Presentasjon av ledernes svar på spørsmål om lederen

Numerosos métodos de síntese têm sido usados para a produção de nanomateriais através das tecnologias “bottom-up” e “top-down”, entretanto, podem ser destacados cinco métodos:

1. Evaporação térmica [20,21]: abrange os métodos de deposição física e química de vapor. De um modo geral, o processo de deposição física de vapor (physical vapour deposition) consiste em colocar o material de partida no centro de um tubo inserido em um forno elétrico, e aquecê-lo sob uma taxa de aquecimento específica. Um gás inerte (argônio ou nitrogênio) é utilizado como gás de arraste durante o processo. Durante a reação, a temperatura e a pressão são mantidas por um período de tempo consideravelmente suficiente para vaporizar o material de partida e conseguir uma quantidade razoável de deposição. O vapor gerado é carregado pelo gás de arraste e conduzido a regiões de temperaturas mais baixas, onde o vapor, gradualmente, se torna supersaturado e condensa. Ao atingir um substrato, ocorrerá nucleação e crescimento das nanoestruturas. Por outro lado, o processo de deposição química de vapor (chemical vapour deposition) diferencia-se do processo de deposição física pela substituição do gás de arraste inerte por gases reativos (por exemplo, oxigênio). Catalisadores metálicos (ouro, cobre, estanho, silício, etc.) também podem ser usados para orientar e alinhar o crescimento das nanopartículas em ambos os métodos.

2. Síntese sol-gel [22]: corresponde a uma rota de síntese de materiais onde, num determinado momento, ocorre uma transição do sistema sol para um sistema gel. O sol é constituído de uma suspensão de partículas coloidais (dimensão entre 1 e 1000 nm) em um líquido e o gel é formado pela estrutura rígida de partículas colodais (gel coloidal) ou por cadeias poliméricas que imobilizam a fase líquida nos seus interstícios. Assim, este método usa meios químicos para produzir compostos intimamente misturados que são hidrolisados dentro de géis. Os géis podem ser depositados sobre qualquer superfície formando uma espessura controlada e, após aquecimento, estes se decompõem levando a formação de uma

10 fina camada do revestimento desejado. Esta técnica é bem apropriada para revestir grandes áreas de superfícies que apresentam compostos em escala nanométrica muito bem definida.

3. Eletroquímico [23]: A produção de nanomateriais pelo processo eletroquímico é muito vantajosa, pois etapas como a formação e o crescimento do núcleo, e a formação do nanocristal, podem ser controladas por parâmetros físicos (como por exemplo: densidade da corrente e corrente característica) e químicos (refinadores de grãos e formas complexas). Assim, a adequação de tais parâmetros permite controlar o tamanho dos cristalitos. No caso de uma carga constante por ciclo o tamanho do cristalito pode ser diminuído pelo aumento da densidade da corrente. O uso de aditivos orgânicos, como refinadores de grãos, permite controlar o processo de cristalização durante o ton-time porque as moléculas são adsorvidas na

superfície do eletrodo em um caminho reversível e que impede a difusão superficial dos átomos. Caso sejam desejados pequenos tamanhos de cristalitos, a deposição deverá ocorrer em temperatura ambiente ou abaixo desta. Entretanto, a composição do banho, o valor do pH, as condições hidrodinâmicas e o uso de formas especiais de correntes também devem ser consideradas.

Os procedimentos eletroquímicos mais usados para a produção de nanomateriais são: 1. Preparação de metais e ligas nanoestruturados por eletrodeposição pulsada (PED -

pulsed electrodeposition) [24];

2. Deposição de pós de óxidos “nano” por deposição eletroquímica sob condições oxidantes (EDOC - electrochemical deposition under oxidizing conditions) [25]; 3. Preparação in situ de catalisadores de Pt e PtRu em membrana de célula a

combustível [26, 27].

De um modo geral, a eletrodeposição corresponde à deposição eletrolítica de um filme fino de metal sobre um objeto (por exemplo, eletrodos a base de carbono) e o eletrólito é uma solução aquosa de um sal do metal a ser depositado [28].

Os métodos eletroquímicos produzem depósitos com alta pureza, além de serem processos versáteis e baratos, fazendo com que sejam promissores para o desenvolvimento de novos materiais com propriedades específicas melhoradas.

