Síntese e aplicação de nanotubos de carbono
Por: Jose.Nascimento • 27/4/2018 • 6.064 Palavras (25 Páginas) • 321 Visualizações
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As indústrias no geral veem na nanotecnologia o futuro do desenvolvimento dos seus novos produtos, o desenvolvimento dos nanotubos de carbono oferecem vantagens como estes se comportarem como um metal ou um semicondutor e serem materiais que apresentam boa resistência mecânica mesmo sendo flexíveis sendo também excelentes condutores térmicos e elétricos.
Sendo assim, a evolução desta ciência oferece uma perspectiva de grande avanço tecnológico à sociedade moderna. Entretanto, este avanço deve ser controlado e acompanhado, não esquecendo os possíveis impactos negativos que a nanotecnologia pode causar ao ser humano e ao meio ambiente. Sendo necessário ter em conta os princípios éticos inerentes a esta ciência. [2]
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Introdução à nanotecnologia
A palavra Nanotecnologia vêm do prefixo “nano”, que indica um tamanho muito reduzido, sendo que uma estrutura nano para se poder ver facilmente a olho nu, tem de ser ampliada mais de 10 milhões de vezes.
Nanotecnologia consiste no estudo da manipulação da matéria à escala molecular e atómica (estruturas com medidas entre 1 a 100 nanómetros).[pic 2]
Na natureza existem vários exemplos de estruturas nano métricas, sendo que as nano partículas surgem nos produtos de combustão e produção de comidas com o cozimento. Porém,
recentemente o avançar da tecnologia, contribuiu para a investigação e
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Figura 1 - Comparação da escala nanométrica
manipulação da matéria à escala nanométrica. [3]
No domínio da ciência dos materiais espera-se que as nanotecnologias tragam elevado desempenho a todos os sectores. Atualmente, as nano partículas já são utilizadas para reforço de materiais, modificações de superfícies com a utilização de nanoestruturas, produção de biossensores e dispositivos eletrónicos moleculares. Este desenvolvimento tem como fim, explorar o desempenho máximo dos materiais de forma a evoluir a indústria.[2]
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Materiais Nanoestruturados
Um material nanoestruturado é um material que as suas dimensões são inferiores a 100 nanómetros. Estes materiais podem ser divididos consoante o número de dimensões que este possui. Os materiais que possuem apenas uma dimensão na escala manométrica, filmes finos, os que possuem duas dimensões, nanotubos, e os materiais que possuem as três dimensões, os quantum dot [4].
[pic 3]
- b) c)
Figura 2 - Exemplos de a) Filmes finos, b) nanotubos, c) quantum dot
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Nanotubos de carbono
O carbono é o elemento químico mais versátil da natureza e está presente numa infinidade de moléculas e compostos conhecidos com estruturas e propriedades inteiramente distintas como no caso do diamante e da grafite. Tem a capacidade de assumir ligações químicas de várias naturezas e com diferentes hibridizações (sp, sp2 e sp3) que possibilitam a formação até quatro ligações covalentes.
Até o ano de 1985 o diamante e a grafite eram as duas únicas formas cristalinas de carbono conhecidas até que Kroto e Colaboradores descobriram o carbono na forma de “fullerenos”. [5]
[pic 4]
Figura 3 - Estruturas de carbono, (a) Diamante, (b) Grafite e (c) Fullereno
Em 1991 Sumio Jijima através do método de descarga por arco descobriu os nanotubos de carbono (NTCs). Iijima observou “fullerenos” alongados com um diâmetro mínimo de cerca de 0,7nm e comprimento de vários micrómetros formados por camadas concêntricas que mais tarde foram chamados nanotubos de carbono. Análises posteriores mostraram que os nanotubos de carbono são formados por folhas de grafeno enroladas na forma de cilindros, onde os átomos de carbono formam ligações covalentes (fortes) feitas por orbitais híbridos sp2. Os nanotubos de carbono formam estruturas tubulares com diâmetro inferior a 1nm ou até dezenas de nanometros e comprimento que variam de vários micrómetros até fração de milímetro. Os nanotubos podem ser formados por uma única camada, quando são chamados de nanotubos de parede única (Single Walled Nano Tube – SWNT) ou podem ser formados por camadas concêntricas, quando são chamados de nanotubos de paredes múltiplas (Multi Walled Nano Tube – MWNT) [6].
[pic 5]
Figura 4 - Exemplo de nanotubo de parede única (SWNT) à esquerda e de paredes
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As paredes dos nanotubos de carbono podem possuir três geometrias distintas, consoante a direção em que a folha de grafeno se enrola, podendo ser em poltrona, em zig-zag, ou em quiral [7].
[pic 6]
Figura 5 - Diferentes geometrias dos nanotubos de carbono
Estruturalmente, os nanotubos de carbono SWNT são definidos pelo seu diâmetro, comprimento e simetria axial. Existe uma infinidade de tipos de nanotubos de carbono com diferentes simetrias axiais, dependendo da orientação do plano cristalino do grafeno sobre a superfície tubular. A estrutura geométrica dos nanotubos de carbono é definida por meio do seu vetor quiral.
O confinamento quântico ao longo da circunferência do tubo possibilita que os nanotubos apresentem comportamento metálico ou semicondutor dependendo da sua quiralidade. Se a diferença entre os índices quirais (n,m) for um múltiplo de 3 ou zero então o nanotubo é metálico no caso contrário será semicondutor. [8]
Os nanotubos de carbono (MWNT) podem suportar uma enorme densidade de corrente elétrica, da ordem de 1000 vezes à dos metais como a prata e o cobre, uma alta condutividade térmica ao longo do eixo do tubo, 16 vezes superior à do cobre [9]. A adição de nanotubos num material polimérico aumenta em até 125% a condutividade térmica
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