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 Área de Concentração "CARACTERIZAÇÃO, DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DOS MATERIAIS"
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Dissertação Acesso aberto (Open Access) Caracterização de compósito de matriz de poliuretano à base de óleo de mamona e resíduo de caroço de açaí(Universidade Federal do Pará, 2026-06-26) LIMA JÚNIOR, Marcelo de Oliveira Lima; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809; https://orcid.org/0000-0002-3926-0403; FIGUEIRA, Bruno Apolo Miranda; http://lattes.cnpq.br/6852513231905237; https://orcid.org/0000-0002-0507-8662; REIS, Marcos Allan Leite dos; FERNANDEZ, Oscar Jesus Choque; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; http://lattes.cnpq.br/5573769619153861; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653; https://orcid.org/0000-0003-4975-5992A crescente preocupação ambiental e a busca por materiais sustentáveis impulsionam a pesquisa em compósitos com reforços naturais. A utilização de fibras e particulados naturais em matrizes poliméricas é uma vertente consolidada na engenharia de materiais, devido aos resultados promissores em desempenho mecânico. Nesse contexto, a grande quantidade de resíduos de açaí sem destinação correta, combinada com a matriz polimérica de poliuretano baseado em óleo de mamona (PUOM), representa uma opção viável e sustentável para o desenvolvimento de novos materiais. Desse modo, este trabalho teve como objetivo principal investigar a influência da granulometria e da fração volumétrica de particulados de açaí (Euterpe oleracea) nas propriedades de compósitos de poliuretano de mamona (PUOM), visando o desenvolvimento de materiais sustentáveis. A metodologia envolveu a caracterização dos particulados por microscopia óptica, MEV/EDS, picnometria, DRX, TGA/DTG e FTIR, e dos compósitos por ensaios mecânicos (tração, compressão, flexão, impacto Izod, dureza Shore D), absorção de água e flamabilidade. Os principais resultados demonstraram que a incorporação dos particulados de açaí alterou significativamente as propriedades da matriz. A formulação 60G1 (60% de particulados finos) destacou-se pela otimização da resistência à tração (16,51 ± 1,62 MPa, 8% superior à matriz pura) e compressão (37,94 ± 2,17 MPa, 544% de ganho), além de apresentar a maior redução na taxa de queima (10,37 ± 1,86 mm/s, 60% de diminuição) e supressão do gotejamento. As formulações 50G2 e 60G2 (particulados intermediários) exibiram o melhor desempenho em resistência à flexão (21,45 ± 1,75 MPa para 60G2). A dureza Shore D aumentou com a adição dos particulados, sendo a 60G3 (particulados grossos) a de maior valor (64,9 ± 2,71). A absorção de água aumentou devido ao caráter higroscópico dos particulados, mas permaneceu dentro de limites aceitáveis para certas aplicações. A análise microestrutural por MEV revelou a presença de vazios e falha interfacial, que impactaram negativamente as propriedades mecânicas, especialmente a tenacidade ao impacto. A aplicação desses compósitos é promissora em ambientes internos, como painéis de revestimento. Conclui-se que os compósitos de PUOM/açaí apresentam um grande potencial como materiais de engenharia, com a formulação 60G1 oferecendo o melhor balanceamento de propriedades. Para otimizar o desempenho, estudos futuros devem focar na redução da fração de vazios e na melhoria da adesão interfacial.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Caracterização de sensor quimiorresistivo nanoestruturado para soluções catiônicas utilizadas em flotação mineral(Universidade Federal do Pará, 2026-05-05) MAGNO, Sabrina Ribeiro; REIS, Marcos Allan Leite dos; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653; BRAGA, Alessandra Nascimento; SANTOS, Iranildes Daniel dos; http://lattes.cnpq.br/7611599930837576; http://lattes.cnpq.br/0590145364265707; https://orcid.org/0000-0001-9880-5648; https://orcid.org/0000-0001-5493-1079Na indústria de mineração de ferro se utiliza a flotação catiônica reversa como técnica de concentração mineral, empregando surfactantes como éter-amina e amida-amina como coletores de quartzo. O monitoramento desses reagentes em efluentes industriais torna-se fundamental tanto para o controle eficiente do