RODRIGO TEIXEIRA BENTO

RODRIGO TEIXEIRA BENTO

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Raman spectroscopy applied on the structural characterization of TiO2/expanded graphite films
2023 - BENTO, RODRIGO T.; ABE, IGOR Y.; CORREA, OLANDIR V.; PILLIS, MARINA F.
Photocatalytic heterojunctions obtained from the use of titanium dioxide (TiO2) and carbon based materials are a promising way for the efficient water treatment [1]. The structural properties of the composite photocatalysts are an important characteristic that can influence their photocatalytic behavior [2]. Here, TiO2/expanded graphite (TiO2-EG) films were synthetized by sol-gel and deposited on borosilicate glass substrates by airbrush spray coating method at room temperature. Then, the hybrid films were heat treated at 350, 450 and 550 °C. Raman spectroscopy technique was applied to evaluate the effect of carbon amount and temperature on the structural properties of the films. The films heat treated at 350 °C exhibited a characteristic profile of amorphous material. Raman spectra of composite films heat treated at 450 and 550 °C showed well-defined peaks that can be attributed to anatase-TiO2phase. No peaks related to the rutile or other phases were observed. The investigation revealed that the G and 2D bands present a slight shift, as well as asymmetry, as the carbon content and heat treatment temperature increase – behavior that may be associated with the formation of the semiconductor-C heterojunction. Peaks deconvolution process demonstrated the presence of a second signal not found in the pure films. This effect may indicate a reduction of sp2 domains after the formation of semiconductor-C heterojunction, mainly due to the removal of oxygenated groups during heat treatment, and consequent Ti-C / Ti-O-C bonds formation [3]. The results suggested that the carbon amount and the temperature of heat treatment have great influence on the TiO2 -EG structural properties, which may contribute to the improvement of the photocatalytic activity of the composite films under visible light.
Desenvolvimento de um adaptador de tração motorizado para cadeiras de rodas
2022 - LEITE, A.C.; SANTOS, G.W. dos; VASCONCELLOS, L.A.; SILVA, S.P. da; FERRUS FILHO, A.; PELARIN, A.L.; BENTO, R.T.
No Brasil, atualmente cerca de 46 milhões de pessoas apresentam algum tipo de deficiência, sendo que 7 % correspondem a população que possui algum déficit de mobilidade motora e necessitam de auxílio de cadeiras de rodas para se locomover, e 2,3 % exibem deficiência motora severa. Embora os atuais modelos de cadeiras de rodas facilitem a mobilidade de seus usuários, a funcionalidade e o trabalho realizado durante o seu uso ainda são um desafio desgastante para situações cotidianas, tais como subidas acentuadas, calçadas desniveladas, e esforço extremo dos membros superiores, por exemplo. Tendo em vista as respectivas dificuldades, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas a fim de propor soluções e garantir os direitos civis de mobilidade segura, eficiente e independente aos cadeirantes. A proposta do presente trabalho é desenvolver um adaptador de tração motorizado que pode ser acoplado em qualquer modelo de cadeira de rodas, a fim de auxiliar a reduzir o esforço mecânico do usuário. O projeto atua na área de mobilidade reduzida, visando melhorar a locomoção dos cadeirantes. O sistema empregado para essa corretiva de mobilidade é do tipo plug and play, facilitando assim a utilização do produto. O acoplamento é formado por um conjunto eletromecânico constituído por roda, guidão e garfo, que, ao se encaixar na cadeira de rodas, a transforma em um triciclo elétrico, promovendo maior autonomia, conforto e fácil manuseio, atendendo às necessidades dos usuários. O protótipo foi desenvolvido totalmente de forma artesanal, sua modelagem foi projetada no software SolidWorks, no qual cada peça do adaptador foi simulada considerando diferentes materiais: aço 1045, alumínio 6063-T6 e aço 4340, a fim de avaliar o melhor material para composição do produto. O modelamento e análise estrutural estática pelo Método de Elementos Finitos permitiu concluir que, a partir dos valores de tensão máxima de Von Misés encontradas nas simulações para cada um dos materiais propostos, as peças projetadas suportarão os esforços aos quais elas serão exigidas ao durante sua utilização prática, uma vez que em nenhuma das simulações houve qualquer deformação crítica dos componentes, todos os valores de tensão encontram-se abaixo da tensão de escoamento dos materiais e com coeficientes de segurança extremamente aceitáveis. Com a construção do protótipo funcional do adaptador de tração, foi possível concluir que o desenvolvimento do presente projeto promoveu a criação de um dispositivo mecânico funcional e inovador, proporcionando a inclusão desse grupo à sociedade, visando facilitar o seu conforto e sua mobilidade urbana, a partir da busca por um projeto de menor custo para atender também as classes mais carentes financeiramente. O trabalho merece destaque, por buscar apresentar um projeto de caráter tecnológico, científico e social.
