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Filmes super-hidrofóbicos biomimetizados a partir de estruturas hierárquicas da superfície de folhas de espécies vegetais da caatinga

OLIVEIRA, Petrus d'Amorim Santa Cruz, também é conhecido em citações bibliográficas por: SANTA CRUZ, Petrus d'Amorim

Main Author: SOUSA, Felipe Leon Nascimento de
Other Authors: OLIVEIRA, Petrus d'Amorim Santa Cruz
Format: masterThesis
Language: por
Published: Universidade Federal de Pernambuco 2019
Subjects:
Ciência de Materiais
Biomimética
Hidrofobicidade
Online Access: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/29850
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id ir-123456789-29850
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spelling ir-123456789-298502019-10-26T05:17:16Z Filmes super-hidrofóbicos biomimetizados a partir de estruturas hierárquicas da superfície de folhas de espécies vegetais da caatinga SOUSA, Felipe Leon Nascimento de OLIVEIRA, Petrus d'Amorim Santa Cruz http://lattes.cnpq.br/7839505726111397 http://lattes.cnpq.br/4649660104722379 Ciência de Materiais Biomimética Hidrofobicidade OLIVEIRA, Petrus d'Amorim Santa Cruz, também é conhecido em citações bibliográficas por: SANTA CRUZ, Petrus d'Amorim O Brasil faz parte dos 17 países megabiodiversos e o território brasileiro conta com 22% do total aproximado das 350.000 plantas superiores existentes no Planeta. Esta megabiodiversidade traduz-se no potencial biomimético para avanços em tecnologia de sensores e atuadores, sendo um dos focos da 6ª Onda de Inovação Tecnológica. Neste trabalho investigamos parte do potencial biomimético, em especial relacionado à hidrofobicidade, de espécies vegetais da Caatinga. Oito espécies tiveram suas estruturas de superfície investigadas e uma foi selecionada como template natural para ser replicada em polímero, juntamente com a Colocasia esculenta ‘black magic’, tomada como padrão. As espécies da Caatinga mostraram ângulos de contato entre 103º a 148º, apontando que as superfícies obedecem a um regime hidrofóbico e algumas espécies, como a Himerea tiubae (148º), dentro de um regime de super-hidrofobicidade semelhante ao observado para a C. esculenta ‘black magic’. As estruturas de superfície das espécies Simaba ferruginea e C. esculenta ‘black magic’ foram replicadas a partir da não-adesão de polímeros, utilizando o PDMS para obtenção dos templates negativos e PVB para obtenção das réplicas biomiméticas. As superfícies dos filmes foram caracterizadas por SEM e verificou-se a reprodução e a fidelidade dimensional das estruturas hierárquicas presentes nas duas espécies. Foi utilizado o modelo de molhabilidade de Cassie-Baxter para determinação da tensão superficial das superfícies naturais e dos filmes biomiméticos, estes últimos apresentando valores de ângulo de contato para água de 79 a 131º, cerca 30º de graus menor que o natural, mostrando a influência da energia de superfície dos materiais poliméricos utilizados. Objetivando aplicações, analisou-se a evolução dos ângulos de contato em função da presença de etanol e NaCl na água, em diversas concentrações. Os resultados apontaram que a presença de aditivos ou contaminantes na água podem ser averiguados por meio da mudança do ângulo de contato de uma gota sobre as réplicas biomiméticas. O método de replicação de estruturas biológicas utilizado, explorando a não-adesão de polímeros, apresentou resultados eficientes para replicar superfícies em escala micro- e nanométricas, com estabilidade mecânica, rapidez e baixo custo para modelagem das superfícies. Uma Prova de Conceito para aplicações foi realizada com êxito. CNPq Brazil is one of the 17 mega-biodiverse countries and the Brazilian territory contain 22 % of approximated total of 350.000 superior plants of the Planet. This mega-biodiversity results in a large biomimetic potential for advances in technology of devices (sensors and actuators) and new materials, inside the 6th Innovation Wave. In this work we investigate part of the biomimetic potential, especially related to the hydrophobicity, of Caatinga plant species. Eight species had their surface structures investigated and one was selected as a natural template to be replicated in polymer, along with Colocasia esculenta 'black magic', taken as standard. The Caatinga species showed contact angles between 103º and 148º, indicating that the surfaces obey a hydrophobic regime and some species, such as Himerea tiubae (148º), within a regime of superhydrophobicity similar to that observed for C. esculenta 'black magic'. The surface structures of the species Simaba ferruginea and C. esculenta 'black magic' were replicated from the non-adhesion of polymers, using the PDMS to obtain the negative templates and PVB to obtain the biomimetic replicas. The surfaces of the films were characterized by SEM and the reproduction and dimensional fidelity of the hierarchical structures present in the two species were verified. The Cassie-Baxter wettability model was used to determine the surface tension of natural surfaces and biomimetic films, the latter having contact angle values for water of 79 º to 131 °, about 30 ° of degrees lower than the natural one, showing the influence of the surface energy of the polymeric materials used. Aiming applications, the evolution of the contact angles was analyzed as a function of the presence of ethanol and NaCl in the water, in several concentrations. The results showed that the presence of additives or contaminants in the water can be ascertained by changing the contact angle of a drop on the biomimetic replicas. The method of replication of biological structures used to exploit the non-adhesion of polymers presented efficient results to replicate micro- and nano-scale surfaces with mechanical stability, rapidity and low cost for surface modeling. A Proof of Concept for applications was successfully completed. 2019-03-21T15:46:23Z 2019-03-21T15:46:23Z 2017-08-22 masterThesis https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/29850 por embargoedAccess Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ application/pdf Universidade Federal de Pernambuco UFPE Brasil Programa de Pos Graduacao em Ciencia de Materiais
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