SALOMÃO, Francisco Carlos Carneiro Soares. Estruturas Híbridas de Nanotubos de Carbono de Parede Simples e Telúrio. 2011. 82 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-23T21:29:45Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_fccssalomao.pdf: 4413944 bytes, checksum: 498642e6b8eef08e5f36f566e477e377 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-29T17:48:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_fccssalomao.pdf: 4413944 bytes, checksum: 498642e6b8eef08e5f36f566e477e377 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-29T17:48:04Z (GMT). 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The hybrid SWCNT-Te samples were prepared through the generation of anionic species of CNTs, followed by capture of elemental tellurium, using single-wall carbon nanotubes prepared by different methods. Raman spectroscopy data show that the characteristics present in the samples of single wall carbon nanotubes and tellurium used in the functionalization and show differences in comparison with the characteristics observed in the hybrid samples. Changes in the G band frequency, asymmetry and width were observed after the functionalization. We noticed an increase in the relative intensity of band D in the sample in relation to the hybrid single-wall nanotubes used in the functionalization. In the observation of the modes between 100 and 1000 cm-1 we note the contribution of the RBM modes of single wall carbon nanotubes and the modes of tellurium. Raman modes associated with tellurium oxide were found in two of three hybrids samples, which are resonant modes for the laser line of 532 nm (2.33 eV). The process of removal of oxides, by dissolving in acetone PA in ultrasonic bath, proved to be efficient. Even after the removal of oxides, we can still observe the modes related to tellurium and carbon nanotubes in the Raman spectrum of hybrid sample. The electron microscope images show that the hybrid system is presented carbon nanotubes clusters with tellurium nanostructures. / Neste trabalho utilizamos as Técnicas de Espectroscopia Raman e microscopia Eletrônica para caracterizar sistemas híbridos de nanotubos de carbono de parede simples e Telúrio. Os nanotubos de Carbono são nanoestruturas importantes devido às suas propriedades elétricas, óticas e mecânicas, que os torna atraentes para muitas aplicações em nanotecnologia. Porém, para uma grande gama de aplicações se requer a funcionalização dos nanotubos de modo a explorar mais amplamente seu potencial de aplicação. Dentro desta área de estruturas híbridas formadas com nanotubos de carbono, destacamos os nanotubos de carbono interagindo com elementos da família dos calcogênios, que permitiria aplicações desde a fotônica até biológicas. As amostras híbridas SWCNT-Te foram preparadas através de uma técnica de funcionalização chamada Geração de carbânios, utilizando nanotubos de parede simples do tipo HipCo e não HipCo. No estudo de espectroscopia Raman, observamos as características presentes nas amostras de nanotubos de carbono de parede simples e Telúrio utilizados na funcionalização e comparamos com as características observadas nas amostras híbridas. Mudanças na banda G como freqüência, assimetria e largura foram observadas após a funcionalização. Notou-se um aumento na intensidade relativa da banda D na amostra híbrida em relação aos nanotubos de parede simples utilizados na funcionalização. Na observação dos modos entre 100 e 1000 cm-1 notamos a contribuição dos modos RBM dos nanotubos de carbono de parede simples e dos modos do Telúrio. Modos associados a óxido de Telúrio foram encontrados em duas das três amostras híbridas, sendo estes modos ressonantes para a linha de laser de 532 nm (2,33 eV). O processo de retirada dos óxidos, pela dissolução em Acetona P.A, em ultra-som de banho mostrou-se eficiente. Mesmo após a retirada dos óxidos, ainda podemos observar os modos relacionados ao Telúrio e aos nanotubos de carbono no espectro da amostra híbrida. As imagens de microscopia eletrônica mostram que o sistema híbrido se apresenta como nanocabos coaxias, de nano tubos de carbono envolvidos por Telúrio.

