Estudo do sistema ternário baseado em polianilina, grafeno e matriz acrílica aplicado em sistemas termoelétricos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Guilherme Mariz de Oliveira Barra
Patricia Santiago de Oliveira Patricio
Patricia Santiago de Oliveira Patricio
Resumo
Os materiais termoelétricos têm chamado atenção devido à sua capacidade de converter energia térmica em eletricidade, possibilitando o uso de energia residual e oferecendo uma opção verde para geração de energia. Os materiais termoelétricos orgânicos (OTE) como a polianilina são cargas promissoras devido ao seu baixo custo, baixa condutividade térmica, flexibilidade, além de fabricação escalável e não tóxica. Entretanto, a eficiência dos materiais OTE ainda é inferior aos compostos inorgânicos. Nos últimos anos, compósitos de polímeros condutores e nanomateriais de carbono, como grafeno têm sido desenvolvidos, fornecendo uma maneira promissora de aumentar o fator de potência (PF). O grafeno é um nanomaterial com excelentes propriedades elétricas, mecânicas e térmicas. Acredita-se que a polianilina pode ser integrada ao grafeno através de interações de empilhamento π-π, contribuindo para alcançar eficiência em propriedades TE. Neste trabalho de pesquisa, objetiva-se desenvolver um sistema termoelétrico baseado em uma matriz acrílica, com a coadição de grafeno e polianilina, partindo da hipótese de que o efeito sinérgico permita percolação à baixa concentração de cargas. Os nanocompósitos de polianilina/grafeno foram obtidos através da polimerização in situ da anilina na presença de diferentes concentrações de grafeno. Os sistemas ternários foram obtidos através da adição de matriz acrílica, polianilina e grafeno em mistura mecânica. A caracterização estrutural e morfológica foi realizada, permitindo avaliar a influência da inserção do grafeno na morfologia e cristalinidade da PANI, além de inferir sobre a presença de interação π–π entre as cadeias, através da redução do gap e aumento da condutividade elétrica com a presença do grafeno. O coeficiente Seebeck medido atinge um valor máximo de -17,02μVK-1 e o fator de potência mais alto obtido foi 4,94μWm- 1K-2 para a amostra de ACR/PANI, indicarando a melhoria das propriedades elétricas e um material com fator de potência promissor (PF) e propriedades termoelétricas a sistemas OTE relatados naliteratura contendo PANI.
Abstract
Thermoelectric materials have drawn attention due to their ability to convert thermal
energy into electricity, enabling the use of waste energy and offering a green option for
power generation. Organic thermoelectric materials (OTE) such as polyaniline are
promising fillers due to their low cost, low thermal conductivity, flexibility, as well as
scalable and non-toxic manufacturing. However, the efficiency of OTE materials is still
lower than inorganic composites. In recent years, composites of conducting polymers
and carbon nanomaterials such as graphene have been developed, providing a promising
way to increase the power factor (PF). Graphene is a nanomaterial with excellent
electrical, mechanical and thermal properties. It is believed that polyaniline can be
integrated into graphene through π-π stacking interactions, helping to achieve efficiency
in TE properties. In this research work, it is aimed to develop a thermoelectric system
based on an acrylic matrix with the coaddition of graphene and polyaniline, based on the
hypothesis that the synergistic effect allows percolation at low charge concentration.
Polyaniline/graphene nanocomposites were obtained by in situ polymerization of aniline
in the presence of different concentrations of graphene. The ternary systems were
obtained by adding acrylic matrix, polyaniline and graphene in mechanical mixing.
Structural and morphological characterization was performed, allowing to evaluate the
influence of graphene insertion on PANI morphology and crystallinity, as well as to infer
about the presence of π-π interaction between the chains, through the reduction of the
gap and increase of the electrical conductivity with the presence of graphene. The
measured Seebeck coefficient reaches a maximum value of -17.02μVK-1 and the highest
power factor obtained was 4.94μWm- 1K-2 for the ACR/PANI sample, indicating
improved electrical properties and a material with promising power factor (PF) and
thermoelectric properties to OTE systems reported in the literature containing PANI.
Assunto
Materiais, Ciência dos materiais, Grafeno, Polímeros conjugados
Palavras-chave
Grafeno, Polímeros conjugados, Coeficiente Seebeck, Materiais termoelétricos