https://hdl.handle.net/1884/39735 2026-07-22T18:06:01Z https://hdl.handle.net/1884/40082 Tratamento duplo de cromatização em caixa e nitretação por plasma de aços SAE 1015, DIN C45Pb e DIN X40CrMoV5-1 : estudo da viabilidade e da influência da sequência de tratamento Resumo: A proposta deste estudo foi o de fazer uma análise exploratória do impacto da combinação de tratamentos termoquímicos de cromatização e de nitretação sobre as características da superfície dos aços SAE 1015, DIN C45Pb e DIN X40CrMoV5-1,. Os tratamentos duplos utilizaram duas sequências, cromatização seguida de nitretação e nitretação seguida por cromatização. O tratamento de cromatização em caixa utilizou uma mistura de pó consistindo de cromo, cloreto de sódio, cloreto de amônio e alumina, e ocorreu a 1000 ºC por 1 h, e a nitretação por plasma ocorreu por 24,5 h a 470 ºC em mistura de gás 45% N2 + 55% H2, sendo avaliada também a sequência inversa de tratamento. As superfícies foram caracterizadas por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX), microdureza Vickers (HV), teste de riscamento e resistência à corrosão por névoa salina para tempo de 96 h de exposição. Resultados mostraram que a composição química do substrato tem impacto apenas na primeira etapa do tratamento duplo e que a temperatura do segundo tratamento determina as características finais das superfícies. Assim sendo, nas superfícies nitretadas e cromatizadas os nitretos de ferro formados na etapa de nitretação são substituídos por nitretos de cromo, CrxNy, em consequência da interação do cromo com a superfície nitretada; as transformações no substrato acompanham a temperatura de cromatização (1000 ºC). Nas superfícies cromatizadas e nitretadas, o carbeto Cr7C3 formado na primeira etapa permanece após etapa de nitretação convivendo com os nitretos formado durante a interação do nitrogênio depositado e à superfície enriquecida em cromo, CrxNy. Nesta sequência os parâmetros de nitretação causam uma redução de dureza do substrato de médio teor de carbono (DIN C45Pb e DIN X40CrMoV5-1) responsável pela queda de dureza medida nestas superfícies. Independente da sequência de processamento, tratamentos duplos levam a um aumento da espessura da camada superficial, mas praticamente eliminam a camada de difusão formada na primeira etapa. Um estudo preliminar de resistência à corrosão demonstrou que as superfícies nitretadas e após cromatizadas apresentaram melhor resistência à corrosão por névoa salina. Palavras-chave: tratamento duplex, cromatização em caixa, nitretação por plasma, propriedades de superfície.; Abstract: This study explored the impact of applying combined thermochemical treatments to the characteristics of the surface of SAE 1015, DIN C45Pb and DIN X40CrMoV5-1 steels. Two double treatment sequence were analyzed cromatizing followed by nitriding and nitriding followed by cromatizing. Cromatizing was carried out by pack cementation at 1000 ºC for 1 h using a powder mixture consisting of chromium, sodium chloride, ammonium chloride and alumina. Plasma nitriding for 24,5 h at 470 ºC, used a gas mixture of 45% N2+55% H2. Surfaces were characterized by light microscopy, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) analysis, Vickers micro-hardness test, scratch test and salt spray up to 96 exposure hours. Results showed that the chemical composition of the substrate steel influences the first treatment of the sequence and that the temperature of the second treatment determines the final features of the surface. Nitrided and cromatized surfaces showed that the iron nitrides form during the first treatment were replaced by chromium nitrides, CrxNy, as a consequence of the interaction of the chromium being deposited and the nitrogen rich surface; phase transformations in the substrate are determined by the cromatizing temperature (1000 ºC). Surfaces exposed to cromatizing followed by nitriding formed the Cr7C3 carbide during the first treatment, which is still present after the second treatment together with Chromium nitrides, CrxNy. This procedure results on a hardness decrease for the medium carbon steels (DIN C45Pb and DIN X40CrMoV5-1) which accounts for the reduction on the measured surface hardness. Regardless of the adopted surface treatment sequence, double treatments increased the surface layer thickness but reduce or even eliminate the diffusion layer. The preliminary study on corrosion resistance showed the nitride and cromatized surfaces to exhibit a better corrosion resistance. Key-words: duplex treatment, pack chromizing, plasma nitriding, surface properties. Orientador: Profª Drª Ana Sofia Clímaco Monteiro D'Oliveira; Coorientador: Prof. Dr. Rodrigo Perito Cardoso; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 27/04/2015; Inclui referências : f. 88-92; Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais 2015-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/101918 Desenvolvimento e aplicação de geradores de plasma frio para aprimoramento da adesão em papel kraft para embalagens Resumo: Entre os principais produtos industriais massivamente produzidos, as