NANOTUBOS DE CARBONO

1. Introdução

Carbono – Apresenta grande afinidade em combinar-se quimicamente com outros
átomos,incluindo átomos de carbono,além de formar ligações hibridizadas, o que permite a
produção de geometrias e compostos diferentes.

Figura 1.1 : Formação dos orbitais sp³,sp² e sp.

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2. Formas alotrópicas do carbono

Alotropia – Fenômeno em que um mesmo elemento é capaz de formar diferentes
estruturas cristalinas com diferentes propriedades físicas, contendo apenas um único tipo
de átomo.

Diamante:
 Os átomos de carbono são conectados por fortes ligações σ do tipo sp³ tetraédricas;
 Alta estabilidade;
 Extrema dureza;
 Possui propriedades isolantes.

Figura 2.1 : Estrutura do diamante

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Grafite:

 Dentro de cada folha de grafeno, cada átomo de carbono se liga a outros 3 vizinhos
através de hibridizações sp², formando ligações σ fortes;
 Entre os planos paralelos, as ligações são fracas do tipo π;
 Apresenta boa condutividade elétrica.

Figura 2.2 : Estrutura do grafite.

Figura 2.3 : Estrutura cristalina do grafite vista de cima

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Fulereno:

 Sua descoberta foi uma “feliz coincidência da ciência”;
 Produzido a partir de experiências de vaporização de grafite pela irradiação de um
laser;
 Moléculas ocas de carbono ligadas através de hibridizações sp².

Figura 2.4 : Estrutura dos fulerenos.

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Nanotubos de carbono:

 Descobertos em 1991, pelo físisco japonês Sumio Iijima;
 Os chamados nanotubos tinham morfologia tubular e diâmetro médio da ordem de 1
nanômetro;
 A reunião de incríveis propriedades físicas e químicas, em uma única e minúscula
estrutura, estimula a imaginação da comunidade científica.

Figura 2.5 : Estrutura dos nanotubos de carbono de múltiplas e de uma camada.
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Tipos de nanotubos de carbono
Nanotubos de parede única ou simples:

Figura 2.5 : Representação esquemática de uma folha de grafite que origina um nanotubo.

Nanotubos de paredes múltiplas:

Figura 2.6: Representação esquemática de nanotubo de paredes múltiplas.

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3. Propriedades estruturais dos nanotubos de carbono
 Para se gerar um nanotubo, basta unir o átomo de carbono,representado por 0 na figura
2.5, a qualquer outro átomo.

Figura 3.1: Classificação dos nanotubos de carbono originados do enrolamento do grafeno.
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 Este vetor determina a direção do enrolamento da camada de grafeno, para formar o NTC de
tal forma que coincidam dois sítios cristalográficos equivalentes de sua rede hexagonal.
 É definido por dois números inteiros (n,m) e pelos vetores unitários da rede hexagonal ā1 e
ā2.

Figura 3.2 : Representação do vetor quiral no grafeno.

Nanotubo do tipo (4,2)
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Nanotubos metálicos e semicondutores

Figura 3.3: Definição dos SWCNT pelos diferentes coeficientes (n,m).

Figura 3.4: Nanotubos com índices (n,m) indicados.

Se n-m = 0 ou múltiplo de 3
Se n não for múltiplo de 3

Material metálico
Material semicondutor
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4. Estrutura Eletrônica dos nanotubos de carbono

Figura 4.1: Bandas de condução.

As propriedades eletrônicas dos NTCs são decorrentes do confinamento quântico dos elétrons
no eixo do nanotubo.
O número resultante de bandas de valência e de condução depende efetivamente da
circunferência do NTC.
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 Muitas vezes, NTCs exibem defeitos, como arranjos entre átomos de carbono formando
pentágonos e heptágonos, vacâncias ou dopantes, que modificam drasticamente as
propriedades eletrônicas

Figura 4.2: Nanotubo de carbono com uma vacância simples dopado com um átomo de Si.

Existe uma física muito rica e intrigante desses sistemas na presença de defeitos, que é a
capacidade dessas estruturas se reorganizarem,como não ocorre com nenhum outro material.

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5. Propriedades biológicas dos nanotubos de carbono
Os nanotubos têm um enorme potencial em uma grande variedade de aplicações biológicas,
incluindo diagnósticos e tratamentos médicos. Entretanto, estudos mostram que,por razões
não inteiramente conhecidas, os nanotubos de carbono são citotóxicos.

