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Ajuste do limite de detecção elétrica de compósitos condutivos para melhorar o desempenho de sensores híbridos.
(2019) Calheiro, Daniel Silva; Bianchi, Rodrigo Fernando; Gil, Laurent Frédéric; Bianchi, Rodrigo Fernando; Faria, Roberto Mendonça
As pesquisas em eletrônica híbrida têm proporcionado importantes avanços em novos materiais, dispositivos e formas de composição e estruturas desses sistemas. Contudo, controvérsias ainda existem sobre a limitação da eficiência elétrica de materiais híbridos e seus dispositivos, tais como as relações entre a estrutura, o processamento, o design e suas propriedades. Este trabalho descreve uma abordagem prática para melhorar o desempenho elétrico de um sensor de gás de amônia cujo princípio de operação baseia-se nas mudanças de condutividade elétrica, no baixo regime de percolação e na limitação de corrente elétrica utilizando, para tanto, um sistema composto de polímero semicondutor e óxido metálico. O dispositivo foi fabricado a partir de filmes finos totalmente impressos de polianilina / nanopartículas óxido de estanho e índio - PAni100􀀀xITOx [0 x 50% (wt/wt)] depositados sobre substrato de polietileno de alta densidade. Foi verificado que a corrente elétrica do dispositivo diminui e tende a se estabilizar à medida que a concentração de gás aumenta, e o valor desse limite de corrente elétrica (IL) depende de x, ou seja, quanto maior x, menor IL. Quando a corrente que flui através do dispositivo eletrônico é dominada pelas nanopartículas de ITO preenchidas com PAni, ocorre o aumento da concentração de portadores de salto que contribui para a resposta elétrica desejada de um sensor de gás heterogêneo. Neste regime, foi encontrada uma boa dependência linear de x na concentração de amônia na faixa de 0 a 35 ppm, com limite de detecção de até 0,5 ppm e resposta rápida (< 1 min). Estas descobertas sugerem direções para futuras pesquisas sobre o desenvolvimento de sistemas heterogêneos nos quais uma variação de corrente elétrica é desejada para melhorar a sensibilidade e a estabilidade da produção escalável de sensores híbridos funcionais.
Ammonia gas sensor based on the frequency-dependent impedancecharacteristics of ultrathin polyaniline films.
(2016) Santos, Mirela de Castro; Ushizima, Daniela Mayumi; Bianchi, Andrea Gomes Campos; Pavinatto, Felippe J.; Bianchi, Rodrigo Fernando
This paper describes a variety of experiments that reveal the potential application of impedance spec-troscopy (IS) measurements to enhance performance of ultrathin polyaniline (PANI)-based films onflexible substrate to control ammonia gas exposure in the 0–20 ppm range. Further, the device is mechan-ically robust for making electrical contact without lithography. We have employed the IS technique toproper adjust the optimal operation frequency of an easy-to-process, inexpensive and user-friendly PANI-based resistometric detectors in which drift current and delay problems related to electrode effects anddielectric absorption of PANI are insignificant. These requirements place emphasis upon the material anddevice configuration, and the range of frequencies from 10 to 100 Hz corresponds to the ideal workingregion to operate the device to unify sensibility inside 5%, reproducibility, linearity, stability and lowresponse time (<1 min). These results are as efficient as those obtained using a more expensive commer-cial apparatus and can rival the affordability of traditional sensors. Linear Discriminant Analysis (LDA)and K-Means clustering confirmed that the device has the capacity to recognize ammonia concentrationaround 20 ppm with total accuracy of 95%. Our study provides evidence of a new way to improve theperformance of PANI-based sensors that can potentially be employed to monitor the environment oflivestock buildings, for example.
Análise do processamento de materiais com laser Yb-fibra e perspectivas na engenharia de mini-VANTs.
