Transformações alotrópicas de carbono induzidas por irradiação com feixe de elétrons
Ano de defesa: | 2021 |
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Programa de Pós-Graduação em Química - PPGQ
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Resumo: | In the last years, the carbon has attracted scientific and technological interest due to its different allotropic forms, as graphite, graphene, fullerene, and carbon nanotubes, which present unique and promising properties. These properties can be applied in several areas, as photonics, solar cells and energy storage, superconductivity, sensors and biosensors, photocatalysis, and others. Besides that, a recent study has demonstrated that carbon-based nanomaterials are promising antiviral agents against the SARS-CoV-2 virus, thus contributing for the control of COVID-19 pandemic. In this way, the preparation of a material with different carbon structures is promising for the development of a functional material, which can be applied in several areas. Herewith, this thesis has as main objective the allotropic transformation of carbon by the electron beam irradiation and the understanding of this interaction. For this, graphite pellets were prepared and irradiated by the electron beam irradiation system in different times, which were 2, 4, 8, 16, and 32 minutes. The obtained materials were characterized by X ray diffraction, Micro-Raman scattering spectroscopy, X ray photoelectron spectroscopy, Scanning electron microscopy, Transmission electron microscopy with Energy-dispersive X ray spectroscopy and Selected area electron diffraction, and Focused ion beam scanning electron microscopy. According to the obtained results, the electron beam irradiation system promoted the sputtering of the Fe that composes the high acceleration anode, which acted as catalyst for the fullerene formation (C60). Subsequent processes induced by the interaction with the electron beam promoted the onion-like fullerene, which coalesced with each other and formed multiwalled carbon nanotubes with embedded magnetite nanoparticles (Fe3O4). Furthermore, these carbon nanotubes, induced by the electron beam, unroll to form the rod-like particles, which grew vertically oriented on the pellet surfaces. Therefore, the electron beam irradiation allowed the formation of fullerene and carbon nanotubes with embedded magnetite nanoparticles, being a promising method for the preparation carbon-based multifunctional materials. |
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Silva, Vinícius Teodoro daSilva, Elson Longo dahttp://lattes.cnpq.br/9848311210578810Bettini, Jeffersonhttp://lattes.cnpq.br/3814895410100282http://lattes.cnpq.br/40193143892288912023-05-15T12:40:40Z2023-05-15T12:40:40Z2021-08-27SILVA, Vinícius Teodoro da. Transformações alotrópicas de carbono induzidas por irradiação com feixe de elétrons. 2021. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18019.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18019In the last years, the carbon has attracted scientific and technological interest due to its different allotropic forms, as graphite, graphene, fullerene, and carbon nanotubes, which present unique and promising properties. These properties can be applied in several areas, as photonics, solar cells and energy storage, superconductivity, sensors and biosensors, photocatalysis, and others. Besides that, a recent study has demonstrated that carbon-based nanomaterials are promising antiviral agents against the SARS-CoV-2 virus, thus contributing for the control of COVID-19 pandemic. In this way, the preparation of a material with different carbon structures is promising for the development of a functional material, which can be applied in several areas. Herewith, this thesis has as main objective the allotropic transformation of carbon by the electron beam irradiation and the understanding of this interaction. For this, graphite pellets were prepared and irradiated by the electron beam irradiation system in different times, which were 2, 4, 8, 16, and 32 minutes. The obtained materials were characterized by X ray diffraction, Micro-Raman scattering spectroscopy, X ray photoelectron spectroscopy, Scanning electron microscopy, Transmission electron microscopy with Energy-dispersive X ray spectroscopy and Selected area electron diffraction, and Focused ion beam scanning electron microscopy. According to the obtained results, the electron beam irradiation system promoted the sputtering of the Fe that composes the high acceleration anode, which acted as catalyst for the fullerene formation (C60). Subsequent processes induced by the interaction with the electron beam promoted the onion-like fullerene, which coalesced with each other and formed multiwalled carbon