Dissertações em Ciência e Engenharia de Materiais (Mestrado) - PPGCEM/Ananindeua
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Navegando Dissertações em Ciência e Engenharia de Materiais (Mestrado) - PPGCEM/Ananindeua por Orientadores "REIS, Marcos Allan Leite dos"
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Dissertação Acesso aberto (Open Access) Código de resposta rápida nanoestruturado impresso em 3D(Universidade Federal do Pará, 2023-07-12) OLIVEIRA, Dhonata Sebastião Caldas; REIS, Marcos Allan Leite dos; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653Por conta da Quarta Revolução Industrial, também conhecida como Indústria 4.0, as fábricas têm cada vez mais sistemas dependentes da Internet e de tecnologias de comunicação, o que lhes garante eficiência sem precedentes, porém as torna vulneráveis à ataques cibernéticos. Por este motivo, a cibersegurança é um tema cada vez mais relevante, com tecnologias como o blockchain e a criptografia quântica baseada em funções fisicamente não clonáveis (PUFs, do inglês physically unclonable funcions) se apresentando como alternativas nesta área. Neste sentido, este trabalho apresenta a síntese de nanocompósitos de poli(acrilonitrila-butadieno-estireno) (ABS) respectivamente com 1 e 2 % em massa de nanotubos de carbono (NTCs) para a impressão 3D dos chamados NanoCodecs, os quais apresentam assinaturas espectrais Raman, classificadas como PUFs, que podem ser utilizadas como chaves criptográficas geradas por um código construído em linguagem Python de programação. Para isso, duas soluções foram preparadas, a primeira com NTCs de paredes múltiplas funcionalizados com ácido carboxílico em acetona, e a outra com pellets de ABS puro neste mesmo solvente. Após a mistura destas soluções e banhos ultrassônicos, a acetona foi evaporada e foram produzidos pellets de ABS/NTC1%m/m e ABS/NTC2%m/m, os quais foram utilizados para a produção de filamentos nanoestruturados em uma extrusora. Em seguida, NanoCodecs como código de resposta rápida (QR code) e como selos circulares/quadrados foram impressos em 3D. A caracterização elétrica de amostras impressas com filamentos nanoestruturados mostrou a redução da resistência elétrica com o aumento do percentual em massa de NTCs. Apesar disso, a caracterização morfológica por Microscopia Eletrônica de Varredura mostrou que há baixa concentração de nanotubos na superfície das amostras, o que indica que eles estão dispersos por todo o volume das amostras. A caracterização vibracional por espectroscopia Raman foi usada para identificar as características dos materiais puros, tanto o ABS quando os NTCs, e comparar com o espectro Raman do nanocompósito de ABS/NTCs. Como resultado, houve uma sobreposição dos modos vibracionais de ambos os materiais, com destaque para deslocamento para a direita da sub-banda 𝐺𝑒𝑥𝑡 em 8 𝑐𝑚−1, o que indica que os nanotubos são comprimidos na matriz polimérica. Por fim, utilizando os nanocompósitos como PUFs, foi possível gerar chaves a partir dos principais modos vibracionais desses materiais: as bandas D, G e 2D dos nanotubos e as bandas nomeadas como 1001-PS e 2239-PAN do ABS. Portanto, os resultados obtidos indicam que os NanoCodecs podem ser utilizados como elementos de cibersegurança na Indústria 4.0, por meio de chaves criptográficas geradas pela análise espectral do nanocompósito utilizado para a produção dos NanoCodecs.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Desenvolvimento de termosensores nanoestruturados impressos em 3D(Universidade Federal do Pará, 2023-06-26) SANTOS, Leandro José Sena; REIS, Marcos Allan Leite dos; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653O mercado de sensores de temperatura e outros correlacionados, tem crescido nos últimos anos, estima-se que terá um crescimento anual de 11% ao ano entre 2019 até 2026, e isso tem despertado o interesse por estudos com o foco em nanosensores alternativos que possuem uma melhor portabilidade, sustentabilidade e podendo ser uma das soluções para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS). Assim, este trabalho apresenta o desenvolvimento de