Figura 5.1: : Número de publicações das principais empresas ou instituições que fizeram pedidos de
patente na área das nanopartículas para o diagnóstico e terapia de câncer no período de 2001 a 2011
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6. Caracterização de nanotubos de carbono
Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET)

Diferentes informações podem ser extraídas das imagens da Microscopia Eletrônica de
Transmissão, como por exemplo: quiralidade, diâmetro e números de tubos em um feixe de
SWNT (Nanotubo de carbono de parede única) e o número de paredes, diâmetro interno e
externo para MWNT (Nanotubo de carbono de múltiplas paredes).

Figura 6.1: Imagem de um feixe de NTC de parede simples obtida por MET

Desvantagem:
 O volume da amostra observado é extremamente pequeno.
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Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Com o uso do MEV, é possível obter informações qualitativas quanto ao comprimento do
nanotubo,seu alinhamento e morfologia. Para a visualização de nanotubos de paredes
simples,a técnica MEV é mais limitada.

Figura 6.2: Imagem obtida por MEV de filmes de NTC’s alinhados sobre silício oxidado.
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Figura 6.3: Cupido feito de nanotubos de carbono por alunos da Brigham Young University.

Análise Termogravimétrica (ATD/ATG)
A ATG permite obter informações qualitativas em relação a quantidade de carbono pirolítico
e nanotubos de carbono presentes na amostra,e informações quantitativas em relação a
quantidade de carbono total e óxidos metálicos presentes na amostra.

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7. Aplicações dos nanotubos de carbono
Aditivos para materiais poliméricos

Existem relatos de que a adição de pequenas porcentagens de NTC’s a matrizes poliméricas,
como PVA e PS, levam a um aumento de cerca de 40% na tensão elástica e a um acréscimo
de 25% na resistência à tração.

Materiais adsorventes de gases
Está em pesquisa o uso de nanotubos de carbono como adsorvente de gases poluentes
emitidos na queima de combustíveis fósseis. Foi observado que os nanotubos apresentam
grande eficiência na remoção de óxidos de nitrogênio, grande poluente da industria do
petróleo.

Armazenamento de hidrogênio
A tecnologia dos nanotubos de carbono representa uma nova fronteira para o
armazenamento de hidrogênio, especialmente se esses materiais puderem ser modificados
para armazenar grandes quantidades de hidrogênio à temperatura ambiente.
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7. Aplicações dos nanotubos de carbono
Células solares

Constituem uma alternativa aos dispendiosos materiais usados em células
convencionais.Células fotovoltaicas de carbono poderiam ser utilizadas para revestir as
paredes de edifícios ou implantadas em ambientes extremos, como os desertos.
Buckypaper

Buckypaper é uma fina superfície feita de um agregado de nanotubos de carbono , tem um
aspecto frágil e bem fino, mas por ser feito de nanotubos de carbono entrelaçados, suas
aplicações vem sendo cogitadas também na indústria automotiva e aeroespacial. Ele tem
excelente flexibilidade, podendo inclusive ser dobrado como papel comum, apesar de ser
centenas de vezes mais forte que o aço.

Figura 7.1:Buckypaper

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BIBLIOGRAFIA

TECNOLOGIA DOS NANOTUBOS DE CARBONO: TENDÊNCIAS E PERSPECTIVAS DE UMA ÁREA MULTIDISCIPLINAR
Marcelo Hawrylak Herbst - Quim. Nova, Vol. 27, No. 6, 986-992, 2004
NANOTUBOS DE CARBONO INTERAGINDO COM VITAMINAS B3 E C: UM ESTUDO DOS PRIMEIROS PRINCÍPIOS
Vivian Machado de Menezes –
NANOPARTÍCULAS PARA APLICAÇÃO ONCOLÓGICA
Diana Brito Parreira, Joana Eugenio -

NANOTUBOS DE CARBONO: PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO
Odair Pastor Ferreira –
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DE DEFEITOS ESTRUTURAIS NAS PROPRIEDADES DE NANOTUBOS DE CARBONO
Rodrigo Garcia Amorim –
FUNCIONALIZAÇÃO COVALENTE E NÃO COVALENTE DE NANOTUBOS DE CARBONO
Johnny Peter Macedo Feitosa -

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