ALENCAR, Rafael Silva. Propriedades vibracionais de nanotubos de carbono de parede tripla. 2012. 56 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-20T18:07:10Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_rsalencar.pdf: 14324978 bytes, checksum: c3141fb65daa6e09440a353e83cd0d08 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-20T21:04:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_rsalencar.pdf: 14324978 bytes, checksum: c3141fb65daa6e09440a353e83cd0d08 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-20T21:04:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_rsalencar.pdf: 14324978 bytes, checksum: c3141fb65daa6e09440a353e83cd0d08 (MD5) Previous issue date: 2012 / The study of the electronic, mechanical and vibrational properties of the carbon nanotubes with few layers is important for developing and improving models that could describe the behavior of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs), which is the kind of nanotube most used in technological applications. Several theoretical and experimental studies have been conducted for understanding the behavior of single and double walled carbon nanotubes (SWNT and DWNT, respectively) under high hydrostatic pressures. However, the behavior of triple walled carbon nanotubes (TWNTs) under such conditions is still unknown. Here, we present a study of resonance Raman spectroscopy in TWNTs as function of hydrostatic pressure. We used paraffin oil and a mixture of methanol:ethanol in 4:1 ratio as pressure transmitting media (PTM) and a diamond anvil cell (DAC) for applying pressure. The evolution of the radial breathing modes (RBM) and the tangential modes (G band) as a function of pressure was analyzed in detail and compared with existing results for SWNTs and DWNTs. The Raman spectroscopy data show that the shielding effects of inner tubes in TWNTs are more pronounced than in DWNTs. The changes in the intensities of Raman modes were interpreted as being associated with pressure induced changes in the resonance conditions. / O estudo das propriedades eletrônicas, mecânicas e vibracionais dos nanotubos de carbono com poucas camadas é importante para desenvolver e aprimorar os modelos que descrevem o comportamento dos nanotubos de parede múltipla, que é o tipo de nanotubo mais usado em aplicações tecnológicas. Diversos estudos teóricos e experimentais têm sido realizados visando o entendimento do comportamento dos nanotubos de carbono de paredes simples e dupla (SWNT e DWNT, respectivamente) submetidos a altas pressões hidrostáticas. Entretanto, o comportamento de nanotubos de carbono de parede tripla (TWNTs) sob tais condições é ainda desconhecido. Neste trabalho, apresentamos um estudo de espectroscopia Raman ressonante em TWNTs em função da pressão hidrostática. Utilizamos óleo de parafina (Nujol) e uma mistura de metanol:etanol na proporção de 4:1 como meios transmissores de pressão (PTM) e uma célula de pressão de bigorna de diamante (DAC-Diamond Anvil Cell) para a aplicação da pressão. A evolução dos modos radiais (RBM) e tangenciais (Banda G) em função da pressão foi analisada de forma detalhada e comparada com os resultados existentes para os nanotubos de parede simples e dupla. Os dados de espectroscopia Raman mostram que os efeitos de blindagem internos dos TWNTs são mais acentuados que nos DWNTs. As modificações nas intensidades dos modos Raman foram interpretadas como sendo associadas as mudanças nas condições de ressonância dos modos RBM em função da pressão.

ALMEIDA, Rodrigo Queirós de. Microscopia de Varredura por Sonda em Materiais Carbonosos. 2013. 70 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-22T19:16:53Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_rqalmeida.pdf: 4257729 bytes, checksum: 8993dc0445c4b4fc64370420016a9606 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-22T19:25:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_rqalmeida.pdf: 4257729 bytes, checksum: 8993dc0445c4b4fc64370420016a9606 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-22T19:25:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_rqalmeida.pdf: 4257729 bytes, checksum: 8993dc0445c4b4fc64370420016a9606 (MD5) Previous issue date: 2013 / Graphene is dened as one-dimensional crystal structure, formed by a hexagonal network of carbon atoms,and due to the in unique structural and electronic properties, there is a great interest in investigating the physical properties of materials obtained from the chemical modi cation of graphene. Furthermore, graphene is the basic structural framework for all allotropes of carbon structure graphitic (hybridization sp2) and may be curled in a spherical shape, forming fullerenes (0D), rolled up into a cylindrical structure known as carbon nanotubes (1D), stacked, thus generating graphite (3D) and cut into stripes thus forming graphene nanoribbons. Among these materials derived from graphene, those that are synthesized from the oxidation