ÁREA: Iniciação Científica
TÍTULO: CARACTERIZAÇÃO ELETROQUÍMICA, ESPECTROSCÓPICA E MORFOLÓGICA DE NANOCOMPÓSITOS À BASE DE DIÓXIDO DE TITÂNIO E POLIANILINA
AUTORES: FARIAS, E. A. O. (UFPI) ; RAMOS, J. C. F. (UFPI) ; LEAL, S. H. B. S. (UFPI) ; MATOS, J. M. E. (UFPI) ; FILHO, E. C. S. (UFPI) ; BETCHOLD, I. H. (UFSC) ; LEITE, J. R. S. A. (UFPI) ; EIRAS, C. (UFPI)
RESUMO: Filmes finos multicamadas compostos por polianilina (PANI), um polímero condutor, e a cerâmica tecnológica de TiO2 foram preparados pela técnica Layer-by-Layer LbL) de automontagem e caracterizados por voltametria cíclica (VC), espectroscopia na região do UV-VIS e microscopia de força atômica (AFM). Com objetivo de melhorar a dispersão da cerâmica na matriz polimérica, o tensoativo comercial de brometo de cetil trimetilamônio (CTAB) foi utilizado na preparação dos filmes LbL. A elaboração deste novo material surge como perspectiva para diferentes aplicações biotecnológicas como por exemplo, como sensores na detecção do cromo hexavalente.
PALAVRAS CHAVES: dióxido de titânio, polianilina, filmes lbl.
INTRODUÇÃO: A nanotecnologia é considerada uma tecnologia emergente que terá impacto significativo ao longo da próxima década (HORTON, 2006), possibilitando inúmeras aplicações médicas, biológicas e nos setores industriais (KIM, 2007). A partir desta tecnologia é possível criar estruturas e materiais com elevada organização molecular (PATERNO, et. al., 2001), permitindo estudar o efeito sinérgico entre materiais de diferentes naturezas (CRESPILHO, 2006), podendo ainda incorporar grupos funcionais apropriados, capazes de alterar ou melhorar as propriedades do material de interesse (ARIGA, 2007 & NAKANISHI, 2006), e posteriormente utilizá-los em diversas aplicações tecnológicas.
Diante de uma enorme variedade de síntese e/ou elaboração destes materiais pode-se destacar o processamento de filmes finos pelo método de automontagem através da técnica de deposição LbL (do inglês Layer-by-Layer.
O presente trabalho vislumbra a caracterização de nanocompósitos à base de um polímero condutor, a polianilina (PANI) e a cerâmica tecnológica de o dióxido de titânio (TiO2). O tensoativo comercial de brometo de cetil trimetilamônio (CTAB) foi utilizado no intuito de melhorar a dispersão da cerâmica na matriz polimérica da PANI. Os filmes LbL foram caracterizados por eletroquímica (voltametria cíclica-VC), espectroscopia (UV-VIS) e análise morfológica (AFM). A caracterização deste novo material serviu de subsídios para futuros estudos em aplicações como sensores eletroquímicos na eletrólise indireta (detecção) do Cromo hexavalente e na atividade bacteriostática dos filmes elaborados.
MATERIAL E MÉTODOS: Preparo dos filmes
Antes do preparo dos filmes, as lâminas de ITO, substratos utilizados para a deposição dos filmes LbL, foram submetidos a uma etapa de limpeza denominada hidrofilização cuja metodologia é comumente encontrada na literatura (KERN, 1984). A solução do tensoativo foi preparada na concentração de 0,5g/L em HCl (pH = 2,86), já a solução de polianilina, obtida através da síntese química, foi preparada dissolvendo 3 mL de solução estoque em 26 mL de HCl (pH = 2,86). A cerâmica foi dispersa nas soluções de interesse na concentração de 0,01g/mL constituindo filmes em duas sequências distintas: sequência 01: PANI(TiO2)/CTAB ou PANI/CTAB(TiO2) e sequência 02: CTAB(TiO2)/PANI e CTAB/PANI(TiO2).
Caracterização eletroquímica
Os filmes LbL foram caracterizados eletroquimicamente pela técnica de voltametria cíclica (VC), Os voltamogramas cíclicos foram obtidos com auxílio de um potenciostato/galvanostato da AUTOLAB modelo PGSTAT 128N. Como eletrodo de referência utilizou-se o eletrodo de calomelano saturado (ECS), e como contra eletrodo uma placa de platina com área de 1,0 cm2. O filme automontado depositado sobre o ITO foi testado como eletrodo de trabalho.
