Desenvolvimento de um sistema criogênico de alimentação de nanopartículas de TiO₂ para reator de plasma de micro-ondas à pressão atmosférica

Abstract

A utilização de tecnologias de plasma em processos de fabricação e processamento de materiais apresenta potencial para a obtenção de materiais com propriedades controladas, especialmente em escala nanométrica. Nesse contexto, o controle da alimentação e da dispersão de nanopartículas no interior do reator constitui um dos desafios para a aplicação de processos assistidos por plasma. Este trabalho teve como objetivo desenvolver um sistema criogênico para alimentação de nanopartículas de titânia (TiO₂) em um reator de plasma de micro-ondas operando à pressão atmosférica. Inicialmente, foi considerada uma configuração baseada no efeito Venturi; entretanto, devido à sua maior complexidade construtiva e à necessidade de controle preciso das vazões, optou-se pelo desenvolvimento de uma solução simplificada. Nessa configuração, o pó de TiO₂ é mantido em suspensão em nitrogênio líquido e transportado até a entrada do reator, permanecendo em ambiente criogênico até sua interação com o plasma. Um novo cilindro de entrada, integrando as conexões de gás e de pó, foi projetado em software CAD, fabricado por impressão 3D em PETG e integrado ao sistema experimental. A avaliação da distribuição granulométrica do pó antes e após sua passagem pelo sistema indicou aumento do tamanho mediano das partículas, com D50 de 0,43 µm para o pó original e 1,60 µm para o pó reutilizado, evidenciando a ocorrência de aglomeração durante o processo. Os resultados demonstraram a viabilidade construtiva do sistema desenvolvido e sua potencial aplicação na alimentação de precursores particulados em processos assistidos por plasma. Entretanto, os resultados também indicam a necessidade de estudos adicionais para compreender e aprimorar as condições de dispersão e transporte das nanopartículas. Dessa forma, o trabalho contribui para o desenvolvimento de sistemas de alimentação aplicáveis ao processamento de pós em tecnologias de plasma de micro-ondas.