Abstract Alumina is a polymorphic bioceramic that has been extensively investigated for application in bone regeneration. Dense α-alumina has been considered a suitable biomaterial for dental and orthopedic implants due to its superior mechanical properties. However, its use is limited due to its high inertia in a biological environment. Recent investigations have focused on its distinct phases and surface characteristics through the control of morphology, physical properties, and chemical composition to enhance bioactivity. This article presents a brief review of the developments in porous α-alumina and amorphous-γ-alumina transition. Most studies have shown that composites and alumina coated with bioactive materials, high surface area, and hydroxylated surface can significantly improve biological properties. Cellular responses such as fixation, growth, and proliferation, as well as biomineralization, are the main studies to validate improvements in bioactive properties.

Abstract Titanium dioxide (TiO2) has attracted interest for sensory applications due to its high surface area and the high density of active adsorption sites. This review shows the effect of the nanostructure, synthesis technique, operating temperature, target gas, and the impact of incorporating metallic elements on the detection properties of TiO2. The studies showed that the TiO2 gas detection process is closely related to surface reactions. Therefore, sensing properties, such as sensitivity, response time, and recovery, vary with factors that influence the surface reactions, such as chemical elements, morphology, microstructure of the depletion layer, and operating temperature.

Abstract In recent years there is a high interest in the freeze-casting process because it is a simple, economical, and environmentally friendly method for obtaining highly porous materials. Most of the materials obtained by this technique have directional pore structure and anisotropic properties. However, a wide range of pore size and morphology can be obtained by the control of processing parameters, such as solvent type, solids concentration, particle size, freezing rate, and types of additives. The varied morphologies permit the application of freeze-casted materials in various technological applications. However, despite the high amount of studies about freeze-casting of ceramic materials in the last years, review articles addressing the influence of processing parameters on the pore characteristics of obtained ceramics are still scanty. Therefore, this review addresses the influence of freeze-casting process parameters on the pore characteristics of the ceramic materials.

Resumo Nanofibras de CaFe2O4 foram sintetizadas com sucesso via solution blow spinning (SBS) e as influências do tratamento térmico nas propriedades morfológicas, microestruturais, magnéticas e óticas das nanofibras foram avaliadas. No processo de síntese, quantidades estequiométricas de nitratos de ferro e cálcio foram dissolvidos em solução aquosa contendo polivinilpirrolidona (PVP) e, em seguida, nanofibras híbridas (PVP/precursores) foram produzidas por SBS. As nanofibras híbridas foram calcinadas e depois submetidas às caracterizações microestrutural, morfológica e magnética. Os resultados evidenciaram que as nanofibras apresentaram natureza cristalina de fase única CaFe2O4, com tamanho de cristalito de 31,7 e 34,4 nm para as amostras calcinadas a 800 e 1000 °C, respectivamente. As fibras de CaFe2O4 calcinadas a 600 e 800 °C apresentaram morfologia homogênea, sem beads e com diâmetros médios de 521 e 427 nm, respectivamente. Os resultados também revelaram nanofibras com baixos gaps de energia de aproximadamente 1,98 eV e características de materiais magnéticos macios.

Abstract CaFe2O4 nanofibers were successfully synthesized via solution blow spinning (SBS), and the influences of heat-treatment on morphological, microstructural, magnetic, and optical properties of the nanofibers were evaluated. In the synthesis process, stoichiometric amounts of iron and calcium nitrates were dissolved in an aqueous solution containing polyvinylpyrrolidone (PVP) and, after that, hybrid nanofibers (PVP/precursors) were produced by SBS. The hybrid nanofibers were calcined and then subjected to microstructural, morphological, and magnetic characterizations. The results evidenced that the fibers presented the crystalline nature of the single-phase CaFe2O4, with a crystallite size of 32.7 and 34.4 nm for the samples calcined at 800 and 1000 °C, respectively. The CaFe2O4 fibers calcined at 600 and 800 °C presented a homogeneous morphology, without beads, and mean diameters of 521 and 427 nm, respectively. The results also revealed nanofibers with low band gaps of approximately 1.98 eV and characteristics of soft magnetic materials.

