PPG - Engenharia e Ciência dos Materiais

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    Síntese e caracterização de cerâmicas dielétricas de alta permissividade para produção de dispositivos armazenadores de energia para aplicação em linhas de transmissão não linear.
    (Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-16) Aredes, Rangel Graudiston [UNIFESP]; Antonelli , Eduardo; Silva Neto, Lauro Paulo; http://lattes.cnpq.br/3979447098275675; http://lattes.cnpq.br/8535325155568005; https://lattes.cnpq.br/5690544073624456
    Cerâmicas ferroelétricas de estrutura cristalina tipo Perovskita de baixa perda dielétrica, alta permissividade, elevada variação da permissividade em função da variação do campo elétrico (Tunability) e elevada ruptura dielétrica são essenciais para o desenvolvimento de materiais ferroelétricos não lineares empregados na construção de capacitores aplicados em Linha de Transmissão Não Linear (LTNL). As LTNLs têm o potencial de gerar oscilações no sinal elétrico (sólitons) em aplicações de micro-ondas de alta potência (>1000W). Os sinais elétricos gerado em uma LTNL podem ser utilizados em sistemas de comunicação via satélite, radares, sinal de interferência para interrupção de comunicação e tratamentos biomédicos. Neste trabalho, cerâmicas dos sistemas (1−x)Ba(Zr0,2Ti0,8)O3–x(Ba0,7Ca0,3)TiO3 representadas por (xBCZT) e (Ba(1-x)Sr(x)(Zr0,2Ti0,8)O3 por (xBSZT), foram sintetizadas por reação em estado sólido e caracterizadas em função da aplicação, quanto à suas propriedades dielétricas e de variação da permissividade elétrica em função da variação do campo elétrico. Os resultados dos ensaios de permissividade em função da variação do campo elétrico, da temperatura e da frequência foram observados em regiões de transição de fase polimórfica (TFP) e de contorno de fase morfotrópico (CFM). As cerâmicas 0.36BCZT, 0.44BCZT e 0.49BCZT apresentaram elevadas permissividades (0.36BCZT, permissividade >11000) e uma variação da permissividade de 37,3 %, 35,1 % e 27,9 % respectivamente, avaliados em temperaturas próximas da transição de fase tetragonal-cubica (T-C), em uma variação do campo elétrico de 8 kV/cm). As composições cerâmicas xBSZT, foram projetadas e desenvolvidas com o objetivo de apresentar transições de fases polimórficas próximas à temperatura ambiente atingindo um equilíbrio entre a baixa perda dielétrica, alta permissividade e uma elevada variação da permissividade. A composição (Ba(0,97)Sr(0,03)(Zr0,2Ti0,8))O3 apresentou uma elevada permissividade (>12200), baixa perda dielétrica (<0,01) e uma elevada variação da permissividade de 79 % em função da variação do campo elétrico de 10 kV/cm. Capacitores com propriedades não lineares, com base em um material ferroelétrico de alta performance, foram desenvolvidos e aplicados em uma LTNL, gerando sinais oscilatórios pulsados em RF, em uma frequência de 315 kHz.
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    Reciclagem de embalagens multicamadas como matéria-prima secundária para a produção de blendas com PEAD
    (Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-20) Carvalho, Nathan Kevin [UNIFESP]; Lemes, Ana Paula [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/4529102387970131; http://lattes.cnpq.br/1725838151831391
    Os impactos ambientais decorrentes do acúmulo de resíduos no meio ambiente têm impulsionado a reciclagem, especialmente de materiais poliméricos, que consiste em uma ferramenta extremamente importante para o desenvolvimento da economia circular. Neste contexto, as embalagens multicamadas são dificilmente recicladas por causa da mistura de materiais em suas composições. Por esse motivo, neste trabalho foi estudada a utilização de embalagens multicamadas como matéria-prima secundária para a produção de blendas com polietileno de alta densidade (PEAD). As embalagens foram coletadas, higienizadas e caracterizadas por dissolução seletiva e precipitação, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), e calorimetria exploratória diferencial (DSC) para a identificação dos polímeros que as compõem. Em seguida, as embalagens foram fragmentadas em um moinho de facas e processadas com PEAD nas proporções de 0:100, 25:75, 35:65 e 50:50, com 0%, 0,25% e 1% (m/m) de polietileno de alta densidade enxertado com anidrido maleico (PEAD-g-MA), como agente compatibilizante, em um homogeneizador termocinético, seguido por uma prensa sob pressão e temperatura. Os materiais produzidos foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaio de tração, impacto Charpy, dureza Shore D e DSC. A composição das embalagens foi verificada em torno de 1,5-10% (m/m) de copolímero de etileno e álcool vinílico (EVOH) e poliamida (PA), e de 77-93% (m/m) de PEAD e polietileno de baixa densidade (PEBD). A análise morfológica mostrou que o agente compatibilizante melhorou a adesão das embalagens na matriz de PEAD. Contudo, a baixa concentração de EVOH e PA não alterou as propriedades das blendas significativamente, o que permite a reciclagem de concentrações ainda maiores de embalagens. A blenda PEAD/25EMB/0,25PEAD-g-MA apresentou a maior resistência à tração (19,3 MPa) e módulo elástico (921 MPa), e a blenda PEAD/50EMB/1PEAD-g-MA obteve a maior resistência ao impacto (12,39 kJ m-2). Após a reciclagem, as blendas preservaram as suas propriedades, confirmando a possibilidade de produção de blendas recicláveis a partir de embalagens multicamadas pós-consumo, com grande potencial de aplicação na indústria moveleira, construção civil e setor de embalagens, e contribuindo para a circularidade do ciclo de vida destes materiais.
