Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais

Síntese de nanopartículas de CsSnCl3: estabilidade e reversibilidade da estrutura perovskita cúbica

2026-09-04T23:30:07Z

Síntese de nanopartículas de CsSnCl3: estabilidade e reversibilidade da estrutura perovskita cúbica Bassoli, William Renan Basso O modelo atual de desenvolvimento socioeconômico sustentável está diretamente relacionado com a gestão do crescimento econômico que promova a evolução tecnológica, a proteção do meio ambiente e a garantia da segurança energética para as gerações presente e futuras. Neste contexto, as tecnologias de baixo impacto ambiental surgem com o propósito de mitigar os danos ao meio ambiente, mediante a redução do consumo de matérias-primas e de energia. Tecnologias baseadas no efeito termoelétrico, baterias de alta performance, dispositivos fotovoltaicos, entre outros, despertam grande interesse no estudo de materiais na área da Física da Matéria Condensada. O desenvolvimento de materiais funcionais com propriedades físicas otimizadas possui grande interesse tecnológico, observando premissas como o aumento da eficiência e estabilidade. A categoria de materiais com estrutura cristalina do tipo perovskita (Prv) apresenta grande potencial em aplicações tecnológicas, tais como baterias de estado sólido, células solares, LEDs, e na geração de piezoeletricidade. O composto CsSnCl3 apresenta polimorfismo estrutural, sendo a fase perovskita cúbica (Prv-c) a estrutura cristalina de interesse tecnológico, associada a valores de gap eletrônico entre 0,96 e 3,00 eV. Pertencente à classe das perovskitas de haletos, a fase Prv-c possui previsão teórica de formação em temperaturas em torno de 105 °C (378 K), sendo metaestável em temperatura ambiente. Neste contexto, o objetivo deste projeto é a síntese de nanopartículas de CsSnCl3 com estrutura Prv-c estável em condições ambientes de temperatura e umidade, via rota de estado sólido adaptável à indústria. Os primeiros resultados mostraram que as partículas são formadas pela coexistência das fases Prv-c e monoclínica num arranjo tipo core-shell (núcleo-casca). Duas rotas de síntese foram investigadas, nomeadas de S1 e S2, que se diferenciam pela atmosfera de reação. A rota S1, conduzida em atmosfera ambiente, contrasta com a S2, realizada em condições não reagentes (inerte). Resultados de difração de raios X (DRX) das amostras obtidas pela S1 exibiram um material nanométrico (esferas com diâmetro < 30 nm numa estrutura típica core-shell), na estequiometria CsSnCl3, com coexistência das fases Prv-c e monoclínica (35,8 wt.% e 64,2 wt.%, respectivamente) e com estabilidade da fase Prv-c superior a 1 mês, sem controle da atmosfera no armazenamento. A amostra obtida pela S2 apresentou 92,7 wt.% de fase Prv-c, com a mesma cristalinidade da S1, e com característica morfológica tipo cuboide. Além de analisar a influência da atmosfera da síntese na estabilidade estrutural do material, o estudo abordou a hipótese da reversibilidade da fase monoclínica em Prv-c nas propriedades físicas do material obtido da rota S1.; Abstract: The current model of sustainable socioeconomic development is directly related to the management of economic growth that promotes technological evolution, the protection of the environment and the guarantee of energy security for present and future generations. In this context, low environmental impact technologies emerge with the purpose of mitigating damage to the environment, by reducing the consumption of raw materials and energy. Technologies based on the thermoelectric effect, high-performance batteries, photovoltaic devices, among others, arouse great interest in the study of materials in the area of ??Condensed Matter Physics. The development of functional materials with optimized physical properties is of great technological interest, observing premises such as increasing efficiency and stability. The category of materials with a perovskite (Prv) crystalline structure presents great potential in technological applications, such as solid-state batteries, solar cells, LEDs, and in the generation of piezoelectricity. The CsSnCl3 compound presents structural polymorphism, with the cubic perovskite phase (Prv- c) the crystalline structure of technological interest, associated with electronic band gap values ??between 0.96 and 3.00 eV. Belonging to the class of halide perovskites, the Prv-c phase is theoretically predicted to form at temperatures around 105 °C (378 K), being metastable at room temperature. In this context, The objective of this project is the synthesis of CsSnCl3 nanoparticles with Prv-c structure stable under ambient temperature and humidity conditions, via a solid state route adaptable to industry. The first results showed that the Particles are formed by the coexistence of Prv-c and monoclinic phases in a core-shell arrangement. Two synthesis routes were investigated, named S1 and S2, which differ by the reaction atmosphere. Route S1, conducted in an ambient atmosphere, contrasts with S2, carried out under non-reactive (inert) conditions. X-ray diffraction (XRD) results of the samples obtained by S1 showed a nanometric material (spheres with diameter < 30 nm in a typical core-shell structure), in CsSnCl3 stoichiometry, with coexistence of Prv-c and monoclinic phases (35.8 wt.% and 64.2 wt.%, respectively) and with stability of the Prv-c phase greater than 1 month, no control of the atmosphere in storage. The sample obtained by S2 presented 92.7 wt.% Prv-c phase, with the same crystallinity as S1, and with a cuboidal morphological characteristic. In addition to analyzing the influence of the synthesis atmosphere on the structural stability of the material, the study addressed the hypothesis of reversibility of the monoclinic phase in Prv-c on the physical properties of the material obtained from route S1. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2026.

