ÁREA: Nanotecnologia
TÍTULO: ESTUDO ESPECTROSCÓPICO DE NANOCOMPÓSITOS FORMADOS POR NANOTUBOS DE CARBONO E POLIANILINA
AUTORES: T. B. DA SILVA1, G. M. DO NASCIMENTO, M. L. A. TEMPERINI, P. CORIO2
1TILANA@CECM.USP.BR; 2PAOLA@IQ.USP.BR
DEPARTAMENTO DE QUíMICA FUNDAMENTAL - INSTITUTO DE QUíMICA – USP - SãO PAULO – SP - BRASIL
RESUMO: Este trabalho aborda o estudo de materiais de baixa dimensionalidade e suas propriedades. Como foco principal está a interação entre nanotubos de carbono e o polímero condutor, polianilina na sua forma sal de esmeraldina (PANI-ES). A polimerização in situ da anilina na presença de nanotubos de carbono leva a formação dos nanocompósitos. Usando técnicas de espectroscopia eletrônica e Raman ressonante (RR) caracterizou-se os compostos obtidos e foi possível identificar a forma de interação entre os nanotubos e a cadeia polimérica. Os SWNTs (single walled nanotubes) metálicos interagem preferencialmente com a PANI através do fenômeno de transferência de carga, evidenciando assim, a formação de nanocompósitos.
PALAVRAS CHAVES: nanotubos de carbono – polianilina -espectroscopia raman
INTRODUÇÃO: O trabalho está focado no estudo e desenvolvimento de compósitos de nanotubos de carbono (NTC) com polímeros condutores. Os nanotubos de carbono de parede simples (SWNTs) podem ser combinados com polímeros, de maneira a moldar as propriedades físicas desses compósitos (nanotubo-polímero) para aplicações específicas (YERUSHALMI-ROZEN et al., 2005). Neste contexto, o uso da polianilina (PANI) é de especial relevância, devido à suas excelentes propriedades térmicas e estabilidade química (MACDIARMID et al., 1989). A PANI é um polímero condutor, cujo grau de condutividade depende do estado de oxidação, da protonação e do ordenamento supramolecular da cadeia (MACDIARMID et al., 2001). Diversos trabalhos na literatura mostram que as propriedades elétricas e térmicas são bastante dependentes da quantidade e natureza dos NTCs, bem como do método de preparação(COCHET et al, 2001; LI, 2005). O trabalho tem como foco principal sínteses de nanocompósitos de SWNTs/PANI e sua caracterização através de técnicas de espectroscopia e microscopia. Mais especificamente também é de interesse do trabalho enfocar propriedades eletrônicas, químicas e fotoquímicas dos compostos obtidos.
MATERIAL E MÉTODOS: Os SWNTs foram purificados em refluxo de 3h em solução de HCl (3 M), procedimento para eliminação de catalisadores da síntese. Os compósitos foram preparados da seguinte maneira:
- suspendeu-se os SWNTs em acetonitrila seguida de ultrassonicação por 1h para melhor dispersão (solução A);
- preparou-se solução de anilina (destilada em vácuo) em HCl 1,0 mol.L-1; (solução B);
- adição da solução B na A com agitação magnética;
- adição do catalisador persulfato de amônio na proporção molar de 4/1 anilina/persulfato.
A solução foi mantida sob agitação por 6h à temperatura ambiente para que a polimerização ocorresse. O sólido verde escuro foi isolado do meio reacional por centrifugações, seguida de lavagens com HCl 1,0 mol.L-1 e acetona, em seguida seco em dessecador à vácuo. Os polímeros de anilina foram obtidos sob as mesmas condições usadas para a síntese dos nanocompósitos, porém na ausência de nanotubos. Na discussão dos resultados será utilizada a razão mássica de SWNT/anilina para se reportar às amostras. A polianilina (PANI-ES) utilizada como padrão de comparação foi preparada de acordo com o procedimento descrito por MacDiarmid et al. (MACDIAMIRD et al., 1987)
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A síntese de PANI em acetonitrila leva a formação de um polímero no estado PANI – ES é possível visualizar as bandas dos segmentos polarônicos em 1333 cm-1 (nC-N) e 1166 cm-1 (bC-H) (Fig 1A). Não há mudança significativa de freqüência e intensidade relativa de bandas em relação ao espectro da PANI-ES padrão (MACDIARMID et al, 1989). O mesmo se observa para espectros com radiação excitante em 1064 nm (Fig 1B). A Fig.2 apresenta os espectros Raman ressonante característicos dos SWNTs com radiação excitante 632.8 nm e 1064.0 nm, os quais ressonam com os metálicos e semicondutores, respectivamente. Nos espectros Raman de SWNT/PANI obtidos em 632.8 nm há predominância das bandas da PANI-ES (Fig. 2A). Esses resultados sugerem que a PANI interage com os nanotubos através dos anéis carregados (polarônicos e bipolarônicos). Porém nos espectros Raman dos compósitos obtidos em 1064 nm (Fig. 2B) ocorre a sobreposição das bandas dos SWNTs com as da PANI-ES. À medida que a quantidade de nanotubos diminui no compósito predominam as bandas da PANI. Os resultados revelam uma transferência de carga entre os SWNTs metálicos e a PANI conforme sugerido por Nascimento et al. (DO NASCIMENTO et al, 2005).
CONCLUSÕES: A interação entre nanotubos de carbono e a PANI em diferentes proporções em massa de SWNT/PANI foi estudada através de técnicas de espectroscopia eletrônica e Raman ressonante. Os resultados obtidos evidenciam um fenômeno de transferência de carga e sugerem ainda que os SWNTs metálicos interagem preferencialmente com os segmentos carregados da PANI, mostrando que há formação de um nanocompósito e não apenas de uma mistura física. O comportamento espectral destes nanocompósitos está de acordo com o relatado por Nascimento et al (DO NASCIMENTO et al, 2005).
AGRADECIMENTOS:FAPESP, CNPq.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:COCHET, M.; MASER, W. K.; BENITO, A. M.; CALLEJAS, A.; MARTINEZ, M. T.; BENOIT, J.-M.; SCHREIBER, J.; CHAUVET, O., 2001, Chem. Commun., 1450.
DO NASCIMENTO, G. M.; CORIO, P.; NOVICKIS, R. W.; TEMPERINI, M. L. A.; DRESSELHAUS, M. S., 2005, J. Poly. Scie. A Poly. Chem. , 43, 815.
LI, X.-H.; WU, B.; HUANG, J.-er; ZHANG, J.; LIU, Z.-f.; LI, H., 2005, Carbon, 411, 1645.
MACDIARMID, A. G.; CHIANG, J. C.; RICHTER, A. F.; SONOSIRI, N. L. D. In Conducting Polymers, Alcácer, L., Ed.; Reidel Publications: Dordrecht 1987; p 105.
MACDIARMID, A. G.; EPSTEIN, A. J. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1989, 88, 317.
MACDIARMID, A. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2581.
YERUSHALMI-ROZEN, R.; SZLEIFER, I., 2005, Polymer, 46, 7803.