Ativação por laser pulsado da liga TiVNbCr para armazenagem de hidrogênio
| Ano de defesa: | 2026 |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
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| Palavras-chave em Português: | |
| Palavras-chave em Inglês: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23660 |
Resumo: | Multicomponent alloys are a safer and efficient way of storing hydrogen, as they can react reversibly with H to form hydrides. Alloys from the Ti-V-Nb-Cr system, for example, form hydrides capable of storing about 3 wt.% of H. However, when these alloys are exposed to air for long periods, due to surface contamination, it is necessary to perform activation procedures required to restore their hydrogen storage properties. In this context, our group was the pioneer in reporting a new activation method based on the use of a pulsed laser, called PLA (Pulsed Laser Activation). However, the mechanisms involved in laser-matter interaction during the PLA method are not completely understood. Thus, the main objective of this master's project is to investigate the pulsed laser activation (PLA) process of an equiatomic Ti-V-Nb-Cr alloy for hydrogen storage, advancing the understanding of the mechanisms involved in the PLA method. For this purpose, samples of the pure metals and an equiatomic alloy of the Ti-V-Nb-Cr system were prepared under five main conditions and their combinations: 1) pristine, 2) aged in air, 3) aged in water, 4) after thermal activation, and 5) after the PLA method. They were then characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), surface roughness (RA), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-Vis spectroscopy, and a Sieverts-type volumetric apparatus. The results showed that the PLA method was effective as an activation method only for the equiatomic TiVNbCr alloy, promoting high hydrogen capacity and kinetics, reaching 3 wt.% of H in just one minute. Surface analyses also revealed that the PLA method induces surface remelting, increased roughness, the formation of holes and cracks, and the formation of an oxide layer rich in Ti, factors that contribute to the material’s activation. |
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Cameirão, Ana RodriguesZepon, Guilhermehttp://lattes.cnpq.br/7924187202036614Almeida, Juliana Mara Pinto dehttp://lattes.cnpq.br/7830925338249360http://lattes.cnpq.br/5533955962742292https://orcid.org/0000-0001-9138-7607https://orcid.org/0000-0002-5852-9076Zepon, GuilhermeLeiva, Daniel RodrigoNeto, Ricardo Mendes Lealhttp://lattes.cnpq.br/7924187202036614http://lattes.cnpq.br/6576844591900987http://lattes.cnpq.br/32706153147179882026-02-23T12:41:34Z2026-02-19CAMEIRÃO, Ana Rodrigues. Ativação por laser pulsado da liga TiVNbCr para armazenagem de hidrogênio. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23660.https://hdl.handle.net/20.500.14289/23660Multicomponent alloys are a safer and efficient way of storing hydrogen, as they can react reversibly with H to form hydrides. Alloys from the Ti-V-Nb-Cr system, for example, form hydrides capable of storing about 3 wt.% of H. However, when these alloys are exposed to air for long periods, due to surface contamination, it is necessary to perform activation procedures required to restore their hydrogen storage properties. In this context, our group was the pioneer in reporting a new activation method based on the use of a pulsed laser, called PLA (Pulsed Laser Activation). However, the mechanisms involved in laser-matter interaction during the PLA method are not completely understood. Thus, the main objective of this master's project is to investigate the pulsed laser activation (PLA) process of an equiatomic Ti-V-Nb-Cr alloy for hydrogen storage, advancing the understanding of the mechanisms involved in the PLA method. For this purpose, samples of the pure metals and an equiatomic alloy of the Ti-V-Nb-Cr system were prepared under five main conditions and their combinations: 1) pristine, 2) aged in air, 3) aged in water, 4) after thermal activation, and 5) after the PLA method. They were then characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), surface roughness (RA), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-Vis spectroscopy, and a Sieverts-type volumetric apparatus. The results showed that the PLA method was effective as an activation method only for the equiatomic TiVNbCr alloy, promoting high hydrogen capacity and kinetics, reaching 3 wt.% of H in just one minute. Surface analyses also revealed that the PLA method induces surface remelting, increased roughness, the formation of holes and cracks, and the formation of an oxide layer rich in Ti, factors that contribute to the material’s activation.Ligas multicomponentes são uma forma segura e eficiente de armazenar hidrogênio, pois podem reagir reversivelmente com o H, formando hidretos de metais. Ligas do sistema Ti-V-Nb-Cr, por exemplo, formam hidretos capazes de armazenar cerca de 3 %p. de H. Porém, quando expostas ao ar por longos períodos, devido à contaminação superficial, faz-se necessária a realização de procedimentos de ativação para restauração das propriedades de armazenagem de hidrogênio. Nesse contexto, nosso grupo foi o pioneiro em reportar um novo método de ativação baseado no uso de um laser pulsado, denominado de PLA (do inglês, Pulsed Laser Activation). Porém, os mecanismos envolvidos na interação laser-metal durante o método de PLA ainda são pouco compreendidos. Assim, este projeto de mestrado tem como principal objetivo investigar o processo de ativação por laser pulsado (PLA) de uma liga equiatômica do sistema Ti-V-Nb-Cr para armazenagem de hidrogênio, avançando na compreensão dos mecanismos de funcionamento do método PLA. Para isso, amostras dos metais puros e de uma liga equiatômica do sistema Ti-V-Nb-Cr foram preparadas em cinco condições principais e suas combinações, a saber, 1) como fundida/recebida, 2) expostas ao ar, 3) expostas à água, 4) ativadas termicamente, e 5) ativadas pelo método PLA. Em seguida, fora caracterizadas por técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), rugosidade superficial (RA), difração de raios-X (DRX), espectroscopia de fotoelétrons por raios-X (XPS), espectroscopia por UV-Vis e por um aparato volumétrico tipo Sieverts. Os resultados demonstraram que o método PLA foi efetivo como método de ativação apenas para a liga TiVNbCr equiatômica, promovendo elevada capacidade e cinética de absorção de hidrogênio, atingindo 3 %p. de H em apenas um minuto. Análises superficiais revelaram que o PLA induz refusão superficial, aumento da rugosidade, formação de buracos e trincas, além da formação de uma camada de óxido rico em Ti, fatores que podem contribuir para a ativação do material.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 2024/03659-8, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo nº 88887.952498/2024-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessMulticomponent alloysHydrogen storageMetal hydridesActivationPulsed laser activation (PLA)ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA7. Energia limpa e acessívelLigas multicomponentesArmazenamento de hidrogênioHidretos de metaisAtivação de hidrogênioAtivação por laser pulsado (PLA)Ativação por laser pulsado da liga TiVNbCr para armazenagem de hidrogênioPulsed laser activation of the TiVNbCr alloy for hydrogen storageinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALAna Rodrigues Cameirão - Dissertação.pdfAna Rodrigues Cameirão - Dissertação.pdfapplication/pdf4916432https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/5ac1a284-f14b-4937-be22-e0d0e765b157/downloade5739fb82624f0a016777a769edb9096MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2dc190d1-86f7-4d2f-a44b-08835569a301/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD52falseAnonymousREADTEXTAna Rodrigues Cameirão - Dissertação.pdf.txtAna Rodrigues Cameirão - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain103866https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a4a3ca8a-c522-4742-97d6-d5345f7ce362/download1dc166ca470b619d21fa6d5f860a3200MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILAna Rodrigues Cameirão - Dissertação.pdf.jpgAna Rodrigues Cameirão - Dissertação.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3665https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9bb6a981-1e91-4144-8446-338cde1f3d79/download55cb4a7fa4e61c81f61d1d4107b4b789MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/236602026-02-24T03:02:53.756387Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23660https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222026-02-24T03:02:53Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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