Síntesis de nanocargas de base carbono y su aplicación al desarrollo de bio-nanocompuestos

Abstract

Muchos materiales convencionales, tales como metales, cerámicos y polímeros no pueden cumplir con todos los requerimientos que las nuevas tecnologías buscan para resolver los problemas más inmediatos del mundo relacionados con la energía y el ambiente. La combinación de dos ó más de estos materiales en la nano-escala busca generar nuevos materiales compuestos con propiedades inalcanzables desde sus constituyentes individuales. Las nanoestructuras de carbono han surgido como un material de considerable interés debido a su estructura única, alta estabilidad química y alta relación de superficie a volumen que le confieren valores extraordinarios a propiedades tales como conductividad eléctrica y térmica, resistencia y rigidez mecánica. Más aún, la superficie de las nanoestructuras de carbono puede cubrirse en la nano-escala con un compuesto inorgánico creando una nanoestructura híbrida que adiciona nuevas propiedades a las ya mencionadas. Por lo tanto, es esperable transferir parte de estas propiedades excepcionales a los materiales compuestos de matriz polimérica conteniendo nanoestructuras de carbono y/o nanoestructuras híbridas que las contengan. En este trabajo de Tesis, se desarrolló un proceso de síntesis en un solo paso por deposición química en fase vapor (CVD) de una nanoestructura híbrida, nanotubo de carbono (NTC)/hercinita (FeAl2O4), utilizando acetileno como fuente de carbono y un xerogel FeOx-AlOOH como catalizador. El desarrollo fue consecuencia de un estudio sistemático sobre el efecto de las condiciones de síntesis del xerogel en el rendimiento de la preparación de NTC por CVD. Las propiedades del híbrido son una asociación de ferromagnetismo con superparamagnetismo y su fácil dispersión en solventes próticos y apróticos. Con esta nanoestructura híbrida se fabricaron por colada compuestos de matriz almidón ó de poliuretano termoplástico (TPU) en forma de películas y por electrohilado compuestos de matriz de alcohol polivinílico (PVA) más almidón en forma de nanofibras. Las aplicaciones tecnológicas propuestas para estos materiales compuestos son envases biodegradables, pinturas antiestáticas y membranas de tejido filtrantes biodegradables, respectivamente.

Many conventional materials as metals, ceramics and polymers do not accomplish the requirements that the new technologies need to solve some of the more pressing problems of the world, related with the growing energy demand, environmental problems and food supply between others. However, the appropriate combination of different materials at the nanoscale, produce composites with improved and novel mechanical, physical and chemical properties. Carbon nanostructures have emerged as materials of considerable interest due to their unique structure, high chemical stability and high surface to volume ratio which confer outstanding values to properties such as electrical and thermal conductivity, strength and mechanical stiffness. Moreover, the surface of the carbon nanostructures can be coated with an inorganic compound in the nanoscale, creating a hybrid nanostructure with modified physicochemical properties with respect to the parent materials. Therefore, it is expected to transfer some of these unique properties to polymer matrix composites containing carbon nanostructures and/or hybrid nanostructures. In this work a chemical vapor deposition (CVD) single step synthesis procedure for the preparation of a hybrid carbon nanotube/hercynite nanostructure (CNT/FeAl2O4) was developed. A sol-gel made FeOx-AlOOH xerogel was used as catalyst and acetylene was the carbon source. The development was the result of a systematic study on the effect of the xerogel synthesis conditions on the performance of the production of NTC by CVD. The hybrid display ferromagnetism associated with superparamagnetism and a high dispersibility in protic and aprotic solvents. Several composites containing this hybrid nanostructure were prepared: starch/hybrid (casting); polyurethane/hybrid (casting), polyvinyl alcohol/hybrid (electrospinning). These materials may find applications in packaging (biodegradable); antistatic coatings and filter membranes, respectively.

Fill:Morales Mendoza, Noé Javier. Universidad deBuenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.