Efeitos de solventes e cargas elétricas na dispersão de nanomateriais de carbono e na auto-organização em interfaces líquido-líquido

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Damasceno, João Paulo Vita, 1990-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/66753
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Aldo José Gorgatti Zarbin
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spelling Damasceno, João Paulo Vita, 1990-Universidade Federal do Paraná. Setor de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em QuímicaZarbin, Aldo José Gorgatti, 1968-2021-12-14T12:42:29Z2021-12-14T12:42:29Z2020https://hdl.handle.net/1884/66753Orientador: Prof. Dr. Aldo José Gorgatti ZarbinTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 18/02/2020Inclui referências: p. 149-163Resumo: Dentre as inovações das últimas décadas que viabilizam a crescente demanda por novos materiais e dispositivos mais eficientes, destacam-se as tecnologias à base de nanomateriais de carbono, utilizados em aplicações que necessitam de condutividade elétrica, resistência mecânica e química, materiais leves, flexíveis e renováveis. A utilização desses nanomateriais geralmente é pautada no emprego de estruturas individualizadas e dispersas em meios líquidos, principalmente aplicações que demandam alta performance ou transparência, como filmes finos condutores e transparentes. Para qualquer aplicação é necessário conhecimento profundo acerca das propriedades dessas dispersões e das relações entre tais propriedades e as características dos dispositivos finais. O presente trabalho visa ampliar alguns conceitos de preparação e estabilização de dispersões de nanomateriais de carbono, e ampliar alguns conceitos de preparação de filmes finos em interfaces líquido-líquido, através da relação entre dispersante e/ou cargas elétricas nos materiais com estabilidade coloidal e através das relações entre as propriedades dessas dispersões e dos filmes finos formados em diferentes interface líquido-líquido, respectivamente. Foi demonstrado que alguns solventes puros, como clorofórmio, ou contendo impurezas, como tetraidrofurano (THF) com 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol (BHT), são capazes de dispersar nanotubos de carbono, formando dispersões liofóbicas que permanecem metaestáveis por estabilização eletrostática, decorrente da formação de cargas elétricas nos materiais durante a sonicação. Dispersões de nanotubos de carbono em THF contendo BHT podem ser utilizadas como precursoras de dispersões aquosas metaestáveis não passivadas e não funcionalizadas, formadas por nanotubos individualizados e estabilizados também por repulsão eletrostáticas. Cargas elétricas são geradas pela oxidação do BHT, que doa elétrons para os nanotubos durante a sonicação em THF, e esses elétrons são mantidos após a transferência para água. Dispersões orgânicas e a dispersão aquosa de nanotubos de carbono foram utilizadas na preparação de filmes finos em interfaces líquido-líquido utilizando-se o método interfacial. A dispersão aquosa metaestável de nanotubos sempre forma filmes finos com misturas líquidas de tensão interfacial maior que 20 mJ m-2. Contudo, as dispersões orgânicas formam filmes apenas se o dispersante dos nanotubos for um líquido aromático e se a interface for aquosa. Foram preparadas dispersões aquosas de fulereno C60 e de grafeno, a partir dos respectivos compostos de intercalação com potássio metálico e das soluções desses compostos em THF. Tais dispersões aquosas também apresentam natureza liofóbica e são metaestáveis devido à repulsão eletrostática. Dois conceitos demonstrados anteriormente foram generalizados a partir dos experimentos com as dispersões de C60 e grafeno, (i) a natureza eletrônica das cargas elétricas que mantêm as dispersões estáveis, e (ii) a formação de filmes finos em interfaces líquido-líquido a partir de dispersões metaestáveis e com misturas de solventes de tensão interfacial maior que 20 mJ m-2, independentemente da morfologia ou dimensionalidade do nanomaterial de carbono. Palavras-chave: Nanomateriais de carbono. Dispersões aquosas. Espectroscopia Raman. Filmes finos. Interfaces líquido-líquido.Abstract: Among the innovations from last decades that enable the crescent demand for new materials and more efficient devices, carbon nanomaterials-based technologies stand out, and they have been used in application that demand electrical conductivity, mechanical and chemical resistance, and lightweight, flexible and renewable materials. Applications for these nanomateriais are based on individualized structures dispersed in liquid media, especially for transparent devices or high-performance ones, like conductive and transparent thin films. For any application is necessary deep knowledge about dispersions properties and the relations between such properties and the characteristics of the final devices. This work aims the establishment of new concepts concerning the preparation and stabilization of carbon nanomaterials dispersions, through the correlation between dispersants or electrical charges and colloidal stability, as well as the enlargement of concepts about the preparation of thin films in liquid-liquid interfaces, through the relations between dispersions properties and some characteristics of thin films prepared in different liquid-liquid interfaces. It was demonstrated that some pure solvents, as chloroform, or impure ones, like tetrahydrofuran (THF) containing 2,6- di-terc-butyl-4-methylphenol (BHT), are able to disperse carbon nanotubes, forming lyophobic dispersions that are metastable due to electrostatic stability, as a consequence of electrical charges formation on those materials during sonication. Carbon nanotubes dispersed in THF containing BHT can be used as precursors for aqueous and metastable dispersions without passivant agents or functionalization, that are formed by individualized nanotubes also stabilized by electrostatic repulsion. Electrical charges are produced by BHT oxidation, which donates electrons to nanotubes during sonication in THF, and those electrons are kept after water transfer. Organic and aqueous dispersions of carbon nanotubes were used to prepare thin films in liquid-liquid interfaces, using the interfacial method. Metastable aqueous dispersion always produces a thin film if the liquid mixtures have interfacial tension higher than 20 mJ m-2. However, organic dispersions produce thin films only if the dispersant for nanotubes is an aromatic liquid and using aqueous interfaces. It was prepared aqueous dispersions of fullerene C60 and graphene, starting from the respective salts with metallic potassium e from them solutions in THF. Such aqueous dispersions have also lyophobic nature and are metastable due to electrostatic repulsion. Two concepts explored before were generalized from the experiments with the C60 and graphene dispersions, (i) the electronic nature of electrical charges the maintain these dispersions stable, and (ii) the formation of thin films in liquid-liquid interfaces from metastable dispersions mixed with solvents that produce liquid mixtures with interfacial tensions higher than 20 mJ m-2, regardless the morphology or dimensionality of the carbon nanomaterial. Keywords: Carbon nanomaterials. Aqueous dispersions. Raman spectroscopy. Thin films. Liquid-liquid interfaces.170 p. : PDF.application/pdfMateriais nanoestruturadosCarbonoRaman, Espectroscopia deFilmes finosQuímicaEfeitos de solventes e cargas elétricas na dispersão de nanomateriais de carbono e na auto-organização em interfaces líquido-líquidoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - JOAO PAULO VITA DAMASCENO.pdfapplication/pdf10326206https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/66753/1/R%20-%20T%20-%20JOAO%20PAULO%20VITA%20DAMASCENO.pdf50a51dc860886756056dcf73d1d02314MD51open access1884/667532021-12-14 09:42:29.905open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/66753Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-12-14T12:42:29Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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