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Tipo: Dissertação de Mestrado
Título: Desenvolvimento e caracterização morfológica e cristalina de nanomembranas piezoelétricas de poli(fluoreto de vinilideno) HFP e TRFE dopadas com nanotubo de carbono
Autor(es): Suschilla Garcia Leão
primer Tutor: Antonio Ferreira Avila
primer miembro del tribunal : Claysson Bruno Santos Vimieiro
Segundo miembro del tribunal: Almir Silva Neto
Tercer miembro del tribunal: Adriana Maria Valladao Novais Van Petten
Resumen: Os materiais piezoelétricos são investigados por vários autores devido à ampla aplicação no cenário energético e como sensor/atuadores. Apesar do uso de materiais cerâmicos ser marjoritário, a classe de materiais piezoelétricos conhecidos como piezopolímeros tem ganhado destaque, devido à baixa toxicidade, melhor estabilidade e processamento, dentre eles o fluoreto de polivinilideno (PVdF) e seus copolímeros. O objetivo deste trabalho foi investigar a cristalinidade das nanomembranas de poli (fluoreto de vinilideno-cohexafluorpropileno) - PVdF HFP e poli(fluoreto de vinilidenotrifluoretileno) - PVdF TrFE produzidas a partir de uma solução polimérica contendo 88/12, em massa, de solvente/soluto, e os solventes DMF e acetona, em uma proporção volumétrica de 60/40. A síntese das nanomembranas foi feita a partir da técnica de electrospinning, para induzir a formação de fase beta, que é responsável pelo comportamento piezoelétrico. Além disso, adicionou-se nanotubos de carbono (CNT) nas concentrações 0,15%, 0,30% e 0,60% (m/m) a estes piezopolímeros durante a síntese das nanofibras, e avaliou-se o efeito gerado no polimorfismo do PVdF pelas nanoestruturas. Para garantir melhor dispersão do CNT na solução polimérica foi feita a funcionalização dos nanotubos de carbono, utilizando o surfactante de dodecilbenzeno sulfonato de sódio (SDBS) na proporção de 0,01% nanotubo de carbono e 200ppm SDBS. As análises morfológicas foram realizadas utilizando microscopia eletrônica de varredura (MEV), e as análises das fases cristalinas foram feitas utilizando a técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e difração de raio X (DRX). A hidrofobicidade dos nanofios foi avaliada a partir do ângulo de contato formado ao aplicar uma gota dágua na superfície das fibras. Os testes de hidrofobicidade evidenciaram um caráter hidrofóbico para a maioria das nanomembranas, exceto para as fibras dopadas com 0,60% de CNT funcionalizado, que apresentaram um ângulo de contato bem abaixo de 90°. Os resultados das análises estruturais de DRX e FTIR indicaram que as nanoestruturas de carbono funcionalizadas em concentrações mais baixas, promoveram um aumento da cristalinidade como um todo e principalmente da fase beta. A partir da análise morfológica observou-se uma diminuição significativa do diâmetro médio com a adição de CNT, devido a ação nucleante do nanotubo de carbono nas fibras e valores de desvio padrão bem similar para as amostras de um mesmo grupo de teste, indicando qualidade do processamento a partir da técnica de eletrofiação. Os resultados de DSC indicaram um aumento da temperatura de cristalização para as soluções poliméricas dopadas com CNT e que a técnica pode ser utilizada de forma complementar ao FTIR e DRX.
Abstract: Piezoelectric materials are investigated by several authors due to the wide application in the energy scenario and as sensor / actuators. Although the use of ceramic materials is very important, the class of piezoelectric materials known as piezopolymers has gained prominence due to the low toxicity, better stability and processing of these materials, especially polyvinylidene fluoride (PVdF) and its copolymers. The main focus of this work was to investigate the crystallinity of poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) - PVDF HFP and poly(vinylidene fluoride- trifluoroethylene) - PVDF TrFE nanomembranes produced from a polymer solution containing a ratio of 88/12 mass of solvent / solute and solvent as DMF and acetone in a volumetric ratio of 60 / 40. The synthesis of nanomembranes was done using the electrospinning technique, to induce a beta phase formation, which is responsible to the piezoelectric behavior. Carbon Nanotubes (CNT) were added in the following concentration: 0.15%, 0.30% and 0.60% (w / w) during the synthesis of the nanofibers, and the effect generated on the polymorphism of PVDF by nanostructures was evaluated. To ensure a better dispersion of CNT in the polymer solution, a surfactant Sodium Dodecylbenzene Sulfonate (SDBS) was used in the proportion of 0.01% of carbon nanotube and 200ppm SDBS. The morphological analyzes were performed by Scanning Electron Microscopy (SEM), as well as the analysis of the crystalline phases using Differential Scanning Calorimetry (DSC), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and X Ray Diffraction (XRD). Surface wettability of the nanowires was evaluated by the contact angle between the perimeter of a water drop and the surface. The hydrophobicity tests show a hydrophobic character for most nanomembranes, except for fibers doped with 0.60% CNT functionalized, in wich case the result was a contact angle well below 90 °. The results of the XRD and FTIR analyzes indicated that the nanomembranes with a lower concentration of functionalized nanostructure had an increase in crystallinity as a whole and especially in the beta phase. From the morphological failure-from-spring analysis to the nanometric carbon-fiber and standard-pattern values, similar to a sample of a carbon nanotube in the fibers and standard-pattern values processing from the electrospinning technique. The DSC results indicate an increase in the crystallization temperature for CNT polymer solutions and that this technique can be used in a complementary manner to the FTIR and XRD.
Asunto: Nanomembranas
Nanotubos de carbono
Engenharia mecânica
Idioma: Português
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Tipo de acceso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-B49FAL
Fecha del documento: 3-jul-2018
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