of the graphene sheet, called graphene oxide (GO) are set apart. This work was focused to sample preparation of carbon nanostructures and their caracterization by means of Scanning Probe Microscopies (SPM) aiming to get a better understanding of the morphology and physical properties of these materials. In particular, the goal of this study was to investigate the morphological characteristics of CNTs and the electrostatic properties of graphene using SPM techniques. For this, we analyzed the mechanical behavior of carbon nanotubes when subjected to a radial compression by using AFM tip and the results were compared with those reported in the literature. Regardig the graphene we measured by AFM (Atomic Force Microscopy), EFM (Electric Force Microscopy) and Raman spectroscopy in pristine graphene, graphene treated with nitric oxide and graphene oxide, and the results were discussed and compared to each other. The graphene samples were obtained by using the exfoliation method of graphite and mechanical measurements performed in ambient atmosphere. The results showed that treatment with nitric acid resulted in peak shift of G band in graphene and also caused a change in the electrostatic behavior of edges of the sample when compared to pristine graphene. / O grafeno é definido como uma estrutura cristalina bidimensional, formada por uma rede hexagonal de átomos de carbono, e devido às suas propriedades eletrônicas e estruturais, existe um enorme interesse em investigar as propriedades físicas de materiais originados da modificação química do grafeno. Além disso, o grafeno é a base para todos os alótropos de carbono com estrutura grafítica (hibridização sp2), podendo ser envolvido de forma esférica, formando os fulerenos (0D), enrolado em uma estrutura cilíndrica conhecida como nanotubos de carbono (1D), ou empilhado, gerando assim, o grafite (3D), ou cortado em fitas gerando os "ribbons" (1D). Dentre esses materiais derivados do grafeno, destacam-se os que são sintetizados a partir da oxidação da folha de grafeno, chamados de óxido de grafeno (OG). Esse trabalho foi direcionado à preparação de amostras de nanoestruturas de carbono e a realização de medidas de Microscopia de Varredura por Sonda (SPM), tendo como finalidade, uma melhor compreensão da morfologia e das propriedades físicas desses materiais. Em específico, o escopo desse trabalho foi estudar as características morfológicas de Nanotubos de carbono e as propriedades eletrostáticas do grafeno com o uso das técnicas de SPM. Para isso, analisou-se o comportamento mecânico de Nanotubos de carbono quando sujeitos a compressões radiais usando uma ponta de AFM e os resultados foram, então, comparados com resultados conhecidos na literatura. No que diz respeito ao grafeno, foram realizadas medidas de AFM (Microscopia de Força Atômica), EFM (Microscopia de Força Elétrica) e Espectroscopia Raman em amostras de grafeno puro, grafeno tratado com ácido nítrico e óxido de grafeno. Os resultados foram, então, discutidos e comparados entre si. As amostras de grafeno foram obtidas a partir do método de esfoliação mecânica do grafite e as medidas realizadas em atmosfera ambiente. Dessa forma, os resultados mostraram que o tratamento com ácido nítrico, resultou no desvio no pico da banda G no grafeno e, também, ocasionou uma mudança no comportamento eletrostático nas bordas da amostra, quando comparado ao grafeno puro.

O óxido de zircônio (ZrO2) é um material cerâmico amplamente estudado devido as suas propriedades mecânicas e elétricas, que permitem diversas aplicações. Com o advento da nanotecnologia, tem sido realizadas pesquisas envolvendo a melhora de tais propriedades a partir da produção de compósitos nanoestruturados. A utilização de nanotubos de carbono (NTC) como reforço em matrizes cerâmicas é uma possibilidade interessante devido as suas características como elevado módulo elástico e morfologia. Entretanto, estudos que envolvem a síntese de compósitos de ZrO2 com NTC pelo método sol-gel ainda são bastante escassos. Com o objetivo de preencher esta lacuna, neste trabalho, produzimos e caracterizamos um material híbrido constituído por nanotubos de carbono de múltiplas paredes (NTCMPs) incorporados em matrizes cerâmicas de ZrO2, utilizando o método sol-gel para a produção dos pós e a técnica de alta pressão/alta temperatura, para a produção dos compactos. Inicialmente, foi definida uma síntese sol-gel para a ZrO2, a partir da literatura. Para a produção do material híbrido, foi necessário dispersar os NTC em meio aquoso e devido ao caráter hidrofóbico destes, a sua dispersão apresentou uma dificuldade adicional à síntese. Por isto, neste trabalho, também desenvolvemos uma síntese sol-gel na qual utilizamos surfactantes que atuam como agentes dispersantes dos NTCMPs, permitindo a obtenção de compósitos híbridos homogêneos com quantidades de NTCMPs, que variam de 0,003 a 5 % em massa. A secagem do gel ocorreu em temperatura ambiente