Pela avaliação elementar, a relação H/C e O/C dos extratos evidenciaram que algumas amostras estão no processo final da diagênese e outras no início da catagênese, indicando que elas estão no processo inicial de maturação. A avaliação cromatográfica dos extratos revelou que houve perdas de óleo por intemperismo restando majoritariamente compostos de alto peso molecular. O fracionamento permitiu verificar que as amostras AM01, AM06 e AM09 possuem maior quantidade de hidrocarbonetos livres e as amostras AM06 e AM07 e AM09 apresentaram maior teor de óleo. O procedimento de pirólise evidenciou que as amostras AM01, AM05, AM06 e AM09 apresentam maior potencial de geração de óleo, sendo que a faixa encontrada de óleo pirolítico ficou entre 2 e 8%, e através de avaliação por CGAR e CGAR-EM observou-se que ela promove a liberação de quantidades consideráveis de substâncias mais leves do que quando comparados aos extratos obtidos diretamente nas amostras originais. Além de produzir uma série homóloga de hidrocarbonetos parafínicos e olefínicos. A comparação dos produtos de pirólise dos arenitos com os produtos de pirólise de um resíduo de vácuo por CGAR-EM permitiu observar que existe similaridade entre suas composições, onde o processo de pirólise do resíduo de vácuo gera uma série homóloga de hidrocarbonetos entre C10 a C32, similar aos produtos de pirólise da amostra AM09, porém com menor variedade de tipos de hidrocarbonetos. A pré-avaliação da co-pirólise dos arenitos com resíduos plásticos indicou que é possível aumentar a geração de líquidos, porém é necessário mais estudo para afirmações inequívocas. Com base nos resultados das avaliações realizadas podemos concluir que a região apresenta na sua maioria potencial interessante para produção de óleo utilizando pirólise / In this work, some chemical characterizations were held on tar sands in the region of Piracicaba-SP, the South American Piramboia Formation from Paraná basin, to check its oil production potential. For this purpose, samples obtained in the region have undergone through evaluation by thermogravimetry, moisture content, ash content, content of organic material using extraction, pyrolysis process, elemental analysis and fractionation on open chromatography column. By TGA was noted that 500 C almost all-organic material present suffered pyrolysis. Extraction procedure collaborated to achieve the classification of samples regarding the content of organic material, from 4 to 13%, and by levels found at the sample AM06 is considered of high productive potential, the samples AM05, AM08 and AM09 have medium potential, the samples AM01, AM02, AM03 and AM07 have low potential, but still attractive, and the AM04 does not have any potential. By evaluating the atomic relationship between H/C and O/C of the extracts was possible to build up the Van Krevelen diagram and see that some samples are in the final process of diagenesis and other early catagenesis, indicating that they are in the early maturation process. Chromatographic evaluation of the extracts revealed that there were losses of oil by weathering process because it remains mostly high molecular weight compounds on the rocks. The fractionation has shown that samples AM01, AM06 and AM09 have higher free hydrocarbon amount and samples AM06, AM07 and AM09 presented a higher level of oil content. The pyrolysis procedure showed that the samples AM01, AM05, AM06 and AM09 presented greater oil generation potential, pyrolytic oil released from 2 to 8%, and through their evaluation by HRGC and HRGC-MS it was observed that it promotes the release of significant quantities of substances that are lighter than related to the extracts obtained directly in the original samples. In addition, it also promotes a production of homologous series of paraffinic and olefinic hydrocarbons. Comparison of pyrolysis products of sandstones with pyrolysis products of vacuum residue by HRGC-MS allowed to observe that there is similarity between their compositions, which pyrolysis process of vacuum residue generates a homologous series of hydrocarbons between C10 the C32, similar to AM09s pyrolysis products, however with minor variety of types of hydrocarbons. The pre-evaluation of co-pyrolysis of sandstones with plastic waste has indicated that it is possible to increase the liquid generation, but more study is needed for clear statements. Based on the results of the evaluations it can be concluded that the region has an interesting potential for producing oil using pyrolysis process

