Determinação de área de superfície específica em amostras de grafeno através do efeito de quenching da fluorescência

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Universidade Federal de Minas Gerais

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Tese de doutorado

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Membros da banca

Paulo Sérgio Soares Guimarães
Cristiano Fantini Leite
Ana Flávia Nogueira
Newton Martins Barbosa Neto

Resumo

Uma das principais rotas para produzir grafeno em larga escala é a esfoliação em fase líquida (LPE, do inglês *Liquid Phase Exfoliation*). a determinação da área de superfície específica (SSA, do inglês *Specific Surface Area*) é crucial para a caracterização desses materiais. em uma rede cúbica primitiva com 1.000 átomos, 488 estão na superfície; porém, em uma rede bidimensional, todos os átomos estão na superfície, interagindo quimicamente com o meio circundante e definindo as funcionalidades da nanoestrutura. assim, uma das propriedades morfológicas mais significativas em escala nanométrica é a área de superfície específica, que determina os níveis de reatividade. utilizando espectroscopia óptica foi possível desenvolver um método alternativo para medir a concentração de área de superfície (ρ^A) de nanoflocos de grafeno em dispersões líquidas. a informação é obtida pela redução do sinal de fluorescência das moléculas de corante. a eficiência quântica da fluorescência diminui exponencialmente com a concentração da área de superfície do grafeno, independentemente do grau de exfoliação do material. se a concentração em massa (ρ) for conhecida, a SSA pode ser calculada como ρ^A/ρ. essas medidas são úteis para o controle de qualidade de nanomateriais bidimensionais produzidos em larga escala, especialmente pela técnica de LPE assistida mecanicamente.

Abstract

One of the main routes to produce graphene on a large scale is liquid phase exfoliation (LPE). The determination of the Specific Surface Area (SSA) is crucial for the characteri- zation of these materials. In a primitive cubic lattice with 1,000 atoms, 488 are on the surface; however, in a two-dimensional single-layer lattice, all atoms are on the surface, interacting chemically with the surrounding medium and defining the functionalities of the nanostructure. Thus, one of the most significant morphological properties at the nanometer scale is the specific surface area, which determines reactivity levels. An alternative method can be developed by optical spectroscopy to measure the Surface Area concentration (ρA) of graphene nanoflakes in liquid dispersions. The information is obtained by reducing the fluorescence signal of the dye molecules. The quantum efficiency of fluorescence decreases exponentially with the concentration of graphene surface area, regardless of the degree of exfoliation of the material. If the mass concentration (ρ) is known, the SSA can be calculated as ρA/ρ. These measurements are helpful for quality control of two-dimensional nanomaterials produced on a large scale, especially by the mechanically assisted LPE technique.

Assunto

Grafeno, Fluorescência

Palavras-chave

Grafeno, Área de superfície específica, Quenching da fluorescência, Técnica de caracterização

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