processo quanto para a mitigação de impactos ambientais. Entretanto, as técnicas convencionais utilizadas para essa finalidade, apresentam limitações relacionadas ao elevado custo, à complexidade operacional e ao tempo de análise, o que justifica a busca por abordagens alternativas baseadas em sensores químicos nanoestruturados de alta sensibilidade, baixo custo e resposta em tempo real. Este trabalho apresenta um sensor quimiorresistivo baseado em buckypaper de nanotubos de carbono de paredes múltiplas funcionalizados (NTCPM-f) para detecção e distinção entre soluções de amida-amina e éter-amina e sais similares aos efluentes de flotação (pH 9,5–9,8, 30 ppm). O dispositivo foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia Raman, testes elétricos de resposta quimiorresistiva, cálculos de energia de ligação por teoria do funcional de densidade (DFT) e com dados estatísticos avaliados por análise de componentes principais (PCA). A análise Raman revelou padrões distintos de dopagem: a amida-amina compensou o doping tipo-p do NaOH nas camadas externas (deslocamento nulo em G'outer) e induziu redshift de −31 cm⁻¹ em G'inner, enquanto comparativamente a éter-amina apresentou redshift de −14 cm-1 em G'inner. Nos testes elétricos o sensor apresentou resposta quimiorresistiva superior para soluções com a amida-amina, com variação de 5,29% em relação à água deionizada, enquanto a éter-amina apresentou resposta de apenas 0,42%. Os cálculos DFT indicaram energia de ligação de −1,04 eV para amida-amina e −0,71 eV para éter-amina, confirmando maior afinidade interfacial da amida-amina com os nanotubos. A PCA permitiu a redução da dimensionalidade dos dados experimentais, possibilitando a clara discriminação entre os analitos com base na intensidade de resposta responsável por 33,96% da variância e na cinética de recuperação do sensor representando 53,93% da variância. Os resultados obtidos a partir das análises realizadas demonstram a elevada capacidade do sensor em detectar e distinção de analitos químicos contendo éter-amina e amida-amina.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Desenvolvimento de scaffolds por manufatura aditiva, utilizando compósito de PLA/HA com a hidroxiapatita extraída da escama do pirarucu (arapaima gigas)(Universidade Federal do Pará, 2026-06-16) SOARES, Edson Miranda; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809; https://orcid.org/0000-0002-3926-0403; REIS, Marcos Allan Leite dos; NASCIMENTO, Lúcio Fábio Cassiano; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; http://lattes.cnpq.br/7186497849886649; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653; https://orcid.org/0000-0003-3484-145XEm virtude das adversidades ocasionadas por fraturas e traumas, campos multidisciplinares constantemente buscam inovações no desenvolvimento de biomateriais para tratamentos clínicos de enxertia. Essa dissertação propõe a confecção de enxertos ósseos (scaffolds) por manufatura aditiva utilizando compósitos de ácido polilático carregado com hidroxiapatita (PLA/HA) extraída da escama do Pirarucu (Arapaima gigas). A escama do Pirarucu In natura foi submetida a tratamento alcalino e térmico nas temperaturas de 650 ºC (H650) e 700 ºC (H700). A hidroxiapatita (HA) foi caracterizada por termogravimetria (TGA/DTG); Difração de raios X (DRX); Espectroscopia vibracional no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR); Espectroscopia Raman; Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). A HA foi utilizada como carga nos filamentos de PLA em percentuais de 0,5, 1 e 1,5% m/m. Os filamentos foram caracterizados por FTIR, Raman e MEV e submetidos ao ensaio de tração. Os scaffolds foram modelados no software Creo Parametric 11.0.0.0 Educational Edition e impressos pela impressora 3D Ender 3 S1 Pro da Creality. Os corpos de prova foram submetidos aos ensaios de compressão (ASTM D695-15) e flexão (ISO 178-19). O resultado da análise termogravimétrica revelou taxa máxima de decomposição em aproximadamente 321 ºC. A análise de DRX revelou a formação de hidroxiapatita (HA) com elevada cristalinidade (88,53% e 90,36%) e com fases de hidroxiapatita carbonatada, sendo corroborado pelo FTIR (bandas em 1439 e 1412 cm⁻¹) e Raman (bandas em 1065, 1075 e 1087 cm⁻¹). As