durante uma semana. Os pós obtidos foram tratados em temperaturas de 300 oC e 500 oC por 2 h, com o intuito de eliminar os componentes orgânicos da síntese. A compactação dos pós foi realizada com a utilização de câmaras de alta pressão do tipo toroidal acopladas a uma prensa hidráulica de 1000 tonf. Dois procedimentos diferentes foram utilizados: aplicação de 7,7 GPa por 5 min em temperatura ambiente (TA) e aplicação de 6,0 GPa em 500 oC por 10 min. Tanto os pós, como os compactos foram analisados por DRX, FTIR, MET e MEV. No caso dos compactos medimos ainda densidade (picnometria), dureza e tenacidade à fratura utilizando um microdurômetro Vickers. Os pós calcinados em 500 oC cristalizaram na fase tetragonal, com tamanho médio de grão de 21 ± 3 nm. Para estas amostras cristalinas, as imagens de MET sugerem uma interação mais efetiva entre os NTCMPs e a matriz de ZrO2. Para os compactos obtidos em 7,7 GPa em TA, a densidade da ZrO2 pura tetragonal foi de 4,8 ± 0,08 g/cm3 e para a ZrO2 contendo 5% de NTCMPs foi de 5,24 ± 0,1 g/cm3, enquanto que para a dureza Vickers os valores foram de 2,41 ± 0,59 GPa e de 4,19 ± 0,52 GPa, respectivamente. No caso dos compactos obtidos em 6,0 GPa e temperatura de 500 oC por 10 min, os valores medidos para a densidade, microdureza Vickers e tenacidade à fratura da ZrO2 pura foram de 5,25 ± 0,05 g/cm3, 8,04 ± 0,59 GPa e 1,95 ± 0,6 MPa.m1/2, respectivamente. Enquanto que para o híbrido contendo 5 % de NTCMPs, os valores foram de 5,37 ± 0,10 g/cm3, 9,08 ± 0,30 GPa e 3,81 ± 0,37 MPa.m1/2, respectivamente. Entretanto, os melhores valores estão associados à amostra com 3 % de NTCMPs e que são 5,85 ± 0,08 g/cm3, 9,18 ± 0,36 GPa e 4,08 ± 0,38 MPa.m1/2, para a densidade, dureza e tenacidade à fratura, respectivamente. / Zirconium oxide (ZrO2) is a ceramic material widely studied because of their electrical and mechanical properties, which allow several applications. With the advent of nanotechnology, research has been carried out involving the improvement of such properties with the production of nanostructured composites. The use of carbon nanotubes (CNTs) as reinforcement in ceramic matrices is an interesting possibility, because of its features such as high elastic modulus and morphology. However, studies involving the synthesis of ZrO2 composites with CNTs by sol-gel method are still scarce. Aiming to fill this gap, in this work, we produce and characterize a hybrid material consisting of multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) embedded in ZrO2 ceramic matrices using the sol-gel method, for the powders production, and the high-pressure/hightemperature technique to obtain the compacts. Initially, a synthesis of ZrO2 solgel was set from the literature. For the production of the hybrid material, it was necessary to disperse the CNTs in aqueous medium and due to their hydrophobic character, we had additional problems to perform the sol-gel synthesis. Therefore, in this work we had also to develop a ZrO2 sol-gel synthesis in which we use surfactants that act as dispersants for the MWCNTs. With this new procedure, it was possible to obtain homogeneous hybrid composites, where the MWCNTs concentration range from 0.003 to 5% by weight. The gel was dried at room temperature for one week and the obtained powders were treated at temperatures between 300 ° C and 500 ° C for 2 h in order to eliminate the organic components of the synthesis. The powder compaction was performed using a toroidal-type high-pressure chamber set in a 1000 tonf hydraulic press. Two different procedures were performed: application of 7.7 GPa for 5 min at room temperature (RT) and applying 6.0 GPa at 500 ° C for 10 min. Both powders and compacts were analyzed by XRD, FTIR, TEM and SEM. For the compacts it was also measured density (pycnometry), hardness and fracture toughness using a microdurometer Vickers. The powders calcined at 500 oC crystallized in the tetragonal phase with average grain size of 21 ± 3 nm. For these crystalline samples, the TEM images suggest a more effective interaction between the MWCNTs and the ZrO2 matrix. For the compacts obtained at 7.7 GPa in RT, the density of pure tetragonal ZrO2 was 4.8 ± 0.08 g/cm3 , and for the ZrO2 containing 5% of MWCNTs it was 5.24 ± 0,1 g/cm3. The Vickers microhardness values were 2.41 ± 0.59 GPa and 4.19 ± 0.52 GPa, respectively,. For the compacts obtained at 6.0 GPa and temperature of 500 ° C for 10 min, the values measured for density, Vickers hardness and fracture toughness of pure ZrO2 were, respectively, 5.25 ± 0.05 g/cm3, 8.04 ± 0.59 and 1.95 ± 0.6 GPa MPa.m1/2. While for the hybrid containing 5% of MWCNTs, the values measured were 5.37 ± 0.10 g/cm3, 9.08 ± 0.30 GPa and 3.81 ± 0.37 GPa MPa.m1/2, respectively. However, the best values are associated with the sample with 3% of MWCNTs, which are 5.85 ± 0.08 g/cm3, 9.18 ± 0.36 GPa and 4.08 ± 0.38 GPa MPa.m1/2, for density, hardness and fracture toughness, respectively.

