OBTENÇÃO DE NANOFIBRAS DE ITO/PVDF PELA TÉCNICA DE SOLUTION BLOW SPINNING
J. E. C. Sanches1, T. C. Gimenes1, F. R. de Paula1
Email: jose.esanches@gmail.com
Universidade Estadual Paulista, Departamento de Física Química, Av. Brasil, 56 – Centro, Caixa Postal 31, 15385-000 – Ilha Solteira – SP, Brasil Tel. (18) 3743-1960
RESUMO
O desenvolvimento de nanofibras de óxido de índium-estanho tem sido alvo de muitas pesquisas devido ao seu potencial em aplicações tecnológicas, como por exemplo, produção de nanosensores eletrônicos e dispositivos fotovoltaicos flexíveis. Várias técnicas são utilizadas para a produção de nanofibras, uma das mais utilizadas é a técnica de Electrospinning, que utiliza no processo de fiação altas voltagens. Recentemente uma nova técnica denominada de fiação por sopro em solução, também chamada de Solution Blow Spinning, vem conquistando espaço pelo fato de não fazer uso de altas voltagens e por ter alto rendimento quando comparado com a técnica de Electrospinning. Neste trabalho a técnica Solution Blow Spinning foi utilizada para obter nanofibras de óxido de índium-estanho com Fluoreto de Polivinilideno (ITO/PVDF). Os resultados obtidos por difração de raios-X identificaram picos característicos do ITO e do PVDF e as imagens obtidas por micrografia eletrônica de varredura (MEV) mostraram morfologia predominantemente composta de nanofibras com diâmetros entre 0,5x103 e 1,0x103 nm.
Palavras-chave: Óxido de Índium-Estanho, Fluoreto de Polivinilideno, nanofibras, Solution Blow Spinning.
INTRODUÇÃO
Os processos de preparação e o estudo das propriedades físicas de materiais semicondutores é de grande importância para o desenvolvimento tecnológico de dispositivos que possam a vir a fazer parte do cotidiano da sociedade. Neste contexto o desenvolvimento de nanofibras de materiais semicondutores, como o ITO, tem sido alvo de grandes estudos por sua vasta gama de aplicações, como a produção de nanosensores, dispositivos fotovoltaicos flexíveis e blindagens eletromagnética (1-2).
Uma das técnicas mais utilizadas para o processamento de nanofibras nos dias de hoje é conhecida por Electrospinning. Nesta técnica utiliza-se altas tensões (5 a 50 kV) para criar um campo elétrico, entre a gota do polímero, localizada na ponta do tubo capilar, e a placa coletora. Para que essa diferença de potencial aconteça, conecta-se um eletrodo ao tubo capilar e outro no coletor. Aumentando a tensão elétrica o campo se intensifica causando a formação de uma gota que pende na ponta do capilar forçando o seu alongamento. Quando as forças elétricas entram em equilíbrio com a força de tensão superficial, forma-se na ponta do capilar um perfil cônico, conhecido por Cone de Taylor(3).
Atualmente outra técnica chamada de fiação por sopro em solução ou Solution Blow Spinning está ganhando destaque. Esta técnica surgiu com o intuito de descrever um novo processo de extrusão por sopro com a capacidade de produzir micro e nanofibras com diâmetros semelhantes às fibras produzidas pelo processo de eletrofiação. O aparato experimental para este sistema (figura 1) é constituído por um bocal, no qual a solução de polímero será injetada por uma corrente de gás acelerada, uma fonte de gás comprimido (nitrogênio, argônio ou ar), um regulador de pressão, uma seringa hipodérmica, um sistema de injeção automatizada, um aparelho de pulverização, que consiste de dois bicos concêntricos, e um coletor com velocidade de rotação controlável(4).
O uso desta nova técnica se torna vantajoso, pois apresenta baixo custo, alta produtividade e não faz uso de altas voltagens, como ocorre na técnica de Electrospinning(5). O tempo para a formação e deposição de mantas e fibras é muito menor quando comparado com as demais técnicas, tornado assim a técnica de fiação por sopro em solução eficaz para a produção de nanofibras de ITO/PVDF(6).
Figura 1: Aparato da técnica Solution Blow Spinning
A formação de nanofibras requer o uso de matrizes poliméricas como, por exemplo, o Fluoreto de Polivinilideno (PVDF), um polímero apolar de alto peso molecular com cristalinidade, variando de 35% a 70%, dependendo de sua processabilidade. Este polímero apresenta polimorfismo, ou seja, pode-se cristalizar em pelo menos quatro fases estruturais distintas, sendo elas alfa (α), beta (β), gama (γ) e delta (δ). Essas fases podem ser determinadas pela aplicação de energia mecânica, térmica ou elétrica(7).
Este trabalho tem como objetivo a produção e a caracterização de nanofibras de ITO/PVDF pela técnica de fiação por sopro em solução.