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    Materiais à base de carvão ativado proveniente de resíduos lignocelulósicos para suporte de fotocatalisadores com aplicação em remediação ambiental
    (Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-06) Meirelles, Mariana Rodrigues [UNIFESP]; Gonçalves, Maraísa [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/8790738991069110; http://lattes.cnpq.br/9433470556620835
    Este trabalho propôs o aproveitamento de resíduos lignocelulósicos para preparação de carvão ativado (CA) e posterior impregnação com TiO2 para avaliação na degradação do paracetamol. O CA foi preparado a partir de resíduos de casca de café (CACC), borra de café (CABCF) e bagaço de cana de açúcar (CABC). A caracterização por adsorção/dessorção de nitrogênio mostrou que o CA preparado com bagaço de cana apresentou a maior área superficial,1596 m2.g-1, seguido do CA de borra de café com área superficial de 1465 m2.g-1, e o CA preparado com casca de café apresentou área superficial de 990 m2.g-1. A preparação dos fotocatalisadores de TiO2 foi dividida em duas etapas: 1) via sol-gel sem a presença de peróxido de hidrogênio (H2O2) e 2) via sol gel com H2O2 (gel de peróxido). Na primeira etapa, os materiais obtidos via sol gel foram calcinados por 2 h em diferentes temperaturas. Os resultados evidenciaram a mudança de fase anatase para rutilo em temperaturas elevadas (a partir de 650 ºC). Verificou-se que há correlação entre temperatura de calcinação, área superficial e tamanho de cristalito. Os materiais calcinados a 350, 400 e 450 ºC apresentaram maior fotoatividade, apresentando constante de velocidade de 0,0084, 0,0071 e 0,0063 min-1, respectivamente. Na segunda etapa, foi acrescentado H2O2 na preparação, estes materiais foram calcinados em 350 e 450 ºC. Para a temperatura de 350 ºC, variou-se o tempo de calcinação em 2, 4 e 6 h. Todos os TiO2-H2O2 preparados apresentaram eficiência fotocatalítica na degradação do paracetamol com remoção de 92 a 98%. O TiO2 calcinado a 350 ºC durante 4 h (TiO2-H2O2-350_4) demonstrou a maior eficiência fotocatalítica, com 98% de degradação do PCT e constante de velocidade igual a 0,0109 min-1. As caracterizações evidenciaram mudanças estruturais e morfológicas ao comparar a preparação com e sem a presença de H2O2. As heteroestrutras de Nb2O5-TiO2 foram preparadas com Nb2O5 comercial. O TiO2 foi sintetizado na superfície do Nb2O5 pelo método de gel de peróxido. Os materiais de Nb2O5-TiO2 não apresentaram bons resultados quando comparadas com o TiO2 preparado pelo método de gel de peróxido. Já as heteroestruturas preparas de CAs-TiO2 demonstraram melhores resultados quando comparadas com o fotocatalisador puro (TiO2-H2O2). Os materiais CABC-85TiO2, CABCF-85TiO2, CACC-85TiO2 apresentaram valores de constante de velocidade de 0,0045, 0,0053 e 0,0052 min-1, representando acréscimo na taxa de degradação do paracetamol de 7, 26 e 26%, respectivamente, quando comparadas ao TiO2. Todas as heteroestruturas de CAs-TiO2 evidenciaram capacidade de reaproveitamento até o sexto ciclo fotocatalítico. Sendo assim, as heteroestruturas de CAs-TiO2 apresentaram eficiência na degradação do paracetamol e foram preparados por meio de rota econômica e sustentável. O trabalho mostrou a viabilidade de produção de CAs proveniente de diferentes resíduos para utilização de suporte de fotocatalisadores.