Resumo Os materiais nanoestruturados à base de dióxido de titânio (TiO2) têm demonstrado grande potencial para uso em implantes graças às suas excelentes propriedades físico-químicas, como alta área superficial específica, capacidade de provocar resposta celular positiva e estabilidade nos fluidos corporais. No entanto, existem poucos estudos na literatura que se concentram no uso de TiO2 nanoestruturado para fins de suporte ao crescimento celular e regeneração óssea. O objetivo desta pesquisa é revisar o estado da arte do TiO2 para uso em implantes ósseos, além de fornecer informações sobre suas características e métodos de síntese. São descritos estudos das propriedades biológicas do TiO2 nanoestruturado, estabelecendo seu potencial para o campo biomédico.

Abstract Titanium dioxide (TiO2) based nanostructured materials have shown great potential for use in implants thanks to their excellent physicochemical properties, such as high specific surface area, ability to elicit positive cell response, and stability in body fluids. However, there are few studies in the literature that focus on the use of nanostructured TiO2 to support cell growth and bone regeneration. The purpose of this survey is to review the state of the art of TiO2 for use in bone implants, as well as provide insight into its characteristics and synthesis methods. Studies of the biological properties of nanostructured TiO2 are described, establishing its potential for the biomedical field.

Resumo No Brasil, as argilas bentoníticas não são naturalmente sódicas e é uma prática industrial a aditivação sódica, uma vez que o íon de sódio expande suas lamelas permitindo a penetração de uma maior quantidade de água. O objetivo foi analisar as influências da adição do carbonato de sódio na argila durante o processo de aditivação, do teor de umidade e do tempo de cura na troca de cátions e viscosidade de dispersões de argilas bentoníticas para fluidos de perfuração à base de água, uma vez que há escassez de estudos neste tema. Argilas bentoníticas recém descobertas do estado da Paraíba, Brasil, foram caracterizadas química, física e mineralogicamente e aditivadas com carbonato de sódio em solução aquosa (processo 1) ou na forma de pó (processo 2). Amostras com 25% a 60% de umidade (base seca) foram preparadas e submetidas a tempos de cura de 7 a 45 dias. O processo 1, como esperado, apresentou melhores resultados de troca catiônica, viscosidade e volume de filtrado. O tempo de cura ideal foi de 15 dias. Após esse período houve reversão das reações de troca de cátions.

Abstract In Brazil, bentonite clays are not naturally sodic and it is an industrial practice the sodium additivation, since sodium ion expands their lamellae allowing a larger amount of water to penetrate. The objective was to analyze the influences of the use of sodium carbonate on the clay during the additivation process, the moisture content and the cure time on cation exchange and viscosity of bentonite clay dispersions for water-based drilling fluids, since there is a shortage of studies on this subject. Newly discovered bentonite clays in Paraíba State, Brazil, were chemically, physically and mineralogically characterized and were additivated with sodium carbonate in aqueous solution (process 1) or in powder form (process 2). Samples with 25% to 60% of moisture (dry basis) were prepared and submitted to cure times of 7 to 45 days. Process 1, as expected, showed better results of cation exchange capacity, viscosity and filtrate volume. The ideal cure time was 15 days. After this period there was a reversal of the cation exchange reactions.

Resumo Novos depósitos de argila bentonítica foram descobertos no estado brasileiro da Paraíba, sendo o mais recente no município de Olivedos. Estudos recentes descobriram a presença de altos níveis de minerais não argilosos que podem produzir resultados insatisfatórios ao tentar usar essas argilas em fluidos de perfuração. Para torná-los adequados para esse fim, utilizaram-se MgO e CaCl2 como aditivos químicos e analisaram-se suas influências nas propriedades reológicas dessas argilas, utilizando técnica de planejamento experimental e análise estatística. As amostras foram obtidas utilizando modelagem experimental pela técnica de delineamento de misturas; inicialmente as argilas foram transformadas com compostos de sódio e posteriormente dosadas com MgO e CaCl2. As propriedades reológicas, viscosidade aparente (AV) e viscosidade plástica (PV), foram determinadas de acordo com a normativa da Petrobras (AV≥15 cP; PV≥4 cP). Os resultados mostraram que os valores de AV e PV aumentaram consideravelmente e que o MgO foi o aditivo que mais contribuiu para a melhoria dessas propriedades, tornando-os adequados para uso em fluidos de perfuração à base de água.