EXPERIMENTAL
A formação de nanofibras de ITO/PVDF pela técnica de fiação por sopro em solução foi realizada à temperatura de 25 °C. Inicialmente 1,0 g de PVDF foi diluído em 5 ml Dimetil Formamida (DMF) e logo após a solução foi agitada por duas horas à temperatura constante de 60 °C. Após a agitação a solução permaneceu em repouso até atingir a temperatura ambiente, aproximadamente 25 °C. Em seguida foi adicionado à solução nanopartículas de ITO com diâmetro de aproximadamente 50 nm em diferentes quantidades: 1,0x10-1, 1,5x10-1, 2,0x10-1 e 2,5x10-1 g. A solução foi agitada com o auxílio de um agitador mecânico por aproximadamente 20 minutos.
Após este processo foram produzidas, através da técnica de fiação por sopro em solução, as nanofibras e mantas de ITO/PVDF.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
É mostrada na fig.2(a) a imagem de nanofibras de ITO/PVDF obtidas com a concentração de 1,0x10-1 g de ITO, observa-se nanofibras formadas com alta rugosidade. Entretanto, como mostrado na fig.2(b), as nanofibras obtidas com a adição de 1,5x10-1 g de ITO, são lisas, com diâmetro entre 0,5x103 e 1,0x103 nm e sem a presença de contas. Com o aumento da adição de ITO pode-se observar na Fig. 2(c) que as nanofibras obtidas não apresentam contas e, novamente apresentam um aumento da rugosidade. O aumento da rugosidade também é observada na fig.2(d) para as nanofibras obtidas com adição de 2,5x10-1 g de ITO, no entanto também não é observado o aparecimento de contas.
Figura 2: Microscopia eletrônica de varredura; nanofibras obtidas com as seguintes concentrações de ITO: (a) 1,0x10-1 g, (b) 1,5x10-1 g, (c) 2,0x10-1 g e (d) 2,5x10-1 g.
(a) (b)
A fig.3 mostra a analise por difração de raios-X onde foram identificados picos característicos de ITO e de PVDF na composição da nanofibras. Os picos localizados em 31°, 35°, 37°, 42°, 46°, 51°, 57°, 59°, 61°, 62°, 64° e 68° são característicos do ITO e os picos localizados em 18° e 20° caracterizam o PVDF na fase α.
10 20 30 40 50 60 70
2
ITO/PVDF
Figura 3: Difratograma de raios-X, nanofibras de ITO/PVDF.
CONCLUSÃO
Os dados obtidos demonstram eficácia da técnica de fiação por sopro em solução para a produção de nanofibras de ITO/PVDF. De acordo com a microscopia eletrônica de varredura, as nanofibras formadas com concentração de 1,5x10-1 g de ITO apresentam alta qualidade sem a presença de contas e com diâmetro entre 0,5x103 e 1,0x103 nm. Contudo, com o aumento da concentração de ITO as nanofibras obtidas tornaram-se mais rugosas. Os resultados obtidos com a técnica de difratometria de raios-X mostraram picos característicos do PVDF na fase α e do ITO.
Referências
1. PARK, Joung-man et al. Interfacial durability and electrical properties of CNT or ITO/PVDF nanocomposites for self-sensor and micro actuator applications. Applied Surface Science, Salt Lake City, v. 287, n. 1, p.75-83, set. 2013.
2. LOURENÇO, A. et al. Filmes finos de óxido de índio dopados com estanho(ITO): Crescimento e Caracterização. Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo, São Paulo, v. 12, n. 1, p.05-07, 1993.
3. ALVES, A. K. Obtenção de micro e nanofibras de TiO2 por electrospinning: caracterização de propriedades e atividade fotocatalítica. 2008. 136 f. Tese (Doutorado) – Escola de Engeharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2008.
4. AZAD, A. M. Fabrication of yttria-stabilized zirconia nanofibers by Electrospinning. Materials Letters, v.60, p. 67-72, 2006.
5. Ramakrishna, S.; Fujihara, K.; Teo, W.; Lim, T.; Ma, Z. An introduction to Electrospinning and Nanofibers; World Scien- tific Publishing: Singapore, 2005.
6. MEDEIROS, Eliton S. et al. Solution Blow Spinning. Interscience, São Carlos, v. 113, n. 1, p.2322-2330, abr. 2009.
7. GONZAGA, Ronaldo GonÇalves. Caracterização Piroelétrica do Polímero Fluoreto de Polivinilideno (PVDF). 2014. 37 f. TCC (Graduação) - Curso de Licenciatura em Física, Universidade Federal de Alfenas, Alfenas, 2014.
Obtaining ITO / PVDF nanofibers by technique Solution Blow Spinning
ABSTRACT
The development of Oxide Indium-Tin nanofibers has been the subject of much research because of their potential for technological applications, as for example the production of electronic nanosensors and flexible photovoltaic devices. Various techniques are used for production of nanofibers, one of the most used is the technique of Electrospinning which uses high-voltage. Recently, a new technique called Solution Blow Spinning has gained space by not making use of high-voltage. In this work, Solution Blow Spinning technique was used to obtain ITO / PVDF Nanofibers. The results obtained by X-ray diffraction identified characteristic peaks of the ITO and PVDF and the images obtained by scanning electron microscope showed morphology predominantly composed of nanofibers with diameters of about 1,0x103 nm. This result demonstrates the formation of nanofibers ITO / PVDF by Solution Blow Spinning technique.
