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Com o desenvolvimento das células a combustível, há uma expectativa de crescimento da demanda por hidrogênio. A reforma a vapor de etanol é mais atrativa que outros processos relacionados para produzir hidrogênio de alta pureza, por apresentar diversas vantagens, tais como a utilização de fontes de energia renovável e facilidade de manuseio e estocagem do etanol. Alguns dos catalisadores usados nesse processo são níquel suportado em óxidos de lantânio, assim como níquel suportado em óxido de magnésio, que apresentam alta atividade e seletividade a hidrogênio e estabilidade. Com o fim de obter catalisadores alternativos para essa reação estudou-se, neste trabalho, o efeito do magnésio nas propriedades de catalisadores baseados em níquel e lantana. As amostras, com 15% Ni e La/Mg (molar)=20, 10 e 5, foram preparadas por precipitação, seguida de impregnação; preparou-se, também, sólidos sem níquel e/ou magnesium para fins de comparação. Nas amostras sem magnésio, foram produzidos hidróxidos e óxidos de lantânio mas nas outras amostras foi formado apenas óxido de lantânio. Por outro lado, os sólidos contendo níquel também produziram o composto La2NiO4. Adicionando-se pequenas quantidades de magnésio ao óxido de lantânio (La/Mg=20, 10), a área superficial específica diminui mas quantidades mais altas (La/Mg=5) não causam variações. Entretanto, a adição do níquel e magnésio levarou a um aumento. Esses resultados foram relacionados às tensões e imperfeições geradas durante a preparação do sólido; nesse caso, supõe-se que o magnésio favorece o aumento do tamanho de partícula enquanto a ação combinada do magnésio e níquel contribui para evitar a sinterização. Todos os sólidos apresentaram sítios básicos na superfície. Pode-se concluir que o método usado neste trabalho pode ser útil para controlar as propriedades estruturais e texturais do óxido de lantânio, permitindo a produção de materiais como propriedades pré-determinadas.

Neste trabalho, filmes finos de óxido de cério foram depositados em substrato de vidro utilizando-se a técnica spray pirólise. CeCl3.7H2O diluído em água e álcool isopropílico foi utilizado como material precursor. O principal objetivo deste trabalho foi verificar a influência dos parâmetros de deposição nas propriedades desses filmes. Verificou-se que filmes depositados em temperaturas superiores a 400°C, para tempos de até 10 minutos, apresentaram-se livres de trincas, com superfície continua, densos e com boa aderência ao substrato. As espessuras dos filmes, cujos valores variaram entre 0,3 e 1,0 μm, foram medidas por meio de análises de MEV. Análises por difração de raios-X revelaram que os filmes obtidos apresentam-se policristalinos, com uma estrutura cúbica do tipo fluorita. Os filmes apresentaram pouca variação tanto na condutividade elétrica quanto na energia de ativação do processo de condução elétrica, com o aumento da temperatura de deposição. A energia de ativação média encontrada para os filmes foi de 0.60 ± 0.03 eV.

Neste trabalho foram preparados filmes de manganita de lantânio dopados com estrôncio (LSM) nas concentrações de 0, 20 e 40 %at. depositados sobre substratos de silício monocristalino (100) tipo p e de zircônia estabilizada com ítria 8 % em mol (8ZEI) utilizando a técnica de spray-pirólise, tendo como objetivo principal sua utilização como catodo em pilhas a combustível de óxido sólido (PaCOS). Os filmes foram termicamente tratados a 900 ou 1000ºC por duas horas em atmosfera ambiente, tendo sido caracterizados estrutural e morfologicamente pelas técnicas de difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), respectivamente. Os resultados obtidos por MEV revelaram que o tipo de substrato tem grande influência na microestrutura dos filmes. Os filmes depositados em substratos de silício e tratados termicamente tendem a apresentar grande quantidade de trincas. Este fato se deve a incompatibilidade térmica entre filme e substrato, ocasionada pela grande diferença dos respectivos coeficientes de expansão térmica. Os filmes depositados sobre substratos de 8ZEI, além de apresentar maior uniformidade, se mostraram mais aderentes ao substrato. A análise das estruturas cristalográficas dos filmes de LSM tratados termicamente comprova a formação da fase cristalina referente à estrutura da perovskita.

