Sessão – Eng. Materiais e Física – 2018
Estudante: Alex dos Santos
Título: Estudo das propriedades da solução e parâmetros de processo para fabricação de membranas eletrofiadas de poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) com nanotubos de carbono (NTC).
Resumo: Membranas poliméricas contendo aditivos nanoestruturados mostram-se interessante por associar a elevada área superficial das fibras com elevada razão de aspecto do aditivo. Neste trabalho foram desenvolvidas membranas eletrofiadas de poli (fluoreto de vinilideno) com diferentes frações mássicas de 0,25 a 1%m de nanotubos de carbono(NTC). Inicialmente foram estudadas as propriedades das soluções e verificou se que com aumento da concentração de aditivo ocorre o aumento da viscosidade e da condutividade iônica da solução, duas propriedades de extrema importância ao processo de eletrofiação. Posteriormente, foi realizado um estudo das variáveis do processo, a fim de desenvolver membranas constituídas por fibras com menor quantidade de defeitos A obtenção de membranas com menor quantidades de defeitos e fibras uniformes foi obtida utilizando 20%m de PVDF, distância entre agulha e coletor 30 cm, tensão de 17,5kv, vazão de alimentação volumétrica de 2,5 ml/h, temperatura de 20°C, umidade do ar 50%. . Com as amostras eletrofiadas foi realizado a Microscopia eletrônica de Varredura (MEV), com objetivo de analisar a morfologia das fibras, diâmetro médio e a presença de defeitos. Em seguida foi medida a condutividade elétrica das amostras usando o método duas pontas. Os resultados mostram que conforme aumenta-se a fração mássica de NTC a morfologia fibras se tornam mais homogêneas, e por consequência o diâmetro médio das fibras diminuem. Com fibras mais uniformes pode-se observar um aumento da condutividade elétrica, pois a alta área superfícial das fibras foi responsável por aumentar os caminhos condutores, devido a presença do nanotubo, depositado na superfície das fibras.
Estudante: Camila Cristina Stapait
Título: Fabricação de nanofibras poliméricas eletrofiadas contendo partículas termocrômicas
Resumo: Recentemente a eletrofiação tem se destacado por ser uma técnica simples e versátil, utilizada para a fabricação de fibras com diâmetros submicrométricos a partir de uma vasta gama de polímeros naturais e sintéticos. Estas membranas eletrofiadas podem apresentar uma estrutura fibrosa, com elevada porosidade e área de superfície, permitindo seu uso em diferentes aplicações. Na eletrofiação também é possível a utilização de diferentes tipos de nanocargas de modo a incorporar ao polímero novas propriedades ou funcionalidades. Partículas termocrômicas são substâncias caracterizadas pela mudança de cor com a variação da temperatura. Sendo assim, a incorporação de partículas termocrômicas em membranas eletrofiadas, mostra-se interessante, pois possibilitará a fabricação de membranas sensíveis à temperatura. Neste contexto, o presente trabalho teve como propósito inicial caracterizar uma amostra comercial de partículas termocrômicas em solução, a qual apresenta temperatura de transição em 35-36°C quando ocorre alteração de coloração preta para branca. As patículas foram caracterizadas a partir das técnicas de Microscopia Eletrônica de Varreadura (MEV), análise química elementar por Espectroscopia por Energia Dispersiva (EDS), Análise Termogravimétrica (TGA) e Espectroscopia no Infravermelho (FTIR). A partir destas técnicas foi possível avaliar o formato, tamanho e estabilidade térmica das partículas termocrômicas, bem como os grupos funcionais presentes. Adicionalmente, foi estudado o procedimento experimental mais adequado para a preparação de soluções poliméricas de poli(fluoreto di vinilideno) (PVDF) contendo as partículas termocrômicas, cuja estabilidade e boa dispersão permitiu a eletrofiação. Posteriormente, foram fabricadas membranas eletrofiadas de PVDF contendo diferentes frações de partículas termocrômicas, iniciando com testes de 5, 10 e 15% em massa. Por fim, tem-se como principal objetivo a avaliação da morfologia e da reversibilidade do termocromismo destas membranas para futuras aplicações.
