NANOTUBOS DE CARBONO PARAESTOCAGEM DE ENERGIA PORADSORÇÃO DEHIDROGÊNIO: ESTADO DA ARTE EPERSPECTIVASAutores:Luís Fernando ...
RESUMO Apresenta-se o panorama atual das pesquisas emsíntese de nanotubos de carbono, sua purificação eresultados obtidos...
INTRODUÇÃO Um combustível alternativo de forte interesseeconômico é o hidrogênio, pois é leve, abundante eo resultado de ...
NANOTUBOS Nanotubos de carbono (NTC) são uma nova classe demateriais descobertos em 1991 por Sumio Iijima eapresentam des...
RESISTÊNCIA MECÂNICA À TRAÇÃO DE DIVERSOS MATERIAIS DEALTA PERFORMANCE EM COMPARAÇÃO AOS NANOTUBOS DECARBONO5
 A condutividade térmica dos NTC éaltíssima, sendo considerada uma das maioresentre os materiais conhecidos.6
FULERENO (BULCKYBALL) Nanotubos de carbono são fulerenos alongados eque podem ser vistos como camadas de grafiteenroladas...
 Em geral, existem dois tipos de NTC: os de paredessimples (NTPS) e os de parede múltipla (NTPM).8
NTPSUma característica importanteda estrutura dos NTPS é ahelicidade da redebidimensional da grafite emrelação ao eixo do ...
10Várias observações experimentais indicamque os diâmetros dos NCPS variam entre 0,7 nm e1,3 nm e seus comprimentos podem ...
NTPM Os NTPM sãoconstituídos de duasou mais camadassimples de cilindrosconcêntricos(Venegas, 2002).11
TÉCNICAS DE PRODUÇÃO DE NTC Deposição Química por Vapor: Chemical VaporDeposition (CVD) Descarga por Arco Elétrico Abla...
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DEPOSIÇÃO QUÍMICA POR VAPOR Custo baixo, requer temperaturas de deposiçãorelativamente baixas, e consiste na decomposição...
TÉCNICAS DE PURIFICAÇÃO As técnicas de purificação podem ser divididas em doisgrupos: separação seletiva de estrutura e s...
TÉCNICAS DE PURIFICAÇÃO Entre os métodos de purificação encontra-se aoxidação química: promove a digestão de boaparte das...
ARMAZENAMENTO DE HIDROGÊNIO O hidrogênio é o elemento mais abundante daTerra. O modo mais limpo de produção é atravésda e...
 Uma vez produzido, é um combustível sintético limpoe quando queimado com oxigênio, o único gás deexaustão é vapor de águ...
Densidade de Armazenagem calculada em % de massa como funçãodo número de camadas (azul) e como função do diâmetro(vermelho...
 Quais são os NTC mais adequados à armazenagem dehidrogênio? A partir desse resultado viu-se que os esforços de sínteset...
CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS No GCA (Grupo de Combustíveis Alternativos) serádesenvolvido um sistema para o estudo daar...
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Dresselhaus, M.S. (Chair), Basic Research Needs for the HydrogenEconomy, Report of the Basic E...
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  1. 1. NANOTUBOS DE CARBONO PARAESTOCAGEM DE ENERGIA PORADSORÇÃO DEHIDROGÊNIO: ESTADO DA ARTE EPERSPECTIVASAutores:Luís Fernando MaestroCarlos Alberto LuengoGrupo de Combustíveis Alternativos (GCA), DFA/IFGW, UNICAMP. Acadêmicos: Aldino PoloArielle FornariAngélica Benedetti1
  2. 2. RESUMO Apresenta-se o panorama atual das pesquisas emsíntese de nanotubos de carbono, sua purificação eresultados obtidos até o momento naarmazenagem de energia através da suacapacidade na adsorção de hidrogênio.2
  3. 3. INTRODUÇÃO Um combustível alternativo de forte interesseeconômico é o hidrogênio, pois é leve, abundante eo resultado de sua oxidação é vapor de água. Seuprincipal desafio é quanto ao armazenamento. Nanotubos de carbono, por apresentarem umagrande área superficial poderiam ser uma saída. A meta é atingir o armazenamento de 6,5 em % demassa para que se torne viável economicamente.3
  4. 4. NANOTUBOS Nanotubos de carbono (NTC) são uma nova classe demateriais descobertos em 1991 por Sumio Iijima eapresentam destacáveis propriedadesmecânicas, elétricas e térmicas. Devido a sua grande razão entre comprimento (mícrons)e diâmetro (nanômetros), os NTC podem serconsiderados estruturas unidimensionais. São flexíveis e não se quebram ao serem curvados.Estas propriedades poderiam se deformar com adiminuição do raio e variando a helicidade.4
  5. 5. RESISTÊNCIA MECÂNICA À TRAÇÃO DE DIVERSOS MATERIAIS DEALTA PERFORMANCE EM COMPARAÇÃO AOS NANOTUBOS DECARBONO5
  6. 6.  A condutividade térmica dos NTC éaltíssima, sendo considerada uma das maioresentre os materiais conhecidos.6
  7. 7. FULERENO (BULCKYBALL) Nanotubos de carbono são fulerenos alongados eque podem ser vistos como camadas de grafiteenroladas na forma de cilindros. Fulereno é a terceira forma mais estável do carbono,após diamante e grafite.Fulereno mais conhecidoEsta é uma molécula de formaesférica constituída por sessentaátomos de carbono (C60).7
  8. 8.  Em geral, existem dois tipos de NTC: os de paredessimples (NTPS) e os de parede múltipla (NTPM).8
  9. 9. NTPSUma característica importanteda estrutura dos NTPS é ahelicidade da redebidimensional da grafite emrelação ao eixo do tubo, poisas propriedades físicasdependem fortemente do seudiâmetro e helicidade (Saito etalli., 1998).Uma maneira simples de representar osNTPS é considerar uma camada simples de grafite eenrolá-la até formar um cilindro. 9
  10. 10. 10Várias observações experimentais indicamque os diâmetros dos NCPS variam entre 0,7 nm e1,3 nm e seus comprimentos podem atingir dezenasde micrômetros.
