ÁREA: Nanociência e Nanotecnologia
TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE POLIPIRROL (Ppy)/ NANOTUBOS DE CARBONO (NTC) PARA APLICAÇÃO COMO CAPACITORES ELETROQUÍMICOS.
AUTORES: SILVA, P.L. (UFU) ; LIMA, D.M. (UFU) ; ZAQUEO, R.P. (UFU) ; CANOBRE, S.C. (UFU) ; AMARAL, F.A. (UFU)
RESUMO: Neste trabalho foram sintetizados química e eletroquimicamente compósitos de Polipirrol (Ppy) /Nanotubos de carbono (NTC). As propriedades estruturais e eletroquímicas dos compósitos foram analisadas por difratometria de raios-X e voltametria cíclica, respectivamente, visando à aplicação destes materiais como capacitores em dispositivos eletrônicos. Os compósitos apresentaram um comportamento capacitivo com acréscimo nos valores de capacitância quando comparado aos constituintes individuais.
PALAVRAS CHAVES: polipirrol, compósitos e nanotubos de carbono.
INTRODUÇÃO: A partir do século XX percebe-se que, com o enorme progresso tecnológico, a realização e expansão de modernos materiais são indispensáveis, propiciando aos diversos campos da indústria e da pesquisa a procura por substâncias que mostram inovadoras propriedades físico-químicas, e um reduzido impacto ambiental e custo de produção. Dentre esses novos materiais encontram-se os compósitos de polímeros condutores e nanotubos de carbono (NTC) que possuem grande potencial em aplicações tecnológicas e por esse motivo, seus estudos vêm crescendo consideravelmente (HERBST et al., 2004). Esses compósitos condutores podem ser utilizados em diversas situações, tais como: materiais de eletrodos para baterias recarregáveis, proteção contra corrosão de aço, dispositivos eletrônicos, sensores químicos, entre outros e possibilitam a conjugação de propriedades devido a um efeito sinérgico entre esses materiais. Os polímeros condutores aumentam a condutividade eletrônica do compósito final e os nanotubos de carbono reforçam mecanicamente e estabilizam termicamente os polímeros condutores, diminuindo a densidade de corrente nos dispositivos eletroluminescentes. (MARQUES, E. C., 2008). Assim, este trabalho teve como objetivo as sínteses química e eletroquímica, bem como a caracterização eletroquímica e estrutural de compósitos de Polipirrol e Nanotubos de Carbono para sua aplicação como capacitores eletroquímicos.
MATERIAL E MÉTODOS: Para a síntese química dos compósitos de Ppy/NTC, foram dispersos 100 mg de NTC’s funcionalizados em uma solução de H2SO4 e HNO3 na proporção 3:1 em 50 mL de solução aquosa contendo 0,1 mol L-1 do surfactante dodecilsulfato de sódio, esta deixada em banho de ultrassom por 2 h. Após dispersão, a solução resultante foi adicionada em 50 mL de uma solução ácida de HCl 1 mol L-1/ NaCl 3 mol L-1 e 0,1 mol L-1 de pirrol destilado. Gotejou-se lentamente 20 mL da solução de HCl 1 mol L-1/NaCl 3 mol L-1 contendo 0,0022 mol L-1 do agente oxidante, cloreto férrico. A síntese química foi realizada em banho de gelo mantido em uma temperatura de aproximadamente -10 ºC, sob agitação constante, em um período de 2 h. A solução foi deixada em repouso sob resfriamento e após 24 horas foi filtrada a vácuo e lavada com 100 mL de uma solução de HCl l mol L-1, o produto foi seco à vácuo. As sínteses eletroquímicas do polímero e do compósito foram realizadas cronoamperometricamente, polarizando-se o eletrodo de trabalho em 0,8 V vs. Ag/AgCl, em um meio contendo NTC’s dispersos em dodecilsulfato de sódio. Os compósitos e seus materiais constituintes foram caracterizados estruturalmente por difratometria de raios-X e eletroquimicamente por voltametria cíclica em meio orgânico, simulando uma bateria recarregável de íons lítio. O filme do compósito obtido quimicamente foi preparado misturando-se o compósito com 20% (m/m) PVDF como aglutinante (dissolvido em ciclopentanona). Este filme foi submetido à teste de estabilidade eletroquímica por sucessivas voltametrias cíclicas(5 ciclos) em solução de EC/DMC contendo LiClO4 0,1 mol L-1. A velocidade de varredura empregada foi de 5 mVs-1 e o intervalo de potenciais aplicado foi de -0,4 a 0,8 V vs. Ag/AgCl, utilizando-se como contra eletrodo o anodo LiC6.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Na Fig 1 (a) observa-se os cronoamperogramas de síntese eletroquímica do compósito NTC/Ppy e do polímero Ppy. Em ambos cronoamperogramas observa-se um acréscimo acentuado nos valores de densidade de corrente nos primeiros 200 s e consequentemente da carga anódica que tende a se estabilizar, indicando o crescimento do polímero eletroativo. A carga anódica do compósito NTC/Ppy (0,250 C) foi superior à do Ppy (0,230 C) devido a um provável sinergismo entre os materiais.
O voltamograma cíclico do compósito NTC/Ppy sintetizado eletroquimicamente realizado em EC/DMC LiClO4 0,1 mol L-1 apresentou um perfil capacitivo Fig 1 (b), com aumento na capacidade de armazenamento de carga quando comparado ao observado para o polímero sozinho, indicando uma possível aplicação como capacitores.
No difratograma de raio-X de Ppy, observa-se três característicos picos de difração centrados em 15,3, 20,3 e 25,8o (Fig. 2) que correspondem à reflexão (110) que é mais intenso do que o correspondente à reflexão (100). Os NTC's apresentaram um padrão de difração, com um pico de alta intensidade em 25,9º referente à estrutura do grafite, e duas bandas: uma em 45,56º, atribuída às partículas catalíticas encapsuladas nos NTC's e outra em 65,3º devido às prováveis impurezas decorrentes do processo de fabricação dos mesmos (MARQUES, E. C., 2008). Já no difratograma do compósito observa-se a presença de dois picos de difração bem definidos, indicando certo grau de cristalinidade devido à coexistência das reflexões relacionadas ao Ppy e ao NTC (Fig. 2). O desaparecimento dos picos referentes aos NTC's no difratograma de raios-X do compósito sugere completo revestimento dos NTC's pelo polímero condutor. O trabalho segue com a otimização das condições de síntese dos compósitos via eletroquímica.
CONCLUSÕES: A partir dos resultados de difratometria de raio-X pode-se inferir efetiva funcionalização dos nanotubos, bem como a síntese do polímero condutor e total revestimento deste ao NTC. Pelos cronoamperogramas pode-se concluir que o compósito NTC/Ppy apresentou capacitância superior ao polímero condutor, sugerindo maior capacidade de armazenamento de carga. A partir do perfil capacitivo apresentado pelo voltamograma cíclico do compósito é possível inferir que esse material é promissor como capacitor em dispositivos eletrônicos.
AGRADECIMENTOS: FAPEMIG e CNPq.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: HERBST, M. H.; MACEDO, M. I. F.; ROCCO, A. M. Tecnologia dos Nanotubos de Carbono: Tendências e Perspectivas de uma Área Multidisciplinar. Química Nova, v.27, n.6, p. 986-992, 2004.
MARQUES, E. C. Síntese e caracterização de compósitos de polianilina/nanotubos de carbono. Itatiba, USF, 2008, p.7, Dissertação (mestrado) – Programa de Pós- Graduação Stricto Sensu em Engenharia e Ciência dos Materiais da Universidade São Francisco, 2008.
