Neste projeto pretendemos: 1) utilizar um código de computador que combine vários métodos preditivos baseados em dados. Modelos de Aprendizado de Máquina (Random Forest, Redes Neurais Artificiais e outros utilizando stackedgeneralization) juntamente com um algoritmo genético para projetar novas formulações de vidro de óxido tendo coeficiente de expansão térmica desejado. O código de computador empregará combinações de elementos propriedades que também poderiam prever a tendência de vitrificabilidade ou capacidade de formação de vidro (GFA) doformulações sugeridas, como, por exemplo: eletronegatividade e Entropia de Shannon; 2) produzir o óculos no laboratório; e 3) medir seu coeficiente de expansão térmica e comparar com oprevisões. A primeira parte foi iniciada pelo nosso grupo há 5 anos e por várias equipes no mundo estão agora a trabalhar nesta estratégia; no entanto, até onde sabemos, ninguém usou o procedimento stacking para este problema de design de vidro. Além disso, a segunda parte é original a nível internacional; até aqui não há relatos publicado sobre a previsão de GFA de composições de vidro de óxido derivadas de ML. Isso soacomo uma proposta de um ano; no entanto, um aluno do LaMaV (Rafael B. Rosante) tem trabalhado conosco já há vários meses e tem grande habilidade com codificação e algoritmos de ML para auxiliar na primeira parte. (AU)

A proposta deste projeto consiste da validação tecnológica junto ao cliente de um elemento sensor de gás hidrogênio quimiresistivo (PoC - Proof of Concept), desenvolvido a partir de um material inovador de óxido metálico semicondutor, que será integrado a um sistema de monitoramento constante do óleo isolante em transformadores de alta tensão, que operam em subestações de energia elétrica ou empreendimentos industriais que consomem elevadas cargas elétricas, a fim de detectar precocemente possíveis falhas desses equipamentos. Os transformadores de alta e extra alta tensão operam internamente com óleos isolantes como meio dielétrico, dadas as elevadas diferenças de potencial a que estão submetidos, e como um elemento de transporte de calor, aumentando a eficiência dos sistemas de resfriamento. Em condições anormais de operação, como pontos quentes, descargas parciais do tipo corona ou arcos elétricos, o óleo isolante pode se decompor e diminuir sua rigidez dielétrica, o que leva a formação de gases que se dissolvem no óleo. Os gases formados e suas concentrações dependem da temperatura e energia da falha e dos materiais envolvidos, incluindo H2, CO, CO2 e hidrocarbonetos com baixos pesos moleculares, como CH4, C2H6, C2H4 e C2H2. Como o gás hidrogênio é formado pela decomposição do óleo em todas as temperaturas de falhas, o aumento de sua concentração é considerado um indicador universal da presença de uma falha eminente nos equipamentos. A validação dos sensores de gás H2 quimiresistivos têm como motivação fornecer alternativas aos métodos analíticos mais sofisticados como as técnicas de espectrometria e cromatografia, com a grande vantagem de fornecer uma solução de baixo custo para um problema analítico particular, sem a necessidade de equipamentos analíticos multifuncionais de custos elevados. Além disso, tais sensores são adequados para análises químicas em campo, devido sua portabilidade e fácil integração com equipamentos eletrônicos de registro de dados (Data Logger). A validação junto à empresa parceira, a qual possui expertise na fabricação e desenvolvimento de equipamentos e softwares responsáveis pela interpretação do sinal proveniente do elemento sensor, fornecerá informações do comportamento dos sensores nas condições reais de operação. Com as metas deste projeto atingidas, será possível fomentar o mercado nacional com tecnologia de sensores de gás H2 de alta qualidade que sejam competitivos com o mercado internacional.