nanotubes with embedded magnetite nanoparticles (Fe3O4). Furthermore, these carbon nanotubes, induced by the electron beam, unroll to form the rod-like particles, which grew vertically oriented on the pellet surfaces. Therefore, the electron beam irradiation allowed the formation of fullerene and carbon nanotubes with embedded magnetite nanoparticles, being a promising method for the preparation carbon-based multifunctional materials.Nos últimos anos, o carbono tem atraído amplo interesse científico e tecnológico devido às suas diferentes formas alotrópicas, como grafite, grafeno, fulerenos e nanotubos de carbono, as quais apresentam propriedades únicas e promissoras. Tais propriedades podem ser aplicadas em diversas áreas, como fotônica, células solares e armazenamento de energia, supercondutividade, sensores, biossensores, fotocatálise, entre outras. Além disto, um estudo recente demonstrou que nanomateriais baseados em carbono se apresentam como promissores agentes antivirais ao combate contra o vírus SARS-CoV-2, contribuindo para o controle da pandemia de COVID-19. Desta forma, a obtenção de um material com diferentes estruturas de carbono se torna promissor para o desenvolvimento de um material multifuncional, podendo ser aplicado em diversas áreas. Com isto, esta tese tem como principal objetivo a transformação alotrópica de carbono por meio de irradiação com feixe de elétrons e o estudo desta interação. Para isto, pastilhas de grafite foram feitas e irradiadas com um sistema de irradiação por feixe de elétrons em diferentes tempos, sendo estes de 2, 4, 8, 16 e 32 minutos. Os materiais obtidos foram caracterizados por difração de raios X, espectroscopia de espalhamento micro-Raman, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão com espectroscopia de raios X por dispersão em energia e difração de elétrons de área selecionada e microscopia eletrônica de varredura por feixe de íon focalizado. De acordo com os resultados obtidos, o sistema de irradiação por feixe de elétrons promoveu o sputtering de Fe contido no anodo de aceleração de alta voltagem, o qual atuou como catalisador para a formação de fulerenos (C60). Processos subsequentes induzidos pela interação com o feixe de elétrons promoveram a formação de fulerenos multicamadas, os quais se coalesceram e formaram nanotubos de carbono multicamadas com nanopartículas de magnetita (Fe3O4) embutidas. Ademais, estes nanotubos de carbono, induzidos pelo feixe de elétrons, se desenrolam para formar as partículas do tipo bastões, as quais cresceram verticalmente orientadas na superfície das pastilhas. Desta forma, a irradiação com feixe de elétrons permitiu a formação de fulerenos e nanotubos de carbono embutidos com nanopartículas de magnetita, sendo um método promissor para a obtenção de materiais multifuncionais a base de carbono.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)142035/2017-3, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico001, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorengUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQUFSCarCC0 1.0 Universalhttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/info:eu-repo/semantics/openAccessCarbonoIrradiação com feixe de elétronsTransformação alotrópicaCarbonElectron beam irradiationAllotropic transformationsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::QUIMICA DO ESTADO CONDENSADOTransformações alotrópicas de carbono induzidas por irradiação com feixe de elétronsAllotropic transformations of carbon induced by electron beam irradiationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese - Vinícius Teodoro.pdfTese - Vinícius Teodoro.pdfTese de doutoradoapplication/pdf3031788https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18019/1/Tese%20-%20Vin%c3%adcius%20Teodoro.pdfcc1a3c4323c55f511afd22b85bf9fb78MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8700https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18019/2/license_rdf79da7ba44461b593b4f6afc1f09853c4MD52TEXTTese - Vinícius Teodoro.pdf.txtTese - Vinícius Teodoro.pdf.txtExtracted texttext/plain101575https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18019/3/Tese%20-%20Vin%c3%adcius%20Teodoro.pdf.txt903e62d899304b1d2aee9728a2307d59MD53THUMBNAILTese - Vinícius Teodoro.pdf.jpgTese - Vinícius Teodoro.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9216https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18019/4/Tese%20-%20Vin%c3%adcius%20Teodoro.pdf.jpg6071721da08c82948544346ee42cc561MD54ufscar/180192023-05-16 03:19:09.793oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/18019Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-05-25T13:06:12.975093Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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