A célula a combustível do tipo óxido sólido (PaCOS) é um das mais promissoras tecnologias para a produção de energia elétrica, principalmente, devido ao fato de ser virtualmente não poluente. Tipicamente, a PaCOS é constituída de pelo menos sete fases distintas: combustível, ânodo, cátodo, eletrólito (separando os dois eletrodos), ar e interconectores elétricos (dois) para completar o circuito de corrente. É claramente demonstrado que os sistemas eletroquímicos só podem ser reversíveis quando homogêneos, o que não é caso da PaCOS, e portanto a aplicação da termodinâmica do equilíbrio a esses sistemas é incorreta. Propõe-se então que a PaCOS pode ser mais bem representada a partir da reação entre espécies adsorvidas. A eficiência é então calculada como a razão entre a energia livre dessa reação pelo calor de combustão. São desenvolvidas estimativas para os dados termodinâmicos das reações de espécies adsorvidas e reação global.

As Manganitas de Lantânio são óxidos cerâmicos semicondutores intrínsecos do tipo p com estrutura perovsquita. A dopagem adequada nos sítios A, nesse material, aumenta a condutividade elétrica tornando-o apropriado para ser utilizado na produção de células a combustível de óxido sólido (solid oxide fuel cell - SOFC), operando em temperaturas próximas de 1000 °C. Em geral, a propriedades dos materiais variam com a composição e com o método de síntese. Nesse trabalho, foi sintetizado o composto La1-xSrxMnO3 (x = 0,20-0,22) via método citrato, visando investigar o efeito do teor de dopante na formação da fase perovsquita. O método citrato foi utilizado, uma vez que permite a obtenção de pós homogêneos e fases cristalinas a temperaturas mais baixas que os métodos tradicionais de síntese. Os pós-sintetizados foram caracterizados por difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de área superficial específica pelo método BET. Os pós sintetizados com substituição de 22% de lantânio apresentaram melhores resultados em relação a obtenção da fase perovsquita.

Uma célula a combustível do tipo PACOS unitária foi preparada e avaliada na geração de energia elétrica, utilizando metano ou hidrogênio como combustível. O ânodo da célula foi sintetizado a partir do eletro-catalisador desenvolvido e testado nesse trabalho (CATAC). O CATAC foi preparado pela mistura mecânica da zircônia estabilizada com ítria (YSZ) com os precursores metálicos (nitrato de níquel e cobalto, em sua forma hexahidratado), adicionando-se 25% de ácido cítrico à massa total da mistura e por fim calcinado a 800°C por quatro horas em ar. O catalisador foi caracterizado por fluorescência de raios X (XRF) e espectroscopia foto-eletrônica de raios X (XPS), a qual não indicou interação eletrônica entre o cobalto e níquel; o teor metálico do CATAC foi de aproximadamente 35% em massa. O CATAC foi testado para a geração de hidrogênio a partir da reforma a vapor do metano, mostrando boa produtividade de hidrogênio a partir de 600ºC. A estrutura do ânodo/eletrólito/cátodo foi preparada por prensagem de uma camada de CATAC misturado com grafite, uma camada de YSZ puro, e uma camada de óxido misto de lantânio, estrôncio e manganês (LSM) e grafite. O conjunto foi então prensado e sinterizado a 1380°C por quatro horas. Nas superfícies do ânodo e cátodo foram fixadas telas de platina, com o auxílio de tinta de platina, sendo o conjunto aquecido a 1100°C. Todo o sistema foi colado a um reator de alumina utilizando cola cerâmica. Microscopias por MEV da estrutura mostraram eletrólito denso e eletrodos porosos, com um conjunto adequadamente sinterizado. A célula unitária foi testada utilizando metano ou hidrogênio como combustível, a três temperaturas de operação. A tensão variou inversamente proporcional com a corrente, quando o desempenho foi medido a 850 ou 950ºC e hidrogênio, mas manteve-se constante acima de cinco mV a 800ºC com metano. A célula unitária mostrou um desempenho satisfatório na geração de eletricidade tanto com metano quanto com hidrogênio como combustíveis.