Estudante: Jaquelline Vanelli
Título: Estudo das propriedades óticas de pontos quânticos de carbono
Resumo: Os pontos quânticos de carbono (CQDs) surgem como uma alternativa atóxica e biocompatível aos pontos quânticos semicondutores, para aplicações em sensoriamento, imageamento, geração de energia renovável, entre outros. Dentre suas propriedades óticas, destacam-se: fotoluminescência (PL) com alta eficiência quântica e boa fotoestabilidade, conversão de luz infra-vermelha em luz visível e aniquilação da PL dependente da auto-agregação. Este trabalho consistiu na síntese de CQDs e na fabricação de filmes de CQDs. As propriedades óticas das amostras foram estudadas através de medidas de fotoluminescência e imagens de microscopia de fluorescência. A síntese foi realizada via método potenciostático em água e solução salina, com diferentes valores de voltagem. Espectros de PL exibiram 4 bandas de emissão, sendo as de menor energia relacionadas às recombinações nos diferentes estados de superfícies. Por outro lado, o pico de maior de energia foi associado às recombinações que ocorrem no núcleo dos CQDs. Os resultados mostraram que esta última recombinação é favorecida nas sínteses com soluções salinas em baixa voltagem. Verificou-se também, que apenas CQDs sintetizados em solução salina apresentam PL dependente do comprimento de onda de excitação. Esses resultados indicaram que sínteses de CQDs em solução aquosa formam partículas de tamanhos uniformes, enquanto CQDs sintetizados em solução salina apresentaram uma maior dispersão dos tamanhos – provavelmente devido à contribuição da própria solução para a exfoliação dos eletrodos. A deposição das soluções de CQDs em substratos de silício foi realizada pelos métodos drop-casting e spin-coating. Foram observados três tipos estruturas em decorrência da agregação das partículas: pequenos filmes, ‘fios’ e fractais. Devido aos efeitos de confinamento quântico, a organização de partículas individuais em estruturas macroscópicas ordenadas possui grande potencial para aplicações tecnológicas.
Estudante: Letícia Silva de Bortoli
Título: Desenvolvimento e caracterização de camadas vítreas “cool color” e Preparação de experimento para determinação de propriedades ópticas
Resumo: O presente relatório aborda duas temáticas de pesquisas inseridas no contexto de propriedades ópticas dos materiais. Inicialmente foram avaliadas propriedades ópticas (refletância) e térmicas (emitância) de materiais cerâmicos para coberturas (telhas, a fim de verificar a influência das caracterísiticas das superfícies na absorção da radiação solar e dissipação de parte do calor acumulado na atmosfera, o que resulta no Efeito Ilha de Calor Urbana. Foram avaliadas influências do aspecto superficial de camadas vítreas, isto é, esmaltes mates e brilhantes, onde notou-se uma tendência de camadas mates em apresentarem maior capacidade de refletância da luz incidida. Além disso, foram preparados e caracterizados protótipos de telhas cerâmicos com camadas vítreas utilizando pigmentos marrons cool (que apresentam alto percentual de refletância na região do infravermelho) e pigmentos marrons comuns, preparados em concentrações de 0,5wt%, 2,5%wt e 5%wt, possibilitando comparar propriedades de refletância, emitância e caracterização microestrutural das superfícies. As amostras foram também avaliadas a partir do cálculo do índice de refletância solar (SRI), devido a utilização desse índice pela certificação LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) para averiguar se tais materiais contribuem para minimização dos efeitos das ilhas de calor. A outra temática abordada nesse projeto foi a construção de um dispositivo simples para determinar o índice de refração de materiais sólidos translúcidos ou transparentes, e de um polariscópio plano que possibilita a visualização de tensões internas de materiais birrefringentes via fotoelasticidade. Foram realizados testes nos dispositivos construídos analisando diferentes materiais, a fim de avaliar as fontes de erros e confiabilidade das medições.
Estudante: Marion Isari Buse
Título: Obtenção e caracterização de nanocompósitos de quitosana/montmorilonita e magnetita para adsorção de corantes
Resumo: A quitosana (Qui) é um biopolímero derivado da desacetilação parcial da quitina. Os grupos OH e NH2 de sua estrutura são responsáveis por várias interações, permitindo sua aplicação na remoção de corantes através de adsorção. A combinação entre Qui e nanopartículas como montmorilonita (Mt) e magnetita (Mgt) pode resultar em um material com melhor resistência mecânica e elevada capacidade de adsorção. Devido a sua natureza, os corantes são facilmente detectáveis a olho nu. Além disso, são nocivos à saúde humana e ao meio ambiente. O objetivo deste projeto foi preparar e caracterizar esferas de (Qui), (Mt) e (Mgt) para uso na adsorção do corante violeta de metila 10B. Foram utilizadas diferentes composições: Qui pura, Qui/Mt10, Qui/Mgt10 e Qui/Mt/Mgt10, com 10% em massa de nanopartículas previamente preparadas. As imagens de MEV e MET dos materiais de partida comprovam as partículas esféricas de Mgt encontram-se na superfície das partículas lamelares da Mt. Nas imagens de MO notou-se que as esferas de Qui apresentam uma superfície compacta, enquanto as esferas com argila apresentam uma superfície mais irregular. Comparando-se as capacidades de remoção das esferas de diferentes composições, observou-se um maior percentual para as esferas contendo argila. Porém, observou-se uma diminuição do percentual de remoção entre todas as esferas após 2 meses de armazenamento. O tempo de contato e a massa de adsorvente foram otimizados atingindo um percentual de remoção de 81% após 180 min com uma massa de 0,1 g, indicando o potencial deste material para aplicação no tratamento de efluentes.