(2017) Coelho, Bruno Nazário; Costa, Adilson Rodrigues da; Lima, Milton Sérgio Fernandes de; Costa, Adilson Rodrigues da; Caldeira, Lecino; Krüger, Fernando Leopoldo von; Araújo, Fernando Gabriel da Silva; Bianchi, Rodrigo Fernando; Lima, Milton Sérgio Fernandes de
O avanço tecnológico dos lasers nos últimos anos, aliado ao desenvolvimento da automação e da robótica possibilitaram a aplicação desta tecnologia em processos industriais que requerem alta confiabilidade, precisão e repetibilidade. Devido às vantagens proporcionadas pelo processamento de materiais a laser, as industrias aeroespacial e automobilística tem demonstrado grande interesse em sua utilização. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver experimentalmente o processamento de materiais a laser aplicado a chapas de diferentes materiais de interesse industrial e analisar a influência dos parâmetros operacionais. Além disso, comparar os resultados experimentais com simulações computacionais e avaliar a presença de defeitos nas regiões processadas. Ainda como objetivo deste trabalho, projetar e desenvolver o protótipo multi-material de um mini-VANT. Foi utilizado um laser Yb-fibra com 2kW de potência para o processamento da liga de alumínio aeronáutico AA6013-T4 e de um aço baixo carbono, em duas diferentes condições experimentais de aporte térmico (13J/mm e 30J/mm). A potência do laser foi variada entre 650W e 2kW e a velocidade do processo entre 33mm/s e 150mm/s. Como resultado deste trabalho, observou-se que é possível obter dois processos opostos (corte e soldagem) e diferentes mecanismos de soldagem (condução e keyhole) para um mesmo valor de aporte térmico. O aporte térmico de 13J/mm apresentou os melhores resultados para a soldagem do AA6013- T4, com as condições experimentais D (2000W e 150mm/s) e E (1300W e 100mm/s). Já para o aço, os melhores resultados foram para o aporte térmico de 30J/mm, nas condições experimentais A (2000W e 66mm/s) e B (1500W e 50mm/s). Observou-se no AA6013-T4 uma a redução da dureza de 110HV no metal base para 75HV-95HV na região processada. Os resultados observados na simulação apresentaram uma boa correlação com os resultados experimentais, possibilitando a análise do gradiente térmico e a distribuição de temperatura no material ao longo do processamento. Complementarmente, foram realizados diversos testes de voo com o protótipo do mini-VANT VTOL desenvolvido, que apresentou bons resultados para o sistema de estabilização e navegação semi-automática.
Avaliação de dosímetro orgânico inteligente para aplicação em radioterapia.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2011) Schimitberger, Thiago; Bianchi, Rodrigo Fernando
Atualmente, o uso inapropriado e incorreto dos aceleradores lineares em radioterapia, ou seja, sem as condições necessárias para tratamentos oncológicos eficientes, tem sido alvo de crítica da impressa escrita e também da literatura médica. Nesse trabalho é apresentado o projeto, a fabricação e o desempenho de novos sensores à base do poli[2-metóxi-5-(2’-etilhexilóxi)-1,4-fenilenovinileno] e do Tris-(8-hidroxiquinolinolato) de alumínio (III) – Alq3 (MEH-PPV/Alq3) para detecção de doses de raios X (6 MeV) visando tanto o acompanhamento de tratamentos oncológicos, quanto a calibração da radiação fornecida por aceleradores lineares. Tal dispositivo de baixo custo (< R$ 1), denominado de “semároforo inteligente”, baseia-se no uso de uma única solução do material híbrido e apresenta variação irreversível de cor induzida pela radiação do vermelho ao amarelo, e depois a verde, para doses entre 0 a 40 Gy. Uma série de ensaios foi realizada para avaliar as curvas de resposta dose-cor, a sensibilidade, a reprodutibilidade e a estabilidade dos dispositivos fabricados a partir de diagramas de cromaticidade e de medidas de espectroscopia de absorção e de fluorescência do material híbrido exposto a diferentes doses e isodoses de radiação em phanton de água. Os resultados obtidos mostraram que o sensor apresenta curvas dose-cor dependentes da composição química do material híbrido, resposta em tempo real, linearidade e boa estabilidade. Finalmente, as resposta quantitativas e qualitativas do sensor foram investigadas com o auxílio de um dispositivo eletrônico, tipo colorímetro, que permitiu, dentre outras vantagens, correlacionar facilmente a cor emitida pela solução orgânica com a dose de radiação prescrita pelo acelerador.
A blue-light dosimeter which indicates the dose accumulation by a multicoloured change of photodegraded polymer.
(2009) Vasconcelos, Cláudia Karina Barbosa de; Bianchi, Rodrigo Fernando
Luminescent polymers are commonly employed in light-emitting displays because of their good processability and higher luminance with low power consumption. However, even though they are candidates for lighting applications, they are susceptible to photoxidation processes which dramatically change their colour with light exposure. In this work we use the light instability of luminescent polymers in order to design a blue-light dosimeter which indicates dose accumulation by multicoloured changes of photodegraded poly(2-methoxy-5(2_-ethylhexyloxy)-p-phenylenevinylene) (MEH-PPV). Photoluminescence and absorbance spectra measurements were carried out on MEH-PPV solutions under the effect of blue-light provided by phototherapy systems. All measurements were done maintaining chief conditions of jaundice treatments. It is observed that changes from orange-red to yellow clearly on colour solutions, while its peak position emission shifts from orange-red to blue and decreases in intensity with increasing radiation exposure time. Experiments performed with oxygen enriched solutions were shown to improve these effects, which is mainly caused by the competition between two possible mechanisms: a light induced polymerization of MEH-PPV and replacement of C C by C O bonds on the polymer backbone. Analyses of the relation between the irradiance produced by phototherapy systems and CIE (1931) chromatic diagram of MEH-PPV reveal this polymer as an easy to operate blue-light dosimeter, and the results reported here clearly demonstrated the possibility to produce self-adhesive patch of luminescent polymers in order to attach such organic dosimeter safety and placed closer to the skin of jaundiced infants.