Análise estrutural estática de uma ferramenta de torque para otimização do processo de cintamento de cargas em carretas
2022 - MATA, T.A.; MEDEIROS, E.E.; ARANEDA, E.R.; SILVA, R.C. da; ROMAO, B.R.; FERRUS FILHO, A.; PELARIN, A.L.; BENTO, R.T.
A ergonomia do operador é fator crucial a ser analisado enquanto se desenvolve qualquer processo que integre a confecção e distribuição de um produto. Para a empresa, o investimento em tecnologias que permitam a condução ergonômica das funções do operador resulta em ganho de produtividade e qualidade de vida. Nesse sentido, o objetivo principal do presente trabalho é o desenvolvimento de um protótipo de ferramenta de torque para otimização do processo de cintamento de cargas em carretas, visando reduzir o esforço empregado pelo operador na respectiva atividade. Empregando-se o Método de Elementos Finitos (MEF), foram realizados os cálculos dimensionais, modelagem e simulação baseadas na análise estrutural estática linear e condições de projeto. A simulação foi realizada a partir do refinamento de malha e possíveis geometrias para obtenção dos resultados de máxima tensão pelo critério de resistência de Von Misés. Foram avaliados os materiais aço carbono SAE 1045, aço SAE 4340, aço inox AISI 410 e Inconel 625, caracterizando o seu desempenho sob os esforços solicitados. Os resultados obtidos pela análise de elementos finitos sugerem que o aço inox AISI 410 não suportou os esforços críticos de trabalho. Por outro lado, o aço SAE 1045 apresentou os valores mais satisfatórios, concluindo-se que ele é o material mais indicado para a construção do protótipo.
Síntese e caracterização de filmes nanocompósitos de TiO2/C depositados sobre o aço inoxidável AISI 304
2022 - SANTOS, T.F. dos; BENTO, R.T.; CORREA, O.V.; PILLIS, M.F.
Filmes de TiO2 e TiO2/C foram preparados pelo método sol-gel e aplicados sobre a superfície do aço inoxidável AISI 304 por spray a frio. Inicialmente, grafite natural foi submetido ao processo de esfoliação em fase líquida, onde se obteve grafite expandido. Para tanto, uma suspensão de grafite em solução aquosa contendo isopropanol e acetona foi irradiada por 2h em luz UVC. Foi preparada uma solução de isopropóxido de titânio e isopropanol para a obtenção do sol. O grafite esfoliado, após secagem, foi então adicionado à solução em concentrações entre 2,5 e 10%, razão massa/volume. Os filmes foram secos em estufa a 100ºC e tratados termicamente a temperaturas entre 400 e 500 ºC em forno tubular, sob atmosfera de argônio. Técnicas de difração de raios X, espectroscopia Raman, espectroscopia UV-visível (UV-vis), microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de varredura foram utilizadas na caracterização. Os resultados obtidos confirmam a esfoliação do carbono e a formação da fase anatase em todos os filmes. Resultados de AFM sugerem que a formação da heterojunção semicondutor-carbono, confirmada por espectroscopia Raman, promoveu modificações morfológicas nos filmes, e influenciam o comportamento frente à corrosão do aço revestido, o qual foi avaliado por técnicas de impedância eletroquímica e polarização linear em uma solução aquosa 3,5% NaCl à temperatura ambiente.
