Aldo José Gorgatti Zarbin, Doutorado (1997)
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Novos nanocompósitos obtidos pelas interações de compostos organometálicos e polímeros com vidros porosos

Resumo

Neste trabalho o vidro poroso do tipo Vycor (Porous Vycor Glass - PVG) foi utilizado como matriz na obtenção de nanocompósitos do tipo vidro/semicondutores, vidro/metais e vidro/polímeros condutores. Trata-se de um vidro composto basicamente por SiO₂, cuja estrutura é formada por poros, de diâmetro médio de 64 Å, interconectados e distribuídos aleatoriamente pela matriz. A superfície destes poros é formada por grupamentos silanóis, que sofrem reações de condensação à temperatura de 1200⁰C, fazendo com que o vidro perca sua estrutura porosa, consolidando-se.

As características químicas da superfície interna dos poros do PVG fazem com que espécies neutras e catiônicas possam ser impregnadas neste vidro. A decomposição térmica de precursores pré-incorporados ao PVG pode levar à obtenção de materiais vítreos dopados com nanopartículas de semicondutores e metais. Desta maneira, clusters da família [M₃(CO)12] (M = Fe, Ru e Os) foram impregnados, e a decomposição térmica destes materiais no interior do PVG foi acompanhada por espectroscopias de reflectância difusa no infravermelho e de absorção UV-Vis-NIR. Além disso, os materiais resultantes da consolidação dos vidros impregnados foram caracterizados por espectroscopia Raman, difratometria de raios-X em modo step, microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia de perda de energia de elétrons.

Os resultados obtidos indicaram que para M = Fe o cluster é instável, e a consolidação do material causa sua devitrificação, levando à formação de aglomerados de a-Fe₂0₃ e a- cristobalita. Para M = Ru e Os, o material formado é estável e os clusters sofrem etapas de decomposição térmica similares, em diferentes faixas de temperatura: numa primeira etapa de aquecimento, ocorre uma adição oxidativa dos grupos silanóis do PVG à ligação M-M do cluster, formando a espécie [HM₃(CO)₁₀(Osi-½)]. Aquecimentos em temperaturas superiores levam à quebra da ligação M-M, formando espécies de M²⁺, representadas por [M(CO)_x(OSi-½)₂]. Para M = Os, aquecimentos à temperaturas maiores de 500⁰C produzem o composto 0s04, que sublima. Para M = Ru, o aquecimento acima de 250⁰C até a temperatura de consolidação, produz partículas de RuO₂, com diâmetro médio de 17Â, embebidas na matriz vítrea, formando um nanocompósito vidro/RuO₂ com alta transparência e homogeneidade. Os aquecimentos destes vidros impregnados em atmosfera deficiente de oxigênio produzem materiais com características diferenciadas, com evidências de formação de nanopartículas metálicas.

A estrutura porosa do PVG também foi utilizada na obtenção de nanocompósitos entre este vidro e polímeros condutores. Estes nanocompósitos foram formados pela polimerização in situ do pirrol e da anilina no interior dos poros do vidro. A polimerização do pirrol foi realizada através de íons Cu²⁺, pré-impregnados no PVG, e a polimerização da anilina foi realizada pelo tratamento de um vidro impregnado com o monômero com uma solução ácida de (NH₄)₂S₂O₈. Tais nanocompósitos foram caracterizados por espectroscopia de reflectância difusa no infravermelho, espectroscopia de absorção UV-Vis-NIR, análise termogravimétrica, espectroscopia Raman, ressonância magnética nuclear no estado sólido de ¹³C e ²⁹Si, com polarização cruzada e rotação em ângulo mágico, microscopia eletrônica de transmissão, microscopia eletrônica de varredura, voltametria cíclica e medidas de condutividade.

O conjunto de resultados obtidos a partir destas técnicas indicaram que ambos os polímeros se formam em seu estado oxidado (condutor), com os grupamentos SiO^- da estrutura vítrea atuando como contra-ânion. A alta organização das moléculas, e a ausência de reticulação confirmam a formação de fios poliméricos ao nível molecular, dispersos na matriz vítrea.

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[CNPq]