embalagens de papel já recebem destaque por suas reciclabilidade e biodegradabilidade, sendo frequentemente fabricadas empregando-se revestimentos repelentes para aumentar sua durabilidade em ambientes úmidos. É comum, porém, que o emprego de repelentes hidrofóbicos gere obstáculos para a adesão entre superfícies para a montagem adesiva das embalagens. Nesse contexto, este trabalho demonstra a concepção e a utilização de tecnologias de plasma frio para aprimorar a adesão entre camadas de embalagens constituídas de papel Kraft, reduzindo a necessidade de adesivos de origem petroquímica. Foram prototipados diferentes sistemas, operando descargas de barreira dielétrica (DBD) volumétrica e de superfície, que permitem diferentes regimes de descarga de plasma em pressão atmosférica, em sistema roll-to-roll, testando os tratamentos com amostra móvel e parada. O módulo gerador de plasma volumétrico (vDBD) alcançou uma densidade energética de 75 W/cm3. O módulo gerador de plasma em superfície (sDBD) alcançou uma densidade energética de 185 W/cm3. O plasma sDBD mostrou caráter mais difuso enquanto o plasma vDBD mostrou caráter filamentar. Os tratamentos foram feitos em pressão e ar atmosférico, com velocidades de 18 m/min e 6 m/min em roll-to-roll e tempo de 5 s de forma estática. Através de imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), observou-se que tratamentos via vDBD geram punturações micrométricas (danos), impossibilitando aplicação em amostras estáticas, enquanto tratamentos sDBD são mais capazes de gerar etching nanoscópico na superfície dos materiais, sem causar danos similares aos observados para tratamentos vDBD. Tratamentos sDBD mostraram eficácia superior em aumentar a molhabilidade à água de amostras sem revestimento e eficácia similar ao tratamento vDBD para amostras com revestimento (redução na ordem de 6-8%). Amostras de papel Kraft revestidas se mostraram mais resistentes ao efeito do plasma pela presença de aditivos aromáticos e pela alta mobilidade molecular da superfície parafínica. Testes de delaminação T-Peel com adesivo acetato de polivinila demonstram a eficácia superior do plasma sDBD em sistema roll-to-roll para todas as amostras. Ensaios combinados de goniometria séssil e espectroscopia de foto elétrons excitados por raios-X expuseram mecanismos de hydrophobic ageing e efeitos preferenciais para a compatibilização de cada amostra. Os resultados apontam alta capacidade da tecnologia de plasma frio (principalmente sDBD) de atuar como solução para compatibilizar substratos lignocelulósicos hidrorrepelentes com adesivos à base de água, contribuindo para viabilizar a implementação de práticas ambientalmente amigáveis no setor industrial papeleiro; Abstract: Among the main mass-produced industrial products, paper packaging already stands out for its recyclability and biodegradability, frequently manufactured using repellent coatings to increase its durability in humid environments. However, the use of hydrophobic repellents commonly creates obstacles to adhesion between surfaces for packaging assembly. In this context, this work demonstrates the design and use of cold plasma technologies to improve adhesion between samples of Kraft paper, reducing the need for petrochemical-based adhesives. Different systems were prototyped, operating volumetric and surface dielectric barrier discharges (DBD), which allow different plasma discharge regimes at atmospheric pressure, in a roll-to roll system, testing the treatments with moving and stationary samples. The volumetric plasma generator module (vDBD) achieved an energy density of 75 W/cm3. The surface plasma generator module (sDBD) achieved an energy density of 185 W/cm3. The sDBD plasma showed a diffuse behaviour, while the vDBD plasma showed a filamentary one. The treatments were performed under atmospheric pressure and air, with speeds of 18 m/min and 6 m/min in roll-to-roll and a static time of 5 s. Through scanning electron microscopy (SEM) images, it was observed that vDBD treatments generate micrometric punctures (damage), making application to static samples impossible, while sDBD treatments are more capable of generating nanoscopic etching on the surface of the materials, without causing similar damage observed for vDBD treatments. The sDBD treatments showed superior effectiveness in increasing the water wettability of uncoated samples and similar effectiveness to vDBD treatment for coated samples (reduction on the order of 6-8%). Coated Kraft paper samples proved more resistant to the effects of plasma due to the presence of aromatic additives and the high molecular mobility of the paraffinic surface. T-Peel delamination tests with PVA adhesive demonstrated the superior effectiveness of sDBD plasma in a roll-to-roll system for all samples. Combined sessile goniometry and XPS assays revealed hydrophobic aging mechanisms and preferential effects for the compatibility of each sample. The results indicate a high capacity of cold plasma technology (mainly sDBD) to act as a solution for making water-repellent lignocellulosic substrates compatible with water-based adhesives, contributing to the feasibility of implementing environmentally friendly practices in the paper industry Orientador: Prof. Dr. Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori; Banca: Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori (Presidente da Banca), Andrey Pereira Acosta e Rogerio Valentim Gelamo; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Materiais. Defesa : Curitiba, 12/12/2025; Inclui referências; Área de concentração: Engenharia e Ciências dos Materiais 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98207 Estudo de celulose microfibrilada incorporada com cloreto de potássio aplicada como matriz sólida dopante em transistores orgânicos eletroquímicos Resumo: Este trabalho investigou o uso potencial de celulose microfibrilada (MFC) incorporada com cloreto de potássio (MFC:KCl) como matriz sólida dopante em transistores orgânicos de porta eletrolítica. Para tal, construíram-se transistores compostos por eletrodos interdigitados de ouro como fonte e dreno, com um filme fino de poli(3-hexiltiofeno) (P3HT) como canal semicondutor, uma placa de tungstênio como eletrodo de porta e a MFC:KCl umedecida em água deionizada como eletrólito. Para comparar com um dispositivo de referência, um transistor similar, mas com eletrólito de KCl solubilizado em água e retido em polidimetilsiloxano (PDMS) foi caracterizado sob as mesmas condições. Com o objetivo de estudar o efeito de outros materiais como eletrodos fonte e dreno, o mesmo experimento foi realizado usando eletrodos interdigitados de óxido de estanho dopado com índio (ITO) como eletrodo para a fonte e o dreno. Acaracterização elétrica envolveu medidas de corrente por tensão simples, curva de transferência e voltametria cíclica. Além disso, também foram realizadas medidas de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Raios-X por Dispersão de Energia (EDS) para caracterizar a morfologia ecomposiçãodasmembranasdeMFCeMFC:KCl. Osresultadosobtidosmostraram que a membrana de MFC serve como material de contenção, sem afetar significativamente o desempenho do transistor. Em relação às medidas com MFC:KCl e KCl solubilizado em água, os resultados indicaram que a amostra composta por MFC:KCl umedecida em água como eletrólito exibiu maior estabilidade no desempenho do transistor, quando comparado à amostra de referência. A resposta para esse ganho de estabilidade foi revelada ao se analisar as medidas de voltametria cíclica, que mostraram que a membrana é capaz de reduzir a janela de potencial para operar o dispositivo e atenua os efeitos de hidrólise no eletrólito. Outro detalhe que mostra a melhora na estabilidade dos dispositivos contendo MFC:KCl é que a membrana propicia uma barreira física capaz de retardar reações químicas entre o eletrodo de porta e o eletrólito, ao contrário do que foi observado nas amostras contendo KCl solubilizado em água. Assim, essa pesquisa demonstra a viabilidade de MFC com sais incorporados aplicados como matriz sólida dopante para transistores orgânicos eletroquímicos; Abstract: This work investigates the potential use of microfibrillated cellulose (MFC) incorporated with potassium chloride (MFC:KCl) as a solid doping matrix in electrolyte-gated transistors. To this end, transistors were constructed composed of interdigitated gold electrodes as source and drain electrodes, a thin film of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) as the semiconductor channel, a tungsten plate as the gate electrode, and MFC:KCl hydrated with deionized water as the electrolyte. To compare with a reference device, a similar transistor was fabricated, but with KCl dissolved in water as the electrolyte and retained within polydimethylsiloxane (PDMS), and characterized under the same conditions. To study the effect on another material, the same experiment was performed using interdigitated indium tin oxide (ITO) as source and drain electrodes. The electrical characterization involved measurements of current-voltage sweeps, transfer curves, and cyclic voltammetry. Furthermore, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) were used to characterize the morphology and composition of the MFCandMFC:KCl membranes. The results obtained showed that MFC membrane serves as a contention material, without affecting significantly the transistor’s performance. In relation to MFC:KCl moistened in water and KCl solubilized in water measurements, the results indicated that the sample with MFC:KCl moistened in water as electrolyte had bigger stability and performance on the transistor, when compared with the reference sample. The answer for this gain of stability was revealed analying the cyclic voltammetry measurements, that showed that the membrane is capable of reducing the device’s potential of the necessary operating window and mitigates hydrolysis on the electrolyte. Another detail that shows the improvement of the device’s stability is that MFC:KCl membrane has a physical barrier capable of delay chemical reactions between the gate electrode and the electrolyte, in reverse of what it was seen in KCl solubilized in water