Síntese verde de nanopartículas de ouro e pontos quânticos de grafeno: estabilidade coloidal e aplicação em sensores eletroquímicos

2026-09-01T23:26:56Z

Síntese verde de nanopartículas de ouro e pontos quânticos de grafeno: estabilidade coloidal e aplicação em sensores eletroquímicos Ricardo, Philipi Cavalcante Esta tese apresenta uma abordagem ambientalmente sustentável para a síntese e aplicação de nanomateriais, com foco em nanopartículas de ouro (AuNPs) e pontos quânticos de grafeno (GQDs) obtidos por ablação a laser pulsado em líquidos (PLAL). Além disso, foram desenvolvidos sensores para biomarcadores de importância clínica, como a serotonina (5-HT), relacionada à regulação do humor, sono e funções cognitivas, e a epinefrina (EP), envolvida em respostas fisiológicas ao estresse e no controle cardiovascular. As AuNPs, livres de ligantes e altamente puras, foram estabilizadas em eletrólitos salinos (NaCl, NaNO3 e Na2SO3) e avaliadas quanto à estabilidade coloidal sob diferentes condições de armazenamento. A natureza do sal e a exposição à luz influenciaram fortemente a agregação e a oxidação superficial das partículas. Caracterizações físico-químicas e simulações por teoria do funcional da densidade (DFT) indicaram distintos modos de adsorção de contra-íons, afetando a estabilidade e propriedades eletrônicas das AuNPs. Esses nanomateriais foram empregados em sensores eletroquímicos para detecção sensível e seletiva de 5-HT. Eletrodos de carbono vítreo modificados com AuNPs incorporadas em Nafion® apresentaram desempenho eletrocatalítico superior, com boa resposta linear, baixo limite de detecção e elevada reprodutibilidade, mesmo na presença de interferentes biológicos. Simultaneamente, GQDs foram sintetizados a partir de negro de fumo em etanol, via PLAL, em um processo livre de reagentes tóxicos. Suas propriedades ópticas foram moduladas por pH e concentração, revelando efeitos de agregação sobre a fotoluminescência e transições entre estados de emissão associados à estrutura e aos grupos funcionais. Em pH ácido, observou-se emissão múltipla, enquanto em meio alcalino predominou emissão única e com desvio para o vermelho. A funcionalização dos GQDs com Cl, N e S foi realizada durante a síntese por meio de diferentes sais, ajustando suas propriedades ópticas e eletroquímicas. Integrados a eletrodos com Nafion®, os GQDs permitiram a detecção sensível de EP, com destaque para aqueles funcionalizados com enxofre, que exibiram maior sensibilidade e baixos limites de detecção, sendo adequados para aplicações clínicas e farmacêuticas. Dessa forma, esta tese avança significativamente o estado da arte ao demonstrar que a ablação a laser em líquidos pode ser empregada como uma rota verde, eficiente e controlável para a síntese direta de nanomateriais funcionais com alto desempenho em detecção eletroquímica, estabelecendo novas diretrizes para o desenvolvimento sustentável de sensores e dispositivos optoeletrônicos.; Abstract: This thesis presents an environmentally sustainable approach for the synthesis and application of nanomaterials, focusing on gold nanoparticles (AuNPs) and graphene quantum dots (GQDs) obtained via pulsed laser ablation in liquids (PLAL). Additionally, sensors were developed for clinically relevant biomarkers, such as serotonin (5-HT), involved in the regulation of mood, sleep, and cognitive functions, and epinephrine (EP), which plays a role in physiological stress responses and cardiovascular control. The ligand-free, highly pure AuNPs were stabilized in saline electrolytes (NaCl, NaNO3, and Na2SO3) and assessed for colloidal stability under different storage conditions. The nature of the salt and light exposure strongly influenced particle aggregation and surface oxidation. Physicochemical characterizations and density functional theory (DFT) simulations indicated distinct counterion adsorption modes, affecting the stability and electronic properties of the AuNPs. These nanomaterials were employed in electrochemical sensors for the sensitive and selective detection of 5-HT. Glassy carbon electrodes modified with AuNPs embedded in Nafion® exhibited superior electrocatalytic performance, with good linear response, low detection limits, and high reproducibility, even in the presence of biological interferents. Simultaneously, GQDs were synthesized from carbon black in ethanol via PLAL in a reagent-free process. Their optical properties were modulated by pH and concentration, revealing aggregation effects on photoluminescence and transitions between emission states associated with structure and functional groups. Under acidic conditions, multipeak emission was observed, whereas in alkaline media, a single red-shifted emission predominated. Functionalization of GQDs with Cl, N, and S was achieved during synthesis using different salts, tuning their optical and electrochemical properties. Integrated into electrodes with Nafion®, the GQDs enabled sensitive detection of EP, with sulfur-functionalized GQDs showing the highest sensitivity and lowest detection limits, making them suitable for clinical and pharmaceutical applications. Thus, this thesis significantly advances the state of the art by demonstrating that laser ablation in liquids can serve as a green, efficient, and controllable route for the direct synthesis of functional nanomaterials with high performance in electrochemical detection, establishing new guidelines for the sustainable development of sensors and optoelectronic devices. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2025.