Influência da concentração de carbono na morfologia e propriedades fotocatalíticas dos filmes de TiO2/C obtidos via sol-gel
2022 - BENTO, R.T.; CORREA, O.V.; PILLIS, M.F.
A disponibilidade de água potável e a poluição das reservas de água devido a compostos orgânicos descartados de maneira inadequada continua a ser um grave problema ambiental e público. O processo de fotocatálise heterogênea é uma tecnologia verde promissora para a remoção de muitos poluentes da água e do ar. Dentre os materiais semicondutores mais empregados em processos fotocatalíticos, o dióxido de titânio (TiO2) tem sido amplamente investigado como um fotocatalisador promissor na remoção e tratamento de contaminantes orgânicos da água e do ar. No entanto, a atividade fotocatalítica do TiO2 é limitada à radiação ultravioleta, em virtude da elevada energia de band gap necessária para ativar o semicondutor. Dessa forma, sua modificação estrutural e morfológica apresenta-se como um método favorável para aumentar a sua eficiência e permitir o seu emprego sob a luz visível. Pesquisas têm mostrado que catalisadores híbridos de TiO2/C são amplamente estudados devido a sua elevada eficiência fotocatalítica sob luz visível na remoção de corantes e degradação de outros poluentes da água. A presente pesquisa destinou-se a síntese e caracterização de filmes compósitos heteroestruturados de TiO2/C, de modo a obter um material fotocatalisador ativo sob luz visível para degradação de compostos orgânicos. Os filmes foram obtidos pelo método sol-gel utilizando isopropóxido de titânio como fonte de TiO2, e grafite exfoliada como fonte de C, adicionado ao sol nas concentrações de 1, 2,5, 5, 7,5 e 10% (m/v). Após a deposição via spray coating, os filmes foram tratados termicamente a diferentes temperaturas a fim de verificar sua influência no comportamento fotocatalítico dos filmes híbridos. A eficiência fotocatalítica dos filmes foi avaliada na remoção do corante alaranjado de metila da água, sob luz visível. Os resultados obtidos sugerem a formação de heterojunções TiO2/C, que promoveram evidentes modificações morfológicas e estruturais nos filmes, além de provocar um deslocamento da borda de absorção dos filmes para a região visível do espectro eletromagnético. Tal efeito, consequentemente, contribuiu para a elevada melhora na atividade fotocatalítica dos filmes nanocompósitos sob luz visível. A concentração de C e a temperatura de tratamento térmico têm importante efeito nas propriedades de superfície (rugosidade e molhabilidade), bem como na eficiência dos filmes, com destaque para o filme contendo 10% de C, tratado a 450°C, com uma eficiência de 79,5%.
Tribological evaluation of anodized aluminum applied to biomaterials
2022 - PIERETTI, EURICO F.; CORREA, OLANDIR V.; BENTO, RODRIGO T.; NEVES, MAURICIO M. das; ANTUNES, RENATO A.; PILLIS, MARINA F.
