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dc.contributor.advisor1Glaura Goulart Silvapt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0916630825277350pt_BR
dc.contributor.referee1Clascidia Aparecida Furtadopt_BR
dc.contributor.referee2Hállen Daniel Rezende Caladopt_BR
dc.contributor.referee3Guilherme Ferreira de Limapt_BR
dc.contributor.referee4Cláudia Karina Barbosa de Vasconcelospt_BR
dc.creatorSara Machado Queirozpt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2308199651093974pt_BR
dc.date.accessioned2021-08-09T13:39:15Z-
dc.date.available2021-08-09T13:39:15Z-
dc.date.issued2021-05-11-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1843/37346-
dc.description.abstractTwo-dimensional materials have become a topic of great interest in recent years due to their promising properties and application possibilities. Since the first-time graphene was obtained, more and more two-dimensional materials became an object of research among the scientific community. Among the two-dimensional materials that received great prominence on the scientific community, the hexagonal boron nitride nanosheets (h-BNNS) can be mentioned. Hexagonal Boron Nitride (h-BN) is a compound with Nitrogen (N) and Boron (B) atoms alternated in a hexagonal arrangement in the basal plane. The B and N atoms are alternately stacked directly on top of each other in adjacent atomic layers. H-BN is nearly transparent, with important optical properties, electrically insulating, thermally and chemically stable, and exhibits good oxidation resistance at high temperatures (up to ~800°C). According to the chosen route, h-BN can be obtained as nanosheets, nanotubes, nanoribbons, and others. In particular, h-BNNS exhibit mechanical and thermal properties similar to their isoelectronic counterpart, the graphene. However, the bonds between B and N take on a partially ionic character throughout the sheet due to their different electronegativity, resulting in specific properties of h-BNNS. Thanks to their complementary properties to graphene oxide (GO), such as being electrical insulator and having thermal and chemical stability, especially in oxidizing environments, h-BNNS can be used to build hybrids with GO with controllable electrical conductivity and greater resistance to degradation at high temperatures for the obtained compound and thus increasing its application possibilities. Another possibility is the functionalization or passivation of h-BNNS by different chemical species. Among the groups used to functionalize h-BN, hydroxyl groups bring great interest once they result in properties to material such as great stability, good dispersibility in water and in other solvents, allowing its incorporation in matrices and leading to good application perspectives. Moreover, it is expected that the introduction of these functional groups is sufficient to overcome van der Waals forces and interactions between adjacent h-BN layers, resulting in its exfoliation. In the present work, functionalized (h-BN-OH) and exfoliated (h-BNNS-OH) h-BN was prepared by methods already reported in the literature and by different associations of these. Three functionalization methods were used to obtain h-BN-OH: a) reflux for 24 hours in NaOH(aq), b) chemical treatment under heating in autoclave in NaOH(aq) medium for 2 hours at 180°C, varying the h-BN x NaOH ratio, c) ball milling in NaOH(aq) medium, varying the milling time, number and size of balls, and d) combination of methods b and c. After obtaining h-BN-OH by the described methods, the material with the highest colloidal stability result was exfoliated. Exfoliation of h-BN-OH was performed by top-down methods, namely: a) liquid exfoliation in 25% V V-1 isopropyl alcohol aqueous solution (IPA(aq)) by sonication, b) adapted high-energy ball milling in basic medium (NaOH(aq) at 2 mol L-1) and c) combination of these methods, aiming to promote a more stable dispersion of h-BNNS-OH in IPA(aq). The optimized route to obtain h-BNNS-OH was then determined. In order to determine the optimum process condition, the material obtained was characterized regarding the quality, morphology and topography of the sheets, stability of the dispersions, degree of functionalization and chemical and structural characteristics. As a result, nanosheets were obtained with approximately 10 to 30 nm thick and with a functionalization degree of less than 1%. The dispersions in IPA(aq) showed high macroscopic stability and excellent colloidal behavior over time. h-BNNS in the range of 25 and 34 layers were obtained, with a yield of 36,7%, a good balance between technical requirements through a practical process. Using the best obtained h-BNNS-OH sample, hybrids with GO were prepared by two different processes and the material was evaluated for thermal stability and morphology. A maximum degradation rate temperature gain of 35°C relative to GO was observed.pt_BR