Abstract New deposits of bentonite clays have been discovered in the Brazilian State of Paraíba; the most recent was at the municipality of Olivedos. Recent studies have discovered the presence of high levels of non-clay minerals that can produce unsatisfactory results when attempting to use these clays in drilling fluids. In order to make them suitable for this purpose, the MgO and CaCl2 as chemical additives were used and their influences on the rheological properties of these clays were analyzed, using an experimental planning technique and statistical analysis. The samples were obtained using experimental modeling by the delineation of mixtures technique; first, the clays were transformed with sodium carbonate and then dosed with MgO and CaCl2. The rheological properties, apparent viscosity (AV) and plastic viscosity (PV) were determined according to the Petrobras standard (AV≥15 cP; PV≥4 cP). The results showed that the values of AV and PV increased considerably and that MgO was the additive that contributed most to the improvement of these properties, making these additives suitable for use in water-based drilling fluids.

Resumo A análise granulométrica é uma ferramenta básica no processo de caracterização de materiais particulados, podendo ser obtida por vários métodos, destacando-se os métodos do densímetro e difração a laser. No entanto, estas técnicas são baseadas em princípios físicos distintos, que geram resultados diferentes, causando dúvidas. O objetivo deste trabalho foi estudar ambos os métodos com a uniformização da preparação de amostras seguindo a norma brasileira (NBR 7181). Amostras de caulim e quartzo foram utilizadas para representar as frações argilosa e arenosa do solo, respectivamente, com composições variando de 100% a 0% de teor de caulim, obtendo curvas de distribuição granulométrica e respectivas frações de cada composição. Esses resultados foram comparados estatisticamente por análise de variância (teste F) e correlacionados por meio de regressão linear. A comparação estatística indicou uma forte dependência entre os métodos do densímetro e difração a laser com e sem a preparação da amostra, indicando uma correlação direta com 95% de confiança.

Abstract The granulometric analysis is a basic tool in the characterization process of particulate materials and can be determined through numerous methods, most notably the densimeter and laser diffraction methods. However, these techniques are based on distinct physical principles that can generate different results causing doubts. The objective of this paper was to study both methods, using a standardized sample preparation according to Brazilian standard NBR 7181. Kaolin and quartz samples were used to represent the clayey and sandy soil fractions, respectively, with compositions varying from 100% to 0% kaolin content. Granulometric distribution curves and respective fractions of each composition were determined. These results were statistically compared by analysis of variance (F-test) and correlated using linear regression. The statistical comparison indicated a strong dependence between the densitometer and laser diffraction methods with and without the same sample preparation, indicating a direct correlation with 95% confidence.

Resumo Mulita é um aluminossilicato com grande importância na tecnologia cerâmica. Sua síntese através de métodos químicos tem sido extensivamente estudada, no entanto, não se observam estudos da sua obtenção pelo método Pechini. Assim, este estudo teve por objetivo a síntese de mulita por meio deste método. Foi avaliada a influência de diversos solventes na obtenção da mulita pela rota Pechini. As características dos pós foram avaliadas por difração de raios X, análise térmica (TG/DTG), adsorção de nitrogênio (BET), microscopia eletrônica de varredura e de transmissão. Os resultados obtidos comprovaram a eficiência do método Pechini, bem como a influência dos solventes na obtenção da fase, sendo a mulita obtida como fase majoritária e com maior cristalinidade quando do uso do álcool etílico como solvente.

Abstract Mullite is an aluminosilicate with great importance in ceramic technology. Its synthesis through chemical methods has been extensively studied, however, no studies of its obtention by the Pechini method are observed. Thus, this work aimed to synthesize mullite using this method. The influence of several solvents in obtaining the mullite by the Pechini route was evaluated. The characteristics of the powders were evaluated by X-ray diffraction, thermal analysis (TG/DTG), nitrogen adsorption (BET), scanning and transmission electron microscopy. The results obtained proved the efficiency of the Pechini method, as well as the influence of the solvents in obtaining the phase, being the mullite obtained as the majority phase and with greater crystallinity when using ethyl alcohol as a solvent.

Resumo O resíduo gerado pelas atividades industriais representa um custo, já que os geradores são responsáveis pela sua gestão, transporte, tratamento e disposição. O estado do Rio Grande do Norte, Brasil, é o maior produtor de resíduos de scheelita. O objetivo desta pesquisa foi caracterizar este resíduo de mineração, identificar sua similaridade com areia natural e produzir uma argamassa de revestimento. Na composição das argamassas foram empregados o cimento Portland tipo CPII-F32 e o hidróxido de cálcio industrializado como ligante. Granulometria a laser, densidade aparente e relativa, EDX, DRX e análise térmica foram realizadas para a caracterização física e química do resíduo. Testes mecânicos (resistência de aderência à tração e resistência à compressão), MEV e teste de absorção de água foram realizados para analisar o comportamento da argamassa. Os testes realizados confirmaram que as propriedades mecânicas estavam em acordo com padrões de argamassa de revestimento.