Desenvolvimento de grânulos compósitos de vidro bioativo 45S5 e alginato para emprego como enxerto ósseo

2026-08-27T23:30:30Z

Desenvolvimento de grânulos compósitos de vidro bioativo 45S5 e alginato para emprego como enxerto ósseo Matos, Rafael Costa de Um novo conceito de enxerto ósseo sintético é apresentado, visando mitigar problemas associados à migração de partículas e empacotamento excessivo que dificulta a neovascularização, presentes em enxertos ósseos sintéticos comercialmente disponíveis. O enxerto consiste em esferas de hidrogel de alginato com particulado de vidro bioativo 45S5 disperso, com diâmetro médio entre 200 e 1060 µm. O processo de produção consiste no gotejamento de uma solução de alginato com vidro bioativo suspenso em meio reticulante de cloreto de cálcio. Descreve-se a síntese por fusão do vidro 45S5, seguido pelas caracterizações de Difração de Raios X e Distribuição de Tamanho de Partícula. O gotejamento foi realizado com diferentes tamanhos de bicos, determinando-se a relação entre o tamanho do bico e o diâmetro final das esferas. Também foram realizadas análises viscosimétricas das soluções/suspensões utilizadas no gotejamento. A caracterização final das esferas inclui análises já realizadas, como variação de massa ao longo do tempo em solução e análise morfológica (Microscopia Eletrônica de Varredura e microtomografia computadorizada), bem como bioatividade por imersão em Simulated Body Fluid e cultura de células, com o objetivo de avaliar a viabilidade de uso das esferas como enxerto ósseo, considerando as caracterizações realizadas. A precipitação de hidroxiapatita foi percebida após a imersão em SBF, e uma melhor resposta de diferenciação osteoblástica quando da presença de vidro bioativo. Ademais, uma busca de anterioridade é apresentada, que fundamenta um possível pedido de patente do conceito de enxerto ósseo proposto.; Abstract: A new concept for synthetic bone grafts is presented, aiming to mitigate issues related to particle migration and excessive packing?factors that hinder neovascularization in currently available synthetic bone grafts. The proposed graft consists of alginate hydrogel spheres with dispersed 45S5 bioactive glass particles, with average diameters ranging from 200 to 1060 µm. The production process involves dripping a suspension of alginate and bioactive glass into a calcium chloride crosslinking solution. The 45S5 glass was synthesized by melt-quenching and characterized by X Ray Difraction and particle size distribution analysis. Dripping was performed using nozzles of varying diameters to establish the relationship between nozzle size and final sphere diameter. Viscosity measurements of the solutions/suspensions were also conducted. Final characterization of the spheres included mass variation over time in aqueous solution, morphological analysis (Scanning Electron Microscope and microcomputed tomography), and evaluation of bioactivity through immersion in simulated body fluid and cell culture assays, to assess the feasibility of using the spheres as bone grafts. The granules proved suitable for the intended purpose and represent a viable solution for bone graft applications. Additionally, a prior art search was conducted to support a potential patent application for the proposed bone graft concept. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2026.