O presente projeto visa o desenvolvimento de dois módulos de filtração, o primeiro para o tratamento de esgoto e o segundopara tratamento de água. O plano de trabalho prevê o desenvolvimento do processo de fixação das membranas,considerando as resinas adequadas e com compatibilidade química e mecânica com as membranas e com o meio aquoso(incluindo seus contaminantes), além dos sistemas de vedação e fluxo que permitam o transporte do meio a ser filtrado, aágua já purificado, linhas de ar e vácuo e linhas para transporte de produtos químicos que permitam a retrolavagem, efinalmente, da montagem de módulos que poderão ser testados durante longos períodos. (AU)

A água é um recurso intrinsecamente ligado à nossa sobrevivência e manutenção de atividades produtivas. Infelizmente, este recurso é largamente desperdiçado e sujeito a contaminação cada vez mais variada, desde metais tóxicos até aos chamados contaminantes emergentes. Nessa classe se encaixam resíduos de medicamentos, corantes, hormônios, cafeína, herbicidas e pesticidas. Estes têm sido alvo de preocupação científica por serem persistentes e difíceis de se degradar quando livres no meio ambiente. A literatura tem mostrado que a permanência desses contaminantes no meio ambiente provoca um desequilíbrio na biota e risco à saúde de seres humanos. Tendo em vista os métodos convencionais para o tratamento de água, os quais não são totalmente eficazes na eliminação de todos esses contaminantes, a distribuição de água está sujeita a ser cada vez menos segura. Neste contexto, os hidrogéis têm se mostrado potenciais materiais para a remoção via absorção e/ou adsorção de contaminantes emergentes de meio aquoso devido à alta capacidade de confinamento em sua rede 3D. Além disso, é possível associar a rede polimérica do hidrogel às propriedades de carbon quantum dots (CDs), os quais podem indicar a presença do contaminante alvo através da variação de intensidade da fluorescência emitida, sendo possível aplica-los na detecção destes contaminantes. Como medida complementar, existe a possibilidade de identificação das bandas de absorção através da espectroscopia de absorção no UV-Vis. Este projeto de pesquisa de doutorado propõe sintetizar o hidrogel híbrido baseado em celulose e lignina, ambas isoladas do bagaço de cana-de-açúcar, com carbon quantum dots (CDs) sintetizados in situ para remoção e detecção de metais tóxicos e contaminantes emergentes unido a posterior identificação via fluorescência. Para isto, foram escolhidos para este trabalho: (i) íons de chumbo (Pb2+), cromo hexavalente (Cr6+) e mercúrio (Hg2+), metais potencialmente mutagênicos e carcinogênicos listados como altamente perigosos, e o (ii) glifosato, o herbicida mais utilizado no Brasil e no mundo. Este projeto está ligado ao Laboratório de Biossistemas (LBS) coordenado pelo Prof. Dr. Aldo Eloizo Job (Cooperação MPF/MPSP/CESP/UNESP Autos n° 98.1201665-7). O projeto também prevê um estágio de 12 meses por meio da bolsa BEPE em uma universidade parceira nos Estados Unidos (Stony Brook University, NY, EUA). (AU)

Nas últimas duas décadas, tem havido um crescente interesse científico e tecnológico em ligas de alta entropia (LAE), em especial devido à diversidade de composições possíveis de serem obtidas dentro deste novo conceito de liga, e possibilidades de ajuste de composições, microestruturas e propriedades para diferentes aplicações estruturais e funcionais. Uma aplicação promissora das LAE é o uso como material para armazenagem de hidrogênio no estado sólido, através da formação de hidretos metálicos. Ligas do sistema TiVNbCrMn, têm sido estudadas pelo grupo proponente deste projeto para essa finalidade, buscando obter ligas monofásicas formadas por soluções sólidas com estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), adequadas para a absorção de hidrogênio. Essas ligas têm sido obtidas por fusão a arco elétrico e caracterizadas até então no estado bruto de fusão, estado no qual exibem morfologia dendrítica, grãos grandes e segregação de elementos de liga nas regiões interdendríticas, o que pode impactar as propriedades mecânicas ou funcionais. Tratamentos térmicos e/ou processamentos termomecânicos podem ser empregados para modificar a microestrutura fundida, aumentando a homogeneidade das ligas, ou induzindo alterações microestruturais como refinamento de grão, que é particularmente importante em ligas para armazenagem de hidrogênio, pois aumenta a área superficial e a densidade de contornos de grãos, favorecendo a difusão e os processos de absorção/dessorção de hidrogênio. Este projeto visa produzir LAE do sistema TiVNbCrMn por fusão a arco elétrico e avaliar o efeito de tratamentos termomecânicos na microestrutura das ligas. As ligas serão submetidas a tratamentos térmicos de homogeneização e processamento termomecânico por forjamento a quente em matriz aberta. As ligas serão caracterizadas estrutural e microestruturalmente por técnicas de difratometria de raios X, microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva. Os resultados obtidos deverão contribuir para um melhor entendimento das correlações entre processamento e estrutura final das LAE para futuras aplicações em armazenagem de hidrogênio.

