Os nanocarbonetos são uma classe de materiais à base de carbono com dimensões nanométricas, que apresentam propriedades físicas, químicas e mecânicas únicas devido ao seu tamanho e estrutura.São amplamente utilizados em várias aplicações, incluindo eletrónica, armazenamento de energia, biomedicina e materiais compósitos.Os principais tipos de nanocarbonetos incluem fulerenos, nanotubos de carbono (CNTs), grafeno, nanofibras de carbono (CNFs) e pontos de carbono.Cada tipo tem caraterísticas estruturais e propriedades distintas que os tornam adequados para aplicações específicas.Os fulerenos são moléculas esféricas com uma estrutura semelhante a uma gaiola, enquanto os CNT são tubos cilíndricos com uma resistência e condutividade eléctrica excepcionais.O grafeno, uma camada única de átomos de carbono dispostos numa estrutura hexagonal, é conhecido pela sua elevada condutividade eléctrica e térmica.As nanofibras de carbono são semelhantes aos CNTs, mas têm uma estrutura menos ordenada, e os pontos de carbono são pequenas nanopartículas fluorescentes com potenciais aplicações em bioimagem e deteção.
Pontos-chave explicados:
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Fulerenos:
- Estrutura:Os fulerenos são moléculas esféricas ou elipsoidais compostas por átomos de carbono dispostos numa estrutura semelhante a uma gaiola.O fulereno mais comum é o C60, também conhecido como buckminsterfullerene ou \"buckyball,\" que consiste em 60 átomos de carbono formando uma forma semelhante a uma bola de futebol.
- Propriedades:Os fulerenos apresentam propriedades electrónicas únicas, tais como uma elevada afinidade eletrónica e a capacidade de aceitar electrões, o que os torna úteis na energia fotovoltaica orgânica e como antioxidantes em biomedicina.
- Aplicações:São utilizados em sistemas de administração de medicamentos, antioxidantes e como aditivos em polímeros para melhorar as propriedades mecânicas e térmicas.
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Nanotubos de carbono (CNTs):
- Estrutura:Os CNT são nanoestruturas cilíndricas constituídas por folhas de grafeno enroladas.Podem ser de parede simples (SWCNTs) ou de parede múltipla (MWCNTs), dependendo do número de camadas concêntricas de grafeno.
- Propriedades:Os CNT têm uma resistência mecânica excecional, elevada condutividade eléctrica e térmica e uma grande área de superfície.Estas propriedades tornam-nos ideais para utilização em nanocompósitos, eletrónica e dispositivos de armazenamento de energia.
- Aplicações:Os CNT são utilizados em baterias, supercapacitores, sensores e como agentes de reforço em materiais compósitos.
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Grafeno:
- Estrutura:O grafeno é uma camada única de átomos de carbono dispostos numa estrutura hexagonal bidimensional.É o bloco de construção básico de outros alótropos de carbono como a grafite, os CNT e os fulerenos.
- Propriedades:O grafeno é conhecido pela sua extraordinária condutividade eléctrica, condutividade térmica, resistência mecânica e flexibilidade.É também altamente transparente e tem uma grande área de superfície.
- Aplicações:O grafeno é utilizado em eletrónica flexível, películas condutoras transparentes, dispositivos de armazenamento de energia e sensores.
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Nanofibras de carbono (CNFs):
- Estrutura:Os CNFs são semelhantes aos CNTs, mas têm uma estrutura menos ordenada, consistindo frequentemente em camadas de grafeno empilhadas numa forma cónica ou cilíndrica.São normalmente produzidas por deposição química de vapor (CVD) ou electrospinning.
- Propriedades:Os CNFs têm boas propriedades mecânicas, condutividade eléctrica e uma elevada área de superfície.No entanto, as suas propriedades são geralmente inferiores às dos CNT.
- Aplicações:Os CNFs são utilizados em materiais compósitos, dispositivos de armazenamento de energia e como suportes de catalisadores.
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Pontos de carbono:
- Estrutura:Os pontos de carbono são pequenas nanopartículas fluorescentes, normalmente com menos de 10 nm de dimensão.São compostas por carbono, hidrogénio e oxigénio e contêm frequentemente grupos funcionais na sua superfície.
- Propriedades:Os pontos de carbono apresentam uma forte fotoluminescência, biocompatibilidade e baixa toxicidade.Podem ser sintetizados a partir de várias fontes de carbono, incluindo resíduos orgânicos.
- Aplicações:Os pontos de carbono são utilizados em bioimagem, deteção, administração de medicamentos e como tintas fluorescentes.
Cada tipo de nanocarbono tem propriedades e aplicações únicas, o que os torna materiais valiosos numa vasta gama de indústrias.A escolha do nanocarbono depende dos requisitos específicos da aplicação, como a resistência mecânica, a condutividade eléctrica ou a biocompatibilidade.
Tabela de resumo:
| Tipo | Estrutura | Propriedades | Aplicações |
|---|---|---|---|
| Fulerenos | Moléculas esféricas ou elipsoidais em forma de gaiola (por exemplo, C60) | Elevada afinidade eletrónica, propriedades antioxidantes | Administração de medicamentos, antioxidantes, aditivos para polímeros |
| CNTs | Tubos cilíndricos feitos de folhas de grafeno laminadas (SWCNTs ou MWCNTs) | Resistência excecional, condutividade eléctrica/térmica, grande área de superfície | Baterias, sensores, nanocompósitos, armazenamento de energia |
| Grafeno | Camada única de átomos de carbono numa estrutura hexagonal 2D | Elevada condutividade eléctrica/térmica, resistência mecânica, flexibilidade | Eletrónica flexível, películas transparentes, armazenamento de energia, sensores |
| CNFs | Camadas de grafeno empilhadas em formas cónicas/cilíndricas (menos ordenadas do que os CNT) | Boas propriedades mecânicas, condutividade eléctrica, elevada área de superfície | Materiais compósitos, armazenamento de energia, suportes de catalisadores |
| Pontos de carbono | Pequenas nanopartículas fluorescentes (<10 nm) com grupos funcionais | Forte fotoluminescência, biocompatibilidade, baixa toxicidade | Bioimagem, deteção, administração de medicamentos, tintas fluorescentes |
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