ISBN 978-85-85905-19-4
Área
Iniciação Científica
Autores
Almeida, C.N. (IFSP) ; Ribeiro, L.S. (IFSUDESTEMG) ; Barbosa, E.P. (IFSP) ; Toledo, T.A. (IFSUDESTEMG) ; Barbosa, D.B.A. (IFSUDESTEMG)
Resumo
O grafeno atualmente é um dos nanomateriais em destaque nas pesquisas em todo o mundo. Suas excelentes propriedades elétricas, térmicas e ópticas possibilitam crer que, nos próximos anos, ele irá revolucionar o setor de tecnologia, engenharia e indústria. Este trabalho mostra a otimização da obtenção de grafeno, por meio de oxidação e esfoliação do grafite de lápis comum. As análises de difração de raios X, SERS, e infravermelho apresentam as características típicas do grafeno.
Palavras chaves
grafeno; óxido de grafite; nanomateriais
Introdução
Os grandes avanços tecnológicos que vem acontecendo nos últimos anos, na área de estocagem de informações, torna cada vez mais necessário o desenvolvimento de novos dispositivos. Advindo desta necessidade por novos dispositivos, gradativamente, tem ocorrido uma mudança da eletrônica e mecânica clássica pela fotônica molecular. Essa área multidisciplinar tem como alvo o uso de moléculas em circuitos eletrônicos e ópticos que apresentam alta velocidade de processamento de sinais. O grafeno atualmente é um dos nanomateriais em destaque nas pesquisas em todo o mundo. Suas excelentes propriedades elétricas, térmicas e ópticas possibilitam crer que, nos próximos anos, ele irá revolucionar o setor de tecnologia, engenharia e indústria. É um excelente condutor de energia elétrica e térmica, extremamente leve, quimicamente inerte e flexível. Além disso, é não é tóxico e sustentável – eco-friendly. Ele é um material resistente, leve, transparente e um excelente condutor de calor e eletricidade, o que permite a projeção de informações em sua superfície e o torna sensível ao toque (SHAO et al., 2015). Ele é um material formado por uma folha de átomos de carbono ligados entre si em uma rede bi-dimensional hexagonal. Essas características únicas permitem que esse material tenha bandgaps diferentes - intervalos entre duas bandas de energia que os elétrons devem saltar para conduzir eletricidade ou emitir luz -, o que permite a emissão de luz de energias diferentes, ou seja, cores diferentes (XIAOMU et al., 2015).
Material e métodos
Foram utilizadas amostras obtidas a partir de lápis nº 02. A oxidação das amostras foi realizada por modificações no método de esfoliação do grafite (MEHL et. al.,2014). Em um béquer foram misturados 50 mL de H2SO4 (98%), 1 g de grafite, e 0,5 g de KNO3 e 3 g de KMnO4. A mistura foi deixada em repouso por 7 dias. Após esse tempo foram adicionados 130 mL de água deionizada e 20 mL de peróxido de hidrogênio e deixada sonicando por 30 minutos. A mistura foi deixada em repouso por mais dois dias. Em seguida a mistura foi centrifugada e lavada com água até o pH ficar igual a 5. Em seguida as amostras foram secas em estufa a 120ºC por duas horas. A caracterização por difração de raios x foi realizada no difratômetro Bruker, modelo D8 Advance, equipado com monocromador de grafite e tubo de cobre (CuKɑ, λ= 1,5406Å), variação do ângulo de espalhamento, 2, entre 10º e 35° com passo angular de 0,02°. A caracterização espectroscópica na região do infravermelho foi realizada em um espectrofotômetro PerkinElmer, modelo Frontier (MIR/FIR) com resolução de 4 cm-1. Foram acumulados 64 espectros para cada medida. As amostras foram preparadas em pastilhas de KBr, previamente seco. As medidas de espectroscopia Raman intensificada por superfície (SERS) foi realizada no equipamento bruker Senterra com iluminação em comprimento de onda 785 nm e laser de 10mW.
Resultado e discussão
A análise por microscopia de fluorescência obtida pelo microscópio Nikon
Eclipse Ci da amostra obtida mostrou que a mesma apresenta fluorescência
após o processo de esfoliação do grafite (Figura 1).
O espectro de infravermelho da amostra apresentou bandas em 3400 cm-1 (νOH
de C−OH), 2935 cm-1 (νCH), 2373 cm-1 (νCO2), 1713 cm-1 (νC=O de COOH), 1620
cm-1 (δ H2O), 1585 cm-1 (νC=C), 1389 cm-1 (δ de C-OH), 1171 cm-1 (νC-O-C de
epóxidos) e 1067 cm-1 (νC-O) similares a descrição para compostos de grafeno
descritas por MEHL et.al.,2014(Figura 2a). A análise do espectro SERS mostra
as duas bandas características do grafeno em 1311cm-1 e 1589 cm-1 também
descritas por NUTT et.al., 2009 (Figura 2b).
Na análise por difração de raios X da amostra e do grafite precursor
observou-se um pico intenso do grafite cristalino em 26.52o que é
característico de grafite hexagonal com espaçamento de 0,34nm; na amostra
observou-se um pico largo de característica mais amorfa iniciando em 15º
aproximadamente e terminando em 30º aproximadamente o que sugere um
espaçamento interplanar de 0,37 nm (RAMAPHABHU, 2010).
Figura 1. (a) Grafeno; (b) Grafite
Figura 2. (a) FTIR do grafeno obtido; (b) SERS do grafeno obtido.
Conclusões
Amostras de óxidos de grafeno foram obtidas variando-se as condições experimentais descritas na literatura. As análises do desempenho elétrico dos dispositivos construídos a partir do grafeno obtido ainda encontram-se em estudo.
Agradecimentos
Ao IF SUDESTE MG pelas medidas de espectroscopia na região do infravermelho. Ao laboratório de cristalografia de pequenas moléculas da UFJF pelas medidas de difração
Referências
MACHADO, F.S. Análise de espectroscopia de fotoluminescência de nanotubos de carbono em filmes de sílica e em solução de NaDDBS .Dissertação apresentada à UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS, como requisito parcial para obtenção de título de mestre em Física. Março de 2010
MEHL, H.; MATOS, C.F.; NEIVA, E.G.C.; DOMINGUES, S.H.; ZARBIN, A.J.G. Efeito da variação de parâmetros reacionais na preparação de grafeno, Quim. Nova, Vol. 37, No. 10, 1639-1645, 2014
NUTT,S.; FANG , M.; WANG, A.K.; LU, A.H.; YANGA, A.Y., Covalent polymer functionalization of graphene nanosheets and mechanical properties of composites, J. Mater. Chem., 19, 7098–7105, 2009.
RAMAPRABHU, S.; KANIYOOR, A.; BABY, T.T., Graphene synthesis via hydrogen induced low temperature exfoliation of graphite oxide, J. Mater. Chem., 2010, 20, 8467–8469, 2010.
SHAO Y.; EL-KADY, M.F.; WANG, L.J.; ZHANG, Q.; LI, Y.; WANG, H.; MOUSAVI, M.F.; KANER, R.B. Graphene-based materials for flexible supercapacitors. Chem. Soc. Rev. 44, 3639–3665 2015.
XIAOMU, W.; TIAN, H.; MOHAMMAD, M.A.; LI, C.; WA, C.; YANG, Y., REN, T-L. A spectrally tunable all-graphene-based flexible field-effect light-emitting device. Nature Communications, 8767, 2015.
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