Vitrocerâmicas do sistema LAS são utilizadas em diversas aplicações pois apresentam baixo (próximo a zero) coeficiente de expansão térmica, excelente resistência ao choque térmico, estabilidade química e térmica, e translucidez. Todavia, além do material apresentar cinética de cristalização superficial maior do que a de sinterização por fluxo viscoso, a baixa condutividade térmica do material associado à utilização de aquecimento convencional (na qual o fluxo de calor acontece de fora para dentro do material) dificulta a obtenção de corpos densos por meio da sinterização com cristalização concorrente. Nesse sentido, técnicas de sinterização que aqueçam o material de dentro para fora e que possibilitem uma elevada taxa de aquecimento se tornam interessantes para a fabricação de vitrocerâmicas densas desse sistema. Além disso, a utilização dos materiais desse sistema acontece também em ambientes nos quais a atividade antimicrobiana seria um diferencial. Dessa forma, criar propriedades antimicrobianas na superfície de vitrocerâmicas do sistema LAS por meio de troca iônica por íons Ag+ pode agregar mais valor a este material. Surpreendentemente, até o momento foi encontrado somente um único estudo (recente) que propôs a ativação antimicrobiana superficial para vitrocerâmicas desse sistema, o que mostra que este é um campo que ainda tem muito a ser explorado. Então, a partir dessa ampla gama de cenários, o objetivo deste projeto é propor uma nova metodologia para produzir, em apenas uma etapa e de forma ultrarrápida, vitrocerâmicas do sistema LAS com alta densidade e com superfície que apresente propriedades antimicrobianas por meio da técnica Flash Sintering, técnica ainda não utilizada para essa finalidade. (AU)

Produção de vigas de bambu planificadas: divide-se um internó em duas metades, limpeza com água, secagem, prensagem para obter bambu planificado, ajuste e corte de bambu plaanificado, e colagem de duas peças entre si com temperatura (quando necessário) e aplicação de pressão, e caracterização experimental do material. Para as vigas, serão testados diferentes tratamentos de bambu (tratamento de água, octaborato dissódico e sulfato de cobre) e diferentes colas (PVA comercial, resina de poliuretano e uma resina em desenvolvimento) para avaliar a melhor opção para fins estruturais.

Lodos de estações de tratamento de águas - ETAs - possuem características que tornam sua destinação um desafio. A variabilidade de composição, o baixo teor de matéria orgânica e, principalmente, os altos teores de sais de alumínio limitam consideravelmente sua aplicação direta em solos agrícolas, sendo esta uma solução já estudada para lodos de estações de tratamento de esgoto (ETEs), que possuem teor de matéria orgânica mais elevado. No entanto, a sua estrutura mineral poderia, em princípio, ser base para a produção de peletizados que atuariam como condicionadores de solo ou como adjuvantes para sistemas de liberação controlada de fertilizantes, uma alternativa que habilitaria o alto consumo em volume do resíduo. Assim, rotas tecnológicas simples e alternativas que imobilizassem os sais de alumínio em estruturas não solúveis aliadas a tecnologias de formulação, para evitar efeitos subsequentes de imobilização do fertilizante essencial fosfato (P), poderiam habilitar condições de uso agrícola deste resíduo. Portanto, propõese desenvolver, a partir de lodos de ETAs representativos da produção da SABESP, uma rota mecanoquímica por via úmida de produção de concentrados zeolíticos a partir de reações com KOH, e que possam ser formulados como grânulos de fertilizantes extrudados utilizando amido plastificado com ureia e compondo assim um fertilizante de liberação lenta. Testes padronizados em laboratório, casa de vegetação e campo serão realizados para avaliar a eficiência agronômica dos fertilizantes. Assim, espera-se que a integração das diferentes estratégias proporcione maior eficiência agronômica e competitividade ao reaproveitamento desses resíduos.