Abstract The residue generated by industrial activities represents a cost, since the generators are responsible for its management, transportation, treatment and disposal. Rio Grande do Norte State in Brazil is the greatest producer of scheelite residue. The aim of this research was to characterize this mining residue, identify its similarity with natural sand and produce a coating mortar with it. In the composition of mortar, a Brazilian Portland cement type CPII-F32 and an industrialized calcium hydroxide as a binder were used. Laser granulometry, bulk and relative density, EDX, XRD and thermal analysis were done to obtain a physical and chemical characterization of the residue. Mechanical tests (tensile bond strength and compressive strength), SEM and water absorption test were done to analyze the behavior of mortar. All tests confirmed that mechanical properties were according to standards for tile mortar.

Resumo As características físico-químicas dos cátions podem ser capazes de modificar as propriedades reológicas das argilas bentoníticas, como suas cargas, tamanhos dos cátions trocáveis adsorvidos nos argilominerais, comportamentos de hidratação e diferentes intercalações com as camadas estruturais da bentonita, sendo um fator importante considerar o efeito dos cátions presentes sobre a reologia de dispersões de argilas bentoníticas. Desta forma, o objetivo desse trabalho foi estudar a influência do Ca2+ nas propriedades reológicas e de filtração de dispersões de novas ocorrências de argilas bentoníticas do estado da Paraíba, Brasil, em fluidos de perfuração aquosos. Quatro argilas bentoníticas foram selecionadas, sendo caracterizadas química, física e mineralogicamente. As argilas foram aditivadas com carbonato de sódio e estudados os comportamentos reológicos e de filtração de suas dispersões. Os resultados mostraramm a influência direta do Ca2+ presente e suas implicações, resultantes de interações físico-químicas, nas propriedades reológicas e de filtração de dispersões de argilas bentoníticas.

Abstract The physicochemical characteristics of cations may be able to modify the rheological properties of bentonite clays, such as their loads, exchangeable cation sizes adsorbed on clay minerals, hydration behaviors and different intercalations with the bentonite structural layer effect of the cations present on the rheology of dispersions of bentonite clays. In this way, the objective was to study the influence of Ca2+ on the rheological and filtration properties of dispersions of new occurrences of bentonite clays from the State of Paraíba, Brazil, in aqueous drilling fluids. Four bentonite clays were selected, being characterized chemically, physically and mineralogically. Sodium carbonate was then added to the clays, and the rheological and filtration behavior of their dispersions were studied. The results showed the direct influence of the Ca2+ present and its implications, resulting from physicochemical interactions, on the rheological and filtration properties of dispersions of bentonite clays.

Resumo A hidroxiapatita (HAp) é uma biocerâmica amplamente estudada devido à sua similaridade química com o componente mineral dos ossos. Além disso, é biocompatível, bioativa e termodinamicamente estável no fluido corporal, o que a coloca como um material atraente para uma ampla gama de aplicações no campo biomédico. Diversos esforços têm sido focados na síntese de partículas deste material visando o controle preciso de tamanho e morfologia, porosidade e área superficial. HAp é amplamente utilizada como implante para a regeneração do tecido ósseo, como revestimento para implantes metálicos e na liberação controlada de drogas. Neste sentido, o objetivo desta revisão é reunir informações relacionadas à HAp, fornecendo aos leitores informações sobre os métodos de síntese, características do material e suas aplicações.

Abstract Hydroxyapatite (HAp) is a bioceramic widely studied due to its chemical similarity with the mineral component of bones. Besides, it is biocompatible, bioactive and thermodynamically stable in the body fluid what poses it as an attractive material for a wide range of applications in the biomedical field. Several efforts have been focused on the synthesis of particles of this material aiming to the precise control of size and morphology, porosity and surface area. HAp is widely used as an implant for bone tissue regeneration, as a coating for metallic implants and in a drug-controlled release. In this sense, the objective of this review is to gather information related to HAp, providing readers with information about synthesis methods, material characteristics and their applications.

