Formación de nanotubos de carbono por aleado mecánico y posterior tratamiento térmico

S. SMREKAR; P. G. BERCOFF

Mar del Plata

Encuentro; 4 to Encuentro de Jóvenes Investigadores en Ciencia de Materiales (4to JIM).; 2012

INTRODUCCIÓN El método de molienda y subsecuentes tratamientos térmicos ha sido adoptado por algunos investigadores para sintetizar nanotubos de distintos materiales. Esto posiciona a la molienda de alta energía como una herramienta importante en la síntesis de nanomateriales. En particular, los nanotubos de C (NTC) son variaciones alotrópicas del carbono en forma cilíndrica, que pueden ser pensados como capas de grafeno ?enrolladas?. Por lo tanto, si fuera posible forzar una o varias capas de grafeno a enrollarse, incorporando micro-tensiones en la estructura,  podría conseguirse la formación de un tubo sin recurrir a otros métodos más caros, como por ejemplo descarga de arco, ablación láser o CVD. El objetivo de este trabajo es estudiar la posibilidad de sintetizar NTC por molienda de alta energía y, de ser necesario, un tratamiento térmico posterior.   MATERIALES Y MÉTODOS Una muestra de grafito cristalino comercial en polvo, de estructura hexagonal, se colocó en un molino planetario Fritsch Pulverissette 7, en cazoletas de acero templado, con bolas de carburo de tungsteno. La relación inicial de masas bolas/polvo fue de 35 y la velocidad máxima de rotación del molino fue de 700 rpm. Se realizó una molienda de 40 horas en atmósfera de argón y luego se realizó un tratamiento térmico en argón por 3 horas, a 1400 oC (TT). La evolución estructural fue seguida por difracción de rayos x (DRX) en un difractómetro Philips, y por microscopía electrónica de barrido (SEM) en un microscopio Zeiss FE-SEM Sigma. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se observa que, a pesar de haber partido de una muestra pura, la molienda introduce impurezas. Resultados de microanálisis indican la presencia de hierro y silicio ya a las 5 horas de molienda. Estos elementos probablemente provengan de las paredes de las cazoletas. La contaminación en este caso podría estar favorecida por el hecho de realizar la molienda con bolas mucho más duras que los contenedores. Tanto el Fe como el Si introducidos en el polvo inicial lo hacen en forma de óxidos (hematita y SiO2, respectivamente). Luego 5 horas de molienda, el polvo obtenido está conformado por conglomerados de partículas nanométricas (tamaño de cristalito ~20 nm) que no modifican apreciablemente su tamaño luego de sucesivos tiempos de molienda. La fase hexagonal del grafito original  (ICSD #041-1487) se transforma en ortorrómbica (ICSD #01-074-2330) de muy baja cristalinidad, y una fracción se amorfiza. Las mencionadas Fe2O3 y SiO2, son también de baja cristalinidad y tamaño. Molienda progresiva hasta 40 horas no modifica las fases presentes, aunque deteriora la cristalinidad. Luego del TT, los picos de difracción de las fases secundarias se afinan pero no se modifican, mientras que el carbono retoma su estructura hexagonal. El tamaño medio de cristal aumenta a 60 nm. En el espectro de DRX se observan picos de otras fases aún no identificadas. La Fig. 1 muestra una foto de la muestra tratada térmicamente, donde se observan claramente los tubos obtenidos. Pueden identificarse NTC de longitudes de hasta 2 mm y diámetros que van desde unos 20 a unos 100 nm. Están en curso estudios sobre la estructura de los distintos tipos de nanotubos obtenidos. Se espera encontrar tubos de paredes múltiples. Se especula que las impurezas actúan favoreciendo la nucleación de los tubos.