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Nanoprojetados para o Setor
Automotivo
Henrique Kajiyama, Technical Manager
Geisi Barreto, App...
Soluções na indústria automotiva e aeroespacial
• Performance está intimamente relacionada com a qualidade do produto,
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Garantir consistência de
novas matérias-primas
Testar novas formulações e
dispositivos Rapidamente
Acelerar Inovação e Des...
Medição de Spray – Injeção de Combustível
• O diâmetro de Sauter D(3,2) é muito importante na injeção de combustível.
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ESMALTES RESISTENTES À RANHURAS
Tamanho e potencial zeta
• Esmaltes contendo nanopartículas de
cerâmica de aprox. 20nm apl...
Efeito do potencial zeta no recobrimento de
CNT sobre lâminas de vidro -
• CNT comercial vendido em forma de pó – porém ag...
Distribuição de tamanho de partículas de fuligem e
aglomerados em amostras de óleo- motores diesel
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Distribuição de tamanho de partículas de fuligem e
aglomerados em amostras de óleo
La Rocca, A., Di Liberto, G., Shayler, ...
Propriedades Elétrica, Mecânica e Química:
estudo de óleos de motores de aeronaves
Qual a porcentagem de partículas de dif...
NOVOS SISTEMAS DE LUBRIFICAÇÃO
COM NANOCÁPSULA DE ÓLEO
• PROJETO TriboCore
• Nanocápsulas esféricas preenchidas com óleo, ...
Aplicação de nanofluidos na refrigeração com o
uso de nanopartículas de ouro e prata
Oldenburg, S., Chon, C., Kihm, K., an...
NANOPARTICLE TRACKING
ANALYSIS
Tamanho e Concentração
Esquema do módulo do laser
Tecnologia NTA: Como funciona?
Microscópio
Partículas espalham
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Princípio de Medição – NTA
• “Rastreamento” do Movimento Browniano de partículas individuais para medir o coeficiente de d...
Software em ação
Obtém o Coeficiente
de Difusão
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ESPALHAMENTO DE LUZ DINÂMICA
Espectroscopia de Correlação de Fótons
Tamanho
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Distribuição de Tamanho Função da Correlação Flutuação da Intensidade
Princípio de Medição – DLS
Movimento Browniano
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Algoritmo
Aplica
Algoritmo
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Partículas
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ESPALHAMENTO DE LUZ ELETROFORÉTICA
Eletroforese por efeito Doppler com Laser
Potencial Zeta – Estabilidade
Fatores que influenciam:{CamadaStern
Camada
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Camada Difusa
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Distância da superfície
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Como é calculado o Potencial Zeta?
A mudança da frequência é diretamente proporcional a mobilidade
eletroforética das part...
Princípio de Medição – Potencial Zeta e Tamanho
https://www.youtube.com/watch?v=UYxBU-6HVnE
“AGRADECEMOS PELA ATENÇÃO”
• Geisi Rojas Barreto
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– Telefone: (21) 97269-6336
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Caracterização de materiais nanoprojetados para setor automotivo - SAE Brasil 2015

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Caracterização de materiais nanoprojetados para setor automotivo - SAE Brasil 2015

  1. 1. Caracterização de Materiais Nanoprojetados para o Setor Automotivo Henrique Kajiyama, Technical Manager Geisi Barreto, Applications Scientist MALVERN INSTRUMENTS 2015
  2. 2. Soluções na indústria automotiva e aeroespacial • Performance está intimamente relacionada com a qualidade do produto, eficiência energética do produto final e segurança • Desenvolvimento de produto e manufatura são afetados pelo comportamento e interação da matéria-prima e intermediários • Sistemas da Malvern para medições de: • Reologia • Tamanho de partícula • Formato da partícula • Potencial Zeta • Massa molecular