Caracterização de bloco intertravado manufaturado a partir de resíduo de eletroeletrônicos com análise dos procedimentos e metodologia metrológica dos ensaios.
(2020) Gabriel, Luiz Tadeu; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bernardes, Américo Tristão; Bianchi, Rodrigo Fernando; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Cunha, Alexandre Mendes
De acordo com relatório da ONU em 2017, o Brasil gerou cerca de 1,4 106 t de resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos – REEE (ABRIN, 2017), sendo cerca de 23% deste resíduo, material plástico. A legislação que orienta a gestão de resíduos sólidos (Lei nº 12.305 de 2010), sendo nova, ainda tem pendência de acordos setoriais com o setor produtivo e varejista, assim, o Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações - MCTIC patrocina a rede de Centros de Recondicionamento de Computadores – CRC’s, sendo estes, espaços para o tratamento de equipamentos obsoletos ou inservíveis, podendo ser recondicionados ou ter suas partes destinadas à indústria de reciclagem. O CRC Programando o Futuro de Valparaíso/GO produz blocos intertravados a partir de carcaças e componentes plásticos para aplicação em pavimentos, passadiços, passarelas elevadas e estacionamento. O objetivo deste trabalho é a caracterizar e analisar as propriedades mecânicas que se relacionam com a aplicação desses blocos, estimar a incerteza associada a cada ensaio utilizando o método da Norma ISO GUM e elaborar roteiro para garantir a confiabilidade de resultados durante atividades laboratoriais. A metodologia indicada nas normas para os respectivos ensaios não contemplam alguns geradores de incerteza de medição, como por exemplo a incerteza herdada da calibração dos equipamentos utilizados. Os resultados dos ensaios dos blocos de REEE são comparáveis aos parâmetros de blocos de concreto comumente utilizados em aplicações similares, por exemplo, para a resistência à compressão em temperatura ambiente obteve-se (41 ± 5) MPa e taxa de absorção de (0,0846±0,0002) % no bloco intertravado de REEE. O uso normalizado de resistência à compressão é maior ou igual a 35 MPa e a absorção menor ou igual a 6 %, de acordo com a ABNT NBR 9781:2013. Esta pesquisa foi realizada com o apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES): Código de financiamento 001. Os ensaios foram realizados no Laboratório de Mecânica de Fratura DEMET/EM/UFOP.
Caracterização elétrica de filmes ultrafinos de PANI/PVS : material potencial para detecção de amônia em galpões de criação avícola.
(Polímeros, 2010) Santos, Mirela de Castro; Santos, Fabrício Aparecido dos; Teixeira, Felipe Portella; Gonçalves, Gislayne Elisana; Bianchi, Andrea Gomes Campos; Bianchi, Rodrigo Fernando
Nesse trabalho filmes ultrafinos de PANI/PVS foram caracterizados óptica, elétrica e morfologicamente para estudo da viabilidade desses sistemas como elemento ativo de sensores de amônia. Os filmes automontados foram depositados entre microeletrodos metálicos formados por uma fina camada de NiCr recoberto com Au. Medidas de absorção na região do UV VIS mostraram o crescimento linear dos filmes, enquanto a análise das imagens de microscopia de força atômica mostrou o aumento da rugosidade, do tamanho de grão e do tamanho da partícula com a espessura dos filmes. A caracterização elétrica dc evidenciou uma significativa mudança na resistência elétrica do sistema quando a espessura do filme tornou-se equivalente à espessura do eletrodo de NiCr. Esse efeito foi atribuído à alta resistência elétrica da interface NiCr-filme. A impedância complexa obtida foi típica de materiais sólidos desordenados, com influência da interface NiCr-filme em baixas frequências. Por fim, os filmes mostraram ainda aumento de resistência elétrica em cerca de três vezes quando expostos às condições ambientais de galpões de criação avícola ([NH3] < 50 ppm), bem como em outras aplicações agropecuárias onde a necessidade do monitoramento desse gás é de grande importância. Esses resultados demonstram o potencial que filmes de PANI/PVS apresentam para aplicações agropecuárias.
Caracterização física e química e controle cinético do efeito da luz azul em polímeros luminescentes : aplicação no desenvolvimento de sensores de radiação para uso em fototerapia neonatal.