Caracterização espectroscópica na região do UV Visível
A formação das multicamadas foi monitorada empregando-se um espectrofotômetro SHIMADZU modelo UV-1800. Para os estudos espectroscópicos os filmes foram automontados sobre vidro BK7.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O perfil eletroquímico observado tanto para a monocamada de PANI quanto a monocamada de PANI contendo o material cerâmico disperso PANI(TiO2), figura 1a, é característico do polímero condutor e é descrito na literatura (MATOSO, 1996). No entanto, a presença do TiO2 na estrutura do filme polimérico, figura 1a, promove o aparecimento de um terceiro processo redox observado em +0,32V, durante a varredura anódica, e em +0,42V vs ECS, para a varredura catódica, provavelmente devido a uma interação entre o TiO2 e a PANI. Em uma etapa posterior, filmes bicamadas contendo o tensoativo CTAB para a formação da estrutura PANI(TiO2)/CTAB, figura 1b, mostra o desaparecimento deste processo redox intermediário, figura 1a. A presença do CTAB na estrutura bicamada também promove uma melhor definição dos processos redox da PANI e uma diminuição da corrente da dupla camada elétrica, indicando uma interação entre os materiais formadores do filme. As imagens de microscopia de força atômica (AFM), para os filmes monocamadas de PANI e PANI(TiO2) e bicamada de PANI(TiO2)/CTAB, são apresentadas na figura 1 (c, d, e). A morfologia e a rugosidade dos filmes PANI(TiO2) e PANI(TiO2)/CTAB são praticamente idênticas e apresentam o mesmo tipo de padrão de superfície, estes resultados indicam que a presença do CTAB não afeta a morfologia da superfície analisada.
A cinética de crescimento do filme PANI(TiO2)/CTAB foi obtida a partir dos espectros de UV-VIS a cada duas bicamadas depositadas, figura 2. A variação da absorbância em função do número de bicamadas, inset da figura 2, mostra que a espessura do filme é controlada pelo número de bicamadas depositadas e que a presença da cerâmica nos filmes investigados aumenta significativamente a absorbância dos mesmos.
CONCLUSÕES: Filmes finos multicamadas contendo PANI, TiO2 na presença ou ausência do tensoativo CTAB, foram preparados pela técnica de automontagem do tipo Layer-by-Layer. Em todos os sistemas avaliados, o perfil eletroquímico obtido é característico do polímero condutor, no entanto, a presença do CTAB melhora a resposta eletroquímica do nanocompósito. Os resultados de UV-VIS obtidos corroboraram com aqueles encontrados por eletroquímica. O sistema PANI(TiO2)/CTAB surge como um novo material com vistas a diferentes aplicações tecnológicas, tais como, camada ativa para sensores
eletroquímicos.
AGRADECIMENTOS: INCTMN-CNPq, Rede, Nanobiomed- CAPES, FAPEPI.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: HORTON, M. A; KHAN A. Medical nanotechnology in the UK: a perspective from the London Centre for Nanotechnology. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, v.2, n.1, p. 42-48, 2006.
KIM. K. Y. Nanotechnology plataforms and physiological challenges for cancer therapeutics. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, v. 3, n. 2, p. 103-110, 2007.
PATERNO, L. G.; MATTOSO, L. H. C. de Oliveira JR., O. N. Filmes poliméricos ultrafinos produzidos pela técnica de automontagem: preparação, propriedades e aplicações. Quím. Nova, v. 24, n. 2, p. 238-235, 2001.
Crespilho, F. N.; Zucolotto, V.; Oliveira Jr., O. N.; Nart, F. C. Electrochemistry of Layer-by-Layer Films. Internacional Journal of Electrochemical Science, v. 1, p. 194-214, 2006.
ARIGA, K; HILL, J. P.; JI, Q. Layer-by-layer assembly as a versatile bottom-up nanofabrication technique for exploratory research and realistic application, Phys. Chem., 9: 2319-2340, 2007.
NAKANISHI, T. et al. Perfectly straight nanowires of fullerenes bearing long alkyl chains on graphite. J. American Chemical Society., 128: 6328-6329, 2006.
KERN, W. Purifying Si and SiO2 surfaces with hydrogen peroxide. Semicond. Int., 7:94-98, 1984
MATTOSO, L. H. C. Polianilinas: Síntese, Estrutura e Propriedades. Química nova, v. 19, n. 4, p. 388-398, 1996.