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    Obtenção de novas formas de cocristais de praziquantel: estrutura e propriedades
    (Universidade Federal de São Paulo, 2023-12-19) Gaiotto, Cristina Aparecida Andrade Raymundo; Batista Junior, João Marcos [UNIFESP]; Cuffini, Silvia Lucia [UNIFESP]; CV: http://lattes.cnpq.br/1508800998903956; http://lattes.cnpq.br/4209224090500050; http://lattes.cnpq.br/4996683229783327
    Praziquantel (PZQ), (RS)-2-ciclo-hexilcarbonil-1,2,3,6,7,11b-hexa-hidro-4H-pirazino[2,1-a] isoquinolin-4-ona, é um fármaco antiparasitário comumente utilizado na medicina veterinária, assim como em humanos, sendo o fármaco de primeira escolha para doenças causadas por cestódeos e trematódeos. Em humanos, o PZQ apresenta eficácia de 80% em adultos e 70% em crianças, com efeitos adversos bem toleráveis. Contudo, um forte sabor metálico e amargo na língua (baixa palatabilidade) constitui uma barreira na aderência ao tratamento com esta substância, especialmente pelas crianças. O PZQ é administrado na forma de um racemato (mistura equimolar de enantiômeros), onde o enantiômero R é o eutômero (responsável pela atividade), enquanto o enantiômero S (distômero) está associado a efeitos adversos e é o principal responsável pelo forte sabor metálico e amargo do fármaco. A cocristalização pode ser uma boa estratégia para alterar propriedades físicas que impactem na palatabilidade do PZQ. Portanto, este trabalho visou a obtenção de estruturas multicomponentes de PZQ, tais como solvatos e cocristais. Os testes de triagem foram conduzidos experimentalmente com solventes de diversas classes química e cerca de 60 coformadores foram avaliados a fim de selecionar os mais adequados. Neste contexto experimental, foi possível ainda estimar o parâmetro de solubilidade de Hansen (HSP) para o PZQ a partir das forças das interações intermoleculares tabeladas para os solventes, estabelecer a predição para a formação de cocristais ou sistemas multicomponentes contendo o PZQ, o que resultou na obtenção de 6 novas formas de PZQ, sendo 3 cocristais e 3 complexos. As metodologias de evaporação lenta e moagem assistida por líquidos ou gotas do solvente (LAG), bem como reação de cristalização (RC) foram utilizadas para o preparo das amostras, que foram caracterizadas por difratometria de raios-X para pós e análises térmicas por DSC. A estrutura cristalina foi investigada com as técnicas espectroscópicas no infravermelho e Raman, enquanto a morfologia foi avaliada por estereomicroscopia. Por fim, a palatabilidade das formas multicomponentes foi investigada por meio de e-tongue e análises quimiométricas, revelando que os cocristais de rac-PZQ:Vanilina e R-PZQ:L-ácido málico são os mais promissores mascaradores de sabor.
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    Impressão 3D de Scaffolds de β-fosfato Tricálcico com Estrôncio para Regeneração Tecidual Ósseo
    (Universidade Federal de São Paulo, 2023-11-30) Ferraz, Marcos Cardoso [UNIFESP]; Trichês, Eliandra de Souza [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/1619405333024881; http://lattes.cnpq.br/0397247760641828
    Os arcabouços (do inglês, scaffolds) são substratos que viabilizam a diferenciação, proliferação, crescimento celular. Visando tratamentos ósseos, ressalta-se o emprego das biocerâmicas à base de fosfatos de cálcio, em especial o β-fosfato tricálcico (β-TCP). Em virtude à sua taxa de reabsorção, morfologia e composição química semelhante à fase mineral óssea. O método de impressão 3D por extrusão de pasta (DIW, do inglês direct ink writing) se destaca na produção de scaffolds por possibilitar elevado controle sobre sua geometria. Pesquisas recentes buscam aprimorar o desempenho de scaffolds através de sua dopagem com íons metálicos. Dentre estes íons, o estrôncio (Sr2+) possui um efeito benéfico no crescimento ósseo, aumenta a capacidade de formação de novo tecido, e ainda, reduz a absorção óssea. Nesse contexto, este projeto teve como objetivo a produção de scaffolds de β-TCP contendo íons Sr2+ em concentrações de 0, 5 e 10% (em massa) (β-TCP, β-TCP/5-Sr e β-TCP/10-Sr) por DIW. Os scaffolds de β-TCP, β-TCP/5-Sr e β-TCP/10-Sr apresentaram porosidade de 63 ± 3%, 63 ± 3% e 66 ± 2%, respectivamente, com estrutura altamente semelhante ao modelo computacional. A incorporação de Sr2+ na pasta levou a formação de hidroxiapatita (HA) após o tratamento térmico. Embora o Sr2+ tenha sido incorporado nos scaffolds, foi observada uma redução na viabilidade de células mesenquimais incubadas com o scaffold proporcional a adição do Sr2+ . Acredita-se que esse seja o efeito da menor solubilidade da HA em relação ao β-TCP puro. Portanto, com esse trabalho, foi possível desenvolver scaffolds de fosfato de cálcio dopado com Sr2+ pela técnica DIW, no entanto esta dopagem não se mostrou favorável a proliferação celular. Mais estudos são necessários para avaliar o efeito da dopagem com o Sr2+ na diferenciação e adesão celular e na reabsorção óssea.