(2013) Ferreira, Giovana Ribeiro; Bianchi, Rodrigo Fernando
A hiperbilirrubinemia ou icterícia neonatal é um problema mundial e uma condição comum entre os neonatos. Em geral, fototerapia com luz azul é a terapia mais utilizada para o tratamento dessa condição e para a prevenção da neurotoxidade da bilirrubina, mas sua utilização não é padronizada e sua eficiência depende de diversos fatores. Além disso, tem sido demonstrado que não há métodos ou instrumentos padronizados utilizados para relatar as doses de radiação administradas durante o tratamento. Neste contexto, é proposto o desenvolvimento de um novo sensor orgânico que indique facilmente e em tempo real a dose de radiação acumulada pela mudança de cores de um polímero conjugado sensível a radiação colocado sobre um material luminescente verde. A ideia básica é que o dispositivo funcione de forma semelhante a um semáforo, no qual o vermelho indica que a dose de radiação administrada é subterapêutica e verde representa que a dose prescrita foi administrada. A resposta do sensor é baseada na mudança de cores em polímeros conjugados que ocorre devido a sua fotoxidação. Por isso, o comportamento ótico de três polímeros derivados do poli(p-fenilenovinileno) BDMO-PPV, MDMO-PPV e MEH-PPV e de três materiais luminescentes verdes PDHFPPV ou LaPPS 16, Alq3 e uma ftalocianina de cobre de fórmula (Dy220) expostos à radiação azul foram estudados por espectroscopia de luminescência e de absorção no UV-Vis. Os resultados mostram a possibilidade de desenvolvimento de sensores de radiação baseado nestes materiais. A cinética das reações de fotooxidação foi controlada adicionando compostos sequestradores de radicais livres (Irganox 1010®) ou iniciadores da formação de radicais (peróxido de benzoíla) e os parâmetros cinéticos dessas reações foram determinados. A determinação dos parâmetros cinéticos, além de ser interessante do ponto de vista físico-químico, é útil para o ajuste das curvas-dose resposta dos sensores. As mudanças na estrutura química dos polímeros devido aos processos oxidativos, por sua vez, foi estudada por meio de espectroscopias FTIR e RMN e cromatografia GPC. Finalmente, a arquitetura multicamadas contendo papel:PS:Dy220PS:MEH-PPV foi selecionada para o desenvolvimento de um sensor multicamadas para o monitoramente da radiação administrada em fototerapia neonatal. A avaliação do sensor mostrou que o dispositivo apresenta seis dos sete pilares da qualidade em saúde (eficácia, eficiência, efetividade, otimização, aceitabilidade e legitimidade) além de baixo custo, reprodutibilidade, estabilidade, linearidade e faixa de operação satisfatória para o tratamento fototerapêutico.
Caracterização morfológica da heterojunção de volume de Tiofeno : Fulereno por simulação molecular.
(2019) Morais, Marlene Notélio Borges Luíza de; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Savedra, Ranylson Marcello Leal; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Viana, Rommel Bezerra; Bianchi, Rodrigo Fernando
Os polímeros conjugados são empregados para compor camadas ativas em dispositivos opto eletrônicos orgânicos que são ultrafinos, leves, flexíveis e ambientalmente sustentáveis. O constante aprimoramento da Eletrônica Orgânica requer o maior controle sobre a morfologia dessas camadas, que influencia diretamente na eficiência quântica dos dispositivos. Devido à natureza amorfa dos polímeros, no entanto, a caracterização dessas microestruturas não é uma tarefa simples. Neste trabalho, a simulação computacional de dinâmica molecular atomística foi empregada como ferramenta na caracterização morfológica de blendas de poli (3-hexiltiofeno) (P3HT):6,6-fenil C61 éster metílico de ácido butírico (PCBM), que vem sendo utilizadas em Células Solares Orgânicas (CSOs), no modelo de Heterojunção de Volume (HjV). Os procedimentos experimentais comumente empregados na fabricação de filmes finos foram mimetizados, a fim de avaliar o seu impacto sobre a morfologia. Foram analisados os efeitos do solvente e da temperatura, uma vez que esses fatores exercem influência sobre a morfologia final da HjV. Analises conformacionais mostraram que as cadeias de P3HT não são majoritariamente planares e tendem a se enovelar. As interações com as moléculas de solvente e de PCBM, no entanto, minimizaram esse efeito e conferiram maior grau de organização a matriz polimérica. O solvente também atua como o meio pelo qual a interface entre os semicondutores se forma durante a fabricação. O tratamento térmico em torno do ponto de fusão do polímero melhorou a distribuição dos semicondutores, sendo, portanto, urna etapa importante na fabricação de dispositivos mais eficientes. Analises de distribuição dos domínios e fator de estrutura apontaram para a existência de três fases, sendo PCBM e P3HT semicristalinos e mistura amorfa de ambos. A abordagem empregada nessa pesquisa permitiu uma investigação robusta da morfologia da camada ativa a nível molecular e de como os procedimentos de fabricação influenciam em sua formação. Estes resultados podem contribuir para o maior controle sobre essas microestruturas e, consequentemente, para o progresso da Eletrônica Orgânica.
