Síntesis y caracterización de nanocompósitos a base de nanotubos de carbono y de polimetilmetacrilato

Abstract

Science and technology have developed in the world constantly, which has had important achievements in the area of nanomaterials during the last decades. Composites based on carbon nanomaterials and polymeric matrices are another type of promising materials due to their properties for different applications. In this research, synthesis of carbon nanostructures was carried out by CVD method using two types of carbon sources (benzene and commercial naphthalene). Multiwalled Carbon nanotubes (MWCNTs) were obtained from benzene. However, other morphologies (carbon nanotubes, nanobars and carbon spheres) were grown from commercial naphthalene at different temperatures and synthesis times. Pristine and functionalized carbon nanotubes obtained from benzene and carbon spheres with uniform morphology, obtained from pure naphthalene, were used as fillers. Polymethylmethacrylate was used as matrix in composites synthesis. CNTs/PMMA and CSs/PMMA composites were obtained as films using two types of solvents (toluene and acetone) by the mixing solution/sonication method. CSs/PMMA composites fibers were other kind of morphology which were obtained by the electrospinning method, using acetone as solvent. Different carbon nanostructures concentrations into PMMA were studied. Composites were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Raman spectroscopy. Electrical conductivity and microhardness were evaluated in all composites. It was determined that the properties (electrical conductivity and microhardness) of the composites improve when concentration of carbon nanostructures increases, in comparison with pristine PMMA and the high values of electrical conductivity and microhardness were obtained in CS-based films.

La ciencia y la tecnología se han desarrollado en el mundo a grandes pasos, lo cual ha tenido importantes repercusiones en el área de los nanomateriales durante las últimas décadas. Los compósitos basados en nanomateriales de carbono y matrices poliméricas son otro tipo de materiales prometedores debido a las propiedades que presentan, para utilizarse en diversas aplicaciones. En esta investigación se llevó a cabo la síntesis y caracterización de nanoestructuras de carbono por medio del método CVD usando dos tipos de fuentes de carbono: benceno y naftalina. Al utilizar benceno se obtuvieron nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNTs). Sin embargo al utilizar naftalina a diferentes temperaturas y tiempos de síntesis se obtuvieron otras morfologías además de nanotubos de carbono, tales como nanobarras y esferas de carbono (CSs). Los nanotubos de carbono (CNTs) tanto prístinos como funcionalizados obtenidos a partir de benceno y esferas de carbono con morfología uniforme, obtenidas a partir de naftaleno, se emplearon como material de relleno. Como matriz se utilizó polimetilmetacrilato (PMMA) para la síntesis de compósitos. Se obtuvieron compósitos de CNTs/PMMA y CSs/PMMA en forma de películas utilizando dos tipos de solventes (tolueno y acetona) por el método mezclado en solución/sonicación. Otro tipo de compósitos CSs/PMMA en forma de fibras fueron obtenidos mediante el método de electrohilado, utilizando acetona como disolvente. Se estudiaron varias concentraciones de nanoestructuras de carbono en el PMMA tanto en forma de películas como en fibras. Los compósitos fueron caracterizados a través de microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de energía dispersa (EDS), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y espectroscopía Raman. También se evaluó la conductividad eléctrica y microdureza de los compósitos.