  11. 11. NTPM Os NTPM sãoconstituídos de duasou mais camadassimples de cilindrosconcêntricos(Venegas, 2002).11
  12. 12. TÉCNICAS DE PRODUÇÃO DE NTC Deposição Química por Vapor: Chemical VaporDeposition (CVD) Descarga por Arco Elétrico Ablação a Laser12
  13. 13. 13
  14. 14. DEPOSIÇÃO QUÍMICA POR VAPOR Custo baixo, requer temperaturas de deposiçãorelativamente baixas, e consiste na decomposiçãode vapores precursores contendo átomos decarbono sobre um catalisador (óxidos de metais detransição).14
  15. 15. TÉCNICAS DE PURIFICAÇÃO As técnicas de purificação podem ser divididas em doisgrupos: separação seletiva de estrutura e seleção seletiva detamanho. A de estrutura visa separar os NTC das demais estruturas eformas existentes na amostra, enquanto a de tamanho visadar mais homogeneidade na distribuição dos diâmetros. Evita-se sempre uma diminuição docarbono amorfo e outras formas decarbono e, consequentemente, umaumento do rendimento e umadistribuição de diâmetros e tamanhosdos NTC mais homogênea, por issorecorre-se a técnicas de purificação. Carbono amorfo15
  16. 16. TÉCNICAS DE PURIFICAÇÃO Entre os métodos de purificação encontra-se aoxidação química: promove a digestão de boaparte das partículas metálicas, de parte do carbonoamorfo e de grafite, e leva também à abertura dosnanotubos. O sucesso e a eficácia dos métodos depende dascondições de síntese, ou seja, da quantidade decarbono não-nanotubo presente na amostra. A oxidação em temperatura programada é umatécnica adequada por ocorrer em altastemperaturas, e assim, elimina outras formas decarbono que não os nanotubos (Herbst, 2004). 16
  17. 17. ARMAZENAMENTO DE HIDROGÊNIO O hidrogênio é o elemento mais abundante daTerra. O modo mais limpo de produção é atravésda eletrólise da água. O hidrogênio consumido no mundo é cerca de5.1010 kg/ano e é, em sua maioria, produzido apartir de combustíveis fósseis e H2O em altastemperaturas, que resulta em H2 e CO2(Schlapbach L. and Züttel A., 2001). A energia química por massa de hidrogênio (142MJ. Kg-1) é no mínimo três vezes maior que deoutros combustíveis químicos.17
  18. 18.  Uma vez produzido, é um combustível sintético limpoe quando queimado com oxigênio, o único gás deexaustão é vapor de água: Apresenta-se na fase líquida a –250 C, o que dificultaarmazenamento; O hidrogênio adsorve em superfícies sólidas,dependendo da pressão e temperatura aplicadas. 18ARMAZENAMENTO DE HIDROGÊNIO
  19. 19. Densidade de Armazenagem calculada em % de massa como funçãodo número de camadas (azul) e como função do diâmetro(vermelho).19
  20. 20.  Quais são os NTC mais adequados à armazenagem dehidrogênio? A partir desse resultado viu-se que os esforços de síntesetêm que caminhar na direção de NTPS e com diâmetrosgrandes.20
  21. 21. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS No GCA (Grupo de Combustíveis Alternativos) serádesenvolvido um sistema para o estudo daarmazenagem de hidrogênio, onde se pretendefazer a adsorção através de um fluxo contínuo dogás referido em uma câmara e, através damudança da massa da amostra, medir o quanto foiadsorvido. O desenvolvimento de um sistema eficiente e quepermita tirar resultados confiáveis ainda é umproblema na área. Conseguir que uma maior quantidade de materialcarbonoso se converta na estrutura de NTCsignifica que será possível eliminar uma etapacustosa e danosa do processo.21
  22. 22. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Dresselhaus, M.S. (Chair), Basic Research Needs for the HydrogenEconomy, Report of the Basic Energy Sciences Workshop on HydrogenProduction, Storage and Use, May 13-15, (2003). Herbst, M.H, Santos LT, II Congresso Brasileiro de Carbono, 64 (2004). Hirscher, M., et alli, Applied Physics A, 72 ,129-132 (2001). Iijima S., Nature 354, 56-58 (1991). Reynhout, R.D., et alli, Eindhoven University of Technology, The Wondrous Worldof Carbon Nanotubes, http://www.pa.msu.edu/cmp/csc/nanotube.htm, (2003). Saito, R., Takeya T., Kimura T., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S., Phys. Rev.B 57 4145-4153, (1998). Schlapbach, L., Züttel, A., Nature 414 353-358 (2001). Tibbets, G.G., Meisner, G.P., Olk CH, Carbon 39, 2291-2301 (2001). Venegas, J.G.R., Tese de Doutorado, IFGW-UNICAMP (2002). NANOTECNOLOGIA: FUNDAMENTOS E APLICAÇÕES, Departamento deFísica – Instituto de Geociências e Ciências Exatas Campus de Rio Claro – Unesp(Universidade Estadual Paulista).22

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