CdWO4-on-MEH-PPV:PS as a candidate for real-time dosimeters.
(2012) Silva, M. M.; Novais, S. M. V.; Silva, E. S. S.; Schimitberger, Thiago; Macedo, Z. S.; Bianchi, Rodrigo Fernando
We report on the investigations about the modification of optical properties induced by X-rays onto film detectors of cadmium tungstate (CdWO4), poly[2-methoxy-5(20 -ethylhexyloxy)-p-phenylenevinylene] (MEH-PPV) and polystyrene (PS) This device takes advantage of reduction of spectral overlap between the radioluminescence (RL) of CdWO4 and the absorption of MEH-PPV as it is exposed to radiation, forming the basis of a new dosimeter that is capable of converting the orange-red radioluminescence of PS:MEH-PPV:CdWO4 into green. We propose an explanation of the optical processes occurring in MEHPPV:CdWO4 in terms of the radiation hardness of CdWO4 combined to the RL-induced degradation of MEH-PPV.
Charge transport in conjugated polymer–semiconductor nanoparticle composite near the percolation threshold.
(2017) Cardoso, L. S.; Gonçalves, Gislayne Elisana; Kanda, Darcy Hiroe Fujii; Bianchi, Rodrigo Fernando; Nagashima, Haroldo Naoyuki
This paper describes a new statistical model to predict the frequency dependence of the conductivity of conjugated polymer– semiconductor nanoparticle composites. The model considers AC conduction in an inhomogeneous medium represented by a two-dimensional model of resistor network. The conductivity between two neighboring sites in the polymer matrix and the semiconductor particles is assumed to obey the random free energy barrier model and the Drude model, respectively. The real and imaginary parts of the AC conductivity were determined using the transfer-matrix technique, and the statistical model was applied to experimental data of thin films composed of polyaniline (PANI) and indium–tin–oxide (ITO) nanoparticles. The conductivity critical exponent (s) obtained in two dimensions for PANI/ITO films below the percolation threshold was found to be 2.7, which is greater than the universal value of s described by the classical percolation theory (s = 1.3). This non-universality is explained by the existence of a local electric field distribution in the bulk of the nanocomposite. Finally, these results are discussed in terms of the distribution of potential barriers that vary according to the concentration of ITO amount in the composite.
Colorimetric dosimeter to promote most efficient use of neonatal phototherapy.
(2016) Ferreira, Giovana Ribeiro; Fonseca, Antônio Maurício Tannure; Cardoso, Lucas Correa; Savedra, Melissa Fabíola Siqueira; Bianchi, Andrea Gomes Campos; Bianchi, Rodrigo Fernando
tHyperbilirubinemia is a systemic global problem and an often diagnosed pathology in newborns. In mostcases, blue-light phototherapy (410–460 nm) is the only treatment required to prevent the bilirubinneurotoxicity, but its effectiveness is dose-dependent and is highly affected by the skills, knowledge,and attention of nurses and clinicians who implement the treatment. This paper presents a novellight-sensitive colorimetric dosimeter to simulate the effect of blue-light phototherapy on the opticalproperties of in vitro bilirubin. The dosimeter is based on a multilayered organic structure comprisinga light-stable green-light emitter (copper phthalocyanine, C32Cl16CuN8), and a blue-light-sensitive redemitter (poly{[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene]vinylene}, OC1OC6-PPV). The optical andchemical properties of the dosimeter were investigated by fluorescence and FTIR spectroscopies and bycolor coordinates of CIE (1931) diagram chromatics, while the photochemical processing of bilirubin wasevaluated by UV–vis absorption spectroscopy. The optical response of the dosimeter under conventional(10 W/cm2) and intensive (40 W/cm2) phototherapy was found to present the same photochemicalkinetics as bilirubin. These findings highlight a cutting-edge solution for monitoring bilirubin eliminationin neonates as a function of the dosimeter’s color evolution. This novel colorimetric dosimeter providesa standardized method of reporting and measuring phototherapy dose to promote an efficient use ofavailable phototherapy units in health facilities.
Colorimetric nanosensor for the determination of glyphosate herbicide in aqueous solutions.
(2023) Silva, Cinthia Rocha da; Neri, Lara Chrystina Malta; Carvalho, Thaís Adriany de Souza; Bianchi, Jhonatan Rafael de Oliveira; Bianchi, Rodrigo Fernando; Santos, Igor José Boggione
Detection of pesticides depends on complex, time-consuming, and costly techniques performed only in some regions of Brazil. Thus, this study aimed to develop a sensitive, portable, easy- to-handle, and fast nanosensor to determine the presence of glyphosate in aqueous solutions. The Co(OH)2 nanostructure was synthesized, and the kinetic study of the interaction with pesticide glyphosate-based was performed. The Co(OH)2 nanostructures had a fast and effective interaction, confirmed by UV-Visible spectroscopy. Through experimental planning, the process for obtaining nanostructures has been optimized, and the nanostructures obtained were in a size range of 434.2 nm with a hexagonal nanoplate structure. The lower limit of color-based glyphosate detection was 0.178 g .L -1 . It was possible to identify the herbicide in the water of the tomato and sugar cane rinse by the change of the watercolor into pink. Although the samples showed low absorbance, the color change was noticeable to the naked eye. Therefore, to synthesize a structure that allows identifying glyphosate in a colorimetric way.