Biomaterials surfaces need to be adequate to the function they perform; for this reason, the importance of studying surface finish increases as design requirements grow, regarding geometry and precision requirements in biomedical devices. These biomaterials are subject to several types of premature failure, such as wear, fatigue, micro movements, particle detachment and degradation, which may generate the need for new interventions. Anodizing is an electrolytic passivation process used to increase the thickness of the natural oxide layer on the surface of metal parts. Due to good biocompatibility, regular arrangement of nanopores, ease of control of nanopore diameter, large specific surface area, low cost, good thermal stability and, absence of toxicity, anodic aluminum oxide has been studied. The geometric arrangement of nanopores makes it possible to use alumina as a mold for the synthesis of several nanostructures that have many advantages in advanced application areas due to their unique chemical, physical, mechanical and optical properties. In the present work, the tribological behavior of samples of aluminum alloy AA6061 anodized in oxalic acid solution (C2H2O4) and sulfuric acid (H2SO4) was evaluated. Prior to the anodization stage, the samples were electrolytically polished in a solution of perchloric acid and ethanol. For comparison reasons, pristine surfaces were also evaluated. The sample's surfaces finishing was analyzed by laser confocal microscopy. Atomic force microscopy was also used to evaluate samples roughness and topography. The wear tests were carried out during 10 min, solid spheres of 52-100 chrome steel, with 2 mm in diameter, were used as counter-bodies. The results indicated that the tribological behavior is influenced by the anodized layer process parameters, and the wear rate is dependent of the normal force and the roughness of each sample.
Physical-chemical characterization of Si3N4-TiO2 ceramic nanocomposites obtained to biomedical applications
2019 - SONA FILHO, CELSO R.; BENTO, RODRIGO T.; SILVA, CECILIA C.G. e; PILLIS, MARINA F.
Silicon nitride based ceramics (Si3N4) are very important materials in the engineering and medical fields because of their physical, chemical, tribological and mechanical properties. However, some researchs have been carried out in order to obtain silicon nitride ceramics with improved biological behavior, including studies about the effect of nanoparticles on their bioactivity. In this work, Si3N4-TiO2 nanocomposites were synthesized and characterized by their physical, chemical and bioactive properties. Initially, Si3N4, MgO, SiO2 and CaO powders were mixed in a ball mill for 24 h The mixture was then dried at 100 ºC for 1 h under the nitrogen atmosphere. Subsequently, the samples were coated with TiO2 from the sol-gel process. The precursor solution of titanium dioxide (TiO2 ) was prepared from the mixture of titanium (IV) isopropoxide and isopropanol at a ration of 1:10. The pH of the solution was adjusted to 3 by the addition of sulfuric acid. The precursor solution was dispersed by constant stirring at 50 ºC for 1 h. The samples were immersed for 10 minutes in this solution at room temperature and then dried for 24h under UV light. The samples were calcined at 400 and 500 ºC for 60 min to obtain Si3N4-TiO2 nanocomposites. The microstructure of the materials were anayzed by scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and X-ray diffraction. The samples bioactivity was evaluated by in vitro tests using SBF (Simulated Body Fluid) solution at 37 ºC for 9 days of immersion. The nanocomposites showed good quality, high uniformit of coating and greater adhesion to TiO2 to the substrate of Si3N4. The formation of CaP deposits with globular structure on the samples surface during the SBF experiment is a strong indication of the bioactivity of the nanocomposites. The results suggest that Si3N4-TiO2 ceramic nanocomposites have great potential to be used in biomedical applications.
Influence of the heat treatment on the photodegradation efficiency of the supported TiO2 catalysts obtained by a facile airbrush spray-coating
2019 - BORAZANIAN, TATYANA C.F.; CORREA, OLANDIR V.; BENTO, RODRIGO T.; PILLIS, MARINA F.
One of the main topics of thin films processing routes based on sol-gel is the need for low-cost and simple techniques [1]. Airbrush spray-coating method has been applied to coat materials, due to its cost-effective, large area and versatile characteristics [2]. However, this technique is not yet sufficiently explored for supported catalysts employed on the water treatment. In this work, titanium dioxide (TiO2) films were successfully deposited on borosilicate substrates by a facile airbrush spray-coating technique, at room temperature, from a solution of titanium (IV) isopropoxide diluted in isopropanol. The angle of the cold spray was fixed in 45°, and the feed rate was 17 mm.s-1. The coated specimens were dried at 100 °C for 60 min, and then heat treated at 300, 450 and 500 °C for 30 min to evaluate the influence of the temperature process on the methyl orange dye degradation under UV light. The catalysts obtained showed a great surface covering, highly porous surface, and good adherence to substrate. The films presented the formation of TiO2-anatase phase. Methyl orange dye degradation experimental results indicated that the TiO2 film heat treated at 500 °C presented a higher photocatalytic behavior, that exhibited 68.3 % of the dye degradation for 300 minutes under UV radiation – around 18.5 % more efficient than the supported catalysts prepared at 300 and 450 °C, with a photocatalytic efficiency of 31.6 % and 57.7 %, respectively. The study of the influence of heat treatment on the photocatalytic activity suggests the existence of an ideal temperature in which the photocatalyst exhibits the better photodegradation performance. The results suggest that the supported TiO2 catalysts deposited by the airbrush spraycoating method have a promising practical application for the green treatment of organic pollutants.