Compostos da família La1-xSr xCr0,5Mn0,5O3 são apontados como potenciais anodos cerâmicos de células a combustível de óxidos sólidos. A utilização de anodos cerâmicos tem como objetivo eliminar os problemas de depósito de carbono na superfície do níquel e a baixa resistência a ciclos de redução/oxidação observados no compósito cerâmica-metal à base de zircônia estabilizada e níquel, que é o material anódico mais usado nestas células. Neste estudo são apresentados os resultados da síntese pela técnica dos precursores poliméricos e da caracterização de compostos com x = 0,5, estequiométrico e com 5% de deficiência catiônica no sítio A da estrutura perovskita La1-xSr xCr0,5Mn0,5O3 e (La1-xSr x)0,95Cr0,5Mn0,5O3, respectivamente. Os resultados evidenciam que o composto estudado possui altos valores de condutividade elétrica e baixa reatividade com eletrólitos à base de zircônia.

O presente trabalho tem como objetivo apresentar os resultados preliminares do desenvolvimento de suspensões cerâmicas aquosas para anodos de PaCOS. Estas suspensões foram utilizadas para a geração de eletrodos sobre eletrólitos planos de zircônia estabilizada com 8% mol de ítria (ZEI) em procedimentos compatíveis com a técnica de serigrafia, uma vez que a mesma leva a baixos custos de processamento e boas propriedades eletrocatalíticas dos componentes manufaturados dessa forma. Tais suspensões foram produzidas partindo-se de pós cerâmicos adquiridos comercialmente. Juntamente com coadjuvantes orgânicos de interesse, esse material foi processado através de moagem de alta energia, resultando em uma massa precursora da suspensão que, na fase final do procedimento, é hidratada com água destilada gerando uma pasta pronta para a deposição no eletrólito e posterior processamento cerâmico de queima e sinterização. Foi também estudada a formulação para anodo contendo, na água de intumescimento do polímero, íons precursores de óxidos com atividade eletrocatalítica (íons zircônio IV e ítrio III), visando a geração de uma estrutura auxiliar de ZEI após o processamento cerâmico, como uma maneira de otimizar a microestrutura do filme poroso formado. A utilização de dois passos de processamento, o primeiro de moagem a seco dos pós e o segundo de adição de solvente para hidratação (água), leva a uma vantagem de armazenamento, uma vez que a mistura precursora da suspensão pode ser mantida por longos períodos de tempo. A manufatura da pilha unitária para testes foi concluída pela utilização de suspensão comercial de manganita de lantânio dopada com estrôncio, utilizada como catodo. Análises da morfologia dos eletrodos fabricados, através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura, demonstraram a obtenção de estrutura porosa adequada e sua adesão ao substrato e testes de desempenho eletroquímico dos dispositivos prontos, evidenciaram uma melhora no desempenho, uma vez que houve aprimoramento do processamento com adição dos modificadores de superfície.