O tema geral desta tese é a utilização de técnicas ópticas de espectroscopia Raman não linear para análises de sistemas distintos. Especificamente, nos concentraremos na técnica de CARS multiplexado, introduzindo os princípios fundamentais e relatando a importância do tratamento de dados para a recuperação do espectro vibracional. Comprovamos que a técnica de CARS multiplexado é capaz de substituir a espectroscopia Raman convencional de maneira eficiente nas aplicações abordadas e apresentar diversas vantagens. Por fim, apresentamos outros trabalhos desenvolvidos durante o período de doutoramento relacionados à microscopia óptica em escala nanométrica. / The general theme of this thesis is the use of the nonlinear Raman spectroscopy techniques to analyze different systems. Specifically we will concentrate in the Multiplex CARS technique, introducing the fundamentals and relating the important role of the data processing to retrieve the vibrational spectrum. We show that multiplex CARS can substitute the conventional Raman spectroscopy efficiently in the discussed subjects and provide several advantages. Finally, we present others developed works during the doctorate period related with microscopy in nanometric scale.

Esta tese apresenta um estudo original das propriedades estruturais e eletrônicas dos nanotubos de carbono de parede simples (NTCPS) por meio de complexos de titânio e a possibilidade de adsorção e redução do cromo hexavalente Cr (VI) utilizando a teoria da densidade funcional. Cr (VI) é um dos principais poluentes ambientais, sua remoção apresenta várias dificuldades, e resulta em poluição ambiental, causando problemas de saúde. A adsorção de Cr (VI) foi investigada a partir das moléculas de cromato e dicromato no semicondutor NTCPS funcionalizado com complexos de TiO2, TiO4H4 e Ti2O6H4. Os resultados sugerem que os NTCPS funcionalizados são grandes candidatos à adsorção de Cr (VI). Além disso, as estruturas de banda eletrônica mudaram na região próxima à energia de Fermi das bandas de valência e de condução para os NTCPS pristino e funcionalizados com sistemas de cromo. Após adsorção de Cr (VI) nos sistemas, observa-se a formação de moléculas com menor toxicidade e atividade carcinogênica o que não ocorreu sem a presença dos nanotubos. / This thesis presents an original study of the structural and electronic properties of doped single-walled carbon nanotubes (SWCNT) through titanium complexes and the possibility of adsorption and reduction of hexavalent chromium Cr(VI) using density functional theory. Cr(VI) is one of the major environment pollutants, its removal presents several difficulties, and it results in industrial pollution, causing health problems. The adsorption of Cr(VI) was investigated from the chromate and dichromate molecules in semiconductor SWCNT functionalized with TiO2, TiO4H4 and Ti2O6H4 complexes. The results suggest that the functionalized SWCNT are great candidates to adsorb Cr(VI). In addition, the electronic band structures changed in the region near the Fermi energy of the valence and conduction bands for the pristine and functionalized SWCNT with chromium systems. After adsorption of Cr(VI) in the systems, the formation of molecules with less toxicity and carcinogenic activity is observed, which did not occur without the presence of the nanotubes.nanotubes.

No fim do século XX cresceu o interesse por materiais com potencial para aplicação na área da nanotecnologia. Um destes materiais é o grafeno (alótropo do carbono da espessura de um átomo), indicado para aplicações que exploram desde propriedades ópticas até mecânicas. Todavia, os métodos de produção estabelecidos até o momento geram normalmente um produto com alto grau de defeitos estruturais. Por isso, o objetivo deste estudo foi desenvolver um método mais brando para obtenção de grafeno, por meio do desenrolamento de nanotubos de carbono (NTC) de parede múltipla na presença de líquidos iônicos (LI) (que possuem caráter lubrificante e estabilizador) e adicioná-lo à resina epoxídica para avaliar seu efeito nas propriedades do nanocompósito. A metodologia consistiu em definir a rota a que a mistura NTC:LI (bis(trifluorometanosulfonil)imidato de 1-n-butil-3-metilimidazólio – BMImNTf2), na proporção 1:10, deveria ser submetida e depois avaliar variações para validação do método (alteração de temperatura, solventes – LI BMImCl e tolueno e nanocarga – grafite). As misturas de grafeno-NTC/LI produzidas foram adicionadas na proporção de 0,1% em massa de grafeno-NTC à resina epoxídica. A caracterização das misturas se deu pelas técnicas de microscopia eletrônica de transmissão (MET), espectroscopia Raman e microscopia de força atômica (AFM), e dos nanocompósitos, também por microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial exploratória (DSC), infravermelho (IV) análise dinâmico-mecânica (DMA) e ensaios mecânicos. A morfologia observada em MET e AFM evidenciou que a rota em que a mistura permaneceu 3 h em aquecimento e agitação magnética sob vácuo e 3 h sob sonificação resultou em grafeno de algumas camadas. Os resultados de Raman mostraram que foi produzido grafeno de boa qualidade, baseando-se na razão ID/IG. Nos nanocompósitos, confirmou-se que BMImNTf2 mantém as folhas de grafeno abertas. Já com BMImCl a morfologia dos NTC permanece inalterada, mas seu grau de emaranhamento é diminuído pela ação lubrificante deste LI, o que reflete em melhoria na resistência ao impacto. Os NTC sem a presença de um LI de forma geral não conferiram melhoria à matriz polimérica (ex: queda de 35% na dureza). / In the late twentieth century, the interest in materials with potential application in the nanotechnology´s field has increased. One of these materials is graphene (carbon allotrope of a single atom thickness), suitable for applications, which exploit properties such as optical or mechanical. However, the methods developed up to now to obtain graphene usually generate a product with high degree of structural defects. Therefore, the aim of this study was to produce graphene sheets through a milder route of unrolling multi-walled carbon nanotubes (CNT) in ionic liquids (IL; which have a lubricating and stabilizing character) and to add it to an epoxy resin to evaluate its effect on the nanocomposite properties. The methodology consisted of defining the route through which the 1:10 mixture of CNT:IL (1-n-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imidate - BMImNTf2) should be submitted, and then evaluate possible variations for validating the method (change in temperature, solvents - toluene and IL BMImCl and nanofiller - graphite). The produced graphene-CNT/IL mixtures were added at 0.1% by weight of graphene-CNT to epoxy resin. Characterization of the graphene/IL mixtures was done by transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy and atomic force microscopy (AFM), and the nanocomposites also by scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), dynamical mechanical analysis (DMA) and mechanical tests. The morphology observed using TEM and AFM showed that the route based on 3 h under heating, stirring and vacuum, followed by 3 h of sonication leads to CNT unrolling. Raman spectra showed that the produced graphene was of good quality, based on the low ID/IG ratio. In the nanocomposites, CNT unrolling was confirmed when IL BMImNTf2 was used, yielding reasonable property improvements. In the case of IL BMImCl, the unrolling of the CNT did not occur, but the lubricant effect of the IL decreased the degree of entanglement, which increased its impact strength. Differently, the non-treated CNT generally reduced the properties of the polymer matrix, e.g. a 35% drop in hardness.

Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-03-16T15:52:11Z No. of bitstreams: 1 Sarah Borges_Tese Completa.pdf: 42158517 bytes, checksum: 279a80dc4bdf326bab2edfff6641a3ef (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2016-05-10T15:09:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Sarah Borges_Tese Completa.pdf: 42158517 bytes, checksum: 279a80dc4bdf326bab2edfff6641a3ef (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-10T15:09:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sarah Borges_Tese Completa.pdf: 42158517 bytes, checksum: 279a80dc4bdf326bab2edfff6641a3ef (MD5) / CAPES / A limitação das reservas e a crescente demanda de água doce no planeta, assim como as restrições impostas ao lançamento de efluentes no meio ambiente, tem exigido a adoção de estratégias que visem a racionalizar a utilização dos recursos hídricos e a minimizar os impactos negativos relacionados a esses descartes. Os efluentes de plantas industriais, tais como de couro, plásticos, cosméticos, têxteis, borracha e de papel, assim como de processamento de alimentos e de fabricação de corante, contém um ou mais tipos de poluentes tóxicos. Eles têm sido bastante estudados e está bem estabelecido que a sua presença, mesmo em baixas concentrações, causa danos significativos aos seres vivos e ao meio ambiente. Dessa forma, vários processos têm sido desenvolvidos, com o objetivo de eliminá-los em efluentes industriais. Entre eles, a oxidação catalítica com peróxido de hidrogênio surge como um método promissor e eficiente para tratar esses efluentes. Com o intuito de desenvolver um método eficiente na degradação de corantes tóxicos, foi estudada a oxidação do azul de metileno (molécula modelo) com peróxido de hidrogênio sobre óxido de ferro suportado em nanotubos de carbono, obtidos por