Laboratório de Materiais Carbonosos e Cerâmicos (LMC)

Transcrição

1 Universidade Federal do Espírito Santo Centro de Ciências Exatas Departamento de Física Laboratório de Materiais Carbonosos e Cerâmicos (LMC)

2 Plataforma Lattes (CNPq) César Lattes ( )

3 Portal da CAPES

4 Portal da Sociedade Brasileira de Física (SBF)

5 Portal da PRPPG / UFES

6 Iniciação científica Programa Institucional de Iniciação Científica (PIIC): Bolsistas (PIBIC). Bolsas do CNPq, UFES, FAPES, FACITEC, Vountários (PIVIC).

7 Programa de pós-graduação em Física da UFES

8 Programa de pós-graduação em Ensino de Física da UFES

9 As áreas de pesquisa em física Definições do CNPq: Áreas clássicas de fenomenologia e suas aplicações. Física atômica e molecular. Física da matéria condensada. Física das partículas elementares e campos. Física dos fluidos, física de plasmas e descargas elétricas. Física geral. Física nuclear.

10 As áreas de pesquisa em física Física da matéria condensada Física atômica e molecular Ótica quântica Física nuclear Física de altas energias Partículas elementares Teoria quântica de campos

11 Grupo de pesquisa do LMC Equipe do LMC: Pesquisadores: 08. Alunos de pós-graduação: Doutorado: 05. Mestrado: 06. Alunos de graduação: Iniciação Científica: 04. Monografia: 02.

12 Grupo de pesquisa do LMC Alguns temas de pesquisa: Síntese e caracterização (estrutural, física e química) de materiais carbonosos porosos. Estudos de compósitos constituídos de nanopartículas magnéticas inseridas em materiais carbonosos porosos. Caracterização de carbon blacks produzidos a partir da pirólise do gás natural utilizando plasma térmico. Cálculos de propriedades estruturais, eletrônicas e magnéticas de materiais carbonosos nanoestruturados contendo defeitos: grafeno, nanografites, carbono amorfo, etc. Propriedades mecânicas de fibras de carbono e materiais relacionados. Síntese e caracterização de supercondutores cerâmicos de alta temperatura crítica. Algumas técnicas de caracterização disponíveis: Difração de raios X (DRX). Análises térmicas (TG, DSC). Análise elementar (CHNSO). Análise textural (adsorção física de N 2 a 77K). Ressonância magnética nuclear (RMN) no estado sólido para vários núcleos-sondas: 1 H, 13 C, 27 Al, 29 Si, Microscopia eletrônica de varredura (MEV).

13 Grupo de pesquisa do LMC

14 Materiais carbonosos sólidos Materiais cristalinos: grafite, diamante, fulerenos. Nanomateriais: nanotubos, grafeno,... Outras formas: carbono amorfo, % C Carvões vegetais. Carvão mineral (hulha) Turfa, linhito, antracito. Coque, piche. Carbon black. Fibras de carbono. (...) C, H, N, S, O

15 Algumas diferentes formas de carbono Grafite: Hibridização sp 2 Diamante: Hibridização sp 3

16 Hibridizações do átomo de carbono Hibridização sp 2 : Hibridização sp 3 :;

17 Algumas diferentes formas de carbono Grafite: Hibridização sp 2 Estrutura hexagonal Anisotropia (planos grafenos) Diamante: Hibridização sp 3 Estrutura cúbica Isotrópico

18 Algumas diferentes formas de carbono Grafite: Fortes ligações no plano d C-C = 1,42 Å Fracas ligações entre os planos d 002 = 3,35 Å Elevado ponto de fusão Ao longo dos planos grafenos: Elevado módulo de elasticidade Elevada condutividade térmica Diamante: Arranjo tetraédrico d C-C = 1,54 Å Estrutura rígida e compacta Elevada dureza Elevado ponto de fusão Elevada condutividade térmica Isolante elétrico Transparente à luz visível Diamagnetismo acentuado Boa condução elétrica (semimetal) Elétrons localizados Elétrons deslocalizados

19 Algumas diferentes formas de carbono Castro Neto et al., Physics World 2006;11:33-37

20 Algumas diferentes formas de carbono 2004 Geim, Novoselov

21 O Prêmio Nobel de Física de 2010 Os laureados: Andre Geim e Konstantin Novoselov...for groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene.

22 Grafeno e outras formas de carbono Geim & Novoselov, Nature Materials 2007;6:

23 Algumas diferentes formas de carbono Carbon blacks Materiais desordenados estrutura turbostrática Carbono amorfo

24 Materiais carbonosos desordenados Sólidos porosos. Composição química principal: C, H, N, S, O. Fração menor de minerais (SiO 2, Fe 2 O 3,...). Ligações cruzadas Cristalitos com planos grafenos e defeitos Poros R. E. Franklin, Proc. Roy. Soc. London A 1951;209:196

25 Carvões ativados Sólidos desordenados com rede de poros irregular. Presença de macroporos, mesoporos e microporos. Applicações: catálise, tratamento de água, armazenagem de gases,... Preparação: Precursores orgânicos (resíduos vegetais). Ativação física (vapor d água, ar, CO 2,...). Ativação química (H 3 PO 4, NaOH, ZnCl 2,...).

26 Adsorção em carvões ativados

27 Preparação de carvões ativados no LMC Precursor de origem vegetal Casca de arroz, palha de café, endocarpo de babaçu,... Carbonização C, 1-4h, fluxo de N 2. Impregnação em meio aquoso H 3 PO 4, NaOH,... Characterização: Análise elementar. Análises térmicas. Adsorção de N 2 a 77K. MEV, DRX. RMN no estado sólido: 13 C, 23 Na, 29 Si, 31 P,... Tratamento térmico de ativação C, 0,5-2h, fluxo de N 2. Lixiviação Material carbonoso poroso Água destilada, soluções ácidas,...

28 Materiais compósitos magnéticos obtidos a partir de carvão ativado

29 Materiais compósitos magnéticos obtidos a partir de carvão ativado

30 Nanocompósitos alumina-carbono

31 Nanocompósitos alumina-carbono Difratogramas de raios X: Espectros de RMN de 27 Al: AlO 4 AlO 5 AlO 6

32 Carbon blacks produzidos a partir do gás natural com uso de plasma térmico

33 Carbon blacks produzidos a partir do gás natural com uso de plasma térmico Reação global: CH 4 2H 2 + C Fincke et al., Ind. Eng. Chem. Res. 2002;41:

34 Carbon blacks produzidos a partir do gás natural com uso de plasma térmico

35 Carbon blacks produzidos a partir do gás natural com uso de plasma térmico Cooler (1) Cooler (2) Reactor Anode

36 Propriedades mecânicas de materiais frágeis

37 Estrutura porosa de supercondutores cerâmicos

38 Propriedades magnéticas de grafeno com vacâncias

39 Propriedades magnéticas de grafeno com vacâncias Momento magnético local

40 Contato: dúvidas, comentários, sugestões, etc. Jair C. C. Freitas Departamento de Física - UFES [email protected]