Nanotubos de carbono

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Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
Engenharia Química
Físico Química II
NANOTUBOS DE CARBONO
Camila Temponi Marigo
Gabriela de Almeida Brito
Jade Franca Matos
Juliana Santos de Sá Rodrigues
Karine Ricardo Paiva
Yasmine Caldeira Brant Cota
Introdução
 A nanotecnologia vem ganhando grande importância nos últimos tempos.
 Os nanotubos de carbono são materiais caracterizados pelo surgimento dos materiais nanométricos.
São alótropos do carbono com uma nanoestrutura cilíndrica.
Introdução
Figura 01: Representação das estruturas das diversas formas alotrópicas de carbono . para : a:diamante, b: grafite, C: diamante hexagonal, d: fulereno C60 , e: fulereno C540 , f: fulereno C70 g, : carbono amorfo e, finalmente , h: nanotubos.
Fonte:http://es.wikipedia.org/wiki/Nanotubo#mediaviewer/File:Eight_Allotropes_of_Carbon.png
Introdução
Seu nome deriva do seu formato: nanoestrutura oca com paredes formadas por folhas de grafeno.
 Essas folhas de grafeno são enroladas, e a combinação do ângulo de rolamento e raio define as estruturas e propriedades dos nanotubos.
São ocos por dentro e seu diâmetro é de cerca de um nanômetro — a bilionésima parte do metro.
Introdução
Figura 02: Variações das estruturas dos nanotubos de carbono dependendo da maneira com que os átomos de carbono estão dispostos na estrutura. 
Fonte:htto://www,.tecmundo.com.br/nanotecnologia/2640-o-que-são-nanotubos-de-carbono-.htm
Cronologia
1952: Primeira evidência para a existência de nanotubos de carbono.
1991: Descoberta Oficial por Iijima, físico japonês. Descoberta da organização dos átomos de carbonos em folhas.
1993: Descoberta do primeiro nanotubo monocamada
1991-2000: Tornou-se um produto de interesse principalmente acadêmico.
2000-2005: Uso industrial investigado.
2005-2010: Desenvolveu-se aplicações industriais.
2010: Grandes aplicações de desenvolvimento integrado de produtos.
Figura 03: Nanotubos multicamadas(“multi-wall carbon nanotubes - MWNTs”) e camada simples(“single-wall carbon nanotubes - SWNTs”)
Fonte: http://nanohoje.blogspot.com.br/2012/04/elevadores-espaciais-feitos-de.html
 
PROPERTIES OF CARBON NANOTUBES
The properties of nanotubes depend on atomic arrangement (how the sheets of graphite are ‘rolled’), the diameter and length of the tubes, and the morphology. 
MECHANICAL
THERMAL
ELETRONIC
 
PROPERTIES OF CARBON NANOTUBES
MECHANICAL
Exceed any previously existing and commonly used materials
High elastic modulus ( > 1 TPa); Diamond elastic modulus is 1.2 TPa
Strengths 10 – 100 times higher than the strongest steel per fraction of weight
Simulation of deformation properties of SWNTs and MWNTs: nanotubes are remarkably flexible. (< 110°)
Yield strength depends on its symmetry; under high stress intra-molecular plastic flow can cause a stepwise necking area (inelastic behavior). Changing of properties;
PROPERTIES OF CARBON NANOTUBES
Figure ‘X’: TEM micrograph and computer simulation of nanotube buckling
Source: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026635380100094X
Stepwise necking area
Figure “y”: Simulation o a SNA
Source: http://what-when-how.com/nanoscience-and-nanotechnology/carbon-nanotubes-supramolecular-mechanics-part-2-nanotechnology/ 
 
PROPERTIES OF CARBON NANOTUBES
PROPERTIES OF CARBON NANOTUBES
Figure ‘k’: Measured temperature dependence of the thermal conductivity of SWNTs
Source: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927796X03001268
 
PROPERTIES OF CARBON NANOTUBES
ELECTRONIC
Graphene-like properties
Observation of a non-existing energy gap between valence and conduction bands of graphene 
Three possible categories: metallic, tiny-gap semiconductors and large-gap semiconductors
Symmetry and influence of n and m rated (chirality)
Valence band E1(v), E2(v) and conduction band E1(c), E2(c): van Hove Singularity 
One-dimensional quantum confinement (electrons)
Semiconductors: energy gap
Metallic CNT: Fermi levels are occupied and there is not energy gap
PROPERTIES OF CARBON NANOTUBES
Semiconductor (A)
Metallic (B)
Figure “w”: Density of electronic stages for semiconductor SWNTs (a) and metal (b).
Source: http://lqes.iqm.unicamp.br/images/pontos_vista_artigo_revisao_gomes_2007.pdf
Aplicações
As diversas propriedades dos nanotubos são importantes, pois através delas, fazem com que os mesmos possam ser usados em uma grande variedade de aplicações
Possuem promessas revolucionárias em áreas de atividade humana, como:
Medicina; Farmacologia; Eletrônica; Computação; Robótica; Indústria química; Petroquímica e Meio ambiente.
Aplicações
Nanotubos de carbono revolucionando fibras:
Incorporação de NC em fibras e películas
Compósitos reforçados com NC se transformam em uma nova classe de fibras resistentes e leves
Alta resistência mecânica
Maior eficiência que o polímero Kevlar usado em coletes à prova de balas
Figura 4: Coletes de Kevlar
Fonte:http://tecnologiasocial1.blogspot.com.br/2010/09/conheca-os-nanotubos-de-carbono-uma-das.html
Aplicações
Nanotubos de carbono e sua propriedade elétrica
Presença de nanotubos em novos produtos de alta tecnologia
Nanotubos de carbono como reforço em materiais aeroespaciais
Aplicações
Espumas de nanotubos de carbono
Construção de espumas ultra resistentes, que funcionam como molas de alta compressão;
Nas espumas atuais, a resistência e a flexibilidade são propriedades opostas. Com os NC essa oposição deixa de existir;
Podem ser espremidos até ficarem com apenas 15% do seu tamanho normal, e depois voltar ao seu formato original
Aplicações
Nanotubos de carbono como novos adsorventes de gases
Conclusão
 Não existe um método eficiente para a obtenção do nanotubo em grande escala e pureza.
Poucos materiais compostos por nanotubos sendo estes caros.
Os nanotubos de carbono já se configuram como sendo um item com papel muito importante em nosso futuro. 
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