CENTRO UNIVERSITÁRIO - CATÓLICA DE SANTA CATARINA
Pró-Reitoria Acadêmica
Setor de Pesquisa
FORMULÁRIO PARA INSCRIÇÃO DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA.
Coordenação/Colegiado ao(s) qual(is) será vinculado: Católica de Santa Catarina em
Joinville –Engenharia Mecânica.
Curso (s) : Engenharia Mecânica
Nome do projeto: Avaliação da energia de superfície de filmes finos de TiO2 depositados
sobre compósitos de resina isoftálica reforçada com fibra de vidro.
Nome do(s) acadêmico(s) envolvido(s):
Nome do professor orientador:
Dianclen do Rosário Irala
Nome do professor co-orientador: ----------------------------------Nome do coordenador(a) do Curso: Moisés Luiz Parucker
Para a Fundação Educacional Regional Jaraguaense – FERJ, mantenedora do Centro
Universitário - Católica de Santa Catarina em Jaraguá do Sul e em Joinville, encaminhamos
anexo, Projeto de Iniciação Científica a ser submetido ao Edital ?????? - FERJ, e declaramos
nosso interesse e prioridade conferida ao desenvolvimento do projeto ora proposto, assim
como nosso comprometimento de que serão oferecidas as garantias necessárias para sua
adequada execução, incluindo o envolvimento de equipe, utilização criteriosa dos recursos
previstos e outras condições específicas definidas no formulário anexo.
__________________, ____ de ___________ de 2013
____________________________________________
Acadêmico(a)
_________________________________________________
Acadêmico(a)
____________________________________________
Professor orientador
_________________________________________________
Professor coorientador
____________________________________________
Coordenador do Curso
1
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2 – DESCRIÇÃO DO PROJETO
Orientações para organização do texto( projeto): Fonte: Times New Roman ou Arial, 12.
Espaçamento entre linhas simples, o texto deverá estar justificado. Todos os autores
deverão estar corretamente citados no texto e descritos nas referências.
Avaliação da energia de superfície de filmes Tipo de Projeto ( 12 meses )
finos de TiO2 depositados sobre compósitos de resina ( ) Elaborado pelo acadêmico em conjunto com o
isoftálica reforçada com fibra de vidro.
professor orientador;
Título do Projeto:
(X) Apresentado pela instituição;
Resumo do Projeto
O compósito polimérico reforçado com fibra de vidro (PRFV) é largamente aplicado na
indústria para fabricação de componentes estruturais leves devido a sua boa resistência mecânica. O
presente trabalho estuda a variação da energia de superfície deste material compósito com a adição
de um revestimento cerâmico de dióxido de titânio. Este último é conhecido pelas suas propriedades
fotoinduzidas e pelo efeito de fotohidrofilicidade. Os filmes serão depositados sobre o substrato
polimérico por meio de tecnologia de plasma e sua energia de superfície determinada indiretamente
através de medidas de molhabilidade. O objetivo final é verificar a possibilidade do desenvolvimento
de componentes estruturais com superfície autolimpante.
Texto limitado em até 200 palavras
Problematizacão (Problema de pesquisa)
Desenvolver filmes de TiO2 semicondutor, com boa aderência e preferencialmente cristalino
sobre o substrato de PRFV. Verificar a ocorrência de processos fotoinduzidos no sistema estudado
por meio da determinação das energias de superfície em função da exposição controlada de luz
ultravioleta, por meio de medidas da molhabilidade.
Texto limitado a 20 linhas
Justificativa (descrever o problema de pesquisa e sua importância científica , tecnológica e sócio-econômico-ambiental para a
região )
A determinação da viabilização técnica para o desenvolvimento de componentes mecânicos
estruturais, de baixo peso e que apresentem superfícies autolimpantes é de interesse econômico e
constitui grande inovação tecnológica, principalmente nas áreas de engenharia naval e aeroespacial,
onde o acúmulo de resíduos nas paredes desses componentes comprometem sua utilização e
acarretam elevados custos para a remoção dos mesmos.
Ainda, do ponto de vista científico e acadêmico, o estudo dos principais fatores que
influenciam a eficiência dos processos fotoinduzidos, principalmente devido as características
morfológicas e estruturais do filme e de sua interface com o substrato, contribuirá para o acadêmico
desenvolver sua capacidade de trabalho para estudos avançados e para a realização das etapas
compreendidas no âmbito da pesquisa científica.
