NANOTUBOS DE CARBONO

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1 INTRODUÇÃO 
A nanotecnologia (estudo de manipulação da matéria numa escala atômica e 
molecular) vem chamado a atenção de pesquisadores do mundo todo, 
principalmente nos últimos tempos. A busca pelo controle em nível atômico e 
molecular para a boa utilização em grande escala industrial, levou o surgimentos dos 
materiais nanométricos que levaram a caracterização de novos materiais. Um 
desses materiais, são os nanotubos de carbono. 
Esses nanotubos de carbono são fibras de enorme potencial econômico. 
Seu nome deriva do seu formato, uma estrutura oca com paredes formadas por um 
átomo de espessura da folha de carbono, chamados grafeno (uma das formas 
cristalinas do carbono, assim como o diamante, a grafite, os nanotubos de carbono e 
fulerenos). Estas folhas são enroladas em momentos especificos com ângulos 
discretos quiral, e a combinação do ângulo de rolamento e raio decide a propriedade 
do nanotubo; por exemplo, se a folha de nanotubos individual é 
um metal ou semicondutor. Nanotubos são categorizados como Nanotubos de 
parede única do inglês (Single-Walled Nanotubes (SWNTs)), que são os Nanotubos 
de Carbono e os nanotubos de múltiplas paredes, do inglês (Multi-Walled Nanotubos 
(MWNTs)). Naturalmente, nanotubos individuais alinham-se em "fios", esse 
fenômeno explicado pelas Forças de Van der Waals.¹ 
 
Figura 01: Variações das estruturas dos nanotubos de carbono dependendo da maneira com que os 
átomos de carbono estão dispostos na estrutura. 
8 
 
1.1 Cronologia 
Descoberto em 1991 por Sumio Iijima, quando foi a realização de pesquisas 
sobre buckyballs (bolas Bucky), que são; seu olhar de esferas de carbono puro 
descobertos por Harry Kroto, Bob Curl e Rick Smalley (Prêmio Nobel), em 1985. 
1952: Primeira evidência para a existência de nanotubos de carbono. 
1991: Descoberta Oficial por Iijima (MWCNT). 
1993. Descoberta do primeiro nanotubo monocamada (SWCNT). 
1991-2000: Produto interesse principalmente acadêmico. 
2000-2005: uso industrial é investigado. 
2005-2010: Desenvolvimento de aplicações industriais. 
2010: Grandes aplicações de desenvolvimento integrado de produtos.³ 
1.2 Características: 
Os nanotubos apresentam propriedades eletrônicas, óticas e mecânicas 
muito interessantes. A forma, tamalho, quantidade de camadas, funcionalização e 
caracterização dos nanotubos são os método mais explorados para identificar e 
melhorar essas propriedades que são características desse material, além de 
facilitar a interação dos nanotubos com moléculas orgânicas e biológicas, gerando 
novas utilizações e aplicações. 
1.3 Métodos de obtenção 
O mecanismo efetivo para a obtenção dos nanotubos em grandes 
quantidades e sem defeitos nas suas paredes, ainda não estão definidos. Mas são 
utilizadas diversas técnicas na tentativa de obter o melhor possível, como: 
Deposição de vapor químico, laser e a eletrólise. ³ 
 
 
9 
 
2 ESTRUTURA E PROPRIEDADES DOS NANOTUBOS DE 
CARBONO 
2.1 Estrutura atômica 
Um nanotubo de carbono é conceitualmente construído como sendo 
formado a partir de uma folha de grafite (grafeno) enrolada em forma cilíndrica, com 
“um átomo de espessura”, como ilustrado na Figura 02a. O entendimento do 
processo de crescimento ainda não atingiu um estágio onde seja possível controlar a 
estrutura do nanotubo, apesar de muitos progressos terem sido realizados no 
aprimoramento dos diferentes métodos de síntese dos nanotubos. A maneira pela 
qual a folha de grafeno é enrolada determina a estrutura do nanotubo e suas 
propriedades físicas. O diâmetro (dt) e ângulo quiral (θ) são parâmetros estruturais 
relevantes dos nanotubo. É possível descrever, em primeira aproximação, a 
estrutura dos nanotubo usando a estrutura de uma rede hexagonal bidimensional 
(Figura 02b). 
 
 
 
 
 
 
Figura 02. (a) Diagrama ilustrando como um nanotubo de carbono é formado a partir da folha de 
grafite; (b) a definição do vetor quiral, para o caso n=4 e m=2. 
Define-se o vetor quiral Ch como sendo uma combinação dos vetores de 
base (a1 e a2) da rede do grafeno. O vetor quiral Ch conecta dois pontos 
cristalograficamente equivalentes da rede hexagonal sendo definido pela equação 1. 
 (1) 
10 
 
Onde, n e m são inteiros. Os vetores a1 e a2 possuem módulos iguais 
sendo: 
 (2) 
Onde é a distância da ligação carbono-carbono na folha de grafite. 
O diâmetro do nanotubo pode ser determinado a partir do módulo do vetor 
quiral Ch, desprezando-se os efeitos de curvatura no comprimento das 
ligações . O comprimento da circunferência do nanotubo é. O 
módulo de Ch é facilmente determinado em termos de e dos índices n e m. 
 (3) 
O cálculo obtido pela equação (3) é válido para nanotubo com diâmetros 
maiores que 1,0 nm e negligencia o efeito da curvatura nas ligações C-C. Para 
nanotubo com grande curvatura, ou seja, pequeno diâmetro, essa equação não traz 
uma boa aproximação. 
O ângulo quiral (θ) é também obtido a partir dos índices n e m e é dado pela 
equação 4: 
 (4) 
Os nanotubo com θ = 0º e 30° são aquirais e denominados de “zig-zag” (n,0) 
e “armchair” (n,n), respectivamente. Os nanotubo com 0°< θ < 30° são denominados 
quirais. A figura 03 ilustra isso.¹ 
 
 
 
11 
 
 
 
 
 
 
Figura 03: Nanotubos com θ=0° (15,0) θ=30° (9,9) e θ=19.0° (12,6) 
2.2 Estrutura eletrônica 
Existem diferentes métodos para se calcular as propriedades eletrônicas dos 
nanotubo de carbono, o mais simples é determinar as propriedades dos nanotubo 
considerando-se as propriedades do grafeno. Ele possui um “gap” (separação entre 
as bandas de valência e condução) de energia nulo nos pontos K na zona de 
Brillouin, ou seja, a banda de valência toca a banda de condução nesses pontos. Os 
estados eletrônicos permitidos para os nanotubo, comparados com o grafeno, são 
restritos, porque ao longo da circunferência do nanotubo existe uma quantização dos 
comprimentos de onda associados à função de onda dos elétrons. São permitidos 
apenas comprimentos de onda com uma relação de número inteiro com o 
comprimento da circunferência do nanotubo. Como os nanotubos são bastante 
longos (comprimento micrométrico) os vetores de onda ao longo do eixo são 
contínuos. O caráter metálico ou semicondutor do nanotubo, em geral, é 
determinado pelos índices n e m. Devido às propriedades de simetria do grafeno 
tem-se a seguinte classificação: se n-m for múltiplo de 3, o nanotubo é semicondutor 
de gap quase nulo, e se n-m não for múltiplo de 3 o nanotubo é semicondutor. No 
caso especial em que n=m, o nanotubo é metálico. 
Devido à quantização dos estados eletrônicos ao longo da circunferência 
dos nanotubo, a densidade de estados apresenta picos, deixando os sistemas 1D 
com características quase moleculares. Os picos na banda de valência (E1(v), E2(v), 
...) e de condução (E1(c), E2(c),...) são chamados de singularidades de van Hove. 
Os estados preenchidos, (estados de valência π), para os nanotubos 
semicondutores, estão localizados abaixo do nível de Fermi e existe uma lacuna de 
12 
 
energia, gap, entre o primeiro estado preenchido da banda de valência e o primeiro 
estado vazio (estados de valência π *) da banda de condução. Para os nanotubos 
metálicos, o nível de Fermi é ocupado e não existe lacunas de estado entre os níveis 
vazios e preenchidos.¹ 
 