Effect of the thickness of TiO2 films on the photodegration of methyl orange dye
2019 - MARCELLO, BIANCA A.; CORREA, OLANDIR V.; BENTO, RODRIGO T.; PILLIS, MARINA F.
The increase of the disposed of azo dyes such as methyl orange (MO) by textile and allied industries in the wastewater results in a significant increase of pollutants, which requires the development of new degradation materials and techniques to purify the effluents [1]. Heterogeneous photocatalysis using titanium dioxide (TiO2) films is a highly efficient oxidative process for water treatment [2]. The TiO2 films were grown on borosilicate substrates by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) at 500°C, and the growth time was controlled in order to obtain films with the thickness of 400, 600 1100 and 2100 nm. MO dye degradation was evaluated by using anatase-TiO2 as photocatalyst under UV light. The pH of the solutions was set on 2. The TiO2 films presented uniform thickness and well-defined columnar structure that grow perpendicular to the substrate surface. The increasing of the growth time increases both the thickness and the mean grain size of the films. All the films presented the formation of anatase-TiO2 crystalline phase grown preferentially oriented at (112). The results showed that the photocatalytic behavior of the films decreased with increasing the film thickness. The photocatalytic efficiency for the 400, 600, 1100 and 2100 nm films tested at pH 2 are respectively 39.2%, 30.2 %, 24.4 % and 12.2 %. When the thickness of the films augments, the mobility of the electrons is impaired due to the increase of the film opacity, which limits the light penetration through the catalyst, and difficults the diffusion of charge carriers required to activate the semiconductor surface. TiO2 catalysts grown by MOCVD technique is a practical promising application for the water treatment.
Synthesis and characterization of reduced graphene oxide-modified anatase TiO2 photocatalysts grown by MOCVD
2019 - BENTO, RODRIGO T.; SILVA FILHO, JORGE C.; CORREA, OLANDIR V.; TAKIISHI, HIDETOSHI; PILLIS, MARINA F.
Inadequate disposal of industrial waste, such as textile dyes and emerging contaminants, have been caused several environmental hazards. Titanium dioxide (TiO2) photocatalysis is an efficient green method for water treatment by solar energy. However, due to its large band gap of 3.2 eV, TiO2 absorbs mostly the UV radiation, which represents only 5-8% of the sunlight spectrum. Recent studies indicate that the surface modification of TiO2 results in an increase in photocatalytic efficiency. In this way, the present paper aims to evaluate the effects of TiO2 surface modification by reduced graphene oxide (rGO). The 470 nm thick anatase-TiO2 films were grown by MOCVD process in a conventional horizontal homemade reactor, on borosilicate substrates at 400 °C. The TiO2 films obtained were dipped into an alkoxide solution including 0.5, 1.5 and 3.0 mg of rGO and 30 mL isopropanol, ultrasonic-treated at room temperature for 40 min, and then dried in an oven at 100 and 150 °C for 24 h. The photocatalytic activity of rGO-TiO2 composites were evaluated by the methylene blue degradation under UV and visible light. The chemical, structural and morphological properties were also characterized. It was observed the presence of rGO agglomerates completely adhered to TiO2 surface. The diffraction peaks identified correspond to anatase phase. Peaks of graphene were also found. The results suggest that the rGO-TiO2 composites have a great potential to be used in water treatment under sunlight.