Texto limitado a 20 linhas
2
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Objetivo Geral: ( Onde estamos....Onde queremos chegar.)
A técnica para a produção de filmes finos de TiO2 cristalino está dominada. O objetivo
consiste em medir e avaliar a variação da energia de superfície do sistema substrato PRFV / TiO2.
Texto limitado a 05 linhas
Objetivos específicos ( Etapas que devem ser cumpridas para se atingir o objetivo geral.)
•
•
•
•
•
Preparar e produzir amostras de PRFV.
Depositar filmes de TiO2 sobre as amostras geradas.
Construir aparato experimental para a medida da molhabilidade de superfícies.
Estudar e compreender a natureza dos processos fotoinduzidos bem como os mecanismos
envolvidos no efeito de hidrofilicidade fotoinduzida.
Verificar a ocorrência destes efeitos no sistema estudado.
Texto limitado a 15 linhas
Metodologia (Descrição dos procedimentos, instrumentos( questionários, formulários, entrevistas, softwares), técnicas e
materiais(equipamentos) a serem utilizados na execução do projeto).
1. Fabricação das amostras de PRFV
As amostras são fabricadas com materiais isoftálicos que consiste em gel de superfície e
resina com fibra. A resina isoftálica tem em sua composição o acido isofitálico, que apresenta melhor
resistência química, podendo ser aplicado em moldes onde se quer um ponto maior de
termodistorção. Prepara-se uma quantidade de gel isofitálico com 2% de catalisador e aplica-se em
um molde apropriado. O catalisador é para a cura do gel e o qual se dá entre 10 a 15 minutos.
Após a cura é aplicada a resina isofitálica juntamente com a fibra a qual se quer utilizar. Essa
mistura de resina e fibra também possui em sua composição o catalisador à 2% para a cura. A
utilização da amostra para o seu devido fim é feita após um intervalo de 72 horas para a sua cura
total.
Esta etapa do projeto será realizada na empresa LAN Ltda.
2. Deposição e Caracterização dos Filmes Finos de TiO2.
Os filmes serão depositados por sputtering pela técnica conhecida como Triodo-MagnetronSputtering (FONTANA, 1997), no reator do Laboratório de Plasma da Universidade do Estado de
Santa Catarina (LABPLASMA – UDESC Joinville). Os filmes gerados serão caracterizados quanto a
sua espessura (perfilometria), morfologia (Difratometria de Raios X, de acordo com a
disponibilidade do equipamento) e fotohidrofilicidade (molhabilidade).
•
Materiais: Alvo de Titânio de alta pureza (132 mm x 100 mm), gases de trabalho (O2
e Ar).
•
Equipamentos: Reator a plasma para deposição dos filmes finos, Difratômetro de
Raios X e outros equipamentos de caracterização.
3
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3. Medida da energia de superfície.
As amostras com os filmes de TiO2 terão sua superfície pré-ativada através da irradiação de
luz ultravioleta de uma lâmpada de mercúrio de 4 W de potência e emissão ótica no comprimento de
onda
. Serão avaliadas, por meio de medidas da molhabilidade, as superfícies de
amostras com e sem o filme de TiO2 depositado. A energia de superfície pode ser calculada pela
comparação dos ângulos de contato entre substâncias líquidas polares e apolares, e a superfície sólida
do filme.
•
Materiais:Água D.I., reagente apolar, sílica gel.
•
Equipamentos: Sistema de iluminação, Microseringa Hamilton, câmera fotográfica,
termohigrômetro e outros materiais de consumo de baixo custo.
Texto limitado em 02 página
Fundamentação Teórica
Na engenharia moderna, é freqüente a necessidade do desenvolvimento de projetos que
exijam materiais com combinações pouco comuns de propriedades. Isoladamente, estas propriedades
em geral não podem ser atendidas pelas ligas metálicas, cerâmicas e materiais poliméricos
convencionais. No entanto, pode-se desenvolver um material multifásico que exiba uma proporção
significativa das propriedades de ambas as fases que o constituem com o objetivo de estabelecer e
ampliar as mais variadas combinações de propriedades. Tais materiais são denominados de
compósitos. (CALLISTER JR, 2002)
Neste trabalho estudaremos a variação na energia de superfície num compósito polimérico
reforçado com fibra de vidro (PRFV) revestido por um filme fino de dióxido de titânio.
