Estudo da estabilização de nanotubos de carbono por líquidos iônicos atuando como surfactantes em meio aquoso e como solventes puros.

• Processo: 24/17078-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2025
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
• Pesquisador responsável: Kalil Bernardino
• Beneficiário: Ana Yumi Oliozi Kanegawa
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Líquidos iônicos Nanotubos de carbono Tensoativos Química computacional
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: líquidos iônicos | nanotubos de carbono | Simulações de dinâmicas moleculares | surfactantes | Termodinâmica de agregação | Química Computacional

Resumo

Apesar de suas incríveis propriedades físicas, a dificuldade em gerar dispersões estáveis de nanotubos de carbono é com frequência um fator limitante para aplicações dos mesmos. Recentemente, líquidos iônicos com acentuado caráter anfifílico vem despertando atenção pela capacidade de estabilizar dispersões de diversos nanomateriais tanto como solventes puros quanto como aditivos em meio aquoso. O mecanismo de estabilização, entretanto, é completamente diferente nessas duas situações. Em meio aquoso eles apresentam atuação similar a de surfactantes iônicos usuais, apresentando adsorção preferencial de um dos íons sobre o nanomaterial e estabelecendo um perfil de dupla-camada elétrica em solução que ocasiona uma repulsão de longo alcance entre nanoestruturas dispersas. As propriedades de surfactantes fazem com que esses líquidos iônicos sejam denominados SAILs (Surface Active Ionic Liquids). SAILs também podem estabilizar dispersões atuando como solventes puros, mas nesse caso, dada a alta concentração de íons, não se espera que a formação de dupla-camada elétrica seja o efeito dominante, mas sim a formação de domínios polares e apolares alternados em torno da nanoestrutura, o que resulta em interações de longa distância complexas, com múltiplas barreiras para agregação resultantes da mistura desfavorável entre camadas de solvente de naturezas opostas formadas ao redor de cada nanoestrutura ao se aproximarem. O presente projeto visa a comparação dos dois mecanismos de estabilização ao estudar, por meio de simulações de dinâmica molecular, a organização do mesmo conjunto de SAILs ao redor de um nanotubo de carbono de parede simples ao atuar tanto como solvente puro quanto ao atuar como surfactante em meio aquoso. Serão estudados 3 SAILs baseados no cátion 1-octil-3-metilimidazólio variando o ânion entre tetrafluoroborato, dicianamida e bistriflimida. É esperado que o cátion seja adsorvido preferencialmente na superfície do nanotubo por meio da cadeia alquílica hidrofóbica. Porém a natureza da interação cátion-ânion deve regular o grau de associação dos mesmos, o que definirá a carga efetiva adquirida pelo nanotubo com as camadas de íons adsorvidos em meio aquoso e também a intensidade da segregação de domínios ao atuar como solvente puro, fatores que, por sua vez, irão determinar a estabilidade das dispersões de nanotubos geradas. Tal estudo deve contribuir para uma maior compreensão dos mecanismos de estabilização de dispersões de nanomateriais por líquidos iônicos e para a escolha ou mesmo o planejamento de novos líquidos iônicos para esse fim. As simulações propostas são de execução viável dentro de um cronograma de 12 meses para um projeto de iniciação científica e devem contribuir para a formação da estudante tanto ao adquirir conhecimento das técnicas de simulação propostas, experiência em trabalhar com supercomputadores e clusters, aprofundar seus conhecimentos sobre estrutura de líquidos e termodinâmica de agregação, e compreender os passos para a elaboração e execução de um projeto de pesquisa.