spray pirólise e decomposição catalítica a vapor. Os catalisadores foram preparados por impregnação de compostos de ferro nos nanotubos de carbono, através de impregnação úmida incipiente e de impregnação em excesso usando microondas. As amostras foram caracterizadas por fluorescência de raios X, difração de raios X, espectroscopia Raman, medida da área superficial específica e porosidade, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, redução à temperatura programada, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão e termogravimetria. Os catalisadores obtidos foram avaliados na oxidação do azul de metileno em temperatura e pressão ambiente. Observou-se que o método de spray pirólise produziu catalisadores com nanotubos de carbono de paredes múltiplas com maior qualidade estrutural, em relação àqueles obtidos por decomposição catalítica a vapor, que mostraram áreas superficiais específicas mais elevadas. Os métodos de purificação e funcionalização (com os ácidos clorídrico e nítrico) promoveram a eliminação de impurezas e a incorporação de grupos funcionais dos nanotubos, respectivamente. Na síntese dos catalisadores, o método de impregnação úmida incipiente foi mais eficiente quando comparada a impregnação por microondas, formando sólidos com teores de ferro mais próximos dos nominais. Foi observada a formação de hematita sobre os nanotubos não funcionalizados e magnetita sobre aqueles funcionalizados. Todos os catalisadores foram capazes de remover o azul de metileno, em presença e ausência de peróxido de hidrogênio (adsorção e oxidação respectivamente). Em todos os casos, a maior contribuição foi dada pela adsorção. Os nanotubos obtidos pelo método spray pirólise e preparados por impregnação úmida foram mais eficientes na oxidação de azul de metileno, enquanto aqueles preparados por decomposição catalítica a vapor foram mais eficientes como adsorvente / The limited reserves and the growing demand for fresh water on the planet, as well as restrictions on the wastewater disposal into the environment, has required the adoption of strategies aiming to rationalize the use of water resources and minimize the negative impacts related to them. The effluents of industrial plants, such as leather, plastics, cosmetics, textile, rubber and paper as well as food processing and manufacturing dye frequently contain one or more types of toxic pollutants. They have been extensively studied and is well established that they cause significant damage to living beings and to the environment even at low concentrations. Therefore, several processes have been developed in order to eliminate them in industrial wastewater. Among them, the catalytic oxidation with hydrogen peroxide emerges as a promising and efficient method to treat wastewaters. With the aim of developing an efficient method for degradation of toxic dyes, the oxidation methylene blue (model molecule) was studied with hydrogen peroxide on iron oxide supported on carbon nanotubes obtained by spray pyrolysis and catalytic vapor decomposition. The catalysts were prepared by impregnation of iron compounds on the surface of carbon nanotubes by incipient wet impregnation and impregnation in excess using microwave. The samples were characterized by X-ray fluorescence, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, specific surface area and porosity measurements,Fourier transform infrared spectroscopy, temperature programmed reduction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and thermogravimetry. The samples were evaluated in the oxidation of methylene blue at room temperature and pressure. It was observed that the spray pyrolysis method produced catalysts based on multi-walled carbon nanotubes with higher quality structure as compared to those obtained by catalytic vapor decomposition, which showed higher specific surface areas. The purification and functionalisation methods (with hydrochloric and nitric acids) promoted the removal of impurities and the incorporation of functional groups on nanotubes, respectively. In the synthesis of the catalysts, the wet incipient impregnation method was more efficient than microwave impregnating, producing solids with iron content closer to the nominal values. Hematite was produced on non-functionalized nanotubes while magnetite was formed on functionalized ones. All catalysts were able to remove the methylene blue in the presence and absence of hydrogen peroxide (adsorption and oxidation respectively). For all cases, the largest contribution is given by adsorption. Nanotubes obtained by spray pyrolysis method and prepared by wet impregnation were more efficient in the oxidation of methylene blue, while those prepared by catalytic vapor decomposition were more efficient as adsorbents.