O substrato de PRFV estudado é constituído pela dispersão de finíssimos filamentos
de vidro em uma matriz polimérica de resina isoftálica. O PRFV tem alta resistência
à tração, flexão e impacto, sendo muito empregado em aplicações estruturais. É leve e não
conduz corrente elétrica, sendo utilizado também como isolante estrutural. Permite ampla
flexibilidade de projeto, possibilitando a moldagem de peças complexas, grandes ou pequenas, sem
emendas e com grande valor funcional e estético. Possui excepcional resistência a ambientes
altamente agressivos aos materiais convencionais. Pode ser produzido em moldes simples e baratos,
viabilizando a comercialização de peças grandes e complexas, com baixos volumes de produção.
O dióxido de titânio, em sua forma cristalina, pode ser encontrado em três estruturas
principais: rutile (tetragonal), anatase (tetragonal) e brookite (ortorômbica). No entanto, somente as
fases anatase e rutile exercem um papel importante nas aplicações tecnológicas do TiO2 (DIEBOLD,
2003). A síntese deste filme será obtida mediante processo de deposição na fase vapor, assistido à
plasma.
A avaliação da variação da energia de superfície do TiO2 em sua utilização como
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revestimento de um PRFV pode ocorrer devido aos processos fotoinduzidos caracteristicos deste
revestimento e que podem contribuir para o desenvolvimento de superfícies autolimpantes.
Os processos fotoinduzidos fundamentam-se no fato do TiO2 ser um material semicondutor, e
portanto, com uma energia de band gap característica entre a banda de valência e a banda de
condução. Quando um fóton de energia maior ou igual ao band gap deste material (em torno de 3
eV) incide sobre a sua superfície, um elétron (e-) é excitado para a banda de condução, gerando
respectivamente um portador de carga positiva, denominada buraco (h+), na banda de valência. Estes
pares de portadores de carga excitados podem migrar pela superfície do material de forma
independente, até que alguma das seguintes possibilidades ocorra (FUJISHIMA, et al., 2000)
(LINSEBIGLER, et al., 1995):
1) Partículas elétron e buraco se encontram e se recombinam;
2) Elétrons excitados podem ser utilizados para gerar energia elétrica em células solares
fotovoltaicas;
3) Elétrons e buracos podem promover reações químicas na superfície do material (reações de
fotocatálise heterogênea);
4) Armadilhas geradas por buracos na superfície do TiO2 podem aumentar a molhabilidade do
material (fenômeno conhecido como hidrofilicidade fotoinduzida (HFI) ou fotohidrofilicidade).
Portanto, impedir ou dificultar a recombinação dos portadores de carga é fundamental para
obter filmes de TiO2 com alto rendimento quântico. Alguns autores (CARP, et al., 2004;
FUJISHIMA, et al., 2008) sinalizam para a influência que características como estrutura, morfologia,
defeitos e área superficial do filme exercem sobre os processos fotoinduzidos.
O processo de fabricação do filme de TiO2 exerce papel importante, uma vez que a presença
e a natureza de defeitos muitas vezes são características do processo de síntese adotado. As técnicas
de sputtering assistidas por plasma que são utilizadas neste trabalho para a obtenção de filmes
promovem a deposição de espécies em fase vapor. São processos não poluentes, que dispensam
precursores químicos e permitem o controle sobre as características finais do filme (como
microestrutura, morfologia e composição química) através do ajuste dos vários parâmetros de
processo (composição da atmosfera gasosa, pressão, potência, entre outros). O processo assistido por
plasma que será empregado na produção dos filmes de TiO2 é o magnetron sputtering reativo.
(KRISHNA, et al., 2011) (SPROUL, et al., 2005) (TAKEDA, 2001).
Texto limitado em até 05 páginas
3. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ETAPA OU FASE DO PROJETO
Objetivo Específico
Etapa/Fase (O que?)
Especificação (Como?)
