Claudio José de Aguiar Júnior
Título
EFEITO DO GRAU DE DISPERSÃO DE NANOTUBOS DE CARBONO NO COMPORTAMENTO PIEZORESISTIVO DE PASTAS DE CIMENTO AUTOMONITORANTES
Resumo
Apesar de serem considerados um dos melhores fíleres condutores para compósitos cimentícios automonitorantes, os nanotubos de carbono (NTC) apresentam um grande desafio que é dispersá-los em matrizes cimentícias. Isso ocorre por possuírem propriedades hidrofóbicas e devido a interações de Van der Waals. Na literatura encontram-se diferentes maneiras de dispersá-los, porém a mais utilizada se dá pela combinação entre sonicação e surfactantes (ou superplastificantes). Contudo, a alta energia da sonicação pode causar danos aos NTC, afetando as propriedades eletrônicas do mesmo. Desse modo, otimizar os parâmetros de sonicação dos NTC diminuindo o tempo e a energia necessários para dispersá-los em meio aquoso, é o objetivo desse trabalho, a fim de aprimorar o desenvolvimento da tecnologia e evitar maiores danos aos NTC. Para isso, esse trabalho explorou como o grau de dispersão do NTC, obtido a partir do uso de diferentes quantidades de energias ultrassônicas (5,5 kJ/gNTC, 27,5 kJ/gNTC e 110 kJ/gNTC) em meio aquoso, afetou a resposta de automonitoramento do CCAM. As dispersões de cada uma das soluções foram realizadas em meio aquoso na presença de um superplastificante à base de naftaleno, através de um sonicador de ponteira, e essas soluções foram avaliadas por meio de espectroscopia de luz no range UV a visível (UV-Vis) para caracterizar seu grau de dispersão. Pastas de cimento com cinco adições de NTC (0, 0,25, 0,50, 0,75 e 1,00%) foram fabricadas a partir das soluções preparadas com diferentes energias e caracterizadas eletricamente. Três energias e duas concentrações de NTC diferentes foram escolhidos para fabricar os CCAM em maior escala, a fim de se ter uma melhor comparação possível, e realizar o ensaio de automonitoramento. Em relação ao comportamento mecânico, foram obtidos resistência máxima semelhantes para todas as amostras, não sendo influenciados pela energia e nem pela concentração de NTC. De forma diferente, o módulo de elasticidade foi influenciado por esses dois fatores, necessitando, para maior concentração de NTC, maior energia de dispersão, caso queira obter maiores módulos. Resultados satisfatórios foram obtidos nos ensaios de automonitoramento usando alta e baixa energia de sonicação. Conclui-se que NTC com baixo grau de dispersão pode ser usado para fabricar CCAM ajustando a concentração de NTC.
Abstract
Despite being one of the best conductive fillers for self-sensing cementitious composites (SSCC) due to their inscribed electrical properties, dispersing carbon nanotubes (CNT) in cementitious matrices is difficult due to their hydrophobic Van der Waals and temporary properties. There are different ways to disperse them, but the most common is the combination of sonication and surfactants (or superplasticizers). However, high sonication energy can damage CNT, affecting its electronic. Thus, optimizing the sonication parameters of CNTs and observing the time and energy required to disperse them in the aqueous medium is the objective of this work to improve the development of technology and avoid further damage to CNTs. For this, this work explored how the degree of dispersion of CNT, obtained from the use of different amounts of ultrasonic energies (5500 J/gNTC, 27500 J/gNTC, 55000 J/gNTC, and 110000 J/gNTC) in an aqueous medium, affected the CCAM self-monitoring response. The dispersions of each of the solutions were carried out in an aqueous medium in the presence of a naphthalene-based superplasticizer through a sonicator with a tip, and these solutions were evaluated by means of light spectroscopy in the UV to visible range (UV-Vis) to characterize their degree of dispersion. Cement pastes with five additions of NTC (0, 0.25, 0.50, 0.75, and 1.00%) were manufactured from solutions prepared with different energies and electrically characterized. Three energies and two different NTC concentrations were chosen to manufacture the CCAMs on a larger scale in order to have the best possible comparison and to carry out the self-monitoring test. Regarding mechanical behavior, similar ultimate strengths were obtained for all samples, not being influenced by energy or CNT concentration. Differently, the elastic modulus was influenced by these two factors, requiring a higher CNT concentration and greater dispersion energy if you want to obtain larger modules. In self-sensing tests, satisfactory results were obtained using high and low sonication energies. It is concluded that NTC with a low degree of dispersion can be used to manufacture CCAM by adjusting the NTC concentration.
