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Os nanotubos de carbono de parede simples (SWCNTs) são uma forma única de nanotubos de carbono caracterizada pela sua estrutura cilíndrica de camada única, que lhes confere propriedades mecânicas, eléctricas e térmicas excepcionais.A sua caraterização é crucial para compreender a sua estrutura, propriedades e potenciais aplicações.As principais técnicas para caraterizar os SWCNT incluem a espetroscopia Raman, a microscopia eletrónica de transmissão (TEM), a microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e a microscopia de força atómica (AFM).Estes métodos ajudam a determinar o seu diâmetro, quiralidade, pureza e integridade estrutural.Além disso, os SWCNTs são frequentemente sintetizados utilizando métodos como a deposição química de vapor (CVD), que é o processo comercial dominante atualmente, bem como métodos emergentes que envolvem matérias-primas verdes ou resíduos.

Pontos-chave explicados:

1. Estrutura e propriedades dos SWCNTs:

   • Os SWCNTs são constituídos por uma única camada de átomos de carbono dispostos numa estrutura hexagonal, enrolados num cilindro sem costuras.
   • O seu diâmetro varia normalmente entre 0,4 e 2 nanómetros, e o seu comprimento pode atingir vários micrómetros.
   • A quiralidade (torção) do nanotubo determina as suas propriedades eléctricas, tornando os SWCNTs metálicos ou semicondutores.

2. Técnicas de caraterização:

   • Espectroscopia Raman:Esta técnica é utilizada para analisar os modos vibracionais dos SWCNTs, fornecendo informações sobre o seu diâmetro, quiralidade e defeitos.O modo de respiração radial (RBM) nos espectros Raman é particularmente útil para determinar o diâmetro dos SWCNTs.
   • Microscopia Eletrónica de Transmissão (TEM):O TEM fornece imagens de alta resolução dos SWCNTs, permitindo a observação direta da sua estrutura, incluindo o diâmetro e os defeitos.Também pode ser utilizada para estudar a disposição dos átomos de carbono no interior do nanotubo.
   • Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM):O SEM é utilizado para obter imagens da superfície dos SWCNTs, fornecendo informações sobre a sua morfologia, alinhamento e distribuição.
   • Microscopia de força atómica (AFM):A AFM mede a topografia da superfície dos SWCNTs com elevada precisão, oferecendo informações sobre a sua altura e propriedades mecânicas.

3. Métodos de síntese:

   • Deposição química de vapor (CVD):O método comercial dominante para a produção de SWCNTs, CVD, envolve a decomposição de gases de hidrocarbonetos num catalisador a altas temperaturas.Este método permite o crescimento controlado de SWCNTs com propriedades específicas.
   • Ablação por laser e descarga por arco:Métodos tradicionais que envolvem a vaporização do carbono utilizando um laser ou um arco elétrico.Estes métodos são menos utilizados atualmente devido aos rendimentos mais baixos e ao menor controlo sobre as propriedades dos SWCNTs produzidos.
   • Métodos emergentes:Estão a ser desenvolvidas novas abordagens para utilizar matérias-primas ecológicas ou resíduos, como o dióxido de carbono capturado por eletrólise em sais fundidos e a pirólise do metano.Estes métodos têm como objetivo tornar a produção de SWCNTs mais sustentável e amiga do ambiente.

4. Aplicações dos SWCNTs:

   • Devido às suas propriedades únicas, os SWCNTs são utilizados numa vasta gama de aplicações, incluindo eletrónica (transístores, sensores), armazenamento de energia (baterias, supercapacitores) e materiais compósitos (polímeros de reforço, fibras).
   • A sua elevada condutividade eléctrica e resistência mecânica tornam-nos ideais para utilização em nanoelectrónica e como reforços em materiais compósitos.

Em resumo, a caraterização de nanotubos de carbono de parede simples envolve uma combinação de técnicas avançadas para determinar a sua estrutura, propriedades e qualidade.Estes conhecimentos são essenciais para otimizar a sua síntese e expandir as suas aplicações em vários campos.

Tabela de resumo:

Aspeto	Detalhes
Estrutura	Camada única de átomos de carbono numa estrutura hexagonal, enrolada num cilindro.
Diâmetro	0,4 a 2 nanómetros.
Comprimento	Até vários micrómetros.
Quiralidade	Determina as propriedades eléctricas (metálicas ou semicondutoras).
Técnicas de caraterização	Espectroscopia Raman, TEM, SEM, AFM.
Métodos de síntese	CVD (dominante), ablação por laser, descarga por arco, métodos verdes emergentes.
Aplicações	Eletrónica, armazenamento de energia, materiais compósitos.

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