 
 
 
 
 
Figura04. Densidade de estados eletrônicos para SWNTs semicondutores (a) e metálicos (b). Os 
estados preenchidos (orbitais π) estão localizados abaixo do nível de Fermi e os estados vazios 
(orbitais π*) acima do nível de Fermi. 
2.3 Propriedades vibracionais e óticas 
As propriedades óticas e vibracionais são pronunciadas e unicamente 
determinadas pela estrutura atômica, devido ao confinamento quântico. Uma das 
técnicas mais utilizadas nos estudos de nanotubos de carbono e que permitiu um 
grande avanço no entendimento das propriedades eletrônicas é a espectroscopia 
Raman ressonante. A versatilidade dessa técnica permite o estudo dos mais 
variados tipos de amostras de nanotubos de carbono (feitos de SWNT e MWNT, 
nanotubos em solução, nanotubos isolados, dispersos em compósitos...). O espectro 
Raman dos nanotubos é observado quando a energia do laser usado na excitação 
dos espectros é muito próxima à energia das transições eletrônicas entre as 
singularidades de van Hove na banda de valência e na banda de condução, ou seja, 
... . As transições são permitidas para luz 
polarizada ao longo do eixo do tubo e as transições cruzadas do tipo E12 são 
permitidas para luz polarizada perpendicularmente ao eixo do nanotubo. No entanto, 
nesse último caso a intensidade é fortemente reduzida devido ao fato dos nanotubos 
13 
 
apresentarem o efeito antena, ou seja, os fenômenos relacionados com a absorção 
de luz são predominantemente associados com a componente do campo elétrico 
paralelo ao eixo do nanotubo. 
 O volume de informação obtido pela espectrometria Raman é considerável 
e fundamental para o entendimento das propriedades eletrônicas e óticas dos 
nanotubos, de maneira relativamente simples. 
O espectro Raman é caracterizado por vários picos, sendo que associado a 
cada um deles existe uma grande riqueza de fenômenos agregados à estrutura 
eletrônica e vibracional do nanotubo. Os modos vibracionais mais estudados são: 
modo radial de respiração (ocorre na região de baixo número de onda). O número 
de onda está relacionado com o diâmetro do nanotubo e , onde A e B 
variam dependendo do tipo de amostra; a banda G que ocorre entre 1400 e 1650 
cm-¹ fornece informações sobre o caráter metálico ou semicondutor do nanotubo; a 
banda D é modo proveniente da desordem estrutural e só aparece devido à quebra 
de simetria translacional do nanotubo, a qual pode ser originada pela presença de 
um defeito ou de alguma ligação com alguma molécula. 
O deslocamento em número de onda da banda G e a intensidade da banda 
D fornecem informações importantes sobre as mudanças na estrutura eletrônica dos 
nanotubos, quando interagem com espécies químicas. As frequências desses 
modos são também bastante sensíveis ao processo de transferência de carga entre 
os nanotubos e espécies químicas ligadas aos nanotubos ou intercaladas entre os 
tubos. 
As técnicas de absorção e emissão ótica também foram muitos importantes 
no entendimento das propriedades dos nanotubos e foram fundamentais para o 
entendimento das propriedades eletrônicas dos nanotubos em feixes. Os picos 
observados nos espectros de absorção ótica correspondem às transições entre cada 
par de singularidades mostrados na figura 3. As energias observadas nos espectros 
de absorção são: E11=E1(c)-E1(v), E22=E2(c)-E2(v), ... . Os valores das energias 
de absorção são usados para se estudar os efeitos da funcionalização nas 
propriedades eletrônicas dos nanotubos de carbono. A dispersão dos nanotubos em 
surfactantes, possibilitou um estudo detalhado das propriedades óticas dos 
14 
 
nanotubos e a correlação com a estrutura atômica. Quando envoltos por micelas, os 
nanotubos semicondutores emitem luz cujo comprimento de onda está 
principalmente no infravermelho próximo. O espectro de emissão 
(fotoluminescência) é associado com a separação em energia dos primeiros picos, 
E11, sendo observados apenas em nanotubos semicondutores. Essa técnica é 
muito importante para o estudo de nanotubos funcionalizados, pois pequenas 
mudanças no meio produzem efeitos mensuráveis no espectro de emissão de luz.¹ 
3 FUNCIONALIZAÇÃO DE NANOTUBOS DE CARBONO 
A funcionalização de nanotubos de carbono através de suas paredes, pontas 
ou por encapsulamento, tem sido vista como uma forma de explorar o potencial dos 
nanotubos de carbono na nanotecnologia. Os nanotubos funcionalizados podem ter 
propriedades eletrônicas e mecânicas que são substancialmente diferentes dos 
nanotubos não funcionalizados e este fenômeno é explorado para o uso em 
sensores, dispositivos eletrônicos, entre outros. Essas estruturas quimicamente 
modificadas podem ser usadas de forma a facilitar a interação dos nanotubos com 
moléculas orgânicas e biológicas, com outros grupos químicos como fármacos, e até 
mesmo com vírus e bactérias tornando os sensores capazes de detectar pequenos 
traços da espécie alvo e com alta seletividade.¹ 
3.1 Interações não covalentes 
Uma forma de analisar a interação dos nanotubos de carbono com átomos e 
moléculas é através do comportamento da transferência de carga entre o SWNT e o 
sistema adsorvido. A técnica de espectroscopia Raman ressonante é muito 
poderosa nessa análise, pois se pode determinar esse processo através das 
mudanças induzidas no espectro Raman ressonante (intensidade, deslocamento nos 
números de onda e perfil dos picos). Em condições ressonantes as vibrações 
(fônons) estão acopladas com a estrutura eletrônica e os efeitos das interações não-
covalentes na estrutura eletrônica dos nanotubos são transmitidos nas 
características espectrais. A Figura 05b mostra os espectros Raman de nanotubos 
de carbono puros e interagindo com Ag. 
15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 05. (a) Ilustração do nanotubo interagindo com Ag, tornando-o um sistema aceitador de carga; 
(b) espectros Raman dos nanotubos não modificados e interagindo com Ag. 
Na Figura 05b apresentam-se os espectros Raman ressonantes medidos 
com excitação 2,41 eV (514,5 nm). Para essa amostra de nanotubos antes da 
dopagem, em particular, esta linha de laser excita os nanotubos semicondutores e o 
perfil observado para a banda G é típico de nanotubos semicondutores. O espectro 
Raman dos nanotubos interagindo com Ag apresenta duas mudanças: um aumento 
acentuado na assimetria da banda G e uma diminuição no número de onda dos 
modos vibracionais. O perfil da banda G (assimétrica e larga) observada no sistema 
SWNT/Ag é típico de nanotubos metálicos. Esse perfil (chamado de “Breit-Wigner-
Fano- BWF”) é atribuído à interação das excitações dos elétrons livres dos 
nanotubos metálicos com os fônons dos nanotubos. Como a energia do laser de 
excitação foi mantida, os nanotubos excitados na amostra pura e adsorvida com Ag 
são os mesmos. O perfil BWF aparece porque os nanotubos semicondutores 
receberam carga da Ag e agora possuem portadores na banda de condução. Essa 
interpretação dos experimentos é suportada por resultados teóricos (cálculos ab 
initio). Os estudos mostraram que a Ag interagindo com nanotubos de carbono se 
comporta como doadora de carga. Os resultados teóricos também revelaram que as 
energias de ligações são baixas indicando que se trata de um processo de adsorção 
16 
 
