Nanotubo de carbono com óxido de ferro

Uma nova rota química que prepara, em um único passo, nanotubos de carbono com um filamento de óxido de ferro encapsulado acaba de ser desenvolvida por pesquisadores do Grupo de Química de Materiais da Universidade Federal do Paraná (UFPR). “O resultado é interessante porque a nova estrutura reúne propriedades dos dois materiais nanométricos”, diz o coordenador do grupo, Aldo Zarbin.
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Emaranhado de nanotubos de carbono com as cavidades preenchidas por óxido de ferro, vistos em um microscópio eletrônico de transmissão (imagens cedidas pelo Grupo de Química de Materiais da UFPR)

Nanotubos de carbono são estruturas minúsculas de carbono puro, e sua síntese atende à necessidade de materiais com características controladas. Suas principais propriedades (dureza, flexibilidade e leveza) fazem deles os mais duros materiais conhecidos e que podem, ao mesmo tempo, ser dobrados ou submetidos a alta pressão sem se quebrar. Além disso, têm propriedades elétricas e apresentam alta condutividade térmica.

Um dos processos mais usados para a obtenção de nanotubos de carbono é a decomposição de hidrocarbonetos (compostos que contêm apenas carbono e hidrogênio) sobre partículas metálicas, que catalisam a reação. Esse processo deve ocorrer em atmosfera inerte, isto é, na ausência de oxigênio, para que o carbono não se perca na forma de gás carbônico (CO2).

Os pesquisadores da UFPR usaram um composto chamado ferroceno, cuja molécula possui um átomo de ferro (espécie catalisadora) e dois anéis ciclopentadienos (fonte de carbono). A pirólise (queima) desse material se deu em uma atmosfera de baixo nível de oxigênio (menos de 1%). Essa concentração é considerada ideal porque não produz CO2 e permite a oxidação do ferro, o que leva à formação do filamento que preenche o interior do nanotubo.

Aplicações 
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Nanotubo de carbono recheado com óxido de ferro, com diâmetro da ordem de 70 nanometros (imagem de microscopia eletrônica de transmissão)

Em parceria com o Grupo de Dispositivos Nanoestruturados, coordenado por Lucimara Roman, do Departamento de Física da UFPR, o Grupo de Química de Materiais trabalha em duas linhas de aplicação do novo material: produção de dispositivos fotovoltaicos (que convertem luz em corrente elétrica) e de dispositivos de memória. Ambos são construídos a partir da mistura desses nanotubos de carbono com polímeros condutores.

 

De acordo com Zarbin, no caso dos dispositivos fotovoltaicos, a eficiência da fotoconversão dos aparatos montados com nanotubos com óxido de ferro é muito superior à do mesmo aparato montado com nanotubos convencionais. Em outras palavras, a proporção de luz que se converte em corrente elétrica é maior. Isso acontece porque a transferência de carga elétrica entre o polímero condutor e os nanotubos é otimizada pela presença do óxido de ferro.

 

No segundo caso, as propriedades de memória dependem diretamente da presença de óxido de ferro na cavidade dos nanotubos. Dispositivos semelhantes montados com nanotubos convencionais não têm capacidade de armazenar dados. “Trata-se de uma propriedade sinergística entre o polímero, o nanotubo e o óxido de ferro”, explica Zarbin. 


Helen Mendes
Especial para a CH On-line / PR
02/08/05

 

Matéria publicada em 02.08.2005

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