62ª Reunião Anual da SBPC
A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 6. Química Inorgânica
NANOTUBOS DE SÍLICA E OXICARBETO DE SILÍCIO OBTIDOS VIA PIRÓLISE DE ORGANOSSILICATOS DIRECIONADOS POR MOLDES MOLECULARES.
Sabrina Gomes Faria 1
Marco Antônio Schiavon 1
1. Universidade Federal de São JoãoDel Rei
INTRODUÇÃO:
Os polissiloxanos são excelentes precursores de materiais vítreos e cerâmicos, especialmente o oxicarbeto de silício, SiOC (black glasses), os quais apresentam propriedades térmicas e mecânicas superiores as de vidros à base de sílica (SiO2). Os materiais híbridos orgânico-inorgânicos, por outro lado, englobam uma ampla classe de materiais multifuncionais, incluindo os precursores de vidros e cerâmicas nanocristalinas. Uma das técnicas mais importantes para a preparação de materiais híbridos é o processo sol-gel, o qual possibilita o controle na preparação de um material a nível nanométrico e gera produtos com elevada pureza e homogeneidade, além de utilizar baixas temperaturas de processamento. Assim, o emprego desta técnica é de grande importância para preparação de materiais híbridos precursores de novos materiais. Neste sentido, este trabalho visou à síntese, via processo sol-gel, e a caracterização das nanoestruturas de SiO2 e SiOC obtidos a partir da pirólise de organossilicatos provenientes de diferentes precursores alcoxissilanos, utilizando o ácido DL-tartártico como molde molecular direcionador da morfologia tubular desejada.
METODOLOGIA:

Em um sistema típico, o alcoxissilano (tetraetilortossilicato - TEOS, metiltrietoxissilano - MTES ou viniltrietoxissilano - VTES) foi dissolvido em etanol anidro e hidrolisado com quantidade estequiométrica de água. Após, dissolveu-se ácido DL-tartárico em hidróxido de amônio 28% adicionando-se essa solução ao alcoxissilano recém-hidrolisado para formar um gel. O gel foi envelhecido em temperatura ambiente por um tempo específico e seco em estufa a 75ºC. Por fim, o material obtido a partir de TEOS foi calcinado a 500oC e pirolisado em atmosfera de argônio a 1000ºC e 1200oC, no caso dos derivados de MTES e VTES, de forma a obter o material cerâmico. Os organossilicatos e os materiais cerâmicos foram caracterizados por um conjunto de técnicas analíticas como Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Transmissão (TEM), Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (IVTF), Análise Termogravimétrica (TGA), Análise Térmica Diferencial (DTA), e Difração de raios-X (DRX).

RESULTADOS:

A formação dos géis precursores de sílica e organossilicatos ocorreram por meio de reações de hidrólise e condensação, típicas do Processo Sol-gel, com tempos de condensação variáveis. Analisando as micrografias obtidas por MEV e TEM pode-se constatar a morfologia predominantemente tubular da sílica e dos organossilicatos, bem como suas dimensões nanométricas.  Por outro lado, os espectros de IVTF desses materiais revelaram, basicamente, bandas atribuídas ao estiramento assimétrico e simétrico de Si-O-Si em torno de 1100 cm-1 e 800 cm-1, respectivamente, além de bandas típicas de hidrocarbonetos na região entre 3000 a 2840 cm-1, no caso dos organossilicatos. Os resultados de TGA e DTA da sílica e dos híbridos comprovaram que as reações de hidrólise e condensação foram completas, resultando num material estável após o tratamento térmico, além de indicar alguns eventos de perda de massa e transições de fase associados a este.

A análise das micrografias dos materiais obtidos em altas temperaturas confirmou a conservação da estrutura tubular dos organossilicatos após pirólise do material, gerando como produto final o SiOC, no caso dos precursores MTES e VTES. Os vidros foram caracterizados por halos largos nos padrões de difração confirmando assim o seu caráter não-cristalino.

CONCLUSÃO:

O presente trabalho mostrou pioneiramente ser possível a preparação de nanotubos de sílica e organossilicatos a partir de alcoxissilanos precursores e do ácido DL-tartárico, o qual atuou como molde molecular, direcionador da morfologia tubular dos materiais finais. Foi utilizado o processo sol-gel como rota sintética, que permitiu o controle do material em nível nanométrico através do monitoramento das etapas de hidrólise e condensação. Foi observado ainda que o controle rigoroso das condições sintéticas mostrou-se essencial para formação do material com morfologias específicas (esferas ou tubos). Por fim, a confirmação da conservação da morfologia tubular do material após tratamento térmico comprova a eficiência do método de obtenção do material vítreo derivado de um organossilicato, a partir de um molde direcionador de morfologia.

Instituição de Fomento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq.
Palavras-chave: Nanotubos, Processo sol-gel, Molde molecular.