física e não de uma ligação química propriamente dita. Comportamentos similares 
ao descrito acima para Ag têm sido observados para nanotubos interagindo com 
metais alcalinos. No grafite é observado que para moléculas doadoras (receptoras) a 
frequência da banda G diminui (aumenta) à medida que a concentração das 
espécies aumenta. Vale salientar que nos nanotubos de carbono esse 
comportamento, para baixas concentrações de dopantes, é anômalo, conformeobservado recentemente em nanotubos intercalados com Rb e Cs. Esse 
comportamento pode estar associado às diferentes variações do comprimento de 
ligação C-C ao longo do eixo do tubo e ao longo da circunferência, quando o 
nanotubo está dopado. 
Semelhante à química de intercalação do grafite, os nanotubos de carbono 
também têm sido intercalados com espécies receptoras, tais como os elementos 
halogênios. Estudos de espectroscopia Raman ressonante mostram que nanotubos 
interagindo com I2 e Br2 atuam como doadores de carga para essas moléculas. O 
estudo destes sistemas de nanotubos interagindo com moléculas doadoras e 
receptoras é importante para o entendimento das propriedades dos nanotubos. Um 
estudo recente envolvendo nanotubos de paredes duplas (DWNT) interagindo com 
Br2 mostrou que a dopagem modifica os valores das transições eletrônicas dos 
nanotubos, deslocando-as para altas energias para alguns tubos e para mais baixas 
energias para outros. Esse estudo também revelou que os nanotubos metálicos são 
mais sensíveis à presença do Br2 que os semicondutores. Esse sistema é 
interessante porque é possível observar também o espectro das moléculas de Br2 e 
identificar os picos no espectro Raman relacionado com o dopante (Figura 06). 
 
 
 
 
 
Figura 06. Espectros Raman de nanotubos de paredes duplas puros e intercalados com Br2 na 
região do modo radial de respiração (a) e na região da banda G (b). 
17 
 
Nanotubos de carbono também tem sido propostos como materiais 
eficientes para remoção de poluentes, tais como diclorobenzeno e dioxina. Mostra-
se através de resultados experimentais e teóricos que os nanotubos de carbono são 
capazes de remover dioxinas de ambientes através da interação entre os anéis da 
dioxina com os anéis do tubo, o que faz com que, inclusive, a molécula que era 
originalmente planar, sofra distorções, como mostra a Figura 07. Nanotubos de 
carbono sem defeitos possuem uma interação fraca com a dioxina (Figuras 07a e b), 
mas quando a estrutura apresenta defeitos ocorre uma interação muito mais forte 
com energia de ligação típica de uma ligação química (Figuras 07c e d). 
Comportamento semelhante foi observado para o 1,2-diclorobenzeno, cuja adsorção 
nas paredes dos nanotubos ocorre via interações do tipo empilhamento π (π-
“stacking”). 
 
 
 
 
 
 
Figura 07. Em (a) e (c) apresenta-se a configuração estrutural mais estável obtida, através de 
cálculos ab initio, para a dioxina interagindo com um SWNT (8,0) perfeito e com defeitos estruturais, 
respectivamente; em (b) e (d), o “contour plot” da densidade de carga eletrônica total dos sistemas (a) 
e (c), correspondentes. 
A funcionalização não-covalente apresenta algumas vantagens tais como o 
fato de que as propriedades eletrônicas dos nanotubos são mantidas por que a 
estrutura da ligação sp2 e a conjugação dos átomos de carbono do tubo são 
conservadas. Um exemplo muito ilustrativo desse tipo de funcionalização não-
covalente é a solubilização dos nanotubos de carbono em cadeias poliméricas 
lineares e surfactantes tais como dodecil sulfato de sódio (SDS), polivinil, 
poliestireno, entre outros. Através do processo de esfoliação do feixe de nanotubos, 
18 
 
usando ultra-som os nanotubos são dispersos e a região hidrofóbica das moléculas 
surfactantes interage com a superfície dos nanotubos destruindo a interface 
hidrofóbica dos nanotubos com a água e a interação tubo-tubo (van der Waals), que 
é responsável pela formação dos feixes. Essa interação se deve à formação de 
micelas do surfactante ou polímero no meio que encapsulam os nanotubos de 
carbono formando dispersões estáveis em meio aquoso. As miscelas mantêm os 
nanotubos de carbono isolados uns dos outros, permitindo o estudo das 
propriedades fotofísicas (absorção, emissão, “excitons”) de cada nanotubo e a 
correlação dessas propriedades físicas com a estrutura atômica, ou seja, com os 
índices n e m. 
A interação dos SWNTs com sequências de oligonucleotídeos (Figura 08) 
tem sido um dos métodos mais utilizados e com maior sucesso para a separação de 
nanotubos metálicos de nanotubos semicondutores e, também, na separação de 
nanotubos pelo diâmetro e comprimento. Os nanotubos semicondutores e metálicos 
possuem diferentes valores de constante dielétrica e, portanto interagem de forma 
diferente com as sequências de oligonucleotídeos. O resultado é que em uma 
coluna de cromatografia de troca iônica eles ficam retidos em diferentes posições, 
permitindo extrair frações de amostras enriquecidas com nanotubos metálicos e 
outras frações enriquecidas com nanotubos semicondutores.¹ 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 08 (a) Mostra o encapsulamento de um nanotubo por DNA. (b) Distribuição do comprimento 
dos nanotubos para diferentes frações separadas na coluna de cromatografia de troca iônica. 
19 
 
3.2 Interações covalentes 
Os nanotubos de carbono possuem superfícies com alta estabilidade 
química, portanto, poucos átomos e moléculas podem interagir diretamente com 
suas paredes. A maioria dos experimentos realizados para funcionalizar os 
nanotubos de carbono são sistemas muito reativos. Já existe uma variedade de 
rotas e estratégias químicas para funcionalizar covalentemente os nanotubos. 
Alguns exemplos serão discutidos. 
O primeiro exemplo a ser discutido é a interação dos nanotubos com um 
agente fortemente oxidante, o CrO3. Na Figura 09 mostra uma situação oposta ao 
que foi discutido anteriormente para os nanotubos interagindo com Ag. Para a 
amostra analisada, Figura 09, os nanotubos puros excitados com a linha de laser 
1,96 eV (633nm) são metálicos, como indicado pelo perfil da banda G. Quando os 
nanotubos interagem com CrO3 pode-se observar algumas mudanças no espectro 
Raman. O perfil BWF da banda G muda para um perfil típico de nanotubos 
semicondutores e os números de onda aumentam. A destruição do perfil BWF após 
a adsorção é devida à remoção dos elétrons livres do sistema metálico, diminuindo a 
interação dos elétrons com os fônons. Alguns metais de transição, como Ti, Pd, Mn, 
Fe etc., mostram-se como elementos com grande capacidade de adsorver nas 
paredes dos SWNTs, o que é visto no trabalho de Zhang e colaboradores, que 
recobriram nanotubos de carbono com metais de transição, como Ti, Ni, Pd, Au, Al e 
Fe (Figura 10a-f, respectivamente). 
 