Durante a fase 1 desse projeto, foi demonstrada a viabilidade técnica (prova de conceito) da obtenção de filamentos para impressão 3D a partir de poli(ácido láctico) (PLA) e lignina Kraft modificada, por reação de esterificação com anidrido acético ou com ácido láctico. Paralelamente ao trabalho experimental, foram realizadas dezenas de entrevistas com profissionais do mercado de impressão 3D, profissionais de indústrias químicas e acadêmicos; com o objetivo de identificar necessidades tecnológicas e de adequar o projeto ao modelo de negócio da empresa. Os resultados da fase 1 demonstraram a possibilidade de obtenção de filamentos com até 40% de lignina modificada em PLA. Apesar de imprimíveis, esses filamentos apresentam um ponto crítico de melhoria, que é a redução de sua fragilidade. Além disso, o comportamento reológico desses filamentos e sua relação com o desempenho durante a impressão 3D ainda não foram completamente elucidados. Sendo assim, a fase 2 desse projeto propõe um trabalho experimental em duas frentes, que são: (1) otimização das reações de modificação da lignina e adaptação do processo para reator piloto e (2) otimização das propriedades e caracterização dos filamentos para impressão 3D desenvolvido na fase 1. Ao término dessa fase, espera-se a obtenção de blendas a partir de PLA/lignina modificada para impressão 3D que gerem produtos impressos com propriedades mecânicas superiores aos dos filamentos comerciais e custo competitivo. Além disso, as blendas serão caracterizadas quanto a sua biodegradabilidade, de forma que a sua comprovação pode viabilizar o uso da blenda desenvolvida em outras aplicações, com pequenas alterações na relação dos componentes da blenda. Os resultados obtidos neste projeto irão fomentar o desenvolvimento de um produto inovador, com apelo ambiental, sem concorrentes no mercado nacional e que, conta com o já demonstrado interesse de potenciais clientes e parceiros comerciais.

Redução de gastos energéticos e aumento da eficiência energética nos processos industriais estão entre as principais pautas da atualidade. Não muito diferente, a indústria cerâmica, em especial a de refratários, também segue este apelo por razões óbvias: no caso de refratários de alto desempenho, as temperaturas de processamento das peças ultrapassam os 1500 °C, não raramente atingindo temperaturas superiores a 1700 °C. Este processo leva muitas horas ou dias para conclusão. Do ponto de vista tecnológico, buscam-se processos para a obtenção de peças refratárias que possam ser processadas em tempos reduzidos e/ou em temperaturas inferiores e que apresentem desempenho igual ou superior às obtidas convencionalmente. A aplicação de micro-ondas neste segmento é uma opção viável. Entretanto há poucos trabalhos focados nesta técnica em alta e ultra-alta temperatura. Devido à interação volumétrica entre as micro-ondas interagem com os materiais cerâmicos, os tempos de sinterização são consideravelmente reduzidos, chegando a uma economia de até 90% e tempos inferiores. Há vários fatores que justificam a escassez de trabalhos: seleção de materiais isolantes e inertes, transparentes às micro-ondas, resistentes ao dano por choque térmico e que suportem muitos ciclos. Os materiais isolantes com poros entre 0,5 a 3µm são ideais. Entretanto, o campo eletromagnético além de acelerar processos difusionais, nos poros possibilitam a abertura de microplasma, tornando as condições de uso ainda mais severas. Diante disso, o presente projeto tem como objetivos a obtenção de materiais isolantes a base dos materiais transparentes alumina e alumina-mulita para uso em micro-onda em alta e ultra-alta temperaturas. A porosidade será controlada via espumação direta. As peças serão devidamente caracterizadas (física-, estrutural- e microestruturalmente) e testadas quanto ao seu desempenho. Do ponto de vista científico, espera-se clarificar como as micro-ondas de fato interagem com materiais porosos e quais danos podem causar. Já sob a ótica tecnológica, espera-se obter materiais isolantes simples que suportem as condições severas de operação, abrindo diversas possibilidades de aplicação no processamento por micro-ondas em temperaturas muito elevadas.