[pt] O bambu é rico em biomassa lignocelulósica, e anatomicamente é composto por um sistema de microcanais vasculares alinhados, retos e paralelos entre si. Suas micro e nanoestruturas podem ser modificadas através do tratamento térmico em altas temperaturas (carbonização/pirólise) para obtenção de propriedades elétricas sem a perda da estrutura 3D, possibilitando a aplicação em dispositivos eletroquímicos e microfluídicos eletricamente condutores. As amostras de bambu gigante Dendrocalamus giganteous foram tratadas sob atmosfera de nitrogênio em temperaturas variando de 200 a 1000 graus C e caracterizadas por TGA, ATR-FT-IR, RAMAN, DRX, XPS, HR-TEM, ICP-EOS, (Microtomografia computadorizada de raios-X), I/V, Voltametria cíclica e análise termográfica IR. Foi possível realizar análise estrutural e química; determinação de composições, identificação da transição de fase da estrutura cristalina da celulose para carbono grafítico/turbostrático; medir as condutividades térmica e elétrica. As amostras B-200, B-400 e B-600 apresentaram-se isolantes, enquanto B-700 apresentou-se resistiva (resistividade elétrica)= 1,5 x 10-1 (ohms) m e B-1000 comportamento ôhmico (condutividade elétrica)= 8,4 x 10 2 S m-1 (siemens)/ metro). O dispositivo B-700 foi utilizado como microaquecedor de solventes polares (H2O e etilenoglicol) em regime de fluxo contínuo e chapa de aquecimento, com eficiência de conversão eletrotérmica em fluxo, estabilidade estrutural e reprodutibilidade eletrotérmica. O microaquecedor e a chapa aquecedora alcançaram temperaturas máximas de 340 graus C (0,8 A 6,3V) e 490 graus C (2,0 A, 5,3 V), respectivamente. Isso demonstra que os materiais de bambu pirolisado obtidos nessa pesquisa são promissores para aplicações em supercapacitores, eletrodos, entre outros. / [en] Bamboo is rich in biomass and carbon and, anatomically, is composed of a system of vascular microchannels that are aligned, straight, and parallel to each other. The micro and nanostructures of bamboo can be modified through heat treatment at high temperatures (carbonization/pyrolysis) to obtain electrical properties without losing the 3D structure of the material, which allows the application in electrically conductive electrochemical and microfluidic devices. The present work investigated the influence of heat treatment at high temperatures on the structure and properties of samples of Dendrocalamus giganteous giant bamboo. The samples were subjected to heat treatment under a Nitrogen atmosphere at temperatures ranging from 200 to 1000 degrees C and characterized by TGA, ATR-FT-IR, RAMAN, DRX, XPS, HR-TEM, ICP-EOS, (X-ray computed microtomography), I/V, Cyclic Voltammetry, and IR thermographic analysis. This set of techniques provided structural and chemical information; compositions, the phase transition from cellulose crystal structure to graphic/turbostratic carbon; thermal and electrical conductivity. Samples B-200, B-400, and B-600 showed insulating properties, while B-700 showed resistive behavior (electrical resistivity)= 1.8 x 10-1 (ohms) m and B-1000 showed ohmic behavior (Electric conductivity)= 8.4 x 10 2 S m-1 (siemens)/ meter). The B-700 device was used as a microheater of polar solvents (H2O and ethylene glycol) in a continuous flow regime and heating plate and showed the efficiency of electrothermal conversion in flow mode, structural stability, and electrothermal reproducibility. The microheater and hot plate reached maximum temperatures of 340 degrees C (0.8 A, 6.3 V) and 490 degrees C (2.0 A, 5.3 V), respectively. These results show that the pyrolyzed bamboo materials obtained in this research are promising for applications in supercapacitors, electrodes, heaters, and catalytic microheaters in continuous flow.