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Influência da funcionalização com grupos contendo oxigênio na dispersão de nanotubos de carbono de parede única em solventes do tipo amida

Sirlaine Diniz Ferreira Brandão 05 July 2010 (has links)
Nenhuma / Desde que as singulares propriedades mecânicas e condutoras dos nanotubos de carbono (NCs) estão associadas a tubos individuais isolados, a dispersão e estabilização de seus feixes em diferentes líquidos são de extrema importância em estudos fundamentais e aplicados. Solventes do tipo amida são atualmente considerados os melhores candidatos, dentre os solventes orgânicos, à dispersão quantitativa dos feixes de nanotubos, sendo que a funcionalização das paredes dos tubos favorece essa dispersão em determinados meios. Amostras brutas de nanotubos de carbono são compostas por feixes contendo até centenas de tubos com distribuição em diâmetro, comprimento, quiralidade e caráter eletrônico, unidos por interações de van der Waals. Para a dispersão desses feixes, o potencial atrativo entre os tubos deve ser balanceado por um potencial repulsivo. Assim, o custo energético das interações nanotubosolvente, que depende fortemente da composição química da superfície dos tubos e das propriedades dielétricas do meio, precisa ser entendido. Teorias de solubilidade têm sido recentemente aplicadas no entendimento dos sistemas nanotubo-solvente. Nelas, a dispersão é favorecida quando os parâmetros de solubilidade do soluto e do solvente têm valores próximos. Nos parâmetros de Hansen, contribuições de energias dispersivas (dd), dipolares (dp) e de ligação de hidrogênio (dh) são consideradas nas interações intermoleculares. O parâmetro de Flory-Huggins (χ) estima a diferença de interação entre o soluto e o solvente, podendo ser expresso em termos dos parâmetros de Hansen. Neste trabalho, apresentamos um estudo sistemático da dispersão de nanotubos de carbono de parede única, como preparados e funcionalizados com grupos ácidos contendo oxigênio, em solventes do tipo amida. As interações nanotubos-solvente foram analisadas em termos dos parâmetros de solubilidade de Hansen e de Flory-Huggins. Por refluxo em solução de HNO3 diluída, quantidades similares (~ 0,3 mmol/g C) de grupos ácidos carboxílicos e hidroxílicos foram covalentemente introduzidos à superfície dos tubos, sem criar defeitos adicionais ou destruir tubos de diâmetros menores. Os materiais de partida e funcionalizado foram amplamente caracterizados por termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, titulação potenciométrica e espectroscopias por dispersão de energia, Raman, na região do infravermelho e de fotoelétrons excitados por raios X. As dispersões obtidas por sonificação/centrifugação dos NCs, antes e após funcionalização, em N-metilpirrolidona (NMP), N,N-dimetilformamida (DMF), N,N-dimetilacetamida (DMA), Ndodecilpirrolidona (N12P) e ciclohexilpirrolidona (CHP) foram caracterizadas por espectroscopia de absorção óptica na região do ultravioleta-visível (UV-Vis). Em estudo de absorbância em função da concentração, foram estimados os limites de dispersão e os coeficientes de absorção dos nanotubos de carbono em cada solvente. A presença dos grupos funcionais aumentou a dispersabilidade dos tubos em NMP, DMF e DMA, mas diminuiu em N12P e CHP. Os coeficientes de absorção, entretanto, diminuíram para todos os solventes após oxidação, refletindo a diminuição da probabilidade da transição p-p* com a funcionalização e a interação com o solvente. Os parâmetros de solubilidade de Hansen e de interação de Flory-Huggins foram calculados para as amostras antes e após funcionalização, permitindo uma análise termodinamicamente quantitativa das interações intermoleculares nos sistemas estudados. Os valores dos parâmetros de Hansen obtidos para a amostra bruta foram dD = 18,0 MPa1/2, dP = 7,4 MPa1/2 e dH = 6,8 MPa1/2, enquanto aqueles para a amostra funcionalizada foram dD = 17,4 MPa1/2, dP = 12,0 MPa1/2 e dH = 9,2 MPa1/2. Em comparação com valores tabelados para os solventes, o parâmetro de energia dispersiva mostrou-se dominante na dispersão dos tubos não-funcionalizados, enquanto interações dipolares e ligações de hidrogênio exerceram uma maior influência na dispersão dos tubos funcionalizados com grupos oxigenados ácidos. Os parâmetros de interação de Flory-Huggins estimados mostraram que os sistemas com maior afinidade foram a amostra bruta dispersa no solvente CHP e a amostra funcionalizada dispersa nos solventes NMP, DMA e DMF.

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