Influência dos parâmetros de soldagem e do acabamento superficial na resistência à corrosão de revestimentos de inconel 625 depositados pelo processo PTA-P

2026-08-27T23:30:14Z

Influência dos parâmetros de soldagem e do acabamento superficial na resistência à corrosão de revestimentos de inconel 625 depositados pelo processo PTA-P Peralta, Thayse Francielle Revestimentos à base de ligas Ni?Cr?Mo, como o Inconel 625, são amplamente empregados como barreiras protetoras em componentes expostos a meios agressivos contendo cloretos, devido à sua elevada resistência à corrosão. Neste trabalho, revestimentos de Inconel 625 produzidos pelo processo Plasma de Arco Transferido com alimentação de pó (PTA-P) foram avaliados quanto à influência dos parâmetros de soldagem sobre a geometria do cordão, diluição e microestrutura, além dos efeitos desses parâmetros e da condição superficial do revestimento sobre a corrosão. Os revestimentos foram depositados utilizando diferentes combinações de corrente e velocidade de soldagem e analisados no estado bruto e após lixamento da superfície. A diluição geométrica variou aproximadamente entre 4,9% e 16,7%, refletindo o balanço entre a energia de soldagem e a quantidade de material efetivamente depositada por unidade de comprimento. As microestruturas observadas foram típicas de ligas Ni?Cr?Mo solidificadas rapidamente, com morfologia dendrítica e variações no refinamento, na continuidade da fusão e na segregação interdendrítica de Nb e Mo em função das condições de soldagem. As superfícies no estado bruto apresentaram irregularidades geométricas características do processo PTA-P, associadas principalmente à sobreposição entre passes e à presença de partículas parcialmente fundidas. Essas heterogeneidades superficiais resultaram em maior dispersão da resposta eletroquímica durante os ensaios de polarização potenciodinâmica em solução de NaCl 3,5%. Após o lixamento, observou-se comportamento eletroquímico mais estável e reprodutível, com redução de aproximadamente duas ordens de grandeza na densidade de corrente de corrosão, indicando diminuição da taxa de corrosão uniforme. Os resultados mostram que, embora os parâmetros de soldagem influenciem a geometria do cordão e a microestrutura dos revestimentos, a condição superficial exerce papel central sobre a resistência à corrosão dos revestimentos de Inconel 625 aplicados por PTA-P em meios contendo cloretos. O desempenho à corrosão foi influenciado pela microestrutura e acabamento superficial, sem predominância aparente de alguma dessas variáveis.; Abstract: Ni?Cr?Mo alloy-based coatings, such as Inconel 625, are widely used as protective barriers in components exposed to aggressive chloride-containing environments due to their high corrosion resistance. In this study, Inconel 625 coatings produced by the Plasma Transferred Arc process with powder feeding (PTA-P) were evaluated regarding the influence of welding parameters on bead geometry, dilution, and microstructure, as well as the effects of these parameters and the surface condition of the coating on corrosion behavior. The coatings were deposited using different combinations of current and welding speed and were analyzed in the as-built condition and after surface grinding. Geometric dilution ranged approximately from 4.9% to 16.7%, reflecting the balance between welding energy and the amount of material effectively deposited per unit length. The observed microstructures were typical of rapidly solidified Ni?Cr?Mo alloys, with dendritic morphology and variations in refinement, fusion continuity, and interdendritic segregation of Nb and Mo as a function of the welding conditions. As-built surfaces exhibited geometric irregularities characteristic of the PTA-P process, mainly associated with bead overlap and the presence of partially melted particles. These surface heterogeneities led to greater dispersion in the electrochemical response during potentiodynamic polarization tests in 3.5% NaCl solution. After grinding, a more stable and reproducible electrochemical behavior was observed, with a reduction of approximately two orders of magnitude in corrosion current density, indicating a decrease in the uniform corrosion rate. The results show that, although welding parameters influence bead geometry and coating microstructure, surface condition plays a central role in the corrosion resistance of PTA-P Inconel 625 coatings in chloride-containing environments. Corrosion performance was influenced by both microstructure and surface finish, with no clear predominance of either variable. Dissertação (mestrrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2026.