Desenvolvimento e otimização de um método de deposição planar de nanotubos de carbono alinhados em solução

Abstract

Com o objetivo de obter uma membrana fina e densa de nanotubos de carbono alinhados, neste trabalho é proposta a utilização de diferentes técnicas e uma possível interação entre elas. A dieletroforese (orientação em solução de partículas não carregadas sob o efeito de um campo elétrico) foi escolhida como a principal técnica de alinhamento, mas outros métodos de orientação em solução, entre eles a orientação por cristais líquidos, foram também discutidos. Para a dispersão dos nanotubos de carbono, quatro diferentes surfactantes foram testados, dois surfactantes iônicos, dodecilsulfato de sódio (SDS) e o dodecilbenzenosssulfonato de sódio (SDBS), e dois surfactantes aniônicos, os pluronics PE6400 e PE6800. Estes quatro surfactantes comportam-se como cristal líquidos a grandes concentrações, mas diferem pela sua estrutura e sua resposta a temperatura. Para comparação, uma dispersão realizada sem a ajuda de surfactante, tendo 1,2-diclorobenzeno como solvente foi igualmente analisada. Para o alinhamento por dieletroforese, foi aplicado um campo elétrico as soluções obtidas, levando em conta a capacidade de dispersão dos surfactantes e os parâmetros que influenciam a força de dieletroforese, como frequência, amplitude e as componentes AC e DC da tensão aplicada. Os resultados mostraram que o alinhamento dos nanotubos de carbono é caracterizado pela sua aglomeração em forma de “cordas” ou “feixes”. O SDBS conduz a uma melhor dispersão de nanotubos de carbono, mas em contrapartida, o SDS permite uma remoção mais fácil do mesmo após o alinhamento. O PE6800 pode igualmente ser utilizado para dispersar os nanotubos de carbono, porém não resiste à centrifugação necessária para a purificação das soluções, enquanto o PE6400 não é capaz de formar uma dispersão estável de nanotubos de carbono. A solução em 1,2-diclorobenzeno mostra baixa capacidade de dispersão, porém estável após a centrifugação, mas péssimo alinhamento. Medidas elétricas foram coerentes com as imagens servindo como um método qualitativo para estimar a qualidade do alinhamento, mas principalmente mostrando a eficácia dos métodos de remoção do surfactante.

Our goal is to obtain a planar deposition of dense, thin and oriented carbon nanotubes membrane. We used the dielectrophoresis technique, where an electrical field orientates uncharged particles suspended in a liquid solution. Additionally, we will discuss the benefits of using self orientation of liquid crystals in addition to our method. Four different surfactants have been tested, two ionic surfactants, Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) and sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS), and two anionic surfactants, the Pluronics PE6400 and PE6800. Not only theirs capacities of dispersion were analyzed but theirs post-alignment elimination as well. These surfactants can also act as liquid crystal. This means that their structures changes with concentrations and temperature. Another dispersion, without any surfactant, using 1,2-dichlorobenzene as solvent, was also analyzed. To promote the alignment by dielectrophoresis, the electrical field was applied to these solutions, inside of the concentration range of dispersible capability, as a function of the variables which can affect the dielectrophoresis forces: frequency, magnitude and the AC/DC fields ratio. The tests showed that the alignment of carbon nanotubes is characterized by its agglomeration in a “rope” shape in the gap giving a good aligned structure. The SDBS has the best solubilization power; however, the SDS allows a better surfactant removal after aligment. The PE6800 can make a good dispersion but it was not enough to hold on through the centrifugation. Nevertheless the PE6400 doesn’t even make a visual good dispersion. The 1,2-dichlorobenzene solution shown a weak but stable capability of dispersion after the centrifugation, but terrible orientation power. Electric measurements were coherent with the images giving a qualitative way to estimate the carbon nanotubes orientation rate, but specially showing the efficiency of the surfactant removal process.