dc.creator | Cardoso, Frantchescole Borges | |
dc.date.accessioned | 2025-09-02T10:53:19Z | |
dc.date.available | 2025-09-01 | |
dc.date.available | 2025-09-02T10:53:19Z | |
dc.date.issued | 2025-06-27 | |
dc.identifier.citation | CARDOSO, Frantchescole Borges. Comportamento em Fluência sob Variação de Temperatura e Condutividade Elétrica em Solicitação Cíclica de Filamentos de Nanotubos de Carbono. Orientadora: Alice Gonçalves Osório. 2025. 57 f. Dissertação (Mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Centro de Desenvolvimento Tecnológico. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2025. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/17242 | |
dc.description.abstract | The popularization of portable electronic devices intensifies the pursuit of increasingly
flexible, adaptable, and energetically self-sufficient systems. The structural rigidity of
traditional electronics and the need for power supply from conventional batteries
represent barriers to technological advancement. In this scenario, nanomaterials,
especially carbon-based ones, prove to be promising options for developing
increasingly compact flexible devices. Moreover, these materials are capable of
harvesting energy from environmental sources, such as light, thermal, mechanical,
etc., and converting it into usable energy, making them self-sufficient. Regarding
mechanical energy harvesting, carbon nanotube yarns (CNTYs) have shown potential
as an alternative for this application. Besides their excellent mechanical and electrical
properties, these nanotubes in the form of macroscopic yarns also exhibit the ability to
convert mechanical energy into electrical energy, enabling their use as sensors,
actuators, artificial muscles, among others. Although there are high expectations
surrounding these materials, they are still at the frontier of knowledge and require
further studies for a better understanding of their characteristics and responses,
especially in adverse and extreme environments, such as dynamic loading and
temperature variations. In this context, the present project aimed to evaluate CNTYs
under static and dynamic conditions, as well as to assess their electrical response
under dynamic loading. For this, CNTYs were produced by the forest spinning method,
manufactured with 5 layers of nanotube films with a width of 55 mm, twisted 2000 times
per meter, and densified with acetone. During the twisting process, the yarns were
tensioned with a 5 g load. The nanotubes were characterized by microscopy and
Raman spectroscopy. Subsequently, they were evaluated by tensile and creep
mechanical tests, where the creep was based on the percentage of the breaking load
obtained in the tensile tests (50, 70, and 80% YBL). Furthermore, these tests were
performed with temperature variation (25 and 50°C). After the mechanical tests,
filament fracture was evaluated by scanning electron microscopy, seeking to
understand the mechanism undergone by the yarns. Additionally, the electrical
conductivity of the yarns was evaluated in situ during defined fatigue cycles, to
understand the influence of CNTY stretching under cyclic tensile/relaxation loads on
their electrical conductivity. The production resulted in dense, uniform yarns with good
reproducibility, having an average diameter of 89.69 ± 3.47 µm, an average helix angle
of 28.56 ± 1.87º, and an average maximum tensile load of 1.65 ± 0.5 N. Their failure
mechanism showed mechanical densification preceding rupture. Initially, there is an
elimination of voids in the structure, generating greater interaction between them.
Under creep, the yarns tested at 50ºC presented shorter failure times compared to
those at 25ºC, attributed to the thermal agitation caused by the high temperature.