Compostos cimentícios reforçados com fibras de resíduos de PEAD para aplicações em placas sustentáveis de absorção sonora.
(2020) Liberato, Thaís Souza; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Santos, Mirela de Castro; Silva, Guilherme Jorge Brigolini
Compostos cimentícios (CC) são os materiais mais utilizados na construção civil devido ao alto desempenho mecânico, alta durabilidade, facilidade de moldagem e baixo custo. Contudo, os CC apresentam várias limitações mecânicas devido, sobretudo, a sua baixa relação entre resistência, peso e capacidade de se deformar quando submetido ao efeito de tração. Neste sentido, estudos sobre a adição de fibras sintéticas aos CC tem se intensificado nos últimos anos, demonstrando-as como materiais de reforços alternativos para suprir as limitações desses compostos e, assim, promover inovações na construção civil. Neste contexto, esse trabalho tem por objetivo principal o estudo da adição da fibra sintética PEAD (polietileno de alta densidade), comercialmente conhecida como Tyvek® , em CC como uma alternativa viável, sustentável e econômica para melhorar as propriedades mecânicas e acústicas dos compostos cimentícios convencionais, visando sua utilização em placas de revestimento. Foi avaliada a influência do volume das fibras do resíduo na trabalhabilidade no estado fresco, absorção sonora, ensaios de tração na flexão e absorção de água das placas. Também foram feitos ensaios de tração no resíduo do Tyvek® para investigação de seu módulo de elasticidade, com objetivo de compreender as propriedades intrínsecas dos CC quando misturados ao resíduo de Tyvek® . Dessa forma, foram encontrados valores satisfatórios de resistência mecânica e absorção sonora para a placa com 70% de água, 10% de fibra e mistura homogênea dos materiais, demonstrando a viabilidade do uso dessas fibras como placas de revestimento de absorção sonora, promovendo ainda sustentabilidade e inovação ao reaproveitar resíduos que ainda não possuem reutilização neste segmento.
Condutividade AC de compósito de PDMS elastomérico reforçado com fibras de açaí recobertas com PANI.
(2021) Lopes Junior, Gilton Martins; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Guerra, Elídia Maria; Gurgel, Leandro Vinícius Alves
O desenvolvimento de compósitos poliméricos condutivos reforçados (CPCs) com fibras vegetais sob efeitos de deformação mecânica é um tema atraente cientifico e tecnologicamente. Este trabalho tem por objetivo investigar e compreender o comportamento da condutividade alternada, σ*(ω) = σ´(ω) + iσ´´(ω) (ω = 2f), de CPCs à base de fibras naturais de açaí (FNA) recobertas com polianilina (PANI) e dispersas em matriz de polidimetilsiloxano (PDMS), em faixas de pressão (P) e frequência elétrica (f) iguais a, respectivamente, 0 à 200 kPa e 1 à 105 Hz. Os resultados obtidos de σ*( f) como função de P e ω mostram os comportamentos de percolação e quasiuniversal da condutividade alternada [σ´( f)  f s com s  0,8] a partir de 50 kPa e de razões FNA-PANI/PDMS iguais ou superiores a 7%. Os resultados obtidos foram investigados a partir de modelos teórico-experimentais baseados em aproximações de meio efetivo, mecanismos de percolação e condução em meios sólidos desordenados. Como resultado, a aproximação do meio efetivo (EMA - Effective Medium Aproximation) mostrou-se adequada para representar os materiais com fases distintas, miscíveis, dielétricas e condutoras obedecendo, para tanto, o limiar de percolação elétrica do sistema FNA-PANI/PDMS. Em paralelo, a resposta elétrica da FNA recoberta com PANI foi investigada pelo modelo de energia livres e aleatórias (RFEBRandom Free Energy Barrier Model) que mostra, além da característica quasi-universal de σ´(f), que tanto a frequência quanto a pressão atuam no sentido de confinar os portadores de carga em regiões mais localizadas nas fibras recobertas com polímero condutor tornando, assim, o sistema mais condutivo. Consequentemente, as dependências de Sf com P e f sugerem variações geométricas de, respectivamente, esférica para colunar e interdomínio para interfibras. Portanto, o presente trabalho contribuiu para a compreensão dos mecanismos de condução em novos compósitos flexíveis à base de PANI, FNA e PDMS e, portanto, para o estudo do desempenho elétrico e desenvolvimento de sensores de deformação totalmente poliméricos.
