Veja o que aconteceu no 6º Simpósio SAE BRASIL de Novos Materiais e Nanotecnologia!!! Aproveite e conheça as novidades dos novos materiais da área automobilística.

1. Caracterização de Materiais
Nanoprojetados para o Setor
Automotivo
Henrique Kajiyama, Technical Manager
Geisi Barreto, Applications Scientist
MALVERN INSTRUMENTS
2015

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. NANOPARTICLE TRACKING
ANALYSIS
Tamanho e Concentração

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. 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. 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. ESPALHAMENTO DE LUZ DINÂMICA
Espectroscopia de Correlação de Fótons
Tamanho

17. Laser
Distribuição de Tamanho Função da Correlação Flutuação da Intensidade
Princípio de Medição – DLS
Movimento Browniano

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. ESPALHAMENTO DE LUZ ELETROFORÉTICA
Eletroforese por efeito Doppler com Laser
Potencial Zeta – Estabilidade

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. 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. Princípio de Medição – Potencial Zeta e Tamanho
https://www.youtube.com/watch?v=UYxBU-6HVnE

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