 
 
 
 
Figura 09. (a) Ilustração dos nanotubos interagindo com CrO3, tornando o tubo um sistema doador de 
carga; (b) espectros Raman dos nanotubos não modificados e interagindo com CrO3. 
20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10. (a)-(f) Imagem de microscopia eletrônica de transmissão de nanotubos de carbono 
recobertos com Ti, Ni, Pd, Au, Al e Fe. As figuras (g) e (h) correspondem a estruturas otimizadas 
através de simulações para clusters de Fe e Mn, respectivamente. 
Nas Figuras 10 g e h apresentam-se simulações através de métodos de 
química quântica (ab initio) usando nanotubos de carbono interagindo com 
pequenos aglomerados de Fe e Mn, mostrando a capacidade destes metais 
adsorverem fortemente nos tubos. Utilizando-se nanotubos cobertos com metais de 
transição podem ser anexados átomos ou moléculas não interagentes diretamente 
com o tubo e que agora podem vir a interagir com os tubos funcionalizados com 
estes metais. Desta forma, abre-se a possibilidade de seu uso como armazenadores 
de combustível, por meio de possíveis rotas para armazenagem de H2, ou também 
como removedores de moléculas tóxicas, como CO, CO2 e SO2. 
A funcionalização química de nanotubos também tem sido intensamente 
analisada de forma a se anexar à superfície do tubo grupos químicos através de 
ligaçõescovalentes. Entre os vários grupos usados para funcionalização destaca-se 
o grupo carboxílico considerado grupo padrão para este tipo de proposta. Este fato é 
devido ao átomo de carbono do COOH ligar-se covalentemente com os C do tubo, 
tornando fácil a remoção do grupo OH usando um agente acoplador (cloreto de 
tionila, por ex.), podendo-se anexar outros grupos ou moléculas. A Figura 11 mostra 
21 
 
uma rota usada para incorporação de moléculas de NH2 em nanotubos de carbono 
através de reações com grupos carboxílicos. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11. Rota química usada para anexar grupos COOH em nanotubos de carbono e 
subsequentemente converter em outros radicais desejados, como o CO-NH2. 
Este tipo de interação através de grupos carboxílicos abre possibilidades 
muito interessantes para aportar moléculas mais complexas como aminoácidos, 
DNA e marcadores fluorescentes. Ramanathan e colaboradores anexaram grupos 
amida e amina em nanotubos de carbono funcionalizados com COOH, seguindo o 
esquema da Figura 11. 
Uma outra forma de funcionalização covalente é através da dopagem 
substitucional de átomos. Os exemplos mais típicos desse tipo de funcionalização 
são os nanotubos de carbono dopados com N70, B71-73, ou ambos. Esses 
sistemas dopados são interessantes, pois aumentam significativamente a 
reatividade dos nanotubos. Desta forma, a dopagem substitucional torna-se 
altamente interessante. A Figura 12 apresenta o exemplo do aminoácido alanina que 
não adsorve no nanotubo de carbono, mas que mostra uma grande interação 
através de uma dopagem de B do nanotubo. De acordo com os cálculos ab initio, os 
nanotubos de carbono dopados com B podem interagir diretamente com 
aminoácidos gerando sistemas híbridos tais como SWNT-aminoácidos. 
22 
 
 
 
 
 
Figura 12. (a) Configuração estrutural da alanina interagindo com um SWNT dopado com B; (b) plot 
da distribuição total de carga indicando a forte interação da molécula com o nanotubo dopado. 
As principais rotas químicas utilizadas na funcionalização de nanotubos 
podem ser resumidas na Figura 13. Essas rotas químicas tem sido utilizadas com 
sucesso para modificar a superfície dos nanotubos e obter sistemas auto-
organizados.¹ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 13. Principais rotas químicas utilizadas na funcionalização covalente de nanotubos de 
carbono. 
23 
 
4 MÉTODOS DE SÍNTESES DE NC 
Os métodos de síntese de NC empregados atualmente produzem somente 
uma pequena fração de NCPS, o que eleva o seu custo e praticamente impede sua 
aplicação em grande escala. 
Desde sua descoberta na fuligem originada pela decomposição em altas 
temperaturas de eletrodos de grafite em atmosfera controlada de hélio, os NC 
começaram a ser sintetizados por outros métodos também, como a síntese catalítica 
usando metais de transição sobre suportes de sílica, alumina e também sobre as 
zeólitas, a deposição de vapor químico (CVD), a decomposição de monóxido de 
carbono em altas temperaturas e pressões (HiPCO), e a erosão a laser. Os 
processos apresentam o mesmo problema que a decomposição em altas 
temperaturas de eletrodos de grafite, a produção paralela de carbono amorfo e a 
presença de partículas metálicas. No entanto, a síntese catalítica e a CVD 
possibilitam um maior controle das variáveis de síntese quando comparadas aos 
processos caóticos dos outros métodos de síntese. Portanto com a otimização das 
condições de síntese abre a possibilidade de obtenção de grandes quantidades de 
nanotubos de boa qualidade e com baixo teor de impurezas.² 
4.1 Formação de coque metálico e formação de NCPM 
 Com relação à produção de NCPM usando catalisadores à base de 
suportes ácidos, é interessante notar que enquanto a pesquisa em catálise 
heterogênea usando metais de transição suportados é comumente dirigida para a 
prevenção de formação de depósitos de carbono (coque) na superfície do 
catalisador, essa característica indesejável nos processos catalíticos industriais pode 
ser aproveitada na obtenção de NCPM. Estudos sobre catalisadores à base de 
metais de transição são importantes tanto para a compreensão das reações 
microscópicas que ocorrem durante seu preparo, ativação e uso efetivo, quanto do 
ponto de vista de aplicações, seja na otimização e adequação, ou no 
desenvolvimento de novos sistemas e processos catalíticos. É interessante notar 
que as propriedades desses catalisadores dependem fortemente do estado e da 
dispersão dos componentes metálicos, que por sua vez são uma função do método 
de introdução do metal e do histórico da preparação do catalisador. 
24 
 
Os metais mais utilizados para a catalise são o cobalto e o ferro, isolados ou em 
combinação, e como fonte de carbono são usados acetileno, propileno e etileno. 
Pode –se idealizar o seguinte mecanismo reacional para a formação catalítica de 
carbono filamentar, e numa extensão lógica, para a formação dos NCPM. O 
hidrocarboneto é absolvido e dissociado na superfície metálica, com formação de 
átomos de carbono absolvidos, estes átomos de carbono podem dissolver-se e 
difundir-se através do metal, precipitado em regiões de crescimento preferencial, 
como as fronteiras de grão ou as interfaces metal/suporte. Desta forma, as 
partículas metálicas são destacadas da superfície e transportadas com os filamentos 
em crescimento, enquanto que a superfície ativa continua disponível para a reação 
já que o carbono não se acumula sobre ela, é também possível a nucleação à 
superfície, conduzindo à formação de filmes de carbono que efetivamente desativam 
o catalisador o chamado carbono encapsulante. 
Recentemente o mecanismo descrito foi confirmado por medidas de 
microscopia eletrônica de transmissão (TEM) realizados em catalisador de Ni/SiO2 
sob aquecimento e submetido a uma atmosfera redutora de H2/CH4. 
A formação de carbono filamentar e encapsulante é favorecida se a fonte de 
carbono for pobre em hidrogênio, como é o caso do acetileno. 
Usando catalisador de cobalto suportado em sílica são produzidos principalmente 
nanotubos helicoidais, enquanto em uso de alumina como suporte leva a uma 
distribuição bimodal de nanotubos, no que diz respeito ao diâmetro. Em ambos os 
casos foi produzida em grande quantidade carbono amorfo diminuindo desta forma a 
quantidade de NCPM.² 
4.2 Efeito do método de introdução do metal no suporte 
A qualidade e o rendimento da produção depende fortemente do método de 
introdução do metal no suporte. Como efeito, em praticamente todos os relatos 
encontrados foram preparados pelos métodos clássicos, ou seja, impregnação, co-
precipitação e troca iônica. É conhecido que cada um desses métodos de introdução 
do metal apresenta problemas quanto à homogeneidade das partículas metálicas 
formadas após as sucessivas etapas de preparação e, dessa forma, é necessário 
um controle mais apurado sobre a dispersão e principalmente sobre o tamanho das 
partículas metálicas. Vale notar que a tendência atual da área aponta para o uso de 
25 
 
