Síntese e aplicação de nanotubos de carbono

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Universidade do Minho

Mestrado Integrado em Engenharia de Materiais Materiais Nanoestruturados

Síntese e aplicação de nanotubos de carbono

Docente:

Vasco Teixeira

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Discente:

Marlene Calheiros, A66200

Guimarães, 7 de Janeiro de 2016

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Índice

1. Objetivos        3
2. Introdução        3
3. Introdução à nanotecnologia        4

1. Materiais Nanoestruturados        4
2. Nanotubos de carbono        5

1. Métodos de síntese        7

1. Arco catódico        7
2. Ablação a laser        8
3. Tocha        9
4. Deposição química a vapor - CVD        10

1. Purificação        12
2. Funcionalização        14
3. Propriedades dos nanotubos de carbono        14
4. Exemplos de aplicações        15

1. Aditivos em matérias poliméricos        15
2. Materiais adsorventes de gases        16
3. Aplicações biotecnológicas        16
4. Adsorventes de metais pesados em efluentes        16
5. Armazenamento de hidrogénio        17
6. Utilização como suporte em catalisadores        17

1. Conclusão        18
2. Referências Bibliográficas        19

Índice de figuras

Figura 1 - Comparação da escala nanométrica        4

Figura 2 - Exemplos de a) Filmes finos, b) nanotubos, c) quantum dot        4

Figura 3 - Estruturas de carbono, (a) Diamante, (b) Grafite e (c) Fullereno        5

Figura 4 - Exemplo de nanotubo de parede única (SWNT) à esquerda e de paredes        5

Figura 5 - Diferentes geometrias dos nanotubos de carbono        6

Figura 6 - Esquema de um equipamento de deposição por descarga elétrica de arco        8

Figura 7 - Ilustração do sistema de ablação a laser        9

Figura 8 - Esquema de um sistema de síntese de nanotubos de carbono por tocha        10

Figura 9 - Tipos de crescimento: Pela ponta (a) e pela raiz (b)        11

Figura 10 - Ilustração do efeito de bombardeamento da partícula do filme catalisador        12

Figura 11 - Comparação entre o TGA de um MWCNT e o C60, é possível ver que os nanotubos de carbono possuem uma maior resistência à oxidação        13

Figura 12 - Propriedades mecânicas dos nanotubos de carbono em comparação com as do aço e do alumínio        14

Figura 13 - Propriedades físicas dos nanotubos de carbono        15

Figura 14 - Imagem TEM        16

Figura 15 - Figura 2 - Adsorção isotérmica, a) NTC's em crescimento, b) the acid-refluxed CNTs (pH=5.0)        17

Figura 16 - Imagem TEM        17

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1. Objetivos

Os objetivos deste trabalho consistem em aprofundar o conceito de nanotecnologia, materiais nanoestruturados, aprofundando o conceito de nanotubos de carbono, apresentando as técnicas de síntese destes materiais e as aplicações destes.

1. Introdução

Desde 1959 até aos dias de hoje, a nanotecnologia tem ganho cada vez mais importância na sociedade e na indústria. Com o avançar da tecnologia é possível estudar, desenvolver e trabalhar os materiais à escala nano, levando a que haja um elevado investimento nesta ciência a nível mundial. [1]

O facto de se poder manipular a matéria à escala nano, torna a nanotecnologia uma ciência utilizada em diversos mercados mundiais, como na medicina, indústria eletrónica, têxtil, militar, alimentar, aeronáutica, aeroespacial entre muitos outros componentes de alta tecnologia, podendo produzir-se semicondutores, chips, biomateriais, cosméticos entre outros produtos.

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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1. 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,