Condutividade alternada de polianilina embebida com nanopartículas de óxido de estanho e índio.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2013) Gonçalves, Gislayne Elisana; Bianchi, Rodrigo Fernando
Neste trabalho foram investigados filmes híbridos de nanopartículas de óxido de estanho e índio (ITO) embebidas em matriz de polianilina (PAni) do tipo PAni1-xITOx, com 0 ≤ x ≤ 1. Para tanto, os sistemas foram caracterizados elétrica, morfológica e estruturalmente, por meio de medidas elétricas (ac e dc), microscópicas (de força atômica, força elétrica e eletrônica de varredura), difratometria de raios-X, potencial de superfície (Kelvin Probe) e análises espectroscópicas (EDS, FTIR e Raman). Os resultados obtidos mostram que os filmes comportam-se como desordenados e são formados por aglomerados esféricos de ITO, dispersamente distribuídos na matriz polimérica e se aglomeram e formam caminhos condutivos que se interconectam induzindo, portanto, o sistema a: (i) variações de condutividade elétrica de isolante (1,83 10-9 S/m) a semicondutivo (4,64 10-4 S/m); (ii) variações da função trabalho, de -5,2 eV a -5,5 eV; (iii) percolação, a partir de x  0,12; (iii) a redução da energia de salto dos portadores de carga, de 217 meV para 11,8 meV, (iv) a redução do comprimento efetivo de condução da polianilina e, (v) a independência da constante dielétrica da PAni (k ), tanto em função de x quanto da temperatura na faixa de 50-350 K. Finalmente, as propriedades elétricas dos filmes PAni1-xITOx foram investigadas por meio de modelos de percolação, fenomenológicos (circuitos RCs), mecanismos de salto (Modelo de Barreira de Energia Livre Aleatória) e de Aproximação do Meio Efetivo (Modelo Maxwell Garnett), que forneceram, dentre outros parâmetros e características, os mecanismos de condução e as contribuições da matriz, das nanopartículas e das interfaces formadas entre elas como função de x e da temperatura.
Controlling photo-oxidation processes of a polyfluorene derivative : the effect of additives and mechanism.
(2014) Ferreira, Giovana Ribeiro; Nowacki, B.; Magalhães, A.; Azevedo, E. R. de; Sá, E. L. de; Akcelrud, Leni Campos; Bianchi, Rodrigo Fernando
The control of the photo degradation of a fluoreneevinyleneephenylene based-polymer, poly(9,9-dihexylfluorenediylvinylene-alt-1,4-phenylenevinylene) (LaPPS16) was achieved by addition of a radical scavenger (RS) (enhancing photo resistance) or a radical initiator (RI) (reducing photo resistance). Photoluminescence, UVeVis absorption, 1 H NMR spectroscopies and gel permeation chromatography (GPC) revealed that the incorporating small amounts of RS or RI is an efficient way to control the rates of the photo-oxidation reactions, and thus to obtain the conjugated polymer with foreseeable degradation rates for applications in blue-light sensitive detectors for neonatal phototherapy.
Desenvolvimento de extensômetro orgânico ultrassensível e de metodologia para melhorar o desempenho elétrico de dispositivos vestíveis.
(2018) Mapa, Ludmila Marotta; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Coelho, Bruno Nazário; Legnani, Cristiano; Reis, Agnaldo José da Rocha
Nos últimos anos, os dispositivos vestíveis vêm ganhando espaço no mercado devido, principalmente, às suas inúmeras aplicações tecnológicas que vão desde a área Médica até a área da Engenharia Civil. Neste contexto, este projeto tem por objetivo principal estudar e desenvolver um novo extensômetro à base de matriz flexível de poli (cloreto de vinila) - PVC e polímero semicondutivo, a polianilina – PANI, para aplicação em dispositivos vestíveis para monitoramento do movimento humano em contato com a pele humana. Para atingir esse objetivo foram fabricados filmes ultrafinos de PANI sobre substrato flexível de PVC. Em seguida, foram realizadas caracterizações mecânicas (ensaio de tração) e elétricas (regime ac e dc) dos dispositivos de PANI/PVC. Os resultados obtidos do ensaio de tração demonstraram que a deposição da PANI sobre a superfície do PVC não apresenta influência significativa nas propriedades mecânicas do PVC. Em adição, os resultados da caracterização elétrica em regime dc e mecânica, realizadas simultaneamente, mostraram que o sensor apresenta comportamento ôhmico, ou seja, há uma dependência quasi linear da corrente elétrica com a tensão aplicada. Também foi possível inferir que a resistência elétrica dos dispositivos aumenta com a tensão mecânica aplicada. Este aumento da resistência elétrica está associado à redução da mobilidade dos portadores de carga. Já os resultados obtidos da caracterização mecânica e elétrica (impedância complexa) mostraram que o dispositivo apresenta uma alta sensibilidade elétrica (na ordem de 105) quando submetido a diferentes valores de tensão mecânica na frequência de 100 Hz. Para explicar este efeito foi proposto o uso do modelo baseado na aproximação fenomenológica Davidson-Cole, demonstrando que o material em estudo apresenta uma estrutura desordenada do tipo assimétrica (Lorentziana). Por meio do modelo de condução por saltos (Hopping) pode-se concluir que a resistência elétrica dos dispositivos PANI/PVC está associado diretamente a distância média de saltos dos portadores de carga da PANI entre sítios adjacentes. Finalmente, foi avaliado o desempenho do dispositivo por meio de testes de reprodutibilidade, fator Gauge, custo de fabricação e tempo de resposta. Os resultados mostraram que o dispositivo flexível à base de PANI/PVC apresenta alto fator Gauge (~105), baixo custo de fabricação (
Desenvolvimento de selo inteligente para monitoramento de novo processo de desinfecção de água com luz azul.