Estudante: Michele Theobald
Título: Obtenção e caracterização de filmes ativos a partir de polímeros biodegradáveis
Resumo: Este trabalho teve como objetivo preparar e caracterizar materiais ativos obtidos a partir de uma matriz polimérica biodegradável – poli(hidroxibutirato-co-hidroxivalerato) (PHBV), utilizando nanopartículas de argila (Mt) e quitosana (Qui), visando à aplicação em embalagens ativas biodegradáveis e descartáveis. Preparou-se e caracterizou-se amostras que continham PHBV puro, assim como combinações com 3% de quitosana (Qui), 3% de nanopartículas de argila (Mt) e 3% de nanopartículas de argila modificadas com quitosana, resultando em um total de quatro amostras (PHBV, PHBV/Mt, PHBV/Qui, PHBV/Mt/Qui). Os filmes foram preparados por evaporação de solvente e para melhorar a sua homogeneidade, posteriormente foram moldados por compressão. Realizaram-se ensaios de DRX, TGA, MO, MEV e FTIR para a verificação da modificação da argila, da morfologia dos filmes e da interação entre os materiais. Os ensaios de DRX e TGA comprovaram a modificação da argila com quitosana tanto nas concentrações 0.25:1 e 2:1 de Qui:Mt. Através das imagens de microscopia óptica e da análise de TGA, verificou-se que as amostras de PHBV com a argila modificada ficaram mais homogêneas. Entretanto, a obtenção dos filmes por solução não apresentou bons resultados, e o método não se mostrou interessante para aplicações em maior escala. Sendo assim, na continuação do projeto, os filmes ativos serão obtidos através do estado fundido, e testados através de ensaios microbiológicos.
Estudante: Vinicius de Menezes Schiefferdecker
Título: Estudo da morfologia, propriedades elétricas e eficiência de blindagem de membranas eletrofiadas e densas de poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF) e aditivos condutores nanoestruturados
Resumo: Neste trabalho o estudo relacionado ao desenvolvimento de membranas eletrofiadas e densas de PVDF contendo um aditivo condutor nanoestruturado baseado em Montmorilonita (argila com estrutura lamelar) e Polipirrol (polímero intrinsecamente condutor) (MMT/PPy) dopado com Ácido Dodecil Benzeno Sulfônico (DBSA) foi realizado. Obtiveram-se membranas densas com diferentes concentrações do aditivo, a fim de comparar a sua estrutura e propriedades com as membranas eletrofiadas. No início, foi realizado o estudo da influência da concentração do aditivo condutor na viscosidade e condutividade iônica das soluções. Membranas com diferentes frações de MMT/PPy.DBSA foram obtidas via mistura em solução (casting) e eletrofiação. Como esperado, a viscosidade da solução aumentou com o aumento da concentração de MMT/PPy.DBSA, assim como a condutividade iônica que teve um crescimento significativo à medida que adicionou-se o mesmo. Para o PVDF puro obteve-se uma condutividade iônica de 1,99 ± 0,10 µS.cm-1, enquanto que para a solução de PVDF com 15% de aditivo, o valor foi de 245,17 ± 0,90 µS.cm-1. A microestrutura, propriedades visco elásticas, condutividade elétrica e eficiência de blindagem das membranas densas com diferentes frações mássicas de MMT/PPy.DBSA foram analisadas e comparadas com as membranas eletrofiadas. As membranas densas apresentaram valores de condutividade elétrica que chegaram a 10-2 S.cm-1 para concentrações de 15%m do aditivo e blindagem eletromagnética de -8dB. Estes valores foram significativamente superiores aos valores de condutividade elétrica e blindagem eletromagnética apresentados pelas membranas eletrofiadas com a mesma composição. Os menores valores de condutividade elétrica e blindagem estão relacionados à morfologia das membranas eletrofiadas, as quais apresentam fibras aleatoriamente distribuídas, com os aditivos condutores encapsulados na parte interna das fibras, o que impede o contato entre as fibras e o aumento da condutividade elétrica.