Nanocompósitos: desafios na síntese de CNTs

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Coelho, Cláudia Alexandra Araújo
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/34051
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)
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spelling Nanocompósitos: desafios na síntese de CNTsNanocomposites: challenges in the CNTs’ synthesis616-7Engenharia e Tecnologia::Engenharia MédicaDissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)Os Nanotubos de Carbono (CNTs, do inglês carbon nanotubes ) são um material muito promissor na área dos dispositivos médicos devido às suas propriedades elétricas, mecânicas e químicas. No entanto, estes dispositivos ainda não se encontram comercialmente disponíveis, sendo que o processo de síntese dos CNTs é um dos principais obstáculos. Com efeito, a maioria destas aplicações requer a incorporação de CNTs verticalmente alinhados. O método pelo qual estes são produzidos, a deposição química em fase de vapor (CVD) é um processo de difícil repetibilidade a nível laboratorial. Esta técnica envolve um elevado número de parâmetros e a relação entre eles e a forma como afetam o processo não é ainda totalmente compreendida. O objetivo deste trabalho passa por fazer um estudo de parametrização para compreender como algumas variáveis, nomeadamente, o local de deposição, o tempo de crescimento e a limpeza do tubo influenciam a síntese e tentar compreender como se pode uniformizar o processo e criar um protocolo universal que permita a transferência de conhecimentos entre laboratórios. Através de CVD, foram sintetizadas florestas de CNTs seguindo uma estratégia que permitisse avaliar a influência dos parâmetros mencionados acima. As florestas produzidas foram avaliadas em termos de morfologia por Microscopia Eletrónica de Varrimento. Foram ainda incorporadas num material polimérico (PDMS) para avaliação das suas propriedades mecânicas como nanocompósito. A avaliação da posição e da limpeza do tubo permitiu verificar que são parâmetros cuja influência depende das características do sistema. Durante a sua avaliação, verificou-se que outros parâmetros como a uniformidade e o armazenamento dos catalisadores também influenciam o processo, enfatizando a importância de uma deposição de qualidade para a obtenção de bons resultados. Uma paragem forçada durante a análise da influência do tempo de crescimento permitiu observar a influência das condições ambiente na síntese. Com estas observações em mente iniciou-se a elaboração de um protocolo que permita a transferência de conhecimentos entre laboratórios. Este encontra-se numa fase preliminar, pelo que precisa de ser desenvolvido. A caracterização morfológica permitiu ver a influência da limpeza do tubo e da deposição do catalisador na morfologia dos CNTs. A caracterização mecânica confirmou que os CNTs são capazes de reforçar as propriedades de outros materiais. Do estudo realizado resultaram um conjunto de dados que permitem agora uma melhor compreensão do sistema de síntese de CNTs desenvolvido, bem como um conjunto de dados paralelos acerca de fatores inicialmente desconhecidos e que podem ter influência no processo.Carbon nanotubes (CNTs) are a very promising material in the medical devices field due to their electrical, mechanical and chemical properties. Besides the growing resear ch in this field, these devices are not commercially available yet. There are two main reasons for this phenomenon: biocompatibility and production issues. Indeed, some of these applications require vertically aligned-CNTs. The process whereby CNTs with this orientation are produced, Chemical Vapor Deposition (CVD), is not consistent from lab to lab and even between sessions in the same lab. This process involves a huge number of parameters and the relation between all of them is not yet completely known. The aim of this work is to perform a parametric study to evaluate the relation between some parameters and, with this knowledge, to try to understand how the process can be uniformed and to create a universal protocol that can be used in the transfer of knowledge between labs. CNTs forests were grown by CVD following a strategy to evaluate some parameters and their influence in the process: deposition placement, growth time and tube baking. During the parametric study, some parameters not took into account at the beginning, revealed to exert an important influence in the process such as the catalyst uniformity and storage and ambient conditions. The forests produced were evaluated in terms of morphology by SEM (Scanning Electron Microscopy). Some forests were embedded in a biocompatible polymeric material, PDMS (polydimethylsiloxane), and the mechanical properties of this nanocomposite were assessed. The main conclusion of this work is that it is not possible to create a universal recipe for the synthesis process because the influence of parameters like best deposition spot, tube baking and ambient conditions depend on the furnace system used and on the room they are included. But it is possible to create a universal protocol framework that all labs can follow to generate the ideal recipe for their system and lab conditions. In the end of the work, a protocol template is presented. This template is based on the conclusions taken when evaluating the parameters referred above. Another major conclusion is that catalyst uniformity influences the uniformity of the forests, which resembles the importance of the catalyst’s deposition step. The forests morphology is also influenced by the tube baking. PDMS reinforced with CNTs presented enhanced Young’s modulus. This study resulted in a set of data that allow a better understanding of the synthesis system evaluated, as well data about unknown factors which probably have influence in the process.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - Projeto PTDC/EEI-ELC/1838/2012.Fundos FEDER através do Programa Operacional Factores de Competitividade – COMPETESilva, Alexandre Ferreira daRocha, Luís Alexandre MachadoUniversidade do MinhoCoelho, Cláudia Alexandra Araújo20142014-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/34051por201142295info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T12:19:00Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/34051Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T19:11:52.189861Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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