(2023) Paiva, Bárbara Gosziniak; Bianchi, Rodrigo Fernando; Silva, André Talvani Pedrosa da; Bianchi, Rodrigo Fernando; Faria, Gregório Couto; Almeida, Ive Silvestre de
Nas últimas décadas, proporcionar o acesso universal à água potável tem sido um dos maiores desafios enfrentados pelas nações em todos os continentes. Assim, formas alternativas para a desinfecção de água se fazem cada vez mais necessárias para a saúde humana, sobretudo as de fácil acesso à população em geral. Este trabalho apresenta portanto, um selo para o monitoramento de um sistema alternativo de desinfecção de água com luz azul. A escolha da luz azul vem do fato da literatura recente apresentar resultados que sugerem que a essa fonte de radiação elimina várias espécies de microrganismos patogênicos em até 90% após a exposição em superfície. Para atingir esse objetivo, filmes de MEH-PPV, polímero sensível a radiação azul, depositados em superfície de papel foram caracterizados opticamente como função do tempo de exposição à 20 μW/cm2 e 60 μW/cm2 (λmax = 460 nm). Os resultados mostram que o sistema de MEH-PPV/Papel apresenta pico de máxima emissão antes de ser exposto a luz azul em torno de 600 nm, que vai reduzindo com o tempo de exposição. Também é observado uma mudança de cor de laranja ao branco com a exposição à luz. O tempo para ocorrer a variação tanto da emissão, quanto da cor, depende do número de camadas de MEH-PPV, neste caso, quanto maior o número de camadas, mais lento é o processo de variação, e da radiância, que quanto maior mais rápido ocorre o processo. Os resultados da escala Pantone corroboram tal mudança de cor. Tais resultados servem de base para o desenvolvimento de um selo para monitorar a desinfecção de coliformes totais e E.coli na água. O design escolhido para esse dispositivo foi de um sapo por representar a vida na água. Os resultados mostram o uso inédito da luz azul na inativação de coliformes totais e E.coli na água, com uma dose ideal de 738 J/cm2, e o uso do selo com 1 camada de MEH-PPV para o monitoramento do processo utilizando uma radiância de 60 μW/cm2, que fica completamente branco quando recebe a dose necessária para inativação dos microrganismos. Para a produção do selo com outras finalidades, em que o número de camadas e o tempo de exposição serão modificados, a equação encontrada após caracterização dos filmes pode ser utilizada Tf = (1, 3 ± 0, 1) ∗ Nc + (2,2 ± 0,3), onde, Tf = Tempo final de mudança de cor, e Nc = Número de camadas de MEH-PPV depositadas no papel.
Desenvolvimento e caracterização de sensor de acúmulo de dose de radiação azul polimérico.
(2010) Vasconcelos, Cláudia Karina Barbosa de; Ferreira, Giovana Ribeiro; Bianchi, Rodrigo Fernando
Neste trabalho as propriedades ópticas do poli[2-metóxi,5-(2’etil-hexiloxi)-p-fenilenovinileno] - MEH-PPV foram estudadas sob efeito de luz azul proveniente de super LEDs utilizada no tratamento da hiperbilirrubinemia neonatal (ou icterícia). Os resultados mostraram que o MEH-PPV apresenta uma mudança de cor do vermelho-alaranjado para o incolor, passando por diversas tonalidades de amarelo, bem como uma diminuição da intensidade dos espectros de absorção e de fotoluminescência (PL) em função do tempo de exposição à radiação. Essas mudanças foram usadas para projetar um sensor de acúmulo de dose de radiação azul, tipo indicador de cores, para avaliar a dose de radiação recebida por recém-nascidos durante o tratamento da icterícia neonatal.

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