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Separação de nanotubos por dispersão em solução de surfactantes: um estudo teórico

Carvalho, Elton José Figueiredo De

Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Instituto de Física 2009-09-11

Acesso online. A biblioteca também possui exemplares impressos.

  • Título:
    Separação de nanotubos por dispersão em solução de surfactantes: um estudo teórico
  • Autor: Carvalho, Elton José Figueiredo De
  • Orientador: Santos, Maria Cristina dos
  • Assuntos: Solubilidade; Física Computacional; Física Molecular; Mecânica Molecular; Nanotubos De Carbono; Nanopartículas; Carbon Nanotubes; Nanoparticles; Molecular Physics; Molecular Mecanics; Computational Physics; Solubility
  • Notas: Dissertação (Mestrado)
  • Descrição: A obtenção de amostras de nanotubos de carbono monodispersas em diâmetro e quiralidade é uma etapa importante para sua aplicação nas diversas áreas de nanotecnologia. Um recente método publicado por Arnold e colaboradores consiste em solubilizar nanotubos em água com o auxílio de surfactantes e centrifugar a solução em um gradiente de densidade. Observa-se, por medidas absorção no infravermelho, que nanotubos de diâmetro maior se encontram na região de maior densidade e aqueles de menor diâmetro, na região de densidade mais baixa. Esse resultado é oposto ao que se esperaria da densidade de cilindros ocos, que deve diminuir quando o diâmetro aumenta. Neste trabalho buscamos explicar essa aparente discrepância através de um modelo em que os surfactantes utilizados no processo de seleção - dodecil sulfato de sódio e colato de sódio - podem ser atraídos para cavidade hidrofóbica do nanotubo e arrastar moléculas de água consigo, invertendo a relação entre densidade e diâmetro. Testamos esse modelo através de simulações de mecânica molecular e dinâmica molecular clássica. Mostramos que existe um diâmetro crítico, que depende do surfactante, a partir do qual ele passa a ter mais afinidade com o interior da cavidade do nanotubo que com sua superfície externa. Mostramos também a existência de um diâmetro ótimo, em que a afinidade do surfactante com o interior do nanotubo é máxima. Simulações de dinâmica molecular acusaram a existência de uma força que atrai moléculas de surfactante para o interior do tubo e lá as aprisiona. Moléculas de água aderidas ao surfactante também são arrastadas para o interior do tubo. Através de dinâmica molecular também notamos que mesmo em solução aquosa há preferência de surfactantes maiores em tubos maiores. Calculamos a densidade de nanotubos vazios, preenchidos somente com água e preenchidos com água e surfactante. Na ausência de uma camada de surfactante encapsulando os nanotubos, mostramos que não há separação por diâmetro em gradiente de densidade se os nanotubos estiverem preenchidos. A existência de uma camada de surfactante viabiliza a separação por diâmetro de nanotubos preenchidos e explica a distribuição crescente de diâmetros em função da densidade.
  • DOI: 10.11606/D.43.2009.tde-15032010-135258
  • Editor: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP; Universidade de São Paulo; Instituto de Física
  • Data de criação/publicação: 2009-09-11
  • Formato: Adobe PDF
  • Idioma: Português
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