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Dissertação de mestrado integrado em Engenharia e Gestão Industrial, O facto de a concorrência aumentar de dia para dia leva a que as empresas tenham necessidade de se tornarem cada vez mais eficientes. Tendo em conta que a logística é uma das principais fontes de despesa de uma empresa é por isso importante que esta funcione da melhor maneira possível. A logística encontra-se presente em áreas como o transporte, controlo de inventário, compras, armazenamento, movimentação de materiais, entre outros, contudo este projeto apenas irá analisar a vertente do transporte. A presente dissertação foi desenvolvida na Tecniwood-Soluções, uma empresa de distribuição de derivados de madeira e madeira maciça, cuja logística de transporte representa uma grande fonte de despesa. Por esse motivo, é proposto o desenvolvimento de um modelo que consiga lidar com todas as restrições de uma empresa deste ramo e ao mesmo tempo consiga apresentar uma boa solução num curto período de tempo. Esse modelo, heurística do cluster mais próximo, foi confrontado com um exemplo real de um dia de planeamento de rotas da Tecniwood-Soluções, conseguindo no final apresentar uma boa solução num curto período de tempo. No futuro ainda será necessário concluir as etapas em falta na heurística do cluster mais próximo e no software que irá incorporar esse modelo., With the rise in competition among companies, all of them are increasingly obligated to become more efficient, and because logistics is one of the major sources of expenses in a company, it’s extremely important that this sector functions in the most efficient manner possible. Logistics involves different resources such as transportation, inventory, purchasing, warehousing, material handling, and many others, but this project will analyze only the transportation sector. The present dissertation was developed at Tecniwood-Soluções, which is a wood-based products and solid-wood wholesale company, where logistics is one of the major sources of expenditure. Therefore, the development of an algorithm that can deal with the constraints of a company in this field and provide, at the same time, an effective solution in a short period, was proposed. This algorithm, the nearest cluster algorithm, was tested with a real routing problem that occurs at Tecniwood-Soluções and, as a result, it was possible to develop an effective solution in a minimum of time. In the future, it will be necessary to complete the missing steps of the nearest cluster algorithm, as well as the software that will incorporate that algorithm.

Since it was firstly isolated, graphene has become one of the most researched nano materials, due to its exciting physical and chemical properties, namely the nearly ballistic transport and high charge mobility, optical transparency and extreme mechanical behaviour, meeting a plethora of application fields. However, the industrial mass-production is still to overcome, and a multitude of growing processes evolved as an effort to reach this objective. Fast, controlled and scalable growth of single crystalline graphene in a continuous process are the basic guidelines for an ideal synthesis process, that the Chemical Vapour Deposition (CVD) technique can offer. This work settles on the exploitation of Cold Wall CVD by designing, developing and testing an electromagnetic inductively assisted CVD system. This approach proved to enable rapid and controlled heating curves, allowing for sample suspension inside the reactor tube, permitting an operation based on optical pyrometric monitoring of the temperature as a key parameter for the growth process. Using this system, high quality single layer graphene domains with well-defined hexagonal shape were obtained, as confirmed by Raman spectroscopy and scanning electron microscopy. The present work contributes with an effort towards an understanding of graphene growth mechanisms in order to accurately control the substrate temperature, a key growth parameter. Desde que foi isolado pela primeira vez, o grafeno assumiu-se como um dos nano-materiais mais investigados dadas as suas extraordinárias propriedades, nomeadamente a condução elétrica quase balística e elevada mobilidade de carga, transparência ótica e comportamento mecânico extremo, compatíveis com um sem número de campos de aplicação. No entanto, a sua produção industrial em larga escala ainda não foi alcançada, e vários métodos de síntese foram sendo desenvolvidos num esforço para atingir esse objetivo. A síntese rápida, controlada e escalável num processo contínuo de grafeno monocristalino são condições altamente desejáveis que a técnica de Deposição Química em Fase de Vapor oferece. Este trabalho baseia-se no desenvolvimento de um sistema de aquecimento indutivo para a síntese de grafeno num reator CVD de parede fria, englobando a sua conceção, construção e validação. Esta abordagem permitiu obter curvas de aquecimento rápidas e controladas, numa configuração de amostra suspensa, possibilitando uma operação baseada na monitorização pirométrica da temperatura como parâmetro chave para o processo de crescimento. Utilizando este equipamento, foi possível obter domínios hexagonais de grafeno de camada única e elevada qualidade, como confirmado por espectroscopia de Raman e microscopia eletrónica de varrimento. O presente trabalho contribui para a compreensão dos mecanismos de crescimento de grafeno através do controlo preciso da temperatura do substrato, identificado como um parâmetro chave. Trabalho desenvolvido no âmbito do projeto UID/CTM/50015/2019 financiado por fundos nacionais pela FCT/MEC (UID/CTM/50025/2019) e cofinanciado pelo FEDER(POCI-01-0145-FEDER028755) sob o acordo de parceria PT2020. Mestrado em Engenharia Física