Catalisador a base de níquel e cobalto e suportado em zircônia estabilizada por ítria (YSZ) foi desenvolvido, caracterizado e utilizado para a produção de hidrogênio a partir de etanol. O teor de metal do catalisador foi em torno de 35% em massa, apresentando boa atividade a partir de 400ºC. Esse catalisador foi testado na reforma a vapor do etanol na presença de baixo teor de água, condição semelhante à operação da PaCOS. O catalisador produzido foi utilizado como anodo de células a combustível do tipo PaCOS, com protótipo desenvolvido nesse trabalho; as estruturas anodo/eletrólito/catodo (A/E/C) foram caracterizadas por MEV. A PaCOS foi operada com hidrogênio, metano e etanol, mostrando bom desempenho com este último combustível. A mistura de etanol e metano também foi testada, apresentando resultados promissores para a produção de energia elétrica.

Mini-implantes têm sido utilizados com sucesso como elemento de ancoragem ortodôntica, mas a diminuição do tamanho e a aplicação precoce da carga são requisitos importantes para a otimização da metodologia. A proposta deste trabalho foi avaliar a evolução da fixação óssea de mini-implantes de titânio carregados imediatamente. Nove coelhos da raça Nova Zelândia foram utilizados neste estudo. Em cada animal foram inseridos 4 mini-implantes de titânio grau 5 (liga Ti-6Al-4V) , dos quais 2 foram carregados imediatamente com 1 N. Os animais foram eutanasiados após 1, 4 e 12 semanas e as amostras foram divididas em seis grupos, sendo 3 grupos carregados e 3 grupos sem carga. O ensaio de torque de remoção dos implantes foi realizado e os resultados tratados estatisticamente com o módulo ANOVA e pós-teste de Tukey. Após 1 e 4 semanas de cicatrização não foi detectada diferença estatisticamente significativa nos valores de torque de remoção, independente do carregamento. Entretanto, após 12 semanas, tanto o grupo carregado quanto o não carregado apresentaram aumento significativo no torque de remoção e os maiores valores foram atribuídos ao grupo sem carregamento. O carregamento imediato resultou em menor fixação óssea dos mini-implantes após 12 semanas de cicatrização, contudo não comprometeu a estabilidade dos implantes.

A tendência das pesquisas atuais em próteses ortopédicas se baseia no desenvolvimento de ligas de titânio isentas de elementos com potencial tóxico e que possuam baixo módulo de elasticidade. Entre as ligas já desenvolvidas, a de composição Ti-35Nb-5Zr-5Ta se destaca das demais por apresentar o menor módulo de elasticidade, boa resistência mecânica e elevada biocompatibilidade. O processo de obtenção de ligas de titânio por metalurgia do pó (M/P) a partir dos pós elementares, mostra-se uma alternativa viável, por permitir a obtenção de peças com geometrias complexas e próximas às dimensões finais. Amostras da liga Ti-35Nb-5Zr-5Ta foram sinterizadas a 1500 ºC por 2 horas, tratadas termicamente a 1100 °C, por 3 horas, sob vácuo (10 -7 Torr) e resfriadas no forno, visando obter uma microestrutura solubilizada. A avaliação biológica foi realizada a partir de um ensaio de citotoxicidade baseado na norma ISO 10993-5, usando cultura de células de ovário de hamsters chineses em contato com extratos diluídos de três diferentes materiais: PEAD (controle negativo), CP-Ti (referência clínica), a liga Ti-35Nb-7Zr-5Ta, e a solução fenólica a 0.2% (controle positivo). Os resultados do ciclo de tratamentos térmicos da liga são coerentes com a literatura e indicam um padrão microestrutural que se baseia na presença de grãos beta com precipitados de alfa nos contornos e no interior dos grãos. O teste "in vitro" revelou a não citotoxicidade da amostra sinterizada a 1500 ºC, demonstrando a segurança da rota utilizada na obtenção de implantes odontológicos e ortopédicos.