Resumo Esse trabalho mostra a produção de nanofibras de alumina após tratamento térmico de fibras híbridas preparadas por fiação por sopro em solução. Essas nanofibras foram convertidas em γ-Al2O3 e α-Al2O3 após tratamento térmico ao ar entre 500 e 1200 °C. Os padrões de difração de raios X apresentaram todas as características das fases alumina γ e α. Além disso, as micrografias eletrônicas de varredura mostraram que os diâmetros das nanofibras de alumina variaram entre 200 e 270 nm para diferentes temperaturas. Os resultados demonstraram que o método de fiação por sopro em solução é eficiente para produzir nanofibras de alumina.

Abstract This work shows the successful production of alumina nanofibers after thermal treatment of solution blow spun hybrid fibers. These nanofibers were converted into γ-Al2O3 and α-Al2O3 after the thermal treatment in air between 500 to 1200 °C. The X-ray diffraction patterns presented all the characteristics of the γ and α phases of alumina. In addition, the scanning electron micrographs showed alumina nanofiber diameters varying between 200 and 270 nm for different temperatures. The results demonstrated that the solution blowing spinning method is efficient to produce alumina nanofibers.

Resumo O uso de materiais alternativos, em substituição ao clínquer, tem sido amplamente estudado, a fim de reduzir custos e minimizar os danos ambientais causados pela produção do cimento Portland. Investigou-se a influência do uso da cinza de algaroba (Prosopis juliflora), material rico em carbonato de cálcio, nos mecanismos de hidratação e formação das principais fases hidratadas do cimento Portland. As características físicas e químicas das matérias-primas foram avaliadas. Composições com 5%, 10% e 15% de cinza de algaroba foram analisadas e comparadas com o cimento Portland comercial com fíler calcário (6-10%), CPII-F. A cinza de algaroba é um potencial fíler alternativo para aplicação em sistemas cimentícios de base Portland, atuando de forma semelhante ao fíler calcário em termos de nucleação da fase C-S-H, estabilização da etringita e tendência à formação de carboaluminatos.

Abstract The use of alternative materials to substitute clinker has been widely studied to reduce costs, as well as to minimize environmental damage caused by the Portland cement production. It was evaluated the influence of the calcium-rich algaroba (Prosopis juliflora) ash on the Portland cement hydration mechanism, and its main hydrated phases. The physical and chemical characteristics of the raw materials have been evaluated. Compositions containing 5%, 10%, and 15% of algaroba ash were analyzed and compared with commercial Portland cement with limestone filler (6-10%), CPII-F. The algaroba ash is a potential alternative filler for application in Portland-based cement systems. It acted similarly to the limestone filler regarding the C-S-H nucleation, ettringite stabilization and the tendency to form carboaluminates.

Resumo Atualmente, há uma severa escassez de jazimentos de feldspato de boa qualidade. Por outro lado, o diopsídio vem se mostrando um fundente alternativo para a indústria cerâmica, mas ainda pouco estudado. Assim, este trabalho avaliou o efeito da substituição parcial do feldspato pelo diopsídio em formulações para grés sanitário. Substituiu-se de 2 a 20% da massa total de feldspato por diopsídio. As matérias-primas foram caracterizadas e as reologias das suspensões analisadas. Os corpos de prova foram conformados por colagem e queimados a 1160, 1180 e 1200 ºC. As características reológicas não foram prejudicadas quando do uso de diopsídio, podendo-se substituir até 20% do feldspato por diopsídio. Com o emprego do diopsídio, houve formação de anortita e redução na temperatura de sinterização de 1200 para 1160 ºC. Nas massas com mais de 10% do feldspato substituído por diopsídio obtiveram-se maiores valores de resistência e menores de absorção de água e porosidade aparente.

Abstract There is a current severe shortage of good quality feldspar deposits. Nonetheless, diopside has been proved to be an alternative flux for the ceramic industry but still little studied. This work evaluated the effect of partial replacement of feldspar with diopside in formulations for sanitary ware. Replacement ratios ranged from 2 to 20% of the total mass of feldspar. Raw materials were characterized and rheology of suspensions was analyzed. The specimens were formed by slip casting and fired at 1160, 1180 and 1200 0C. Rheological characteristics were not impaired by using diopside, and up to 20% of feldspar could be replaced with diopside. Using diopside, it was noted anorthite formation and reduction of sintering temperature from 1200 to 1160 0C. Masses with over 10% of diopside replacement resulted in higher values for strength and smaller ones for water absorption and apparent porosity.