quatro sensores baseados em Poli (ácido lático) - PLA e Nanotubos de Carbono - NTCs, produzido por manufatura aditiva, destinados ao monitoramento de temperatura corpórea (35 a 45ºC) e temperaturas de câmaras frias (5°C até -40°C), para uma área ativa de 15cm2. Um desses sensores foi desenvolvido apenas em PLA como amostra controle e os demais foram nanoestruturados pela adição de dois tipos de tintas distintas, contendo NTCs. A síntese destes foi realizada por Impressão 3D pela tecnologia Fused deposition modeling (FDM), além de adotar um método de síntese para cada um. E, por meio de caracterizações morfológicas, vibracionais e elétricas, os dispositivos/sensores apresentaram respostas termorresistivas e termoelétricas para variação de temperatura submetidos. Nesse caso, a morfologia analisada por microscopia eletrônica e a espectroscopia vibracional Raman obtida das amostras do nanocompósito mostraram a incorporação de NTCs na matriz de PLA, bem como seus espectros vibracionais obtidos com assinaturas características dos materiais utilizados. Apresentaram um coeficiente Seebeck em 1,33μV/K sob gradientes de temperatura de 300K, além de apresentar uma resposta de máxima de -4,35± 0,15% para aproximadamente 45°C, para análise termorresistiva. Assim, tais dispositivos desenvolvidos apresentaram comportamento de termistores e termopares, sendo uma alternativa promissora para implementação em câmaras frias e sistemas de Home Health.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Eletrodeposição pulsada e caracterização de revestimentos de cobre/nanotubos de carbono em ligas de alumínio 3003 e 1350(Universidade Federal do Pará, 2025-06-25) SILVA, Alberto Solary da; SOUSA, Mário Edson Santos de; http://lattes.cnpq.br/4761512397509247; HTTPS://ORCID.ORG/0000-0002-7605-2371; REIS, Marcos Allan Leite dos; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653A demanda por sistemas elétricos mais eficientes e sustentáveis tem impulsionado a pesquisa na busca por materiais inovadores que aprimorem as propriedades dos condutores elétricos. O alumínio (Al) e suas ligas são amplamente utilizados na transmissão e distribuição de energia elétrica devido à sua baixa densidade e boa condutividade elétrica. A busca por melhorias nas propriedades elétricas tem levado ao desenvolvimento de revestimentos que aumentem a condutividade sem comprometer a leveza do material. Este trabalho apresenta um estudo sobre a anodização de substratos de Al como preparação para revestimentos nanoestruturados aliado à eletrodeposição por corrente pulsada de nanocompósito baseado em cobre (Cu) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM), com foco nas propriedades elétricas correlacionadas com a microestrutura. Experimentos foram realizados em chapas de Al liga 3003, em fios e em cabos de Al liga 1350. Parâmetros otimizados para a anodização foram obtidos utilizando concentração de 100% de H2SO4, corrente contínua de 3 A e 10 V aplicada durante 2 h. Na eletrodeposição por corrente pulsada aplicou-se concentração de NTCPM de 1 mg/mL, ciclo de trabalho (γ) de 80%, 2 A e 10 V durante 1 h. Micrografias obtidas por Microscopia Eletrônica de Varredura com Emissão de Campo (MEV-FEG) verificaram a formação de camada de óxido de alumínio (Al2O3) porosa e uniforme, fundamental para a aderência do revestimento, assim como evidenciou a homogênea e eficaz distribuição do revestimento do nanocompósito sobre a superfície anodizada. A caracterização por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) confirmou a presença dos elementos Cu e carbono (C) distribuídos na camada de revestimento. Através da espectroscopia Raman foram identificados modos vibracionais característicos dos NTCPM, as bandas D, G e G’, analisando variações de intensidade e largura de banda resultantes das modificações estruturais promovidas pela eletrodeposição. A Difração de Raios X (DRX) identificou as fases cristalinas presentes no revestimento, além de evidenciar alterações estruturais provocadas pelo tratamento superficial, mostrando a integração do nanocompósito ao substrato metálico. Testes de condutividade