Produção e caracterização de compósitos carbono-carbono baseados em aerogel de gelatina e nanotubos de carbono dopados com nitrogênio

Abstract

Neste trabalho foram preparados compósitos carbono-carbono nanoestruturados, pela pirólise de um aerogel de gelatina contendo nanotubos de carbono dopados com nitrogênio. A pirólise da gelatina, ao mesmo ao mesmo tempo que um processo de deposição química em fase vapor (CVD, “Chemical Vapor Deposition”) usando ferro como catalisador, resulta em um compósito de carbono amorfo reforçado por nanotubos, e contendo também nanotubos e materiais grafíticos que cresceram por CVD. Os compósitos foram produzidos em duas etapas. A primeira consistiu na preparação de aerogéis de gelatina, nanotubos de carbono dopados com nitrogênio e sais de ferro pelo método sol-gel, seguido de liofilização. A segunda etapa consistiu na densificação dos aerogéis secos e deposição de carbono através da técnica de CVD, realizada à 800, 850 e 900 °C. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que a deposição de carbono ocorreu de forma efetiva na presença de ferro, obtendo-se uma melhor densificação conforme o aumento da temperatura. Os espectros Raman mostraram que as bandas D e G características dos nanotubos de carbono apresentaram alargamentos provocados pela presença de carbono amorfo, e que a maior temperatura favoreceu a grafitização do material. Os picos referentes aos óxidos de ferro α-Fe₂O₃ e γ-Fe₂O₃ também foram identificados. A análise termogravimétrica mostrou uma menor estabilidade térmica para o compósito produzido à 900 °C, como consequência da maior deposição de carbono amorfo. As outras amostras não apresentaram grandes diferenças na estabilidade térmica. A curva I-V dos compósitos indicou que todos apresentaram comportamento ôhmico. Os valores de condutividade obtidos, 2,31× 10⁻² S.cm⁻¹, 2,64× 10⁻³ S.cm⁻¹ e 1,20× 10⁻² S.cm⁻¹, para 800, 850 e 900 °C respectivamente, mostraram que todos são semicondutores. As propriedades mecânicas foram estudadas colocando pesos progressivamente maiores sobre os aerogéis, mostrando que os materiais suportaram uma massa aplicada que corresponde a 9.500, 13.800 e 14.000 vezes o seu próprio peso. Constatouse que, com temperaturas maiores, a ensificação torna-se mais efetiva e contribui para melhorar a resistência mecânica do material.