Filmes finos, transparentes e condutores baseados em grafeno

Abstract

Resumo: Esta tese relata a síntese, caracterização e aplicações de filmes finos, transparentes e condutores baseados em grafeno. O grafeno foi obtido através de dois sistemas distintos i. da esfoliação química do grafite bulk (rGO) e ii. através de uma rota inédita, baseada na transferência de grafite para superfícies metálicas seguidos de ataque ácido, aqui denominada rota mecanoquímica (Gr/Mg). Este novo sistema promoveu pela primeira vez a possibilidade de obtenção de filmes transparentes e condutores de grafeno em uma só rota, partindo diretamente de grafite bulk. O rGO foi produzido tanto na forma de pó como na forma de filmes finos, e para isto foram utilizadas diferentes rotas de preparação. Após a obtenção destes materiais, foram sintetizados nanocompósitos de rGO com um polímero condutor (polianilina, PAni) e com nanofios metálicos de cobre (CuNW) ou prata (AgNW). Os nanocompósitos de rGO/PAni foram obtidos in situ em um sistema interfacial líquido/líquido, produzindo filmes finos transparentes e condutores. Diferentes nanocompósitos, com diferentes proporções de rGO1/PAni, foram obtidos. Todos os filmes apresentaram valores de resistência de folha bastante baixos e elevada transparência, em destaque os filmes rGO1/PAni-1/16 e rGO1/PAni-1/32 que mostraram resultados comparáveis aos eletrodos transparentes e condutores convencionais. Através da obtenção de filmes de rGO e CuNW, foi possível ainda preparar outro nanocompósito também na forma de filmes finos, com características de eletrodos transparentes condutores. O filme de rGO neste nanocompósito atuou em duas vertentes diferentes, uma como agente de ponte interligando nanofios isolados para melhorar a condutividade do material e outra como uma película protetora contra oxidação do material metálico. Da mesma forma, os nanocompósitos obtidos pela combinação dos filmes de rGO com filmes de AgNW, depositados sobre substratos plásticos, apresentaram mais uma vez elevada transmitância e baixa resistência de folha. Todos os materiais preparados foram caracterizados por técnicas morfológicas, espectroscópicas e termogravimétricas, elétricas e eletroquímicas dentre outras, onde todos apresentaram as características necessárias para serem utilizados como eletrodos transparentes e condutores.

Abstract: This thesis reports the synthesis, characterization and some applications of transparent and conductive graphene-based thin films. The graphene was obtained by two different systems i. chemical exfoliation of bulk graphite (rGO) ii. by a novel mechanochemical route (Gr/Mg). This new system promoted for the first time the possibility of obtaining transparent and conductive graphene films on a single route, starting directly from bulk graphite. The rGO was produced either in powder or thin films, and it was used for different routes of preparation. After obtaining, these materials, we used to synthesize rGO-based nanocomposites both with a conductive polymer (polyaniline, PAni) or metal nanowires of copper (CuNW) or silver (AgNW). Nanocomposites of rGO/PAni were obtained in situ in an interfacial liquid/liquid system, producing transparent and conductive thin films. Different nanocomposites (thin films) with different rGO/PAni ratios have been obtained. Different nanocomposites with different proportions of rGO1/PAni were obtained. All films showed values very low sheet resistance and high transparency, highlight the rGO1/PAni-1/16 and rGO1/PAni-1/32 movies that were comparable to the conventional transparent conductive electrodes. The rGO/CuNW nanocomposite thin films were also obtained with high transmittance and low sheet resistance. The rGO, in that nanocomposite, has two different functions, one as a bridge agent between isolated nanowires to improve the materials conductivity and other as a protective layer against oxidation of the metallic materials. In the same way, nanocomposites have been synthesized by the combination of rGO and AgNW over plastic substrates, showing high transmittance and low sheet resistance. All materials were characterized by different techniques, and the films exhibited the necessary characteristics to be used as transparent and conductors electrodes.