samples. Thus, this research demonstrates the viability of MFC incorporated with salts applied as solid doping matrix in electrolyte-gated transistors Orientador: José Pedro Mansueto Serbena; Coorientadora: Keli Fabiana Seidel; Banca: José Pedro Mansueto Serbena (Presidente da Banca), César Augusto Dartora, Carlos César Bof Bufon e Keli Fabiana Seidel; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais. Defesa : Curitiba, 30/07/2025; Inclui referências; Área de concentração: Física da Matéria Condensada 2025-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/98908 Análise e desenvolvimento de membranas poliméricas de policaprolactona e poli(álcool vinílico) aditivadas com nanopartículas de óxido de zinco dopadas e co-dopadas com cério e níquel Resumo: A crescente resistência antimicrobiana aos antibióticos comerciais configura uma grave crise de saúde pública, contribuindo significativamente para o aumento das taxas de mortalidade associadas a infecções de difícil tratamento. Diante desse cenário, a busca por alternativas terapêuticas inovadoras torna-se essencial para mitigar os impactos desse fenômeno e reduzir a dependência dos antibióticos convencionais. Entre as estratégias mais promissoras, destacam-se os biomateriais antimicrobianos, que combinam funcionalidade biológica com alto potencial terapêutico. Nesse contexto, este estudo propõe o desenvolvimento de membranas eletrofiadas compostas por policaprolactona (PCL) e poli(álcool vinílico) (PVA) funcionalizadas com nanopartículas de óxido de zinco (ZnO) puras, dopadas e codopadas com cério (Ce) e níquel (Ni), com o objetivo de potencializar suas propriedades antimicrobianas. As nanopartículas foram sintetizadas e caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura (MEV), confirmando a incorporação dos dopantes na estrutura do ZnO e a preservação da fase cristalina tipo wurtzita. A análise química realizada por espectroscopia de dispersão de energia (EDS), indicou que a eficiência da dopagem foi influenciada pela presença de vacâncias de oxigênio. A análise de fotoluminescência evidenciou que a dopagem das nanopartículas de ZnO induz a modificação do band gap, promovendo a transição óptica para a região do espectro visível. As membranas foram obtidas por eletrofiação e apresentaram morfologia homogênea, evidenciando a eficácia da mistura polimérica e dos parâmetros utilizados na técnica de eletrofiação, conforme indicado pelos espectros Raman. A análise por mapeamento químico via EDS confirmou a incorporação bem-sucedida das nanopartículas na matriz polimérica, apresentando uma distribuição uniforme, com pequenas aglomerações pontuais. Os resultados demonstraram que a codopagem influenciou significativamente as propriedades estruturais e físico-químicas do material, reforçando sua viabilidade para aplicações biomédicas; Abstract: The growing antimicrobial resistance to commercial antibiotics constitutes a serious public health crisis, contributing significantly to the increase in mortality rates associated with difficult-to-treat infections. Given this scenario, the search for innovative therapeutic alternatives becomes essential to mitigate the impacts of this phenomenon and reduce dependence on conventional antibiotics. Among the most promising strategies, antimicrobial biomaterials stand out, which combine biological functionality with high therapeutic potential. In this context, this study proposes the development of electroplated membranes composed of polyprolactone (PCL) and poly(vinyl alcohol) (PVA) functionalized with pure zinc oxide (ZnO) nanoparticles, doped and co-doped with cerium (Ce) and nickel (Ni), in order to enhance its antimicrobial properties. The nanoparticles were synthesized and characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM), confirming the incorporation of dopants in the ZnO structure and the preservation of wurtzite-like crystalline phase. The chemical analysis performed by energy dispersion spectroscopy (EDS), indicated that the doping efficiency was influenced by the presence of oxygen vacancies. Photoluminescence analysis revealed that the doping of ZnO nanoparticles induces band gap modification, promoting optical transitions into the visible spectrum region.The membranes were obtained by electrospinning and presented homogeneous morphology, evidencing the effectiveness of the polymeric mixture and the parameters used in the electrospinning technique, as indicated by the Raman spectra. The analysis by chemical mapping by EDS confirmed the successful incorporation of nanoparticles in the polymeric matrix, presenting a uniform distribution with small point agglomerations. The results demonstrated that co-doping significantly influenced the structural and physicochemical properties of the material, reinforcing its viability for biomedical applications Orientador: Prof. Dr. Ney Pereira Mattoso Filho; Banca: Ney Pereira Mattoso Filho (Presidente da Banca), Alexandre Pancotti e Fabiano Yokaichiya; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais (PIPE). Defesa : Curitiba, 15/07/2025; Inclui referências 2025-01-01T00:00:00Z