4. Descarga de arco [29]: Este método baseia-se em uma descarga por arco elétrico, gerado entre dois eletrodos cilíndricos de grafite de 6-12 mm de diâmetro, os quais são colocados, horizontalmente ou verticalmente, em uma câmara resfriada com água. Esta câmara

11 geralmente contém um gás inerte e está submetida a uma pressão menor que a pressão atmosférica. Os dois eletrodos de grafite (catodo e anodo) são mantidos a uma distância suficientemente pequena um do outro (menor que 1 mm), para que a corrente passe quando o arco for aberto e desta maneira, seja gerado um plasma entre eles. A temperatura na região do plasma é em torno de 3000-4000 °C. Então, a altas temperaturas o grafite é sublimado do eletrodo positivo (anodo) e depositado no catodo ou nas paredes da câmara na forma de fuligem [30].

Diferentes nanoestruturas de carbono, tais como: fulerenos, microtubos de carbono e nanotubos de carbono de parede simples e parede múltipla, podem ser produzidas por meio de plasma gerado por arco elétrico, não somente a partir de eletrodos de grafite, mas como também de carvão mineral, conforme descrito na literatura [31, 32].

O método de descarga por arco apresenta várias limitações para sua aplicação comercial. Uma delas refere-se à limitação do aumento da escala do sistema devido à energia requerida, ao tamanho do anodo e a dissipação do calor gerado. Além disso, este processo opera em domínios altamente energéticos onde o controle preciso é difícil de ser obtido e mantido. Para finalizar, o produto obtido apresenta várias impurezas, sendo necessário, portanto, processos adicionais de purificação. Entretanto, este método permite a produção de nanotubos de carbono com excelente qualidade estrutural [30].

5. Síntese mecânica [33]: internacionalmente conhecido como “Mechanical Alloying”, é um método de processamento de pós envolvendo repetidas soldas a frio, fraturas e re-soldas das partículas de pó em um moinho de alta energia. Este método visa a obtenção de uma grande quantidade de nanomateriais, em um curto espaço de tempo; mas o produto obtido pode ser contaminado com impurezas desprendidas do equipamento de moagem. As grandes vantagens da síntese mecânica implicam em seu baixo custo e na possibilidade de obtenção de novas ligas. Vale ressaltar que esta é uma técnica de processamento na qual a matéria permanece no estado sólido durante todo o processo.

Os quatro primeiros métodos se baseiam na síntese de nanomateriais no estado fora- do-equilíbrio via “energização e resfriamento”. A energização envolve a promoção do material a um estado fora-do-equilíbrio (metaestável) através da ação de forças externas, como por exemplo, calor (fusão e evaporação), irradiação, aplicação de pressão, armazenamento de energia mecânica por deformações plásticas, etc. A energização também pode envolver uma possível mudança de estados: do sólido para o líquido ou gasoso. O

12 material energizado é então resfriado (retido) em um estado configuracional especial, o qual pode ser utilizado como precursor na produção de uma constituição química e microestrutural desejada, através de subseqüentes processos de energização e resfriamento [34]. Durante o resfriamento, ocorrem processos de nucleação e crescimento, respectivamente, das fases cristalinas que estão envolvidas na formação do nanomaterial. Para que a cristalização do nanomaterial seja efetiva a taxa de nucleação deve ser alta e, em contrapartida, o processo de crescimento deve ser lento. Embora a teoria de nucleação e crescimento possa ser usada para a interpretação de alguns resultados experimentais nos processos de nanocristalização, existem ainda algumas evidências de que esta teoria não é suficientemente satisfatória [35]. Tem sido comprovado que materiais processados desta maneira apresentam suas características físicas melhoradas em comparação com os materiais obtidos por processos convencionais.

Algumas estratégias podem ser usadas para orientar o crescimento dos nanomateriais, como por exemplo: o uso de estruturas cristalográficas anisotrópicas de um sólido; a introdução de uma interface sólido-líquido; o uso de templates para direcionar a formação dos nanomateriais; o controle da supersaturação com o intuito de modificar o crescimento habitual de um grão e a utilização de agentes tamponantes para controlar, cineticamente, a taxa de crescimento de várias facetas do grão e a auto-organização de nanoestruturas de dimensão- zero (0D) [36].