Início
Semanas e meses
Término
Semanas e meses
5
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Objetivo Específico
Compreender a
natureza dos processos
fotoinduzidos do TiO2 e
suas aplicações
Estudar sobre o
processo de deposição
utilizado e sua
influência sobre as
propriedades do filme
Estudar a técnica de
medida de energias de
superfície
Debater sobre a
pesquisa e o andamento
do projeto
Montar aparato
experimental para
medidas de ângulos de
contato.
Gerar corpos de prova
de PRFV.
Etapa/Fase (O que?)
Especificação (Como?)
Início
Semanas e meses
Término
Semanas e meses
Revisão da Literatura
Pesquisa na literatura
especializada.
15/04/2013
15/09/2013
Revisão da Literatura
Pesquisa na literatura
especializada.
15/04/2013
15/05/2013
Revisão da Literatura
Pesquisa na literatura
especializada.
15/04/2013
15/05/2013
15/04/2013
15/09/2013
15/05/2013
15/06/2013
15/04/2013
15/05/2013
15/04/2013
15/06/2013
15/05/2013
15/07/2013
15/05/2013
15/08/2013
15/04/2013
15/09/2013
Seminários
Apresentação e
discussão na forma de
seminários.
Experimental
Projetar, montar e testar
sistema para medida da
molhabilidade (ângulos
de contato).
Preparação de amostras
Construir molde
apropriado, fabricar
amostras aplicando
técnicas apropriadas de
manufatura.
Obtenção de filmes
Deposição dos filmes
Depositar filmes via
finos de TiO2 sobre
Triodo-Magnetronsubstratos de PRFV.
Sputtering, com
parâmetros de processo
pré-determinados.
Identificar a fase
Caracterização das
Realizar difratometria
cristalina do filme
amostras
de raios X, de acordo
depositado.
com a disponibilidade
do equipamento.
Caracterização das
Executar medidas, de
Medir os ângulos de
contato, calcular as
amostras
forma criteriosa e
energias de superfície e
sistemática. Realizar
identificar o efeito de
tratamento adequado
fotohidrofilicidade.
dos dados, analisar
resultados.
Publicar/divulgar os
Publicação
Apresentar os resultados
resultados.
(apresentação) dos do trabalho oralmente e
resultados por meio de
por escrito, durante
relatórios, artigos ou
eventos específicos
pôster.
realizados pela
instituição, para o
conhecimento do
professor orientador ou
se pertinente, em
publicações
especializadas.
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4. REFERÊNCIAS
CALLISTER JR, W.D. 2002. Ciência e Engenharia de Materiais. 5ª. Rio de Janeiro : LTC,
2002.
CARP, O, HUISMAN, C.L e RELLER, A. 2004. Photoinduced reactivity of titanium
dioxide. Progress inSolid State Chemistry. 2004, Vol. 32, pp. 33-177.
DIEBOLD, U. 2003. The surface science of titanium dioxide. Surface Science Reports.
2003, Vol. 48, pp. 53-229.
FUJISHIMA, A, RAO, T.N e TRYK, D.A. 2000. Titanium dioxide photocatalysis. Journal
of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. 2000, Vol. 1, pp. 1-21.
FUJISHIMA, A., ZHANG, X. e TRYK, D.A. 2008. TiO2 photocatalysis and related
surface phenomena. Surface Science Reports. 2008, Vol. 63, pp. 515-582.
LINSEBIGLER, A.L, GUANGQUAN, L e YATES JR, J.T. 1995. Photocatalysis on TiO2
surfaces: principles, mechanisms, and selected results. Chemical Review. 1995, Vol. 95, pp.
735-758.
OHRING, M. 1992. The materials science of thin films. San Diego : Academic Press,
Harcourt Brace & Company Publishers, 1992. pp. 79-119.
SPROUL, W.D., CHRISTIE, D.J. e CARTER, D.C. 2005. Control of reactive sputtering
processes. Thin Solid Films. 2005, Vol. 491, pp. 1-17.
TAKEDA, S. et al. 2001. Photocatalytic TiO2 thin film deposited onto glass by d.c.
magnetron sputtering. Thin Solid Films. 2001, Vol. 392, pp. 338-344.
ZHAO, X-T., et al. 2006. Hydrophilicity of TiO2 thin films obtained by RF magnetron
sputtering deposition. Current Applied Physics. 2006, Vol. 6, pp. 931-933.
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