Strain increased with higher load percentages for both temperatures. Regarding
electrical behavior, the cycles of mechanical loading provided improvements in the
yarn’s electrical conductivity due to the possible approximation of nanotubes and
elimination of voids in the structure. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Filamentos de nanotubos de carbono | pt_BR |
dc.subject | Fluência | pt_BR |
dc.subject | Fadiga | pt_BR |
dc.subject | Condutividade elétrica | pt_BR |
dc.subject | Carbon nanotube yarns | pt_BR |
dc.subject | Creep | pt_BR |
dc.subject | Fatigue | pt_BR |
dc.subject | Electrical conductivity | pt_BR |
dc.title | Comportamento em fluência sob variação de temperatura e condutividade elétrica em solicitação cíclica de filamentos de nanotubos de carbono | pt_BR |
dc.title.alternative | Creep Behavior under Temperature Variation and Electrical Conductivity under Cyclic Loading of Carbon Nanotube Filaments | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/9560527889560260 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/1390205328932584 | pt_BR |
dc.description.resumo | A popularização de dispositivos eletrônicos portáteis faz com que a busca por
sistemas cada vez mais flexíveis, adaptáveis e energeticamente autossuficientes se
intensifique. A rigidez estrutural da eletrônica tradicional e a necessidade de
fornecimento de energia a partir de baterias convencionais representam barreiras ao
avanço tecnológico. Nesse cenário os nanomateriais, especialmente à base de
carbono, se mostram opções promissoras para o desenvolvimento de dispositivos
flexíveis cada vez mais compactos. Além disso, esses materiais são capazes de
capturar a energia de fontes ambientais, como fontes luminosas, térmicas, mecânicas,
etc., e transformá-las em energia utilizável, tornando-os autossuficientes. Se tratando
de colheita mecânica de energia, os filamentos de nanotubos de carbono (CNTYs)
tem se mostrado uma alternativa em potencial para essa aplicação. Além das suas
excelentes propriedades mecânicas e elétricas, esses nanotubos na forma de
filamentos macroscópicos apresentam, também, a capacidade de converter energia
mecânica em elétrica, possibilitando sua utilização como sensores, atuadores,
músculos artificiais, entre outros. Embora haja grande expectativa em torno desses
materiais, eles ainda se encontram na fronteira do conhecimento e requerem mais
estudos para uma melhor compreensão de suas características e respostas,
principalmente em ambientes adversos e extremos, como solicitações dinâmicas e
variação de temperatura. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo a
avaliação de CNTYs em condições estáticas e dinâmicas, bem como avaliação de
resposta elétrica em solicitações dinâmicas. Para isso, CNTYs foram produzidos pelo
método forest spinning, sendo confeccionados com 5 camadas de filmes de
nanotubos com largura de 55 mm, torcidos 2000 vezes por metro, e densificados com
acetona. Durante o processo de torção, os filamentos foram tensionados com uma
carga de 5 g. Os nanotubos foram caracterizados por microscopia e espectroscopia
Raman. Posteriormente, foram avaliados por ensaios mecânicos de tração e fluência,
onde a fluência foi baseada no percentual da carga de ruptura obtida nos testes de
tração (50, 70 e 80% YBL) da carga de ruptura. Ainda, esses ensaios foram realizados
com variação de temperatura, (25 e 50°C). Após os ensaios mecânicos, a ruptura dos
filamentos foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura, buscando entender o
mecanismo sofrido pelos filamentos. Além disso, a condutividade elétrica dos
filamentos foi avaliada de forma in situ, durante ciclos definidos de fadiga, de modo a
entender a influência dos estiramentos dos CNTYs sob cargas cíclicas de
tração/relaxamento na sua condutividade elétrica. A produção resultou em filamentos
densos, uniformes e com boa reprodutibilidade, tendo seu diâmetro médio de 89,69 ±
3,47 µm, ângulo de hélice médio de 28,56 ± 1,87º e carga máxima sob tração em
média de 1,65 ± 0,5 N. Seu mecanismo de falha apresentou uma densificação
mecânica que precede a ruptura. Inicialmente há uma eliminação de vazios na
estrutura gerando maior interação entre eles. Sob fluência os filamentos ensaiados
em 50ºC apresentaram tempos de falha menores se comparados aos de 25ºC,
atribuído a agitação térmica ocasionada pela alta temperatura. A deformação cresceu
com o aumento do percentual de carga para ambas as temperaturas. Quanto ao
comportamento elétrico, os ciclos de solicitação mecânica proporcionaram melhorias
na condutividade elétrica dos filamentos devido a possível aproximação dos
nanotubos e eliminação de vazio na estrutura. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Osório, Alice Gonçalves | |
dc.subject.cnpq1 | ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA | pt_BR |