Os nanotubos de carbono de parede simples (SWCNTs) possuem propriedades mecânicas e eletrônicas únicas e, portanto, têm atraído muito interesse. Esses nanotubos consistem em folhas individuais de átomos de carbono enroladas e, devido à alta relação de aspecto e à natureza das ligações C-C, apresentam propriedades únicas. A Figura 1 mostra a estrutura de um SWCNT. Os SWCNTs têm sido caracterizados por diversas técnicas, incluindo espectroscopia de fluorescência (1-3) e espalhamento Raman (4). Várias técnicas são necessárias para se obter uma visão completa desses materiais complexos.
Figura 1: Ilustração de um nanotubo de carbono de parede única formado a partir de uma folha de carbono enrolada.
A dispersão dinâmica de luz (DLS) tornou-se a técnica de escolha para caracterizar nanomateriais em suspensão devido à sua rapidez e capacidade de caracterizar facilmente um número estatisticamente significativo de partículas. A técnica mede as flutuações na intensidade da luz dispersa que surgem devido ao movimento das partículas. Isso é então convertido em coeficiente de difusão de partículas e, finalmente, em tamanho de partícula.
Uma dispersão de nanotubos SG65 da Southwest Nanotechnologies em colato de sódio aquoso foi vigorosamente agitada para quebrar agregados soltos. Em seguida, foi medida com o SZ-100, mostrado na Figura 2, por espalhamento em ângulo reto (90°) em seis repetições de dois minutos cada. O efeito da poeira (impurezas de partículas grandes) foi suprimido pelo recurso de redução de ruído do software. Os dados foram analisados pela técnica de cumulantes.
Figura 2: Analisador de nanopartículas SZ-100
Os valores médios de tamanho Z obtidos são mostrados na Tabela 1 abaixo. A Figura 3 mostra uma distribuição de tamanho representativa obtida com o SZ-100. Observe a excelente repetibilidade dos resultados de tamanho médio Z. Aqui, o desvio padrão de 4,8 corresponde a um coeficiente de variação de 4,4%.
Tabela 1: Medição DLS de nanotubos de carbono com o SZ-100
Figura 3: Distribuição baseada na intensidade dos tamanhos dos nanotubos de carbono obtida com o SZ-100
Os dados de espalhamento dinâmico de luz (DLS) são tipicamente interpretados em termos de uma esfera. Ou seja, os resultados correspondem ao diâmetro de uma esfera que se move da mesma forma que a partícula do analito. No entanto, como o nome sugere, os nanotubos são cilindros alongados. Por exemplo, o nanotubo em estudo tem uma relação de aspecto próxima de 1000. Assim, os resultados do DLS não correspondem claramente a uma única dimensão (comprimento ou diâmetro) do tubo, mas sim a um valor combinado. Mesmo assim, devido à sua velocidade, o DLS é uma boa técnica para caracterizar o tamanho desses nanotubos.
É possível estimar o coeficiente de difusão de um nanotubo de carbono. Aqui está uma relação de Nair et al (5):
where:
Podemos comparar isso à relação de Stokes-Einstein, usada para determinar o tamanho das partículas a partir do coeficiente de difusão translacional determinado por DLS.
onde D h é o diâmetro hidrodinâmico. O resultado é que o valor de D h encontrado por DLS em termos de comprimento do tubo (L) e diâmetro do tubo (d) é dado pela seguinte equação.
Usando os valores de L e d para este material (razão de aspecto 1000 e diâmetro de 0,7 a 0,9 nm (6)), o diâmetro hidrodinâmico calculado encontra-se entre 97 e 125 nm, dependendo do valor escolhido para o diâmetro do tubo. Este intervalo inclui os dados de DLS obtidos aqui. Assim, os resultados da medição são consistentes com as expectativas.
O analisador de nanopartículas SZ-100V2 pode ser usado para caracterizar o tamanho de nanotubos de carbono em dispersão. Ele também é útil para diversos outros nanomateriais.
Analisador de nanopartículas
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