Submitted by Alexandra Bastos (alexandrabastos@ua.pt) on 2020-03-02T19:53:27Z No. of bitstreams: 1 Tese_JorgeMoura.pdf: 16488535 bytes, checksum: 9dfff3034cd136965d30173d76f1c4ee (MD5) Made available in DSpace on 2020-03-02T19:53:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_JorgeMoura.pdf: 16488535 bytes, checksum: 9dfff3034cd136965d30173d76f1c4ee (MD5) Previous issue date: 2019 Trabalho desenvolvido no âmbito do projeto UID/CTM/50015/2019 financiado por fundos nacionais pela FCT/MEC (UID/CTM/50025/2019) e cofinanciado pelo FEDER(POCI-01-0145-FEDER028755) sob o acordo de parceria PT2020. Mestrado em Engenharia Física

Mestrado em Engenharia Física Este trabalho tem como objetivo a síntese de elétrodos à base de grafeno induzido por laser (LIG) para serem explorados pela primeira vez num sistema de desionização capacitiva (CDI) para remoção de iões da água. O trabalho foi desenvolvido em colaboração com a Bosch Termotecnologia S.A. Aveiro no âmbito de um projeto em Co-promoção. A síntese dos elétrodos de LIG foi realizada utilizando um polímero comercial, Kapton, sobre o qual se fez incidir um feixe laser de CO2. O trabalho focou-se no estudo da influência de vários parâmetros de processamento a laser para a otimização dos elétrodos. A caracterização do material foi feita usando as técnicas de microscopia eletrónica de varrimento (SEM), medição da superfície específica (BET), espectroscopia de Raman, medidas de resistência elétrica pela técnica de Van der Pauw e testes de estabilidade em fluxo de água. Paralelamente a este estudo foram também caracterizados quatro elétrodos comerciais. Para a caracterização dos elétrodos foi desenvolvido um sistema que permite avaliar o comportamento no processo de desionização capacitiva nos modos de corrente (CC) e tensão (CV) constantes. O desempenho do material desenvolvido foi avaliado através da análise de ciclos de carga/descarga, e comparado com o comportamento dos dois melhores elétrodos comerciais. Os testes realizados permitiram observar a operação de CDI em todos os elétrodos, embora com diferentes níveis de desempenho. Os elétrodos de LIG revelaram uma curva de carga/descarga tipicamente capacitiva, não obstante o seu desempenho ser inferior aos elétrodos comerciais. Os resultados obtidos neste estudo exploratório, aliados ao método de produção a laser de baixo custo, põem em evidência o potencial destes elétrodos para uma aplicação CDI industrial requerendo, no entanto, a sua otimização. The goal of this work is the synthesis of electrodes based on laser induced graphene (LIG) to be explored for the first time in a capacitive deionization (CDI) system for ion removal from water. The work was developed in cooperation with Bosch Thermotechnology S.A Aveiro in the ambit of a project in Co-promotion. The LIG’s electrodes synthesis was done using a commercial polymer, Kapton, in which a CO2 laser beam was irradiated. The work focused on the study of the influence of various laser processing parameters for the optimization of the electrodes. The characterization of the material was done using techniques such as scanning electron microscopy (SEM), specific surface adsorption measurements (BET), Raman spectroscopy, Van der Pauw electrical resistance sheet measurements and stability tests in the presence of a water flow. In parallel with this study, four commercial electrodes were also characterized. For the characterization of the electrodes was developed a system which allowed to evaluate their behaviour in the process of capacitive deionization in the operation modes of constant current (CC) and voltage (CV). The performance of the developed material was assessed via the analysis of the charge/discharge cycles, and comparing them to the behaviour of two other commercial electrodes. The test executed showed the CDI operation in all of the electrodes, although with different levels of performance. The LIG electrodes revealed a charge/discharge curve typically capacitive, regardless of showing inferior performance results compared to the commercial electrodes. The results obtained in this exploratory work, allied to the LIG’s electrode production at low cost, evidences the potential of these electrodes for an industrial CDI application requiring, however, further optimization.

