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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-5306-8293
Tipo do documento: Trabalho de Conclusão de Curso
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States
Título: Preparação e caracterização de nanocompósitos de polipirrol e nanofibra de celulose incorporados com grafeno e nanopartículas de ferro (II) e manganês (II)
Autor(es): Santos, Paula Nunes
Primeiro orientador: Pasquini, Daniel
Primeiro membro da banca: Assunção, Rosana Maria Nascimento de
Segundo membro da banca: Kikuti, Elaine
Resumo: O desenvolvimento de novos materiais mais econômicos, eficientes e ambientalmente sustentáveis com as mais variadas finalidades em diversas áreas vem ganhando destaque. E a associação dos polímeros naturais e condutores tem se mostrado promissores, como a nanofibra de celulose (NFC), um polímero renovável e biodegradável, que possui boas propriedades mecânicas que podem ser agregadas aos materiais ao qual ela é adicionada, e o polipirrol, polímero condutor que apresenta propriedades elétricas de materiais semicondutores podendo ser associado a outros materiais. Vários estudos vêm propondo diversas aplicações para esses materiais, como blindagem eletromagnética, capacitores, dispositivos eletrônicos e biossensores. A associação desses polímeros torna possível desenvolver filmes condutores com excelentes propriedades mecânicas. O trabalho visa produzir um nanocompósito à base de nanofibra de celulose (NFC), fornecida pela empresa Suzano, e polipirrol, incorporando também diferentes concentrações óxido de grafeno e nanopartículas magnéticas de óxido de ferro e manganês, e observar os efeitos que as diferentes concentrações desses componentes geram. O polipirrol foi sintetizado via química em presença das nanofibras de celulose. O óxido de grafeno reduzido foi produzido pelo método de Hummers modificado, esfoliado em um processador ultrassônico e reduzido com hidrazina. As nanopartículas magnéticas (NPM) de ferro e manganês foram sintetizadas a partir do cloreto de manganês e de ferro. Após as sínteses as membranas condutoras foram preparadas seguindo um planejamento fatorial variando a composição de óxido de grafeno reduzido e nanopartículas magnéticas (NPM), em porcentagens de 0,54% a 17,46% em massa, e em seguida filtradas e prensadas à quente. A morfologia das membranas e seus componentes puros foi caracterizada por MEV, a condutividade elétrica das membranas foi caracterizada na medida de quatro pontas, e foi feito um estudo de barreira eletromagnética em filmes de espessura de 0,04 mm na faixa de 8,2 a 12,4 GHz. Nas imagens de MEV foi observado uma mistura homogênea, onde o polipirrol revestiu as nanofibras de celulose. Na medida de quatro pontas foi obtido um valor de condutividade de 17,1705 (Ω.m)-1 na condição que continha 17,46% de óxido grafeno reduzido e 9,00% de NPM, classificando o material como um semicondutor. A medida que o teor de grafeno aumenta observa-se um aumento nos valores de condutividade, a princípio as NPM não influenciam nesses valores. No estudo de barreira eletromagnética a efetividade de barreira máxima foi de -9.13 decibéis em 8.2 GHz na espessura de 0,04 mm, na condição que continha 17,46% de grafeno e 9,00% de NPM. Observou-se que quanto maior o teor de grafeno maior a efetividade da barreira. Tais resultados obtidos indicam que o material possui potencial para aplicações futuras em escudos de barreira eletromagnética ou dispositivos eletrônicos para armazenamento de energia.
Abstract: The development of new materials that are more economical, efficient and environmentally sustainable with the most varied purposes in different areas are gaining prominence. In this way, the association of natural and conductive polymers has shown promise, such as cellulose nanofiber (CNF), a renewable and biodegradable polymer, which has good mechanical properties that can be added to the materials to which it is incorporated, and the polypyrrole, a conductive polymer that presents electrical properties of semiconductor materials and can be associated with other materials. Several studies have been proposing numerous applications for these materials, such as electromagnetic shielding, capacitors, electronic devices and biosensors. The combination of these polymers makes it possible to develop conductive films with excellent mechanical properties. This work aims to produce a nanocomposite based on cellulose nanofiber (CNF), supplied by the company Suzano, and polypyrrole, also incorporating different concentrations of graphene oxide and magnetic nanoparticles of iron and manganese oxide, and to observe the effects that the different concentrations of these components generate. Polypyrrole was synthesized chemically in the presence of cellulose nanofibers. The reduced graphene oxide was produced by the modified Hummers method, exfoliated in an ultrasound processor and reduced with hydrazine. The magnetic nanoparticles (MNP) of iron and manganese were synthesized from manganese and iron chloride. After the synthesis, the conductive membranes were prepared following a factorial design varying the composition of reduced graphene oxide and magnetic nanoparticles (MNP), in percentages from 0.54% to 17.46% by mass, and then filtered and hot pressed. The morphology of the membranes and their pure components were characterized by scanning electron microscopy (SEM), the electric conductivity of the membranes was characterized in a four point probing system, and an electromagnetic shielding performance was evaluated in 0.04 mm thick films in the frequency range of 8.2 to 12.4 GHz (X-band). The SEM images showed a homogeneous mixture, where the polypyrrole coated the cellulose nanofibers. From the measure of four points a conductivity value of 17.1705 (Ω.m)-1 was obtained in the condition that contained 17.46% graphene and 9.00% MNP, classifying the material as a semiconductor. As the graphene content increases, there was an increase in conductivity values, on the other hand, MNPs do not influence these values. In the electromagnetic barrier study, the maximum shielding effectiveness was -9.13 decibels at 8.2 GHz in the thickness of 0.04 mm, in the condition that contained 17.46% graphene and 9.00% MNP. It was observed that higher the graphene content greater was the shielding effectiveness. Such results obtained indicate that material has potential for future applications in electromagnetic interference shielding materials or electronic devices for energy storage.
Palavras-chave: Nanocompósito
Celulose
Polipirrol
Condutividade
Grafeno
Área(s) do CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Referência: SANTOS, Paula Nunes. Preparação e caracterização de nanocompósitos de polipirrol e nanofibra de celulose incorporados com grafeno e nanopartículas de ferro (II) e manganês (II). 2021. 53 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Química Industrial) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/33889
Data de defesa: 5-Nov-2021
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