micrografias por MEV demonstraram a formação de particulados desformes de hidroxiapatita com tamanho médio de 99,72 e 438,51 nm, respectivamente, para as amostras H650 e H700. A análise de EDS revelou a presença dos elementos Ca, O, P, C, Na e Mg. As espectroscopias de FTIR e Raman dos filamentos apresentaram as bandas características do PLA com vestígios de HA e formação de filamentos com conteúdo amorfo; a análise das propriedades mecânicas dos filamentos denota que os filamentos obtiveram resistência à tração próxima a filamentos comerciais. A adição de 1% de H650 resultou em 60,26 MPa e 0,5% de H700 obteve 49,63 MPa. Os filamentos apresentaram, inicialmente, morfologia de fratura frágil, mas desenvolvendo caráter dúctil à medida que o teor de HA aumentou. As análises de FTIR, Raman e MEV dos scaffolds seguiram a tendência apresentada pelas análises anteriores e os testes de flexão e compressão obtiveram, respectivamente, resistência de 20,49 MPa (SF0,5% H700) e 24,61 MPa na amostra FF1% H700. O trabalho obteve êxito na produção de scaffolds utilizando filamentos de PLA/HA.Dissertação Acesso aberto (Open Access) Sensor de umidade quimiorresistivo nanoestruturado impresso em 3D baseado em ABS/NTCS com revestimento de fécula de mandioca (Manihot esculenta)/NTCs(Universidade Federal do Pará, 2026-04-29) QUARESMA, Rosielem Silva Dias; REIS, Marcos Allan Leite dos; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653; BRAGA, Alessandra Nascimento; CAVA, Carlos Eduardo; http://lattes.cnpq.br/7611599930837576; http://lattes.cnpq.br/2534829129105740; https://orcid.org/0000-0001-9880-5648; https://orcid.org/0000-0002-7315-9966Com o aumento da população mundial, as estimativas apontam que a demanda por alimentos irá aumentar de 35% para 56% até 2050, consequentemente, a produção na indústria alimentícia deverá ser cada vez maior. Além disso, a crise climática, faz com que o ciclo de água do planeta passe por um desiquilíbrio, causando estiagens mais prolongadas e mudanças nos padrões da chuva. Neste contexto, faz-se necessário o desenvolvimento de sensores nanoestruturados para monitoramento de umidade do solo, compostos por dispositivos produzidos por impressão 3D baseados em nanocompósito poli(acrilonitrila-butadieno-estireno)/nanotubos de carbono de paredes múltiplas funcionalizados com ácido carboxílico (ABS/f-NTCPM) e revestidos por filmes de fécula de mandioca nanoestruturados com f-NTCPM (FM/f-NTCPM). Os substratos foram prototipados e impressos por modelagem por deposição de material fundido (FDM) e nanoestruturados por imersão em solução 7:1 H₂O/N,N-dimetilformamida com 1 mg mL-1 de f-NTCPM em banho ultrassônico. Foram obtidos cinco grupos de amostras: ABS nanoestruturado (n-ABS), n-ABS/FM, n-ABS/n1-FM (1% em massa de f-NTCPM), n-ABS/n2-FM (2% m/m de f-NTCPM) e n-ABS/n3-FM (3% m/m de f-NTCPM). Os dispositivos foram caracterizados morfologicamente por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), por espectroscopia Raman, bem como caracterizações e teste elétricos e ângulo de contato. Os resultados do MEV confirmaram a impregnação superficial de f-NTCPM na matriz polimérica com a formação de filmes com espessura média de 1,645 ± 0,236 μm. A espectroscopia Raman revelou os modos vibracionais característicos dos NTCs (bandas D, G e 2D), da FM e do ABS, indicando que o revestimento com FM e f-NTCPM modifica a estrutura eletrônica dos nanotubos de forma dependente da concentração. Os testes de umidade do sensor em câmara, em relação ao sensor convencional HW-390, resultaram em sensitividades médias que variam de 0,00152 ± 0,00059 %⋅%UR-1 (n-ABS) à 03409 ± 0,02829 %⋅%UR-1 (n-ABS/n3-FM). O ângulo de contato reduziu de 89,87 ± 0,91° no ABS puro para 45,58 ± 1,33° em n-ABS/FM, indicando hidrofilia superficial do sensor com a presença de fécula e f-NTC. Os resultados indicam que o aumento de sensitividade com a concentração de f-NTCPM no filme de fécula está associado à formação de redes condutoras na camada ativa, cuja tumefação através da hidratação revestimento amplifica a variação de resistência elétrica por unidade de umidade. O dispositivo possibilitará a integração a uma plataforma IoT com microcontrolador ESP32, demonstrando sua aplicabilidade em monitoramento remoto de umidade do solo.