  3. 3. Garantir consistência de novas matérias-primas Testar novas formulações e dispositivos Rapidamente Acelerar Inovação e Desenvolvimento de Produtos Simular estudos de Estabilidade Rápido Controle de Qualidade ↑ Produtividade e Rendimentos Reduzir o tempo ocioso Se você está trabalhando com sólidos, líquidos ou emulsões…
  4. 4. Medição de Spray – Injeção de Combustível • O diâmetro de Sauter D(3,2) é muito importante na injeção de combustível. • A medida que diminui o diâmetro das gotas, aumenta a área de superficie em contato com o oxigênio, otimizando o processo de combustão e redução de emissão de gases tóxicos. • Objetivo: Entender variação do Spray com a pressão de injeção e design do bico atomizador Fonte:Malvern(MRK1157-01eMRT484-01)
  5. 5. ESMALTES RESISTENTES À RANHURAS Tamanho e potencial zeta • Esmaltes contendo nanopartículas de cerâmica de aprox. 20nm aplicadas após a pintura conferem maior resistência à ranhuras • Película delgada e homogênea • Transparência (filmes) • Análise de tamanho por DLS • Rápida e mínimo de preparação de amostra • Tamanho de partícula: • Desempenho da pintura, como matiz, brilho e opacidade • Potencial zeta: • Variável crítica ao investigar a estabilidade do produto. • Tintas são suspensões de composição complexa, cujo desempenho está negativamente afetado pela aglomeração e / ou sedimentação durante o armazenamento. • A medição do potencial zeta de cada um dos componentes em função de variáveis, tais como pH e a composição do dispersante, facilita a manipulação da formulação para proporcionar produtos com a estabilidade necessária. Fonte: http://coatings.specialchem.com/news/product-news/using-the-zetasizer-nano-to-develop-coatings
  6. 6. Efeito do potencial zeta no recobrimento de CNT sobre lâminas de vidro - • CNT comercial vendido em forma de pó – porém aglomerado (a) • CNT tratado por plasma em solução de etanol confere Potencial Zeta mais alto (b) ficando disperso e com melhor recobrimento. Nanotubo de Carbono + 2.9 mV Nanotubo de Carbono Tratado - 31,5 mV John Williams, Neil Graddage, Sameer Rahatekar, Effects of plasma modified carbon nanotube interlaminar coating on crack propagation in glass epoxy composites, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Volume 54, November 2013, Pages 173-181.
  7. 7. Distribuição de tamanho de partículas de fuligem e aglomerados em amostras de óleo- motores diesel • Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) • Dynamic Light Scattering (DLS) • VANTAGENS • Baixo custo e análises rápidas em comparação com Microscopia Eletrônica de Transmissão • RESULTADOS • Aglomerados de fuligem de 115 nm • NTA pode medir partículas de fuligem em soluções oleosas polidispersas e relatar a distribuição do tamanho dos agregados de fuligem em óleo • Estimativa da massa de fuligem contido nas amostras de óleo La Rocca, A., Di Liberto, G., Shayler, P., Parmenter, C. et al., "A Novel Diagnostics Tool for Measuring Soot Agglomerates Size Distribution in Used Automotive Lubricant Oils”. SAE Int. J. Fuels Lubr. 7(1):301-306, 2014.
  8. 8. Distribuição de tamanho de partículas de fuligem e aglomerados em amostras de óleo La Rocca, A., Di Liberto, G., Shayler, P., Parmenter, C. et al., "A Novel Diagnostics Tool for Measuring Soot Agglomerates Size Distribution in Used Automotive Lubricant Oils”. SAE Int. J. Fuels Lubr. 7(1):301-306, 2014. AMOSTRA BAMOSTRA A Nanosight NTA Zetasizer Nano DLS 3x mais
  9. 9. Propriedades Elétrica, Mecânica e Química: estudo de óleos de motores de aeronaves Qual a porcentagem de partículas de diferentes tamanhos em volume dos óleos testados? • Uma diminuição da resistividade para os óleos usados depende de um aumento nas partículas de metal produzidos por desgaste e na quantidade de fuligem do processo de combustão • Medição da Distribuição de Tamanho de Partículas por DLS – Shell: 7.7% de partículas na faixa de 412 nm (22 a 1150 nm) • Com aditivo – Total: 10.6% de partículas com 2780 nm (39 a 3728 nm) Correlation between electrical, mechanical and chemical properties of fresh and used aircraft engine oils. Journal of Physics: Conference Series 301 (2011) 012050 doi:10.1088/1742-6596/301/1/012050
