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Nanomateriais

Esta linha envolve a pesquisa em nanomateriais ou materiais nanoestruturados nas suas diversas formas, a saber, nanopartículas, nanorevestimentos, nanomembranas, nanomateriais estruturais, nanomateriais funcionais, etc. O enfoque é essencialmente experimental de caracterização estrutural, composicional, propriedades e desempenho dos nanomateriais com vistas a diferentes aplicações tecnológicas como, por exemplo, em produtos, processos e tecnologias inovadoras.

 

Projetos de pesquisa

 

Microfluídica para o encapsulamento de esferóides de células tronco em hidrogéis nanoestruturados para aplicações em medicina regenerativa

Descrição: O estudo de diversas funções de tecidos celulares tem sido aperfeiçoado com o desenvolvimento de sistemas de cultura tridimensionais in vitro, como por exemplo, os esferóides celulares autoagregados. O encapsulamento desses sistemas permite a bioimpressão de células vivas para aplicações promissoras em medicina regenerativa e engenharia de tecidos.  Entretanto, processos convencionais geralmente resultam em cápsulas heterogêneas e com baixa reprodutibilidade, inviabilizando sua aplicação. O encapsulamento de esferóides em matrizes poliméricas de hidrogel por meio de dispositivos microfluídicos oferece inúmeras vantagens, como simplicidade no manuseio e alta reprodutibilidade, o que permite a produção de microcápsulas homogêneas e monodispersas. Dispositivos microfluídicos manipulam pequenas quantidades de fluidos em plataformas miniaturizadas, cujas características particulares de escoamento são capazes de produzir emulsões múltiplas com propriedades físico-químicas altamente ajustáveis. Nesse sentido, esse trabalho pretende investigar o desenvolvimento e a fabricação de de esferóides celulares escapsulados por meio de dispositivos microfluídicos baseados em gotas. Hidrogéis nanoestruturados serão utilizados afim de conferir à membrana semi-permeável dos encapsulados propriedades físico-químicas, mecânicas e biológicas aprimoradas, explorando interações entre diferentes nanopartículas e a matriz polimérica hidrofílica. Assim, esferóides encapsuladas em hidrogéis poderão ser utilizadas para a bioimpressão de estruturas celulares em formas definidas para avanços nas áreas de engenharia de tecidos e medicina regenerativa.

Professores responsáveis:

Carolina Palma Naveira Cotta

Tiago Albertini Balbino

 

Nanomateriais aplicados a petróleo

Aplicação da nanotecnologia com a finalidade de melhorar propriedades ou inferir novas funcionalidades a materiais ou conjunto de materiais dentro da indústria de petróleo, a fim solucionar problemas operacionais desafiadores. Este projeto visa preparação de nanosistemas sólidos e líquidos sobre diferentes problemas ocorrentes na indústria de petróleo, utilizando a presença de argilominerais, polímeros, nanopartículas magnéticas, óleos vegetais, entre outros. Alguns dos problemas são: o tratamento de emulsões óleo em água, quando presente em grande quantidade em poços de petróleo maduro; remoção de contaminantes orgânicos e inorgânicos de fluidos aquosos para redução de impacto ambiental, provocado pelo descarte de águas contaminadas ou pelo derramamento de petróleo em mar; incompatibilidade química pelo uso de diferentes produtos químicos concomitantemente. Duas linhas já estão associadas a esses problemas, o preparo de nanocompósitos magnéticos com diferentes tipos de argilominerais, com a presença ou não de polímeros para aumentar a hidrofobicidade dos sistemas e o preparo de nanoemulsões de óleo em água para inserção de produtos químicos usados na indústria com distintas solubilidades, em água e em óleo. Para produção desses sistemas, nanocompósitos e nanoemulsões, diferentes métodos de preparo e caracterização são usados, a avaliação de metodologia, capacidade adsortiva, estabilidade e ainda desenvolvimento de diferentes composições desses sistemas são um dos principais focos desse projeto de pesquisa. Outro foco é a avaliação da sua eficácia nas operações de produção de petróleo e tratamento de óleo e de água.