técnicas como solgel e deposição de vapor químico (CVD), com o objetivo de atingir 
esse controle.² 
4.3 Purificação dos nanotubos de carbono obtidos por síntese catalítica 
A purificação dos NCPM produzidos pela via catalítica é comumente feita em 
duas etapas: a) eliminação do carbono amorfo e b) separação dos nanotubos do 
metal e do suporte. A eliminação do carbono amorfo através da oxidação ao ar em 
altas temperaturas pode ser representada por: 
 C + O2 → CO2 e 2C + O2 → 2CO (5) 
Alternativamente, a oxidação por tratamento com solução acida de 
permanganato de potássio pode serdescrita por: 
 3C + 4KMnO4 + 4H
+ → 4MnO2 + 3CO2 + 4K
+ + 2H2O (6) 
Já no segundo caso é utilizado um ácido mineral, tipicamente HNO3, HF ou 
HCl, enquanto que a primeira etapa compreende oxidação do material carbonoso ao 
ar em temperatura elevada ou, alternativamente, oxidação por ácido nítrico ou 
permanganato de potássio em solução ácida, seguida de lavagem com água 
desmineralizada e filtração. As zeótitas são facilmente atacadas e dissolvidas por 
ácidos minerais. Dessa forma elimina-se o suporte e as partículas metálicas do 
catalisador numa só etapa, de acordo com a equação: 
 
Na53Al53Si139O348(H2O)235 + 768 HF → 139 SiF4 + 53Al
3+ + Na+ + 212 F- + 619 H2O(7) 
É interessante notar que os diferentes tratamentos levam comumente a 
diferentes morfologias de nanotubos purificados, e que, portanto, deve-se otimizar a 
purificação com as características pretendidas parar os NCPM.² 
5 CARACTERIZAÇÃO DOS NANOTUBOS DE CARBONO 
Na caracterização dos NC a técnica de escolha é a microscopia eletrônica 
de trasmissão. Esta técnica mostra-se insubstituível no estudo da morfologia dos 
NC, bem como na detecção de partículas metálicas incorporadas aos nanotubos. 
Além desta técnica outras mais rotineiras podem ser utilizadas para a caracterização 
26 
 
dos NC, como as técnicas de caracterização textural, determinação da área 
superficial (BET), absorção/dessorção em temperaturas programadas (TPA/TPD) e 
porosimetria. Além dessas técnicas, o comportamento térmico dos NC pode ser 
estudado por técnicas termogravimétricas, como TGA e DSC. É interessante notar 
que os NCPM são mais estáveis em condições de altas temperaturas que os 
carvões amorfos e carvões ativados comumente usados como suporte na 
preparação de catalisadores. Essa característica diferenciada pode também ser 
usada na separação e purificação dos nanotubos possibilitando, inclusive, estudos 
quantitativos com respeito à proporção NC/carbono não cristalino obtida nas 
diferentes condições experimentais de preparação. 
Dentre as técnicas espectroscópicas a espectroscopia Raman é das mais 
valiosas. No caso dos NC, ela possibilita a diferenciação entre nanotubos, grafite e 
carbono amorfo. As bandas originadas por estruturas ordenadas, relacionadas a NC 
perfeitos são visualizadas em regiões bastante definidas no espectro de uma 
amostra. Entre outras técnicas espectroscópicas, a ressonância paramagnética 
eletrônica, RPE, em onda continua ou pulsada, vem sendo usada na quantificação 
de defeitos, tanto intrínsecos à estrutura dos tubos (os chamados elétrons 
localizados) como extrínsecos, isto é, relacionados com a presença de carbono não 
cristalino (elétrons deslocalizados). Cada um desses defeitos apresenta linhas de 
ressonância em campos magnéticos distintos, possibilitando sua identificação e 
quantificação. Todavia, a presença do catalisador metálico, mesmo em baixa 
proporção, limita o uso desta técnica, devido ao fenômeno de ressonância 
ferromagnética, que apresenta linhas muito largas no espectro RPE. 
A espectroscopia de reflectância no infravermelho (IV) é uma técnica bastante 
difundida e bastante acessível, com resultados importantes para a caracterização 
dos NC, em especial em amostras tratadas quimicamente, onde grupos funcionais 
podem estar ancorados em diferentes sítios, tanto internos como externos de 
nanotubo. 
A microscopia eletrônica de varredura (SEM) é comumente usada em 
análises prévias, na verificação dos arranjos dos NC sobre o suporte e, através da 
técnica de EDX, para o mapeamento dos diferentes componentes metálicos.² 
 
27 
 
6 APLICAÇÕES DE NANOTUBOS DE CARBONO 
As diversas propriedades dos nanotubos são importantes porque através 
disso, fazem com que os mesmos possam ser usados em uma grande variedade de 
aplicações. Algumas dessas características como alta resistência mecânica e 
capilaridade, além de apresentar estrutura eletrônica única, fazem com que o NC 
tenha aplicações diretas. Os NC possuem promessas revolucionarias em áreas de 
atividade humana, tais como medicina, farmacologia, eletrônica, computação, 
robótica, indústria química, petroquímica e meio ambiente. E ainda poderiam ser 
ainda usados como peneiras moleculares, como material para armazenamento de 
hidrogênio, como aditivos para materiais poliméricos e como suporte em processos 
catalíticos, alguns exemplos são:² 
6.1 Aplicação biotecnológica: Imobilização de proteínas e enzimas 
A nanotecnologia é um campo relativamente novo, e ainda mais sobre a sua 
aplicação da medicina. Particularmente o nanotubo de carbono (NC), constitui uma 
nova classe para a aplicação na área biomédica. Seu diminuto tamanho permite que 
sejam internalizados por diferentes células.4 Embora isto venha levantando 
suspeitas de toxidade, pesquisadores acreditam que o nanomaterial pode ser 
explorado para o bem. Entretanto, um fator que atrapalha essa aplicação dos 
nanotubos é que eles matam as células com as quais têm contato. Para impedir 
isso, alguns cientistas estão propondo que os nanotubos sejam recobertos com um 
polímero sintético capaz de imitar uma substância da superfície celular, a mucina ( 
que é uma família de elevada massa molecular compostas por proteínas, produzidas 
porr tecidos epiteliais).5 
Portanto, faz-se imprescindível ampliar o conhecimento acerca dos 
processos de síntese e purificação dos NCs, a fim de garantir produtos finais livres 
de resíduos catalíticos e defeitos estruturais, bem como adequar a funcionalização 
às necessidades celulares, possibilitando melhores condições de crescimento, 
adesão e interação das culturas neuronais com o substrato.6 
Um dos principais objetivos desses estudos é a imobilização de proteínas e 
enzimas, etapa fundamental para o desenvolvimento de tecnologias de biosensores 
28 
 