dc.description.resumoMateriais bidimensionais tornaram-se um tópico de grande interesse nos últimos anos em função de suas propriedades promissoras e de suas possibilidades de aplicação. Desde a primeira vez que grafeno foi isolado, cada vez mais materiais bidimensionais chegam à comunidade científica como objeto de pesquisa. Dentre os materiais bidimensionais que tem recebido grande destaque entre a comunidade científica estão as nanofolhas de Nitreto de Boro hexagonal (h-BNNS). O Nitreto de Boro hexagonal (h-BN) é um composto com átomos de Nitrogênio (N) e Boro (B) ligados, intercaladamente, em um arranjo hexagonal no plano basal. Os átomos de B e N são alternadamente empilhados diretamente sobre os outros nas camadas atômicas adjacentes. h-BN é quase transparente, com importantes propriedades ópticas, isolante elétrico, termicamente e quimicamente estável, além de apresentar uma boa resistência à oxidação em altas temperaturas (até ~800°C). De acordo com a rota escolhida, o h-BN pode ser obtido no formato de nanofolhas, nanotubos, nanofitas entre outros. Em especial, as h-BNNS apresentam propriedades mecânicas e térmicas semelhantes ao seu isoeletrônico, o grafeno. No entanto, as ligações entre B e N assumem um caráter parcialmente iônico em toda folha pela sua eletronegatividade diferente, resultando em propriedades específicas das h-BNNS. Por possuírem propriedades complementares ao Óxido de Grafeno (GO), tais como serem isolantes elétricas e terem estabilidade térmica e química, principalmente em ambientes oxidantes, h-BNNS podem ser utilizadas para formar híbridos com o GO com condutividade elétrica controlável e maior resistência à degradação em altas temperaturas, abrindo as suas possibilidades de aplicação. Uma outra possibilidade é a funcionalização ou passivação das h-BNNS por diferentes espécies químicas. Dentre os grupos utilizados para funcionalizar o h-BN, a hidroxila desperta grande interesse por conferir ao material propriedades tais como grande estabilidade, boa dispersibilidade em água e outros solventes orgânicos, facilitando sua incorporação em matrizes e resultando em boas perspectivas de aplicação. Além disso, espera-se que a introdução desses grupos funcionais seja suficiente para superar as forças de van der Waals e as interações entre as camadas adjacentes de h-BN, resultando na sua esfoliação. No presente trabalho, foi preparado h-BN funcionalizado (h-BN-OH) e esfoliado (h-BNNS-OH) por métodos já reportados na literatura e por diferentes associações destes. Três métodos de funcionalização foram utilizados para se obter o h-BN-OH: a) refluxo por 24hs em NaOH(aq), b) aquecimento em autoclave em NaOH(aq) por 2 hs a 180°C, variando-se a proporção h-BN x NaOH, c) moagem de bolas em NaOH(aq), variando-se o tempo de moagem, o número e o tamanho das esferas e d) combinação dos métodos b e c. Após obtenção do h-BN-OH pelos métodos descritos, o material com melhor resultado de estabilidade coloidal foi esfoliado. A esfoliação do h-BN-OH foi realizada por métodos mecanoquímicos (top-down), a saber: a) esfoliação líquida em IPA(aq) a 25% V V-1 por sonicação, b) moagem de bolas de alta energia adaptada em meio básico (NaOH(aq) a 2 mol L-1) e c) combinação desses métodos, com o objetivo de promover uma dispersão mais estável das h-BNNS-OH em IPA(aq). A rota otimizada de obtenção das h-BNNS-OH foi, então, determinada. Para tanto, o material obtido foi caracterizado quanto à qualidade, morfologia e topografia das folhas, estabilidade das dispersões, grau de funcionalização e características químicas e estruturais. Como resultado, foram obtidas nanofolhas com aproximadamente 10 a 30 nm de espessura e com grau de funcionalização menor que 1%. As dispersões em IPA(aq) mostraram grande estabilidade macroscópica e excelente comportamento coloidal ao longo do tempo. Foi obtido h-BNNS entre 25 e 34 camadas, com rendimento de 36,7%, um bom balanço entre requerimentos técnicos por meio de um processo prático. Utilizando-se a melhor amostra das h-BNNS obtidas, foram preparados híbridos com GO por processos dois processos diferentes e os materiais foram avaliados quanto à estabilidade térmica e morfologia. Um ganho de temperatura de máxima taxa de degradação de 35°C em relação ao GO foi observado.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Geraispt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Químicapt_BR
dc.publisher.initialsUFMGpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectPreparação de h-BNNSpt_BR
dc.subjectFuncionalizaçãopt_BR
dc.subjectEsfoliação mecanoquímicapt_BR
dc.subjectEsfoliação químicapt_BR
dc.subjectH-BN-OH – Nitreto de Boro hexagonal funcionalizado com grupos hidroxilapt_BR
dc.subjectHíbrido GO/h-BNNSpt_BR
dc.subjectEstabilidade de dispersãopt_BR
dc.subject.otherFísico-químicapt_BR
dc.subject.otherNitreto de boropt_BR
dc.subject.otherNanotecnologiapt_BR
dc.subject.otherEstabilidade – Dispersãopt_BR
dc.subject.otherGrafenopt_BR
dc.titlePreparação, caracterização e aplicação de nanofolhas de nitreto de boro hexagonalpt_BR
dc.title.alternativePreparation, characterization and application of hexagonal boron nitride nanosheetspt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
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