elétrica foram realizados utilizando a técnica ponte de Kelvin, antes e depois do revestimento, demonstrando um aumento significativo na condutividade elétrica (σ), evidenciando a melhoria na eficiência do transporte de carga devido à sinergia entre o Cu e os NTCPM. Entre os resultados, se destaca a elevação de ⁓ 52,33% na condutividade elétrica superficial (σs) das chapas e um aumento de IACS de 67,76% para ⁓ 73,5% nos fios tratados. De modo semelhante, também se destaca a queda no valor médio de resistência do cabo revestido que mudou de 4,88x10-4 Ω para 1,934x10-4 Ω em comparação ao cabo sem revestimento, diferença de ⁓ 60,37%. Análises estatísticas foram realizadas corroborando os resultados e concluindo que foram estatisticamente significativos. Cálculos de dissipação Joule e ampacidade confirmaram o desempenho superior do material revestido e seu potencial de aplicação em sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica. Assim, esses resultados confirmam que o revestimento de Cu-NTCPM por eletrodeposição com corrente pulsada em superfícies anodizadas, uma abordagem encorajadora para a melhoria das propriedades elétricas de condutores de Al.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Influência dos parâmetros de preenchimento, forma e reforço nanoestruturado em matriz polimérica de PLA impressos em 3D(Universidade Federal do Pará, 2024-04-08) FARIAS, Dorivane Cohen; REIS, Marcos Allan Leite dos; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653Com o avanço da Manufatura Aditiva e suas aplicações em diversos segmentos industriais, torna-se cada vez mais importante investigar os parâmetros de processabilidade associados a esta tecnologia. Com isso, o presente estudo teve como finalidade investigar a influência da forma (sólida e honeycomb), dos padrões de preenchimento (concêntrico, hexágonos e triângulos) e das concentrações de Nanotubos de Carbono - NTCs (1% e 2% m/m) em matriz polimérica de (Poli (Ácido Láctico)) - PLA. O material foi confeccionado por meio da técnica de Modelagem por Fusão e Deposição - FDM. Os NTCs, o PLA e os nanocompósitos foram caracterizados por: Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV, Difração de Raios - X (DRX) e Espectroscopia Raman. As propriedades mecânicas foram analisadas por meio de ensaios de tração, compressão e impacto Charpy. Os resultados da análise por MEV antes e após o ensaio mecânico, mostram: vazios, NTCs, trincas, poros, rompimentos. A análise por DRX, mostra para os NTCs, dois picos de difração em: 2θ: 30,01°, e 2θ: 50,03°, enquanto o PLA e os nanocompósitos evidenciam a predominância da fase amorfa. Na caracterização Raman, as bandas vibracionais dos NTCs, PLA e dos nanocompósitos foram deconvoluídas em subbandas, os NTCs apresentaram as seguintes subbandas: DL, DR, DLO, Dmiddle, Gout, Ginn, D’, 2DL, 2DR, DL + Gout e DR + Ginn, no PLA as subbandas mais destacadas são associadas às vibrações simétricas e assimétricas de CH3. Nos nanocompósitos, as subbandas manifestam-se como sobreposição dos modos vibracionais de seus respectivos constituintes (PLA e NTCs). As análises mecânicas de tração, compressão e impacto Charpy mostram que os padrões de preenchimento, as formas e o nanoreforço influenciam nas propriedades mecânicas. Em tração, o padrão de preenchimento concêntrico apresentou melhor desempenho para ambas as formas, com 40,75 MPa para a forma sólida e 9,76 MPa para a honeycomb. Os nanocompósitos em tração apresentaram desempenhos inferiores à matriz. Em compressão, o padrão triangular apresentou melhor desempenho, com 52,8 MPa para a forma sólida e 20,8 MPa para a honeycomb. Os nanocompósitos em compressão apresentaram resistências superiores a matriz, com melhor desempenho na forma sólida o nanocompósito PLA/2%NTCs com 73,5 MPa, e, na forma honeycomb o PLA/1%NTCs, com 33,2 MPa. Em impacto Charpy na forma sólida, os padrões não diferem no desempenho. Porém, na forma honeycomb o padrão hexágono se destaca, com 2,88 J/m. Para os nanocompósitos, em ambas as formas, a fração PLA/2%NTCs apresentam melhores desempenhos, com 3,8 J/m para a sólida e 2,98 J/m para a honeycomb.