e bioreatores. Com efeito, nanotubos de carbono foram utilizados para a 
imobilização de metalotioneína (Zn2Cd5) extraída de fígado de coelho, citocromo C 
(extraído de coração de cavalo) e b-lactamase, extraído de Bacillus cereus. As 
amostras foram analisadas por TEM ( Microscopia eletrônica de transmissão) e 
apontam para a imobilização das proteínas no interior dos NC, na forma de 
monômeros, dímeros e oligômeros. Como esperado, ocorreu uma seleção por 
tamanho no encapsulamento das proteínas. É interessante notar que uma parcela 
dos nanotubos apresenta condutividade metálica, característica que em combinação 
com a seletividade por tamanho e com a forte interação proteína/suporte aponta 
para biosensores potenciais. ² Lembrando que um biossensor é um dispositivo no 
qual se incorpora uma substância (ex.: uma enzima, um anticorpo, uma proteína, 
DNA, etc.) para poder medir de modo seletivo determinadas substâncias. 
A Metalotionéina (Zn2Cd5) é uma família de proteínas de baixo peso 
molecular, em torno de 6 – 7 kDa, encontradas no citosol de células eucarióticas, 
especialmente no fígado, rins, intestino e cérebro. Sua estrutura molecular é 
composta de uma única cadeia de aminoácidos dos quais 20 são cisteínas, que 
representam em torno de 30% do total de aminoácidos Devido ao grande número de 
grupamentos tiol, a função biológica das MTs nos sistemas vivos está relacionada 
ao controle da concentração de elementos traços livres como zinco (Zn) e cobre 
(Cu), transporte de íons metálicos para outras proteínas, ação como agente de 
desintoxicação para metais como (Cd) e mercúrio (Hg), e também um papel protetor 
por sequestro de metais e proteção contra condições de stress oxidativo. Por isso, a 
MT é uma importante proteína no metabolismo intracelular de Cu e Zn e na proteção 
contra danos oxidativos resultantes da exposição excessiva a metais.O citocromo C é uma pequena proteína heme que está associada á 
membrana interna da mitocôndria. É uma proteína solúvel, ao contrário de outros 
citocromos, e é um componente essencial da cadeia transportadora de elétrons. É 
capaz de realizar oxidações e reduções, mas não se liga a oxigênio. Transfere 
elétrons entre o complexo coenzima Q-citocromo C redutase e a citocromo c 
oxidase. 
β-lactamases são enzimas produzidas por algumas bactérias e são 
responsáveis por sua resitencia a antibióticos beta-lactânios como as penicilinas, 
29 
 
cefalosporinas, cefamininas e carbapenema. Estes antibióticos têm como elemento 
comum em suas estruturas moleculares um anel de quatro átomos conhecido 
como beta-lactama. A enzima lactamase quebra este anel, desativando as 
propriedades antibacterianas da molécula.Antibióticos beta-lactâmicos são usados 
para tratar um largo espectro de bactérias Gram-positivas e Gram-negativas. As 
beta-lactamases produzidas por organismos Gram-positivos são usualmente 
secretadas.7 
6.2 Aplicação Ambiental 
6.2.1 Adsorvente de Gases 
A grande área superficial das nanopartículas lhes confere, em muitos casos, 
excelentes propriedades de adsorção de metais e substâncias orgânicas. A etapa 
subsequente de coleta das partículas e remoção de poluentes pode ser facilitada 
pelo uso, por exemplo, de nanopartículas magnéticas. As propriedades redox e/ou 
de semicondutor de nanopartículas podem ser aproveitadas em processos de 
tratamento de efluentes industriais e de águas e solos contaminados baseados na 
degradação química ou fotoquímica de poluentes orgânicos.8 
Os compostos orgânicos voláteis são uma importante classe de poluentes 
do ar, uma vez que incluem a maioria dos solventes e combustíveis em geral, sendo 
comumente emitidos tanto por fontes móveis, principalmente como resultado da 
queima de combustíveis fósseis. A adsorção tem sido largamente empregada no 
tratamento (ou simplesmente concentração ) de compostos orgânicos há vários 
anos. Neste caso, os adsorventes carbonados (á base de carbono) estão entre as 
melhores opções, pela boa afinidade que apresentam com compostos orgânicos, 
além de baixo custo e disponibilidade. De acordo com um teste realizado na 
Universidade Federal de Santa Catarina, Centro tecnológico. Programa de Pós 
Graduação em e Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2013.9 
O desenvolvimento de sistemas para a remoção dos óxidos de nitrogênio 
NOx das emissões originadas pela queima de combustíveis fósseis é um tema 
bastante atual, principalmente por causa da questão ambiental. Os óxidos de 
nitrogênio, conhecidos como importantes poluentes da atmosfera, são emitidos na 
30 
 
atmosfera pelos motores de combustão interna, fornos, caldeiras, estufas, 
incineradores, pelas indústrias químicas (na fabricação de ácido nítrico, de ácido 
sulfúrico, de corantes, vernizes, nitrocelulose, etc.), na indústria de explosivos e, 
também, pelos silos de cereais (os cereais contêm nitratos e nitritos que se 
decompõe liberando-o). O principal objetivo desse tipo de pesquisa é encontrar 
adsorventes adequados, isto é, que possam liberar NO, seja pelo aumento da 
temperatura ou pela diminuição da pressão, para a conversão em N2. Nesse sentido, 
atualmente os materiais mais promissores são os carvões ativados e funcionalizados 
com grupos FeO(OH). No entanto, recentemente foi relatado na literatura que NC 
possuem propriedades superiores na adsorção de NOx, especialmente em 
condições de baixas pressões parciais, onde os materiais convencionais apresentam 
desempenho pouco satisfatório.2 
6.2.2 Adsorventes de metais pesados em efluentes 
Águas residuais podem se encontrar contaminadas por compostos 
orgânicos, inorgânicos e em algumas situações por metais pesados, como por 
exemplo, o chumbo, o qual prejudica o organismo humano. A utilização do 
empacotamento de coluna com nanocompósitos sólidos ou imersão destes 
nanocompósitos particulados em solução de íons chumbo apresenta uma eficiente 
adsorção deste íon metálico. Pois, o efeito de adsorção de íons chumbo na 
utilização de nanocompositos ocorre um pequeno aumento, o qual tratando-se de 
concentrações expressas em ppm, torna o processo viável pois trata-se de eliminar 
metais pesados para descontaminação ambiental. De acordo com uma prática 
realizada na Universidade Federal de Santa Catarina, Centro tecnológico. Programa 
de Pós Graduação em Ciência e Engenharia dos Materiais, Florianópolis, 2013.10 
NC apresentam capacidade excepcional e alta eficiência de adsorção na 
remoção de chumbo de meio aquoso. A adsorção é influenciada pelo pH da solução 
e também pela presença ou não de grupos funcionais na superfície dos NC, que 
pode ser controlada por tratamentos químicos e térmicos. Resultados publicados 
recentemente sugerem que NC são bons adsorventes para Pb2+ e têm grande 
potencial na área de remediação.2 
31 
 
Não obstante estas perspectivas animadoras dos benefícios da 
nanotecnologia para a melhoria do meio ambiente, não se deve subestimar o 
potencial para danos ao meio ambiente. As mesmas características que tornam as 
nanopartículas interessantes do ponto de vista de aplicação tecnológica, podem ser 
indesejáveis quando essas são liberadas ao meio ambiente. O pequeno tamanho 
das nanopartículas facilita sua difusão e transporte na atmosfera, em águas e em 
solos, ao passo que dificulta sua remoção por técnicas usuais de filtração. Pode 
facilitar também a entrada e o acúmulo de nanopartículas em células vivas.8 
6.3 Aplicação na Industria têxtil 
Benefícios da nanotecnologia, que pode ser considerados como um dos 
recursos mais promissores para o setor têxtil. Isso ocorre porque, mediante os 
estudos científicos são apresentadas as possibilidades precisas para a reprodução 
de propriedades têxteis, dando origem a tecidos mais atraentes para os 
consumidores. A indústria têxtil está aplicando essa tecnologia “nano” na produção 
de tecidos com as propriedades antirrugas, anti-manchas e de fácil lavagem em 
baixas temperaturas. 
Além do que, nanotubos de carbono poderão ser usados quando 
sintetizados em comprimentos maiores do que os atingidos, substituindo outras 
fibras na composição de tecidos de alta resitencia. Alguns cientistas, testando as 
propriedade físicas do material, concluíram que uma roupa tecida com o material 
seria uma armadura corporal mais eficiente do que o Kevlar- material utilizado na 
fabricação de coletes à provas de balas. 
A tecnologia já oferece a indústria alguns meios de qualificar e melhorar as 
propriedades naturais dos tecidos, como as fibras artificiais e muitos tipos de 
beneficiamento . Todavia, é no estudo sobre nanotecnologia onde se encontra a 
linha de pesquisa mais recente do setor (COLCHESTER, 2004). Ela consiste na 
investigação microscópica das partes em nível atômico, molecular ou 
supramolecular, para entender as propriedades e características de suas estruturas 
e assim possibilitar o desenvolvimento de novas composições mais eficientes 
(DURAN, MATTOSO, MORAIS; 2006).Um dos fenômenos ocorridos com essas 
novas partículas é chamado de auto-organização, que ocorre através da 
32 
 
