SÍNTESE E NANOTUBOS MÉTODO CVD CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA DE DE CARBONO SINTETIZADOS PELO Tiago Leonardi1, Marcel Marchesin1, Julio Roberto Bartoli1, Inés Pereyra2, Marcelo Carreño2, Igor Abe2 1 Universidade Estadual de Campinas, DemBio – Faculdade de engenharia Química 2 Universidade de São Paulo, LME - Escola Politécnica da USP INTRODUÇÃO Nanotubos de Carbono (NTCs) foram descritos, pela primeira vez, por Iijima [1] e segundo Belin e Epron [2]. Desde sua descoberta, os NTCs têm sido estudados quanto aos parâmetros de síntese e interessantes resultados foram obtidos na área de nanotecnologia. O objetivo desta pesquisa é explorar as rotas de síntese via CVD utilizando o catalisador binário Co/Mn e avaliar as interações entre os parâmetros temperatura, razão de fluxo de CH4/N2 e tempo de síntese utilizando um planejamento fatorial de experimentos 23. As variáveis de reposta obtidas, como diâmetro, pureza e tipos de NTCs, serão tratadas estatisticamente na otimização da síntese de nanotubos nas condições propostas. MÉTODOS As amostras foram preparadas num reator CVD de leito fixo marca Kokusai – Tokyo Japan (LME/EPUSP). Para síntese dos catalisadores utilizaram-se os sais: Acetato de Co II (P.A.) e Acetato de Mn II (P.A.) (Vetec), misturados a etileno glicol sob agitação constante e refluxo a 90 °C por 5h. A solução é seca a 200 °C por 24 h obtendo-se o catalizador, um pó roxo, que é macerado em gral e peneirado a 325 mesh. O catalisador é disperso no substrato de quartzo (25 mm2) e pesado. O substrato + catalisador são submetidos a um tratamento térmico a 700˚C, sob atmosfera de N 2 (99,995%), por 1h. Os experimentos são conduzidos conforme planejamento fatorial (Tabela 1), para as variáveis: temperatura, fluxo de gás CH 4 (99,999%) na razão desejada CH4/N2 e tempo de síntese. A amostra é então resfriada até 250˚C, sob N2, retirada do forno e pesada à temperatura ambiente. Tabela 1. Planejamento fatorial de experimentos 2 3 e 3 pontos centrais. Ensa io X1 Níveis Codificados X2 X3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 0 0 0 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 0 0 0 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 0 0 0 Níveis das Variáveis Temperatura Proporção (°C) CH4/N2 850 950 850 950 850 950 850 950 900 900 900 1:1 1:1 3:1 3:1 1:1 1:1 3:1 3:1 2:1 2:1 2:1 Temp o (min) 5 5 5 5 25 25 25 25 15 15 15 As caracterizações via Microscopia eletrônica de varredura (Nano SEM400 – FEI) no LSI/EPUSP, a 20 kV e ampliações de 20 a 300 mil vezes e via Microscopia eletrônica de transmissão (JEOL JEM 2100F HRP) no LNNano, a 300 kV e ampliações de 50 a 800 mil vezes com fonte de elétrons de LaBF6. As respostas como diâmetro e pureza NTCPM estão sendo serão tratadas estatisticamente via software StatisticaTM para avaliar a significância das variáveis e suas possíveis interações. RESULTADOS E DISCUSSÕES Na análise via MEV, as amostras de NTCs foram depositadas na forma de pó sobre uma fita adesiva dupla face de carbono afixada em porta amostra de alumínio e analisadas sem recobrimento. As imagens MEV da Fig. 1 são referentes à amostra 3 e similares às demais, mostram alta densidade de NTCs aglomerados (diâmetros entre 13 e 38 nm), juntamente com algumas partículas de catalisador na forma residual ou não reagidas (partículas esféricas). (a) (b) Figura 1. Imagens de MEV dos NTCs nas condições experimentais do ensaio 3. A análise via MET foi realizada também com a amostra 3 do planejamento experimental, até o momento. Uma porção da amostra foi ultrassonicamente dispersa em metanol e, depositada sobre uma grelha de cobre de malha 400 recoberto com um filme de carbono. (b) (a) Figura 2. Imagens MET dos NTCs A Fig. 2. a) mostra em detalhes que os NTCs identificados na amostra são do tipo bamboo-like com cerca de dez paredes concêntricas. A Fig. 2 b) mostra que os diâmetros dos nanotubos estão próximos aos estimados por MEV (Fig. 1.). A amostra foi submetida a uma purificação química utilizando banho de HCl, promovendo a remoção de resíduos catalíticos e praticamente não se observando regiões escuras geradas por contraste de número atômico. CONCLUSÕES As caracterizações via MEV mostraram que as amostras do planejamento apresentam aglomerados de NTCs, partículas de catalisador encapsuladas por nanotubos e partículas de catalisador sem reagir. As imagens de MET da amostra 3, após purificação química, mostram NTCs do tipo bamboo-like com cerca de dez paredes concêntricas. As caracterizações MET das demais amostras estão em andamento. AGRADECIMENTOS A Adir Moreira (LSI/EPUSP), LNNano, CNPq e CAPES. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA [1] IIJIMA, S. Nature, v.354, p. 56, 2001. [2] BELIN,T. Mat. Sci. and Eng.,B 119, p.105, 2005.