Mestrado em Engenharia Física Submitted by Manuel Jesus (albertojesus@ua.pt) on 2018-06-21T11:19:09Z No. of bitstreams: 1 Kulyk, Bohdan .pdf: 3895507 bytes, checksum: 977d095719400aa6b960666623792763 (MD5) Made available in DSpace on 2018-06-21T11:19:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kulyk, Bohdan .pdf: 3895507 bytes, checksum: 977d095719400aa6b960666623792763 (MD5) Previous issue date: 2017

Mestrado em Engenharia Física O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um biossensor onde o grafeno desempenha o papel do elemento transdutor. A revisão da literatura relativamente ao enquadramento do grafeno na área da biodeteção revelou a espetroscopia de impedância eletroquímica (EIS) como uma técnica de deteção viável. As amostras de grafeno foram sintetizadas em substratos de cobre, por deposição química em fase vapor, tendo sido posteriormente caracterizadas por espetroscopia de Raman, microscopia eletrónica de varrimento (SEM), microscopia ótica, EIS e voltametria de pulso diferencial (DPV). O processo de transferência do grafeno para substratos de Si/SiO2 foi otimizado de modo a preservar a qualidade das amostras e melhorar a sua reprodutibilidade. Para a modificação da superfície de grafeno necessária ao mecanismo de deteção, foram exploradas as abordagens de funcionalização covalente e não-covalente. Esta última, baseada na ligação dos elementos de bioreconhecimento (biotina e anti-gonadotrofina coriónica humana, hCG) aos grupos amina de pyrene butyric hydrazide (PBH) imobilizada na superfície do grafeno, foi estudada usando a espetroscopia de Raman, espetroscopia de fotoeletrões excitados por raios-X (XPS) e EIS. Por fim, os testes de deteção foram realizados através da avaliação das alterações nos espetros de EIS em resposta às diferentes concentrações do analito (avidina ou hCG). As amostras sintetizadas foram identificadas como sendo grafeno monocamada com ilhas de poucas camadas e mostraram uma atividade eletroquímica reduzida. Relativamente às estratégias de funcionalização, a covalente não foi bem-sucedida, ao contrário da não-covalente. Contudo, os esforços no sentido da otimização deste processo não foram suficientes para que se conseguisse atingir uma conclusão clara acerca da concentração ideal de PBH. As amostras biofuncionalizadas mostraram uma resposta inconclusiva face às diferentes concentrações do analito testadas. This work describes the efforts undertaken towards the development of a biosensing device with graphene as a transducing element. A literature review was conducted in order to establish graphene’s role in the biosensing field, with electrochemical impedance measurements having been identified as a viable sensing approach. The graphene samples were synthesised by thermal chemical vapour deposition (TCVD) on Cu substrates and characterised using Raman spectroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM), optical microscopy, Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and Differential Pulse Voltammetry (DPV). Also, the transfer of the as-grown samples onto Si/SiO2 substrates was optimised. A functionalisation stage followed, with both covalent and non-covalent approaches having been explored. The latter, based on the attachment of the biorecognition elements (biotin and anti-human Chorionic Gonadotropin, hCG) to the amine groups of pyrene butyric hydrazide (PBH) immobilized on graphene’s surface, was studied using Raman spectroscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and EIS. Lastly, sensing tests were conducted by evaluating the changes in EIS spectra in response to different concentrations of the analyte (either avidin or hCG). The as-grown samples were identified as being single-layer graphene with few-layer islands and showed reduced electrochemical activity. Concerning the functionalisation strategies, the covalent one was unsuccessful, while the non-covalent one was achieved. However, the efforts towards the optimisation of this process were not enough to reach a clear conclusion regarding the optimal concentration of PBH. The biofunctionalised samples did not show a clear response to the different analyte concentrations.