interferência externa de uma ação física e/ou química e abrange de forma 
diversificada as partículas de escala macroscópica e tem como uma de suas 
aplicações o desenvolvimento de nanotubos de carbono. 11 
A resistência mecânica dos nanotubos faz com que indústrias muito díspares 
– como a de cerâmica, a de plástico ou a têxtil – vislumbrem uma nova era, porque, 
adicionados a diferentes materiais, os nanotubos tornam as peças inquebráveis ou 
indeformáveis. Fibras compostas feitas de nanotubos de carbono deparede única e 
poliacrilonitrilo (um precursor de fibra de carbono) são mais fortes, rígidas e 
encolhem menos do que as fibras comuns. 
Para produzir fibras compostas, os feixes são primeiro separados em um 
solvente orgânico, ácido ou água contendo surfactantes. Os materiais polímeros são 
então dissolvidos com os nanotubos dispersos, e as fibras produzidas utilizando 
equipamento e técnicas de manufatura padrão para têxteis. 
As fibras compostas resultantes apresentam toque e sensação semelhante 
às fibras têxteis padrão. A adição de nanotubos de carbono às fibras tradicionais 
pode dobrar sua rigidez, reduzir o encolhimento em 50%, aumentar a temperatura 
na qual o material amacia em 40ºC e melhorar a resistência a solventes. Kumar 
acredita que estas propriedades tornarão as fibras compostas valiosas para o setor 
aeroespacial, onde um aumento da força poderia reduzir a quantidade de fibras 
necessárias para estruturas compostas, reduzindo o peso. Mas o maior impacto dos 
nanotubos de carbono só ocorrerá se os pesquisadores conseguirem aprender como 
separar os aglomerados para produzir nanotubos individuais, um processo 
esfoliação. Se isto pode ser feito, a quantidade de tubos necessária para melhorar 
as propriedades das fibras poderia ser reduzida de 10% para menos de 0,1% do 
peso. Isto poderia ajudar a tornar o uso dos tubos (que atualmente custam centenas 
de dólares por grama) viável para produtos comerciais. 12 
6.4 Aplicação como catalisadores 
Hongjie Daí e outros cientistas da Universidade de Stanford, nos Estados 
Unidos descobriram que com as impurezas e os defeitos adequados, os nanotubos 
de carbono podem substituir a caríssima platina no papel de catalisador, o que tem 
33 
 
sido um dos maiores objetivos dos pesquisadores devido ao alto custo da produção 
em larga escala da platina. 
O catalisador de nanotubos de carbono poderá ser usado em células a 
combustível e em um tipo promissor de bateria a ar, que promete superar as atuais 
baterias de lítio. 
Os pesquisadores usaram nanotubos de carbono de parede múltiplas, 
formados por dois ou três nanotubos colocados uns dentro dos outros. 
Eles descobriram que a criação de defeitos na parede do nanotubo mais 
externo, mantendo os internos intactos, melhora sua atividade catalítica sem 
interferir na capacidade de conduzir eletricidade. 
Como não dá para limar nanotubos de carbono, os pesquisadores 
mergulharam-nos em uma solução química que desdobra porções do nanotubo 
externo, criando pequenas lascas de grafeno que se projetam para fora e para 
dentro, travando os nanotubos internos. 
Além disso, acrescentaram pequenas quantidades de ferro e nitrogênio, 
aumentando a função catalisadora. Como os nanotubos internos não sofrem defeitos 
estruturais, eles mantém a capacidade de condução de energia. 
Segundo Yanguang Li, responsável pelos experimentos, como a atividade 
catalítica dos nanotubos de carbono são próximos ao da platina e possuem estrutura 
de alta estabilidade são promissores para o uso em células a combustível. A 
densidade ultra-alta de energia das baterias lítio-ar é mais de dez vezes superior às 
atuais baterias de lítio. 
O grupo levou amostras deste tipo de catalisador para que equipes que 
trabalham com células a combustível e outros tipos de baterias inovadoras avaliem 
o rendimento. 13 
6.5 Aplicação na agricultura 
De acordo com uma pesquisa feita na Universidade de Arkansas, quando se 
trata de células vegetais, mais especificamente de sementes de tomates, os 
34 
 
nanotubos têm efeitos que podem revolucionar a agricultura, com um potencial 
gigantesco de elevação da produção. 
Os cientistas descobriram que as sementes de tomates expostas aos 
nanotubos de carbono de parede única (formado por um único nanotubo) 
germinaram mais rapidamente e geraram mudas muito maiores e mais fortes do que 
as sementes da mesma linhagem que não passaram pelo tratamento. 
Segundo os pesquisadores, esse efeito de incremento de crescimento de 
vegetais pode representar uma revolução na produção de biomassa, seja de 
alimentos, seja de vegetais para produção de biocombustíveis. 
A analise das sementes indica que os nanotubos de carbono penetram na 
camada externa mais dura das sementes, eventualmente elevando a capacidade de 
absorção de água, o que poderia explicar o estimula ao crescimento da planta. 
Os resultados ainda são primários e a interpretação das razões que levaram 
a esse crescimento ainda devera ser objeto de novos estudos. A seguir, os 
pesquisadores deverão avaliar o destino dos nanotubos de carbono depois que as 
plantas crescem. 14 
6.6 Aplicação na construção civil 
Os nanotubos de parede múltiplas tem seu principal uso comercial na 
mistura com polímeros (ou plásticos). Eles podem dar a um composto com polímero 
duas propriedades significativas: a dureza e a condutividade elétrica. A dureza é 
devida á grande resistência à tração dos nanotubos, pois estes são considerados, 
atualmente, como o material mais resistente à tração que existe. A condutividade de 
materiais plásticos contendo nanotubos advém, parcialmente, do fato destes se 
comportarem como metais ao conduzirem eletricidade (CAPAZ e CHACHAM, 2003). 
Devido ao alto custo é difícil a incorporação dos nanotubos em larga escala 
nos materiais da construção civil. Além do preço, os autores Makar e Beaudoin 
(2003) identificaram outro problema nas aplicações com os nanotubos: a questão da 
dispersão do material na matriz de cimento. A dispersão de nanotubos é muito mais 
complexa do que simplesmente misturar-se o pó de nanotubo ao líquido utilizado. 
35 
 