Orientador: Prof. Dr. Daniel Zanetti de Florio / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / O trabalho realizado mostra a influência do aumento da concentração de nanotubos de carbono sobre a propriedade de impedância, em um nanocompósito a base de policarbonato e nanotubos de paredes múltiplas. Neste trabalho, o polímero policarbonato (PC) foi misturado em diversas concentrações com nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) do tipo "não purificado" formando nanocompósitos. As amostras foram preparadas por dissolução do PC em clorofórmio, seguido pela adição de MWCNT e surfactante. As misturas foram dispersas em banho de ultrassom, o solvente foi extraído por evaporação, as amostras foram moídas, desumidificadas, extrudadas em plastômetro e preparadas para a caracterização. Foi realizada análise por meio de microscópia eletrônica de varredura, ensaios de tração e termogravimetria. Uma amostra foi exposta ao contato com álcool para verificar a possível sensibilidade a esta substância. Foi realizada medição da condutividade e da espectroscopia de impedância na faixa de frequência entre 1 MHz a 1 Hz, variando-se as tensões alternadas entre 10 mV e 500 mV. Entre os principais resultados observaram-se dois comportamentos possíveis que modelam os resultados de impedância. Em menores concentrações de MWCNT, as amostras podem ser representadas por um circuito composto por dois resistores (R1, R2) e um capacitor (CP), sendo que o conjunto R2 e CP (ligados entre si em paralelo) está ligado em série com R1. Para amostras com maiores concentrações de MWCNT, o circuito equivalente pode ser representado por apenas um resistor simples. Observa-se que com o incremento da concentração de MWCNT a resistência elétrica dos nanocompósitos é reduzida. Uma das amostras, após ser exposta ao etanol, apresentou um aumento no valor da impedância elétrica, o que se caracteriza como uma "resposta" elétrica à exposição química. / The work shows the influence of the concentration of carbon nanotubes on the impedance property in a nanocomposite based polycarbonate and multi-walled nanotubes. In this work, polycarbonate polymer (PC) was mixed at various concentrations with multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) type "as grown" forming a nanocomposite. The samples were prepared by dissolving the PC in chloroform, followed by addition of MWCNT and surfactant. The mixtures were dispersed in an ultrasound bath, the solvent was removed by evaporation, the samples were ground, dried, extruded in plastometer and prepared for characterization. Analysis was performed using scanning electron microscopy, tensile and thermogravimetry tests. A sample was exposed to contact with alcohol to verify the possible sensitivity to this substance. Conductivity and Impedance spectroscopy measurements were conducted in the frequency range from 1 MHz to 1 Hz by varying alternating voltages between 10 mV and 500 mV. The main results were observed two possible behaviors that model the impedance results. At lower concentrations of MWCNT samples may be represented by a circuit composed of two resistors (R1, R2) and a capacitor (CP). The group R2 and CP, connected in parallel, is connected in series with R1. For samples with higher concentrations of MWCNT the equivalent circuit can be represented by just a single resistor. It is observed that with increasing concentration MWCNT the electrical resistance of the nanocomposite is reduced. One of the samples after being exposed to ethanol, showed an increase in the value of electrical impedance, which is characterized as an electrical "response" to the chemical exposure.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:52:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319085.pdf: 1370713 bytes, checksum: 0146c859acbe9761a44234bd89431a32 (MD5) Previous issue date: 2013 / Águas residuais podem se encontrar contaminadas por compostos orgânicos, inorgânicos e em algumas situações por metais pesados, como por exemplo, o chumbo, o qual prejudica o organismo humano. Neste trabalho estudou-se a eficiência de adsorção de chumbo presente em águas através de matrizes poliméricas de PMMA/PEO e PS com nanotubos de carbono ou partículas de negro de carbono dispersas. Foram preparadas membranas semipermeáveis dos nanocompósitos, bem como da matriz polímero/nanopartículas obtida a partir da coagulação da solução homogênea em não solvente. Este material obtido a partir da coagulação foi empacotado em coluna, de maneira que a relação área/volume seja adequada para que se obtenha um grau de retenção otimizado. Também testou-se a adsorção de chumbo através de imersão direta dos materiais na solução contendo íons de chumbo. A utilização de membranas foi inviabilizada devido à baixa permeabilidade de solvente. Por outro lado, a utilização do empacotamento de coluna com nanocompósitos sólidos ou imersão destes nanocompósitos particulados em solução de íons chumbo apresentaram uma eficiente adsorção deste íon metálico. Concluindo, o efeito de adsorção de íons chumbo em solução aquosa por matriz polimérica é eficiente, sendo que na utilização de nanocompósitos ocorre um pequeno aumento, o qual tratando-se de concentrações expressas em ppm, torna o processo viável pois trata-se de eliminar metais pesados para descontaminação ambiental. <br> / Abstract: Wastewater may be finding contaminated by organic compounds, inorganic compounds and in some situations by heavy metals such as lead, which damages the human body. In this work was studied the efficiency of adsorption of lead present in waters through polymeric matrices of PMMA/PEO and PS with carbon nanotubes or carbon black particles dispersed. Semipermeable membranes of nanocomposites were prepared, as well as the matrix polymer/ nanoparticles obtained from the coagulation of the homogenous solution in the not solvent. The material obtained from the coagulation was packed in column in a way that the ratio volume / area are adequate to obtain a degree of optimized retention. Were also tested the adsorption of lead by direct immersion of the materials in the solution containing lead ions. The use of membranes was unfeasible due to the low permeability of solvent. Furthermore, the use of packing of column with solid nanocomposites or immersion of these particulate nanocomposites in lead ions solution presented an efficient adsorption of the metal ion. In conclusion, the effect of adsorption of lead ions in aqueous solution by polymer matrix is effective, whereas in the use of nanocomposites occurs a small increase , which in the case of concentrations expressed in ppm, makes the process feasible since is about to eliminate heavy metals to environmental decontamination.