  10. 10. NOVOS SISTEMAS DE LUBRIFICAÇÃO COM NANOCÁPSULA DE ÓLEO • PROJETO TriboCore • Nanocápsulas esféricas preenchidas com óleo, congelada-seca e redispersada numa película de lubrificação. • Coeficiente de atrito menor que a do próprio óleo • Tamanho e estabilidade: • Zetasizer Nano • 50 e 200 nm Fonte: Development of new anti-friction coating systems with core-shell-particles for tribological applications. Disponível em: http://www.ivw.uni-kl.de/index.php?id=287&L=1
  11. 11. Aplicação de nanofluidos na refrigeração com o uso de nanopartículas de ouro e prata Oldenburg, S., Chon, C., Kihm, K., and Choi, S., "Nanoparticle-enhanced Heat Transfer Fluids for Spacecraft Thermal Control Systems," SAE Technical Paper 2006-01-2264, 2006, doi:10.4271/2006-01-2264. Nanopartículas de Ouro 2 nm Nanorods de Prata Em água Em água Em Etilenoglicol Condutividade Térmica Aumentou mais de 10% Aumentou 26% Aumentou 53%
  12. 12. NANOPARTICLE TRACKING ANALYSIS Tamanho e Concentração
  13. 13. Esquema do módulo do laser Tecnologia NTA: Como funciona? Microscópio Partículas espalham quando laser incide Partículas para serem visualizadas estão suspensas em um líquido Fonte de Laser (aprox. 50 µm) Vidro Superfície Metalizada Líquido VISUALIZAÇÃO da luz espalhada das nanopartículas no caminho da fonte do laser
  14. 14. Princípio de Medição – NTA • “Rastreamento” do Movimento Browniano de partículas individuais para medir o coeficiente de difusão • A aplicação da equação de Stokes-Einstein resulta no diâmetro hidrodinâmico Captura do vídeo Acompanha movimento Processamento 1. Laser ilumina as nanopartículas que se tornam um ponto de luz micrométrico 2. Câmera grava um vídeo do Movimento Browniano das partículas em suspensão 3. Software processa o vídeo para capturar o coeficiente de difusão da amostra 4. Acompanha todas as partículas uma-a-uma e simultaneamente 5. Cálculo do DH pela equação de Stokes-Einstein 6. Gráfico de distribuição de tamanho 7. Valores de concentração (partículas/mL)
  15. 15. Software em ação Obtém o Coeficiente de Difusão d(H)= 3 p h D KB T d(H) = Diâmetro hidrodinâmico KB = Constante de Boltzmann h= Viscosidade T = Temperatura D = Coeficiente de difusão Equação de Stokes-Einstein Visualização disponível em: https://youtu.be/-HLmnvqA138
  16. 16. ESPALHAMENTO DE LUZ DINÂMICA Espectroscopia de Correlação de Fótons Tamanho
  17. 17. Laser Distribuição de Tamanho Função da Correlação Flutuação da Intensidade Princípio de Medição – DLS Movimento Browniano
  18. 18. Correlação Correlação Aplica Algoritmo Aplica Algoritmo Tempo (s) Intensidade(kcps) Partículas Pequenas Tempo (s) Intensidade(kcps) Partículas Grandes DLS mede a flutuação da intensidade Partículas pequenas = rápida difusão = rápida flutuação Partículas grandes = lenta difusão = lenta flutuação
  19. 19. ESPALHAMENTO DE LUZ ELETROFORÉTICA Eletroforese por efeito Doppler com Laser Potencial Zeta – Estabilidade
  20. 20. Fatores que influenciam:{CamadaStern Camada Imaginária Camada Difusa --100 0 mV Distância da superfície Surface potential Stern potential Zeta potential Partícula Carregada O que é o Potencial Zeta?
  21. 21. Como é calculado o Potencial Zeta? A mudança da frequência é diretamente proporcional a mobilidade eletroforética das partículas e o Potencial Zeta é calculado pela Equação de Henry. › A amostra é colocada em uma célula capilar e um campo elétrico é aplicado › As cargas das partículas são atraídas para o eletrodo de carga oposta › Um feixe de laser passa através da amostra na célula capilar durante a eletroforese e o espalhamento de luz do movimento da partícula tem a frequência mudada Alternating Electrodes UE= __________ 2.e.z.f(k.a) 3.h z = potencial zeta UE = mobilidade eletroforética e = const. Dielétrica h = viscosidade F (k.a) = função de Henry Equação de Henry
  22. 22. Princípio de Medição – Potencial Zeta e Tamanho https://www.youtube.com/watch?v=UYxBU-6HVnE
  23. 23. “AGRADECEMOS PELA ATENÇÃO” • Geisi Rojas Barreto – Email: geisi.barreto@gmail.com – Telefone: (21) 97269-6336 • Henrique Kajiyama – Email: henrique.kajiyama@malvern.com – Telefone: (11) 5188-8226 www.malvern.com/br

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