Mestrado em Engenharia Física Os objetivos principais deste trabalho são a produção de nanoestruturas híbridas de carbono compostas por grafeno e agregados de diamante nanocristalino, bem como a sua caracterização estrutural, morfológica e como cátodos frios. Estas estruturas híbridas poderão ter um interesse tecnológico muito elevado uma vez que reúnem no mesmo material estruturas de carbono com propriedades físicas muito distintas. Entre as várias aplicações possíveis destes híbridos destaca-se a sua utilização na fabricação de dispositivos baseados na emissão de eletrões por efeito de campo (Field Emission Devices - FEDs). Para cumprir os objetivos do trabalho fez-se a síntese simultânea do grafeno com agregados de diamante nanocristalino (NCD) utilizando a técnica de deposição química em fase de vapor ativada por micro-ondas (MPCVD) e explorou-se o método de fluxo pulsado para controlar a quantidade de metano e desta forma a densidade e tamanho dos agregados. Os substratos utilizados são de Cu policristalino sobre os quais se cresceu um filme fino de grafeno com agregados de NCD. As estruturas desenvolvidas foram caracterizadas recorrendo à microscopia eletrónica de varrimento e à espetroscopia de Raman. Foi ainda avaliada a densidade de corrente em função do campo elétrico da emissão eletrónica por efeito de campo de todas as amostras sintetizadas. Os resultados obtidos demonstraram que é possível crescer em simultâeo os dois tipos de alótropos de carbono (agregados de NCD e grafeno) e que é possível controlar o diâmetro e a densidade de agregados de NCD. Em particular, detetou-se experimentalmente o aumento da densidade e diâmetro de agregados em função de número de ciclos, o aumento da densidade de agregados e diminuição do seu diâmetro tanto em função do tempo de CH4 (tempo do On) como do valor do seu fluxo. O estudo da emissão por efeito de campo mostrou uma correlação entre a densidade de agregados e a densidade de corrente elétrica, tendo-se atingido valores da ordem dos 10-5 A/cm2. É de notar que se detetou uma diminuição no campo elétrico de ativação e um aumento na densidade máxima de corrente com o nº de ciclos e com o tempo de CH4 introduzido na síntese. Por outro lado, observou-se um aumento do fator de amplificação de campo em função do nº de ciclos e a sua diminuição em função de tempo de CH4. O estudo efetuado neste trabalho revelou que este híbrido tem um bom potencial para ser usado como cátodo frio, nomeadamente no que concerne à corrente máxima de emissão. Contudo, o desenvolvimento de um dispositivo com base neste material requer ainda um processo de otimização. The main objectives of this work are the production of a hybrid carbon nanostructure composed by graphene and monocrystalline diamond clusters along with their structural and morphological characterization and as a cold cathode. This hybrid structure may have a very large technological interest since it congregates on the same material phases with very different physical properties. Among the many possible applications for this hybrid the manufacture of Field Emission Devices (FEDs) stands out. To fulfill the work objectives, the simultaneous synthesis of graphene with nanocrystalline diamond clusters (NCD) was done using the chemical vapor deposition technique activated by microwave plasma CVD (MPCVD) and the pulsed flow method was explored for controlling methane delivery. The used substrates were polycrystalline Cu on which it was deposited a thin film of graphene with NCD clusters. The developed structures were characterized using scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy. The field emission current density was measured as a function of the electric field for all synthetized samples. The results demonstrated that it is possible to grow simultaneously the two types of carbon allotropes (NCD clusters and graphene) and to control the diameter and density of NCD. In particular, it was experimentally detected an increase of both clusters’ density and diameter with the number of cycles. Alongside, an increase of clusters´ density and a decrease of clusters´ diameter were observed with CH4 duty cycle and total flow. The study of field emission puts in evidence a correlation between the clusters density and the emission current, attaining densities in the order of 10-5 A/cm2. It is noteworthy a decrease of the activation current electric field and an increase of the current´s density maximum value with the number of cycles and CH4 duty cycle. On the other hand, the field enhancement factor was observed to increase with the number of cycles and to decrease with the methane duty cycle. The study undertaken in this work revealed that this hybrid has a high potential to be used as cold cathode, namely in what concerns the maximum emission current. However, a full development of a device based on this hybrid material still requires a process optimization.