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Síntese de materiais nanoestruturados

Estudo de diferentes métodos de síntese de materiais nanoestruturados enfatizando o reconhecimento, entendimento e controle dos diferentes fenômenos interfaciais presentes. Fundamentos de diferentes técnicas de preparação são discutidos enfatizando-se sua aplicação na síntese de catalisadores, adsorventes e biomateriais. O uso de planejamento estatístico de experimentos é adotado para garantir o reconhecimento das variáveis determinantes das propriedades escolhidas como fator-resposta, identificadas como propriedades determinantes do desempenho. Técnicas de sol-gel, tratamentos hidrotérmicos, deposição-precipitação, pirólise, deposição fria de vapor, plasma frio e ancoragem são estudadas.

 

 

 

Projetos de pesquisa

 

Desenvolvimento de ligas e compostos intermetálicos nanoestruturados para uso como armazenadores de hidrogênio

Descrição: Ligas nanoestruturadas a base de Mg, além de compostos a base de Ti-Cr são desenvolvidas com o intuito de armazenar elevadas quantidades de hidrogênio sob. Catalisadores são desenvolvidos para melhorar a cinética de absorção e desorção de hidrogênio neste projeto. As ligas são processadas por via metalúrgica o que inclui a moagem mecânica a fusão e solidificação rápida entre outras técnicas. A capacidade de armazenamento de hidrogênio é determinada para cada liga obtida. As técnicas de análise isotermas pressão-concentração de hidrogênio, calorimetria diferencial e difração de raios-x. O objetivo principal é a construção de protótipos de reservatórios armazenadores de hidrogênio para uso veicular em substituição aos combustíveis fósseis além de aplicações estacionárias como fonte alternativa de energia. Cabe ressaltar que se trata de uma fonte limpá de elevado valor energético e é apontado como uma excelente alternativa ao uso de combustíveis fósseis. 

Professor responsável:
Dilson Silva dos Santos

 

 

Desenvolvimento de membranas híbridas nanoestruturadas para separações de misturas de líquidos orgânicos

Descrição: O rápido esgotamento dos recursos fósseis fez com que décadas atrás se iniciasse o desenvolvimento de tecnologias para produzir combustíveis renováveis menos nocivas ao meio ambiente. Para isso, produtos tais como o etanol e butanol são misturados aos combustíveis fósseis. Os dois podem ser obtidos por fermentação de diferentes tipos de açúcares; no entanto, um dos maiores desafios é a baixa produtividade devido à inibição que apresentam os micro-organismos pela presença dos produtos. As tecnologias que usam membranas seletivas oferecem a possibilidade de recuperar estes solventes com uma concentração mais elevada e usando menos energia do que os processos convencionais. Trabalhos recentes mostram que o uso de partículas inorgânicas dispersas em uma matriz poliméricas (MMM, membranas de matriz mista) podem aumentar consideravelmente o fluxo de permeado, mantendo ou aumentando a seletividade da membrana. Com base nisso, o presente projeto propõe o desenvolvimento de membranas de matriz mista contendo nanopartículas de carbono para ser utilizado, primariamente na pervaporação para a recuperação de solventes orgânicos de meios de fermentação. Para obter MMM que superem as propriedades intrínsecas do polímero puro, as nanopartículas inorgânicas devem favorecer a passagem de um dos componentes da mistura, enquanto dificultama dos outros componentes. Peneiras moleculares, tais como zeolitas foram convencionalmente usadas misturadas a polímero para formar a matriz mista. Estes materiais nanoporosos possuem a forma e tamanho da natureza seletiva e, portanto, permitem a discriminação de peneiração molecular, facilitando para a molécula de menores dimensões a se difundir numa taxa mais elevada do que as de tamanho maior. Recentemente, materiais nano-estruturados alternativos como os nanotubos de carbono (CNTs), argila e materiais organometálicos (MOF) também tem sido usados na fabricação de MMM . No entanto, apesar da aplicação promissora destes materiais como material de enchimento inorgânico, a precariedade de um contato adequado entre a fase polímero e as nanopartículas dispersas é um problema a ser superado. Alem disso a agregação das mesmas também representa um problema de heterogeneidade a ser enfrentado, à luz da analise dos fatores operacionais envolvidos na síntese das membranas. A experiência com nanotubos de carbono(CNTs) com parede múltipla (MWCNTs), e os de parede única (SWCNTs), assim como a dos fulerenos, realizadas em outras aplicações, serão apreciadas no projeto dos novos sistemas de separação que vai usar membranas elastomericas contendo grupos polares ( por exemplo poliuretanas) para facilitar a adesão (inorgânico/orgânico) . Resultados de pesquisas recentes realizadas em nosso laboratório são promissoras neste sentido. Explorar uma operação como a pervaporacao onde a seletividade especifica de um dos componentes voláteis a separar pode ser critério básico de sucesso é um dos principais objetivos deste projeto. Eventualmente a extensão a sistemas gasosos (ou vapores) contendo VOC (compostos orgânicos contaminantes presentes em proporções diminutas) também poderá ser exploradas.

Professor responsável:
Alberto Claudio Habert

 

 

Preparação e caracterização de superfícies recobertas por buckypapers

Descrição: O buckypaper é uma matriz de nanotubos de carbono (CNTs) não alinhados dispostos em uma trama semelhante a um papel que é mantido coeso por interações de Van der Waals. Este estudo tem como objetivo a preparação destes materiais por meio da técnica de filtração a vácuo e sua aplicação sobre superfícies de materiais metálicos e/ou poliméricos, com o objetivo de controlar sua molhabilidade. Além disso, objetiva-se também reduzir a refletividade ótica da superfície ao menor valor possível. As superfícies recobertas podem encontrar diversas aplicações, em particular em coletores solares. Os buckypapers funcionalizados e não funcionalizados são preparados segundo diferentes rotas e em seguida aplicados sobre as superfícies de maneira a aderir sobre elas. Após a preparação, a superfície pode ser submetida a uma etapa adicional de tratamento (químico ou a plasma) de forma a modificar sua molhabilidade. Microscopias eletrônicas de varredura e transmissão são utilizadas para a caracterização superficial dos filmes. A molhabilidade é obtida por medidas de ângulo de contato, enquanto que a refletividade das superfícies é medida por refletometria UV-VIS-IR.

Professor responsável:
Sérgio Álvaro de Souza Camargo Jr.

 

 

Síntese de compostos inorgânicos nanoestruturados

Descrição: O presente projeto tem como objetivo geral estudar a síntese de diferentes materiais inorgânicos nanoestruturados. Especificamente fosfatos de cálcio nanoestruturados, e fosfatos modificados pela inclusão de metais serão sintetizados usando métodos de precipitação e hidrotérmico. Os materiais preparados serão testados como adsorventes e fotocatalisadores. Uma segunda linha de pesquisa focaliza a síntese de óxidos de ferro, cobre e zinco nanoestruturados, usando os métodos hidrotérmico e precipitação. Objetiva-se o controle da forma, através do estudo dos parâmetros de preparação. Materiais produzidos serão testados como adsorventes e fotocatalisadores

 

Professora responsável:
Vera Maria Martins Salim