Nenhuma / Neste trabalho os nanotubos de carbono de parede única (SWNTs, do inglês single-walled
carbon nanotubes) sintetizados pelo método HiPco foram dispersados em solução aquosa de
três surfactantes aniônicos: colato de sódio (NaC), dodecilbenzenosulfonato de sódio (NaDDBS)
e dodecilsulfato de sódio (SDS). Foi empregado um procedimento de dispersão que consiste de
uma uma etapa inicial de desagregação ultrassônica, seguida de uma etapa de centrifugação,
para remoção do material não desagregado. A concentração inicial de SWNTs foi fixada em
0,25 mg⋅mL−1. Todas as amostras foram preparadas em duplicatas. Quatro variáveis foram investigadas
simultaneamente: a concentração de surfactante, o tempo de sonificação, a aceleração
centrípeta e o tempo de centrifugação. Foram aplicadas técnicas de planejamento estatístico
de experimentos para compreender a influência simultânea destes fatores e como eles interagem
entre si. Como variável de resposta foi utilizada a área das absorções ressonantes na região de
500 a 1000 nm. As medidas de espectroscopia de absorção óptica foram realizadas em quatro
datas diferentes para avaliar a degradação das amostras ao longo do tempo. A microscopia eletrônica
de transmissão foi utilizada para avaliar a qualidade e o estado de agregação de algumas
dispersões em função das condições experimentais.
Foi desenvolvido um algoritmo computacional para automatizar o tratamento dos dados. No
primeiro passo os dados são processados por um filtro de ruído espectral que calcula as médias
sobre valores de absorção óptica consecutivos. No passo seguinte as absorções ressonantes
dos SWNTs são obtidas após a correção da linha de base típica de materiais grafíticos. No
passo final, são calculadas as áreas espectrais e identificadas as posições de máximo das linhas
espectrais.
Os resultados mostraram que nas condições experimentais estudadas, os fatores tempo de
sonificação, aceleração centrípeta e tempo de centrifugação foram significativos. Como esperado,
verificou-se que o tempo de sonificação contribui para aumentar a concentração final dos
nanotubos dispersos e que o aumento da aceleração centrípeta e do tempo de centrifugação contribui
para reduzir a concentração final. Verificou-se que todas as interações entre as variáveis
consideradas no planejamento experimental (AB+CD, AC+BD e AD+BC) influenciam na absorção
óptica das dispersões, apesar de terem menor influência que os efeitos principais B, C e
D. Através de um modelo de ajuste para as áreas totais, foi estimada a absorção óptica média na
faixa de 500 a 1000 nm, em excelente concordância com os valores médios obtidos experimentalmente.
Em relação à microscopia eletrônica de transmissão (MET), esta revelou a presença
de feixes de nanotubos em todas as dispersões analisadas. Todavia, devido às limitações da
técnica, não foi possível afirmar se esta estrutura agregada existe em solução ou foi formada
durante a preparação da grade de microscopia. A análise por MET também revelou uma característica
importante da amostra utilizada. Observou-se que estes nanotubos encontram-se
altamente decorados com nanopartículas esféricas de ferro, cujos diâmetros são da ordem de 5
nm e que foram encontradas mesmo após condições rigorosas de centrifugação (120.000 g por
120 min). Isso evidencia a existência de uma forte interação entre as nanopartículas de Fe e os
SWNTs nesta amostra. / In this work, HiPco single-walled carbon nanotubes (SWNTs) were dispersed in aqueous
solutions of three anionic surfactants: Sodium cholate (NaC), sodium dodecylbenzenesulfonate
(NaDDBS) and sodium dodecyl sulfate (SDS). The dispersion procedure employed consisted of
an initial ultrasonic disaggregation step, followed by a centrifugation step for the removal of the
non disaggregated material. The initial concentration of SWNTs was set at 0.25 mg⋅mL−1. All
samples were prepared in duplicate. Four variables were investigated simultaneously: the surfactant
concentration, the sonication time, the centripetal acceleration, and the centrifugation
time. Experimental design techniques were employed to evaluate the simultaneous influence
and interaction of the factors. The response variable used was the area of the resonant absorptions
ranging from 500 nm to 1,000 nm. Optical absorption measurements were performed at
four different dates to evaluate the degradation of the samples over time. Transmission electron
microscopy was used to evaluate the quality and the state of aggregation of some dispersions as
a function of the experimental conditions.
A computer algorithm was developed for the automatic data processing. In the first step
the data were processed with a spectral noise filter that calculated the average of consecutive
absorption values. In the next step, with the help of a hyperbolic baseline, the resonant absorptions
of the SWNTs were obtained after correction of the typical baseline of graphitic materials.
In the last step, the area above the baseline, or the specific area - AE, the total area - AT , and
the ratio of the two (the percent area) Apct were calculated. The algorithm also allowed the
identification of maximum absorption peak positions.
The results shows that in the experimental conditions investigated, the factors sonication
time, centripetal acceleration, and centrifugation time were significant. As expected, it was observed
that the sonication time contributes to increase the final concentration of the dispersed
nanotubes and that the increase in the centripetal acceleration and in the centrifugation time contributes
to reduce the final concentration. However, its contribution was insignificant for NaC
and little important for NaDDBS. All the interactions considered in the experimental design
(AB+CD, AC+BD, and AD+BC) influenced the optical absorption of the nanotube dispersions,
despite their smaller influence in relation to the main effects B, C, and D. The average optical
absorption in the range from 500 nm to 1,000 nm was estimated using a fitting model for the
total areas, giving excellent agreement with the average values obtained from the experimental
data. Transmission electron microscopy (TEM) analysis revealed the presence of nanotube bundles
in the dispersions analyzed. However, due to technical limitations, it is not possible to state
whether this aggregate structure existed in solution or whether it was formed during the preparation
of microscopy grids. The TEM analysis also revealed an important characteristic of the
samples studied. These HiPco SWNTs are highly decorated with spherical iron nanoparticles
with diameter in the order of 5 nm, which were also observed even after rigorous ultracentrifugation
(120,000g for 120 min), making it clear that there is a strong interaction between Fe
nanoparticles and SWNTs in this sample.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:bdtd.cdtn.br:141 |
| Date | 30 August 2011 |
| Creators | Régis Fernandes Gontijo |
| Contributors | Adelina Pinheiro Santos, Clascídia Aparecida Furtado, Cristiano Fantini Leite, Vanderley de Vasconcelos |
| Publisher | CNEN - Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, Belo Horizonte, CTMA - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais, CDTN, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do CDTN, instname:Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear, instacron:CDTN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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