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https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/15849
Tipo: | Dissertação |
Data do documento: | 12-Jul-2023 |
Autor(es): | OLIVEIRA, Dhonata Sebastião Caldas |
Afiliação do(s) Autor(es): | UFPA - Universidade Federal do Pará |
Primeiro(a) Orientador(a): | REIS, Marcos Allan Leite dos |
Título: | Código de resposta rápida nanoestruturado impresso em 3D |
Agência de fomento: | PROPESP/UFPA - Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação |
Citar como: | OLIVEIRA, Dhonata Sebastião Caldas. Código de resposta rápida nanoestruturado impresso em 3D. Orientador: Marcos Allan Leite dos Reis. 2023. 91 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Campus Universitário de Ananindeua, Universidade Federal do Pará, Ananindeua, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/15849. Acesso em:. |
Resumo: | Por 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. |
Abstract: | Due to the Fourth Industrial Revolution, also known as Industry 4.0, factories increasingly have systems dependent on the Internet and communication technologies, which guarantees them unprecedented efficiency, but makes them vulnerable to cyber attacks. For this reason, cybersecurity it is an increasingly relevant topic, with technologies such as blockchain and quantum cryptography based on physically unclonable functions (PUFs) presenting themselves as alternatives in this area. In this sense, this work presents the synthesis of poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS) nanocomposites with respectively 1 and 2 % by mass of carbon nanotubes (CNTs) for the 3D printing of the so-called NanoCodecs, which present Raman spectral signatures, classified as PUFs, which can be used as cryptographic keys generated by a code built in the Python programming language. For this, two solutions were prepared, the first with multi-walled CNTs functionalized with carboxylic acid in acetone, and the other with pure ABS pellets in this same solvent. After mixing these solutions and ultrasonic baths, the acetone was evaporated and ABS/NTC1%m/m and ABS/NTC2%m/m pellets were produced, which were used for the production of nanostructured filaments in an extruder. Then NanoCodecs as quick response code (QR code) and as round/square stamps were 3D printed. The electrical characterization of samples printed with nanostructured filaments showed a reduction in electrical resistance with an increase in the percentage by mass of CNTs. Despite this, the morphological characterization by Scanning Electron Microscopy showed that there is a low concentration of nanotubes on the surface of the samples, which indicates that they are dispersed throughout the volume of the samples. The vibrational characterization by Raman spectroscopy was used to identify the characteristics of pure materials, both ABS and NTCs, and compare with the Raman spectrum of the ABS/NTCs nanocomposite. As a result, there was an overlap of the vibrational modes of both materials, with emphasis on the shift to the right of the sub-band 𝐺𝑒𝑥𝑡 in 8 𝑐𝑚−1, which indicates that the nanotubes are compressed in the polymeric matrix. Finally, using nanocomposites as PUFs, it was possible to generate keys from the main vibrational modes of these materials: the D, G and 2D bands of nanotubes and the bands named as 1001-PS and 2239-PAN of ABS. Therefore, the results obtained indicate that NanoCodecs can be used as elements of ybersecurity in Industry 4.0, through cryptographic keys generated by the spectral analisys of the nanocoposite used for produtction of the NanoCodecs. |
Palavras-chave: | Nanocompósito Nanocomposites |
Área de Concentração: | CARACTERIZAÇÃO, DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE MATERIAIS |
Linha de Pesquisa: | MATERIAIS NANOESTRUTURADOS |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Pará |
Sigla da Instituição: | UFPA |
Instituto: | Campus Universitário de Ananindeua |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil |
Fonte: | Disponível na internet via Sagitta |
Aparece nas coleções: | Dissertações em Ciência e Engenharia de Materiais (Mestrado) - PPGCEM/Ananindeua |
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