A new composite of poly(methyl methacrylate) - co -(ethyl-hexyl-acrylate) filled with glass of composition (wt.%) 61,33% 3CaO.P2O5 - 23,03% SiO2 - 15,64% MgO was developed. The formation of CaP (calcium phosphate) layers on implants is crucial for their integration in bone. Simulated biological fluids to study in vitro formation of those layers do not usually contain important organic substances, such as proteins. In the present work in vitro bioactivity was studied in a simulated body fluid in presence (SBFA) and in absence of albumin (SBF). The effect of protein on calcium phosphate formation was followed by ion concentration analyses (ICP), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy coupled with X-ray energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS). The results showed the precipitation of a CaP layer on the composite in SBFA. Further crystallization of this layer, initially amorphous, seems to be hindered by the presence of albumin.

O objetivo deste trabalho é caracterizar a citotoxicidade de materiais cerâmicos que podem apresentar biocompatibilidade, e assim, serem usados como componentes em sistemas de implantes. Amostras à base de ZrO2, ZrO2-Al2O3, Si3N4 com AlN/Tr2O3 foram submetidas a testes "in vitro" de citotoxicidade para avaliação biológica preliminar. No teste utilizaram-se extratos dos materiais a serem testados em contato com uma cultura de células de mamíferos (linhagem celular NCTC-clone L929), assim como extratos dos controles positivo (solução de fenol) e negativo (pellets de PVC atóxico). A avaliação da citotoxicidade foi realizada utilizando-se o método de incorporação do corante vital vermelho neutro. Os resultados obtidos demonstraram que os materiais em análise não apresentaram caráter citotóxico, independentemente do tempo de sinterização utilizado e da composição de cada amostra. Dessa forma, estes materiais são fortes candidatos a terem aplicação em sistemas de implantes.

Híbridos de vidro bioativo/polímero são materiais de grande interesse em aplicações biomédicas devido às suas propriedades, que combinam a bioatividade dos materiais cerâmicos, com a flexibilidade dos polímeros. Para regeneração do tecido ósseo, propriedades mecânicas da matriz são críticas e o módulo e a resistência mecânica do material devem ser similares aos do osso natural. Em trabalhos anteriores desenvolvidos no grupo obtiveram-se espumas híbridas 80% vidro bioativo/20% álcool polivinílico (PVA), para aplicação em engenharia de tecidos. Neste trabalho foi aumentado o teor de PVA dos híbridos para otimizar suas propriedades mecânicas. Os híbridos foram preparados com fase inorgânica 70%SiO2-30%CaO e teores de PVA de 20 a 60%, através da hidrólise ácida de tetraetil ortosilicato, adição de CaCl2, PVA, surfactante e HF. A secagem das espumas mostrou-se crítica, ocorrendo grande contração do gel As amostras foram secas por duas rotas: (1): pré-secagem a 40°C em estufa e secagem a vácuo; (2): pré-secagem a 40°C em estufa com circulação de ar e secagem a alto vácuo. A rota de secagem 2 apresentou maior perda de água e menor contração das amostras. Corpos de prova cúbicos, 10x10x10mm, foram submetidos a ensaios de compressão com velocidade de aplicação de carga de 0,5mm/min. Observou-se que o aumento do teor de polímero na composição das espumas melhorou suas propriedades mecânicas.

Osteoblast adhesion on metallic titanium coated with anodic films was evaluated. The anodic oxidation treatment was carried out on commercially pure-titanium (cp-Ti) substrate under the following conditions: 1.0M H2SO4/150V and 1.0M Na2SO4/100V. Osteoblast cells were cultured onto the samples for 4 hours. The morphologies of both Ti anodic films and cells were observed by scanning electron microscopy (SEM). The oxide films are rough with porous structure. Statistical differences in average surface roughness (Ra) values are found among both anodic films and substrate (abraded cp-Ti), measured by contact profilometry. The oxide films prepared in H2SO4 had greater contact angle, whereas there is no statistical significance between the values for the Ti anodic films produced in Na2SO4 and the substrate surface. Despite the some differences in morphology, roughness and contact angle between the treated and non-treated samples, cell morphologies were similar on all surfaces after 4h of culture. Further, was not clearly observed a correlation between the surface characteristics with cell behavior.

