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Título: Ferrofluidos e Dots de Carbono como exemplos de nanomateriais multifuncionais para a conversão de energia
Outros títulos: Ferrofluids and Carbon Dots as examples of multifunctional nanomaterials for energy conversion
Autor(es): Silva, Thiago Fiuza Lima da
E-mail do autor: thiago.fiuza.lima@gmail.com
Orientador(es): Depeyrot, Jérôme
Coorientador(es): Silva, Geraldo José da
Assunto: Fluidos magnéticos
Termodifusão
Líquidos iônicos
Nanodots de carbono
Estabilidade coloidal
Líquidos magnéticos fluorescentes
Energia - conversão
Data de publicação: 9-Jun-2021
Referência: SILVA, Thiago Fiuza Lima da. Ferrofluidos e Dots de Carbono como exemplos de nanomateriais multifuncionais para a conversão de energia. 2020. 259 f., il. Tese (Doutorado em Física)—Universidade de Brasília, Sorbonne Université, Brasília, 2020.
Resumo: A ciência de materiais tem atraído atenção mundial devido à sua ampla gama de aplicações e soluções para problemas globais atuais. Ferrofluidos (FFs) e Nanodots de carbono (CDs) se destacam como promissores coletores de energia de fontes renováveis (por exemplo, térmica ou solar). Nesse contexto, o primeiro objetivo principal desta tese foi investigar as propriedades termodifusivas de ferrofluidos à base de líquidos iônicos à temperatura ambiente (RTILs). Esta classe peculiar de solventes compostos puramente por íons apresenta múltiplas vantagens, como alta estabilidade térmica, baixa pressão de vapor e modesta condutividade, tornando-os altamente apropriados para dispositivos termoelétricos à base de fluidos. Os RTILs explorados são o nitrato de etilamônio (EAN) e a bistriflimida de 1-etil-3-metilimidazólio (EMIM-TFSI). Aqui, foi analisado o papel da natureza dos contra-íons, do teor de água e da aplicação do campo magnético na estabilidade coloidal e, principalmente, nos parâmetros termodifusivos, isto é, os coeficientes Soret e de difusão. A abordagem teórica aplicada a estes sistemas mostrou modelar, descrever e ajustar os dados experimentais de forma bem satisfatória. Mais adiante, em uma perspectiva diferente, pouco se sabia sobre a estabilidade, desenvolvimento de carga superficial e ordem local de nanodots de carbono ricos em nitrogênio (N-CDs). Nesse sentido, o segundo objetivo foi analisar profundamente essas propriedades para dois tipos de N-CDs -- diferindo por suas razões de nitrogênio/carbono (N/C=0,14 e 0,74) -- por meio de uma abordagem multi-escala e de multiplas técnicas experimentais. Os resultados lançam uma nova luz sobre a importância do pH do fluido carreador em dispersões aquosas de N-CDs. Finalmente, o terceiro objetivo era projetar e produzir um novo líquido magnético fluorescente combinando as duas classes de coloides mencionadas anteriormente: ferrofluidos e N-CDs. O nanofluido híbrido aquoso e coloidalmente estável apresenta aspecto visual homogêneo, preservando em grande parte as propriedades magnéticas e fluorescentes de cada um dos nanocomponentes, dessa forma criando a possibilidade de uso em múltiplas formas de aplicações.
Abstract: Material science has been gathering worldwide attention due to its broad range of applications and solutions to current global issues. Ferrofluids (FFs) and Carbon Nanodots (CDs) stand out as promising energy harvesters of renewable sources (e.g. thermal or solar). In this context, the first main objective of this thesis was to investigate the thermodiffusive properties of ferrofluids based on room temperature ionic liquids (RTILs). This peculiar class of solvents composed purely of ions presents multiple advantages such as high thermal stability, low vapor pressure and modest conductivity, making them highly suitable for fluid-based thermoelectric devices. The explored RTILs are ethylammonium nitrate (EAN) and 1-ethyl-3-methylimidazoliumbistriflimide (EMIM-TFSI). Here, it was analysed the role of the nature of counterions, the water content and the application of magnetic field in the colloidal stability and, most importantly in the thermodiffusive parameters, namely the Soret and diffusion coefficients. The theoretical approach applied to these systems showed to satisfactorily model, describe and adjust the experimental data. Further on, into a different perspective, little was known about the stability, surface charge development and local ordering of nitrogen-rich carbon nanodots (N-CDs). Along those lines, the second objective was to deeply analyse these properties for two kinds of N-CDs - differing by their nitrogen/carbon ratios (N/C=0.14 and 0.74) - via a multi-scale and multi- technique approach. The results shed new light on the importance of the pH of the carrier fluid in N-CDs aqueous dispersions. Finally, the third objective was to design and produce a novel fluorescent magnetic liquid combining the two previously mentioned classes of colloids: ferrofluids and N-CDs. The achieved colloidally stable aqueous hybrid nanofluid presents a homogeneous visual aspect, while largely preserving the magnetic and fluorescent properties of each one of the nanocomponents, unlocking the possibility of use in multiple forms of applications.
Unidade Acadêmica: Instituto de Física (IF)
Informações adicionais: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2020.
Tese (doutorado)—Sorbonne Université, Physique en Ile-de-France, 2020.
Programa de pós-graduação: Programa de Pós-Graduação em Física
Licença: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Aparece nas coleções:Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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