O grafeno é um material bidimensional (2D) com espessura monoatômica, formado por
átomos de carbono com hibridização sp2. Ele é a base das estruturas grafíticas, como os fulerenos,
os nanotubos de carbono e o grafite, possuindo excepcionais propriedades eletrônicas, térmicas,
mecânicas e ópticas. Entre os métodos de obtenção do grafeno, a esfoliação química do grafite em
fase líquida é altamente promissora, pois pode ser escalonada, possibilitando a produção de grandes
volumes. Além disso, apresenta alta versatilidade em termos de funcionalização química do grafeno
e produção de filmes finos para a confecção de compósitos e de eletrodos transparentes e
condutores.
Desde que as singulares propriedades mecânicas e condutoras das nanoestruturas de carbono
estão associadas a espécies individuais isoladas, a dispersão e estabilização de grafenos em
diferentes líquidos são de extrema importância em estudos fundamentais e aplicados. Para tal, o
potencial atrativo entre as folhas no grafite deve ser balanceado por um potencial repulsivo. Assim,
o custo energético das interações grafeno-solvente, que depende fortemente do material de partida e
das propriedades dielétricas do meio, precisa ser entendido.
Teorias de solubilidade têm sido recentemente aplicadas a nanoestruturas de carbono. Neste
estudo, usamos os parâmetros de solubilidade de Hansen para a proposição de solventes e misturas
capazes de esfoliar em fase líquida o grafite natural da empresa Nacional de Grafite Ltda..
Utilizando um algoritmo no Matlab baseado nos parâmetros de solubilidade de Hansen,
selecionou-se cinco misturas de solventes orgânicos, onde o clorofórmio é um dos componentes. O
grafite natural na forma bruta e pré-esfoliada foi esfoliado em dispersões estáveis de grafenos, as
quais foram caracterizadas por espectroscopia no UV-Vis e Raman, MET e DLS.
As dispersões produzidas nas misturas de menor valor de D0, apesar de apresentarem uma
menor concentração de material disperso, apresentaram flakes de tamanho maior e com poucas
camadas de grafeno. Já nas misturas com maior valor de D0, observou-se uma maior concentração
de material disperso, com grafenos de dimensões maiores e menores, porém com maior número de
camadas. / Graphene is a two-dimensional material (2D) composed by a monoatomic thickness sheet of
carbon atoms with sp2 hybridization. It is the basis of graphitic structures, such as fullerenes, carbon
nanotubes and graphite, possessing exceptional electronic, thermal, mechanical and optical
properties. The method of graphene obtention through graphite exfoliation in liquid phase is highly
promising because it can be staggered, allowing the production of large quantities. In addition, it
presents high versatility in terms of chemical functionalization of graphene and thin films
production for the manufacture of composites and transparent and conducting electrodes,
respectively.
Since natural and mechanical properties of conductive carbon nanostructures are associated
with individual isolated species, dispersion and stabilization of graphene in different liquids are of
utmost importance in basic and applied studies. For this purpose, the attractive potential between
the graphene sheets in the graphite must be balanced by a repulsive potential. Thus, the energy cost
of graphene-solvent interactions, which strongly depends on the starting material and the dielectric
properties of the medium, needs to be understood.
Solubility theories have recently been applied to carbon nanostructures. In this study, we
have used the Hansen solubility parameters for proposing solvent mixtures able to exfoliate the
natural graphite from the Nacional de Grafite Ltda. company in the liquid phase.
Using an algorithm in Matlab based on the Hansen solubility parameters, we have selected
five mixtures of organic solvents, where chloroform is one of the components. The natural graphite
in raw form and pre-exfoliated was exfoliated in stable dispersions of few-layer graphenes, which
were characterized by UV-Vis and Raman spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM)
and dynamic light scattering (DLS).
Dispersions produced in mixtures of lower value of D0, despite having a lower concentration
of dispersed material, showed larger flakes size with few-layers of graphene. Mixtures with a higher
value of D0 presented a higher concentration of dispersed material, but particles with smaller
dimensions and a greater number of layers.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:bdtd.cdtn.br:159 |
| Date | 08 March 2013 |
| Creators | Jefferson Patrício Nascimento |
| Contributors | Clascídia Aparecida Furtado, José Domingos Ardisson, Honória de Fátima Gorgulho |
| 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 | English |
| 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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