Segundo os autores, os nanotubos de carbono tendem a se juntar após a purificação 
devido às forças de Van der Waals, ocasionando mudanças na distribuição da 
matriz. 
Com relação às propriedades mecânicas, Couto (2006) menciona que os 
nanotubos podem ser utilizados para aumentar a resistência de diversos materiais. A 
dispersão uniforme dos nanotubos em uma matriz polimérica faz com que haja um 
reforço mecânico no polímero, o que favorece o uso em obras de grande porte. 
Como exemplo, em estudos realizados, a adição de pequenas porcentagens de 
nanotubos em polivinilálcool e poliestireno aumentou a tensão elástica em, 
aproximadamente, 40% e a resistência à tração em 25%. 
As resistências à compressão e à flexão também podem sofrer 
consideráveis aumentos. Em seu estudo, Li et al. (2005), ao compararem 
argamassas com fibras de carbono não tratadas com argamassas com 0,5% de 
nanotubos tratados (diâmetro externo de 10 a 30 nm), verificaram que a resistência 
à compressão aumentou em torno de 19%, enquanto a resistência à flexão 
aumentou cerca de 25% para as amostras com nanotubos tratados. Segundo os 
autores, o aumento nas propriedades mecânicas se deve a três fatores: 
a) ocorrência da interação interfacial entre os nanotubos tratados e o 
cimento: devido à presença de grupos de ácidos carboxílicos nas superfícies dos 
nanotubos, reações químicas podem acontecer entre ácido carboxílico e o silicato de 
cálcio hidratado (C – S – H) ou Ca(OH)2. 
b) redução da porosidade nos compósitos de cimento: 
devido à adição de nanotubos, ocorre redução na porosidade e refinamento 
dos poros, o que aumenta a compacidade dos compósitos; este fator leva ao uso em 
obras submarinas 
c) o efeito de ligação dos nanotubos: 
estes agem como verdadeiras ‘pontes’ que atravessam fissuras e vazios, 
garantindo a transferência de carregamento no caso de tensões, sendo portanto 
superior na condutividade elétrica e térmica em relação aos cimentos comuns. 15 
36 
 
6.7 Aplicação na medicina 
A ideia não é original, existem vários trabalhos científicosrealizados com 
base no princípio que um dia será possível construir ‘bombas’ inteligentes a uma 
escala tão pequena, capazes de entrar no organismo e destruir apenas as células 
cancerígenas sem danificar as saudáveis e se esta ideia for alcançada pode 
revolucionar a medicina e as terapias de combate ao câncer. 
Pela primeira vez, cientistas da Universidade do Texas, nos EUA, 
apresentam resultados positivos em coelhos, ao conseguir desenvolver uma 
nanotecnologia capaz de afetar, de dentro para fora, as células do câncer. 
A tecnologia desenvolvida baseia-se em nanotubos de carbono que quando 
dentro do organismo reagem a radiofrequências emitidas a partir do exterior. Em 
experiências anteriores, os cientistas tinham já conseguido perceber que os 
nanotubos de carbono conseguem absorver a radiação situada perto dos 
infravermelhos, a qual pode entrar no corpo humano sem provocar danos. 
No entanto, este tipo de radiação tinha o problema de ser capaz de penetrar 
apenas até quatro centímetros a partir do exterior, o que a tornaria impraticável para 
combater células cancerígenas mais profundas. 
Agora, a equipe de cientistas da Universidade do Texas, decidiu utilizar as 
radiofrequências e obteve resultados positivos, já que as ondas de rádio conseguem 
trespassar o corpo humano sem danos. 
 
O interessante desta nova técnica é a capacidade que os nanotubos de carbono têm 
para destruírem as células cancerígenas a partir do interior das mesmas. Os 
cientistas explicam que na experiência injectaram nanotubos de carbono em células 
tumorais do fígado de coelhos e em seguida direcionaram ondas de rádio no local 
durante dois minutos. 
De acordo com o resultado da experiência, os nanotubos de carbono 
aqueceram e mataram as células cancerígenas, provocando poucos estragos nas 
células saudáveis em redor das primeiras, o que levou a uma boa tolerância dos 
coelhos com tumores hepáticos VX2. 
37 
 
Os especialistas adiantam que, ao fim de 48 horas, todos os tumores 
tratados com nanotubos de carbono apresentaram necrose completa, ao passo que 
os tumores de controle que foram tratados com radiofrequência sem nanotubos de 
carbono permaneceram completamente viáveis e os tumores que foram injectados 
com nanotubos, mas não foram tratados com radiofrequência também se 
mantiveram. 
Os cientistas acreditam que esta nova tecnologia poderá começar a ser 
testada em humanos no espaço de 5 anos, sendo que atualmente, estão a estudar 
formas de acoplar os nanotubos de carbono a agentes que têm por alvo as células 
cancerígenas, de forma a controlar a ação dos nanotubos sem danificar as células 
saudáveis. 16 
Como não se sabe os riscos que os nanotubos de carbono oferecem á 
saúde humana e ao meio ambiente as pesquisas estão paralisadas, mas de acordo 
com a equipe do Dr. Hongjie Daí, da Universidade de Stanford, os nanotubos de 
carbono deixam o organismo primariamente por meio das fezes, e outra parcela pela 
urina, o que prova que eles saem do sistema. O estudo também não encontrou 
evidencias de danos para os ratos (utilizados como cobaias) pelo fato de que os 
nanotubos de carbono passem pelos seus órgãos. 
Para acompanhar os nanotubos no interior dos ratos, os cientistas usaram a 
técnica da espectroscopia Raman, em que um feixe de raio laser “ilumina” as 
moléculas monitoradas no interior dos órgãos. A luz do laser causa alterações no 
estado de energia das moléculas. Os nanotubos de carbono dão uma forte resposta 
ao laser, o que permite que os cientistas acompanhem sua localização e abundancia 
nos órgãos e no sangue dos ratos. 
Os nanotubos permaneceram no sistema circulatório após serem injetados 
por cerca de 10 horas, o que é um tempo bom para que os medicamentos cheguem 
aos órgãos de destino e depois são excretados pelo sistema digestivo. 17 
6.8 Aplicação em células solares 
38 
 
Chamada de fotodiodo, a célula solar fabricada, testada e mensurada pela 
equipe da Universidade de Cornell, em Nova York, foi criada usando nanotubos de 
carbono. 
Os painéis solares feitos à base de silício atualmente têm uma grande perda 
de energia na forma de calor. Em média, apenas 20% da energia do sol que chega 
aos painéis solares é transformada em energia. 
Segundo, um dos autores do estudo publicado na revista Science, Nathaniel 
Garbor, com os nanotubos, uma fração considerável de excesso de energia é 
convertida em mais elétrons ao invés do calor. Ou seja, se houver mais sol, a 
geração de energia será maior, o que leva a células solares mais eficientes. 
No protótipo criado pelos pesquisadores de Cornell, o nanotubo foi 
conectado a dois contatos elétricos e instalado perto de duas saídas elétricas, uma 
com carga positiva e outra negativa. Ao lançar lasers de diferentes cores em 
diferentes áreas do nanotubo, eles descobriram que maiores níveis de energia dos 
fótons, que são as partículas da luz, produziam mais corrente elétricas. 
Os estudos mostraram que as estruturas cilíndricas e finas de nanotubos de 
carbono fazem com que os elétrons passem por ela de forma mais eficiente, um por 
um. Ao agitarem-se dentro do nanotubo, eles criam novos elétrons que continuam a 
fluir. Assim, quanto mais sol, mais elétrons e, conseqüentemente, mais eletricidade. 
Nas células fotovoltaicas atuais, quanto o fóton atinge o silício, ele ativa 
apenas um elétron, o levando a produzir corrente elétrica. 
O desafio para os engenheiros agora, segundo Gabor, é sair da escala 
microscópica do protótipo para transformá-la em uma tecnologia barata e 
confiável. 18 
7 CONCLUSÃO 
Vimos uma forma breve, o que é um nanotubo de carbono e os vários 
métodos utilizados para obtê-los, também podemos dizer que não existe um método 
eficiente que pode ser obtido nanotubos em grande quantidade e pureza, que, para 
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em larga escala o uso industrial, mas também pode-se citar a falta de testes de 
toxicidade, por causa deste há poucos itens de uso diário que são compostas de 
nanotubos, sendo estes muito caro, por exemplo. Esta tecnologia já foi usada em 
algumas bicicletas no Tour de France, e você pode comprar raquetes e tacos de 
golfe, mas também custam muito caro. 
Então, só podemos esperar o progresso das investigações e, 
consequentemente, em um futuro não muito distante vamos ver coisas que antes 
pareciam ficção científica, e que serão realizados utilizando esta tecnologia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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