Obtención y caracterización de material compuesto en base a nanotubos de carbono y poliestireno

Abstract

Nowadays, the carbon nanotubes (CNTs) are widely studied materials due to their exceptional properties. Actually different synthesis methods are used to obtain CNTs; the chemical vapor deposition (CVD) is widely used for its flexibility and low cost; this method involves the use of organic precursors and catalysts to promote the growth of the nanotubes. The different materials characteristics can be improved if a mixture is made to obtain unique properties. Polymers, like polystyrene, are known for being a large molecule composed of repeating units; nevertheless shorter molecules can interact better with other materials. In this investigation CNTs were synthesized by two chemical vapor deposition reactors; similar characteristics were obtained in the samples. Polystyrene oligomers with a hydroxyl end group (PSOH) were obtained by free radical chain growth polymerization. The CNTs and PSOH were mixed at different weight relations. The structural characterization by FTIR showed the functional groups for each material and the Raman spectra allowed demonstrating the effect of the alignment of the CNTs in the samples. By X-ray diffraction the different crystallinity in the nanotubes were noticed. Furthermore; the transmittance value in the composites decreased due to the effect of CNTs concentration. Also, the conductivity of the composite was increased to higher CNTs content.

Los nanotubos de carbono (CNTs) es un material muy investigado en la actualidad dado sus propiedades excepcionales. Existen varios métodos de obtención; el más utilizado es la deposición química de vapor (CVD) por su flexibilidad y bajo costo; este método involucra el uso de precursores orgánicos y catalizadores para comenzar la formación de los nanotubos. Se pueden obtener propiedades únicas en los materiales si se mezclan para aprovechar las características de los mismos. Por otra parte, los polímeros, como el poliestireno, son conocidos por tener formaciones de largas cadenas de monómeros que se repiten; sin embargo el tener cadenas más cortas permite una mayor interacción con algún otro material con el que esté en contacto. En el presente trabajo de investigación se sintetizaron nanotubos de carbono a través de dos reactores utilizando el método de deposición química de vapor, encontrando características similares en las muestras analizadas. Se obtuvieron oligómeros de poliestireno con terminación hidroxilo (PSOH) a través de una polimerización en solución de radicales libres. Se realizaron mezclas de ambos materiales a diferentes concentraciones de nanotubos de carbono para posteriormente analizar sus propiedades como compositos. La caracterización estructural por espectroscopía FTIR mostró los grupos funcionales propios de cada material. El análisis Raman señaló el efecto de la alineación de los CNTs en las muestras. Con la difracción de rayos X se obtuvo la variación de la cristalinidad de los nanotubos de ambos reactores. El análisis de espectroscopía UV-vis en los compositos demostró el efecto de aumentar la concentración de CNTs en el PSOH al disminuir sus transmitancia. La conductividad del material es mayor cuando el contenido de nanotubos incrementa.