A comparative study of two coating methods on titanium (Ti) substrates, sol-gel and electrophoresis processes, was performed. Before coating, two different surface treatments were employed. The hydroxyapatite (HA) powder were characterized by infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD) while coated samples were examined by using scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy (EDS). Both techniques seem to be suitable to coat Ti. A previous surface treatment on metallic titanium seems to be fundamental to enhance coat uniformity and adhesion that was estimated by the adhesive tape test. The decrease in calcination temperature did not affect the coating adhesion.

A aplicação de polímeros bioreabsorvíveis como suporte para cultura de células é um método alternativo para o tratamento de lesões e perdas teciduais. A modificação da superfície desses polímeros por plasma é uma técnica efetiva e econômica para torná-los mais hidrofílicos e melhorar a adesão celular. O objetivo deste trabalho foi estudar as interações entre células Vero e suportes de PLGA previamente tratados por plasma de oxigênio, com o objetivo de aumentar a hidrofilicidade da superfície desses materiais. As amostras foram caracterizadas através das análises de ângulo de contato, MEV e citoquímica. O tratamento por plasma melhorou a adesão e a proliferação celular, em relação às membranas sem tratamento.

Visando fazer o controle da força de preensão de uma órtese de mão, foi desenvolvido um circuito eletrônico que usa como feedback a corrente elétrica do atuador, um motor de corrente contínua. Verificando-se a ocorrência da sobre-corrente no atuador este é desativado. Essa sobre-corrente é ajustada de acordo com a força de preensão desejada. Experimentos realizados determinaram a força no tendão artificial e conseqüentemente o torque. Como resultado, foi obtido o controle da força de preensão de acordo com uma regulagem no circuito eletrônico. Este trabalho possibilitará maior segurança do usuário e controle do equipamento.

Este trabalho determina as relações entre os ângulos das articulações interfalangeanas e metacarpo-falangeanas para os dedos indicador, médio, anular e mínimo da mão humana durante alguns movimentos de pinça com o objetivo de desenvolver uma prótese multifuncional de mão com movimentos antropomórficos. Uma das grandes dificuldades encontradas para o desenvolvimento destas relações é o fato da mão apresentar um elevado número de graus de liberdade, dificultando a análise dos dados. Utiliza-se um sistema de captura de imagem em apenas um plano para analisar o movimento. Determinam-se as relações para os movimentos de flexão e extensão dos dedos, desprezando adução e abdução durante a realização destas pinças.

O presente trabalho aborda a dosimetria computacional de um caso clínico envolvendo uma criança com tumor ósseo na fíbula, onde as respectivas imagens tomográficas foram digitalizadas e tratadas no programa SISCODES, gerando assim o modelo de vóxel 3D, representativo do caso clínico, que foi transferido para o código Monte Carlo, MCNP-5. Características nucleares da fonte incorporada no compósito radioativo são apresentadas com sua respectiva atividade específica. Os resultados obtidos da distribuição espacial de dose oriunda da emissão gama do Sm-153 foi uma taxa de dose de 9,02.10-5 GyhMBq-1 e uma dose acumulada de 6,23.10-3 GyhMBq-1. Portanto, 7400 MBq produzirá uma dose no tumor de 47 Gy, compatível possivelmente com o controle local do tumor. Pode-se concluir que a adequada distribuição espacial de dose suporta o uso do protocolo denominado radiosteoplastia no tratamento de tumores ósseos de membros superiores e inferiores. A radiosteoplastia é uma técnica que está sendo avaliada no NRI - Núcleo de Radiações Ionizantes da UFMG. Trata-se de um procedimento que consiste na injeção de um biomaterial radioativo no interior da estrutura óssea afetada pelo câncer, objetivando redução da dor, aumento da resistência de carga naquela estrutura e, principalmente, o controle do tumor ou da metástase de forma local.