Professora responsável:

Luciana Spinelli Ferreira 

 

Nanocompósitos com base em carbono do tipo diamante contendo nanopartículas

Descrição: Esse projeto tem como objetivo a preparação e caracterização de filmes nanocompósitos a partir da incorporação de nanopartículas em filmes de carbono do tipo diamante (diamond-like carbon, DLC). A técnica utilizada para a produção dos filmes é conhecida como PECVD (do ingês, plasma enhanced chemical vapour deposition) assistida por RF-rádio frequência. Durante a deposição do DLC serão adicionadas nanopartículas de SiO2, TiO2, nanotubos, entre outras que podem ser produzidas durante o processo de deposição. Em particular, pretende-se depositar filmes a partir de um precursor líquido (heptano, p. ex.) como fonte de carbono. São avaliadas as propriedades mecânicas e tribológicas dos filmes, como por exemplo, dureza, módulo de Young, tensão interna, resistência ao desgaste, coeficiente de atrito e rugosidade. Além disso, são empregadas técnicas de caracterização para a observação da incorporação das nanopartículas, tais como MEV, MET, AFM, Raman e FTIR. z

Professor responsável:
Sérgio Álvaro de Souza Camargo Jr.

 

 

Nanoindentação de materiais a base de cimento

 Descrição: Estudo de materiais que utilizam pozolanas e outros compostos capazes de substituir parcialmente o cimento na composição das pastas, argamassas e concretos. A substituição do cimento quando é feita por um material residual evita as emissões de gases de efeito estufa pelos quais os materiais cimentíceos são responsáveis por 5% das emissões em nível mundial. Tendo em vista que o concreto, cuja matéria prima necessária é o cimento, é o material de construção mais utilizado do planeta, as pesquisas em materiais não emissores de CO2 que possam substituir o cimento são relevantes e atuais. No presente projeto de pesquisa é estudada a nano-estrutura de materiais cimentíceos com substituição parcial do cimento por cinzas agro-industriais como a cinza do bagaço de cana de açúcar (CBCA) e cinza de casca de arroz (CCA). A técnica de nanoindentação, associada á análise da micro-estrutura e de análises mecânicas mesoscópicas, possibilita a identificação de propriedades fundamentais do material.

 Professores responsáveis:

Eduardo de Moraes Rego Farbairn

Romildo Dias Tolêdo Filho

Sérgio Álvaro de Souza Camargo Jr.

 

 

Recobrimentos nanoestruturados e tratamentos de superfície para redução da formação de incrustações salinas

 Descrição: Incrustações salinas representam um grande problema tecnológico para diversas áreas da indústria, tais como óleo e gás, minero-metalúrgica, sistemas de refrigeração e trocadores de calor, etc. Em particular, a incrustação por carbonato de cálcio, é um grande problema que tem sido enfrentado na indústria de óleo e gás, visto que a sua ocorrência pode resultar na redução de fluxo de óleo nos dutos e até mesmo na interrupção das operações, levando a grandes prejuízos financeiros. Assim sendo, várias estratégias têm sido testadas, como métodos de remoção da incrustação, uso de químicos anti-incrustantes ou uso de tecnologia de membranas, com sucesso limitado. Neste projeto, adota-se uma nova abordagem que consiste no desenvolvimento de superfícies de baixa energia e rugosidade controlada, de forma a minimizar a nucleação e adesão destes depósitos salinos. Estão sendo desenvolvidas duas linhas de trabalho. Na primeira, são investigados recobrimentos com base em carbono amorfo do tipo diamante depositados pela técnica de deposição química a vapor assistida por plasma, com a incorporação de outros elementos, como por exemplo, oxigênio e flúor. Na segunda linha, são utilizados revestimentos à base de epóxi, amplamente empregados pela indústria de petróleo, modificados pela adição de nanopartículas. Os recobrimentos utilizados são caracterizados quanto à sua estrutura e propriedades, e seu desempenho anti-incrustante é avaliado por meio de ensaios de deposição de carbonato de cálcio.

 Professor responsável:

Sérgio Álvaro de Souza Camargo Jr.