Controle da molhabilidade de nanotubos de carbono verticalmente alinhados

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: Sandra Cristina Ramos
• Orientador(a): Evaldo José Corat
• Banca de defesa: Erica Freire Antunes, Vladimir Jesus Trava Airoldi, Wido Herwing Schreiner, João Roberto Moro
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: In this thesis, we performed an extensive study on the surface wetting of vertically aligned multiwalled carbon nanotubes (VACNTs). The main feature of this research was modifying VACNTs surface energy. Two important surface modification techniques were explored to assess and control the VACNTs wetting: The oxygen plasma and the CO$_2$ laser. The VACNTs films as obtained are superhydrophobic with a contact angle (CA) of 144°. The oxygen plasma etching on VACNTs surface turned it into superhydrophilic, with a significant decrease of the AC to 0°. This was an unprecedented result, first shown in this work. This desirable feature was the main result of strong surface oxidation of VACNTs, which effectively functionalized it by polar groups. This superhydrophilicity allowed the O$_2$ plasma functionalized VACNTs to be applied as electrode for electrochemistry. The high surface area given by the high wetting enabled excellent results using the cyclic voltammetry technique, the charge/discharge test and the electrochemical impedance spectroscopy. These samples showed great potential for charge storage as double layer capacitor, with a specific capacitance of 915 F/g. Its feasibility for use as an electrode was also further explored in the use of functionalized VACNTs electrode for electrochemical reduction of nitrate. The other modification technique used in this study, the CO$_2$ laser, also gave unpublished results. One was the stability conferred to superhydrophobic VACNTs surface, which resulted in an AC 153°. The other was re-establishment of the superhydrophobic behavior to superhydrophilic VACNTs. Both ensured total control of the VACNTs surface wetting. It was possible to assess the effect of water confinement and spreading into microchannels formed on the surface of superhydrophilic VACNTs by the concomitant application of the two techniques, bringing prospects for its application in microfuidic devices.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2011/11.29.13.22

Nesta tese, foi realizado um amplo estudo sobre a molhabilidade da superfície dos nanotubos de carbono verticalmente alinhados (VACNTs). A característica principal desta investigação foi em termos da modificação da energia superficial dos VACNTs. Duas importantes técnicas de modificação superficial foram exploradas para avaliar e controlar a molhabilidade dos VACNTs: O plasma de oxigênio e laser de CO$_2$. Os filmes de VACNTs conforme obtidos são superhidrofóbicos, com um ângulo de contato (AC) de 144°. O ataque à superfície dos VACNTs a plasma de oxigênio, transformou-a em superhidrofílica, com uma significativa redução do AC para 0°. Este foi um resultado inédito, obtido pela primeira vez neste trabalho. Esta desejável característica foi o principal resultado da forte oxidação da superfície dos VACNTs, funcionalizando-a, efetivamente, por grupos polares. A superhidrofilicidade obtida permitiu avaliar os VACNTs funcionalizados a plasma aplicados como eletrodo para eletroquímica. Devido ao aumento na área superficial, dada à grande molhabilidade, foram obtidos excelentes resultados através da técnica de voltametria cíclica, dos testes de carga/descarga e da espectroscopia de impedância eletroquímica. Verificou-se o grande potencial destas amostras, para armazenamento de cargas, com uma capacitância específica de 915F/g, bem como sua viabilidade para uso como eletrodo. Investigou-se, aqui a utilização do eletrodo de VACNTs funcionalizados, na redução eletroquímica do nitrato. A outra técnica de modificação, o laser de CO$_2$, foi empregado neste trabalho, também com resultados inéditos: o que conferiu estabilidade à superfície dos VACNTs superhidrofóbicos resultando em um AC de 153° e, reestabeleceu a superhidrofobicidade dos VACNTs superhidrofílicos, garantindo o total controle da molhabilidade das superfícies dos VACNTs. Pela aplicação concomitante das duas técnicas, foi possível ainda, avaliar o efeito de confinamento e espalhamento de água dentro de microcanais formados sobre a superfície dos VACNTs superhidrofílicos, trazendo perspectivas de sua aplicação em dispositivos microfluídicos.