El tratamiento hidrot ´ermico se realiz ´o siguiendo la metodolog´ıa descrita en la secci ´on 3.2, en donde se realizaron cinco experimentos a distintos tiempos para po- der definir cual era el tiempo ´optimo para una mejor dispersi ´on de los nanotubos de carbono. Los cinco experimentos se realizaron bajo las condiciones descritas en el cuadro 2, todas las muestras fueron pasadas por el proceso de filtraci ´on asisitida en vac´ıo para obtener los primerosbuckypaper.
Tabla 1: Condiciones del tratamiento hidrot ´ermico.
Muestra Tiempo de tratamiento T (◦C) Proceso de purificaci ´on
BP.Control(Raw-CNT) 0 horas — Ultracentrifugado
BP.TH(5HcC) 5 horas 100 Ultracentrifugado
BP.TH(5HsC) 5 horas 100 Decantaci ´on
BP.TH(10H) 10 horas 100 Ultracentrifugado
Figura 37: Fotos deBuckypapersobtenidos, tratamiento hidrot ´ermico.
En la figura 37 se pueden observar las imagenes: uno, dos, tres, cuatro y cinco correspondientes a las muestras BP.Control(Raw-CNT), BP.TH(5HcC), BP.TH(5Hsc), BP.TH(10 H) y BP.TH(20 H) respectivamente. En ellas pueden apreciarse los bucky- papers obtenidos . En la im ´agen uno de la figura 37 se aprecia la importancia del tratamiento hidrot ´ermico para la fabricaci ´on debuckypaper, pues al no recibir el trata- miento, los nanotubos de carbono solo formaron aglomerados.
Posterior a la fabricaci ´on de los buckypaper, fueron realizadas micrscopias SEM para verificar s´ı las fuerzas mec ´anicas del ultrasonido fueron suficientes para des- agregar los nanotubos de carbono. En la figura 38 se observa una micrograf´ıa SEM (CNyN-UNAM, JEOL JEM-2010) a 50X de la muestra control de los nanotubos de car- bono a 0 horas de tratamiento hidrot ´ermico, en donde se aprecia como los nanotubos de carbono no perdieron su arreglo tipo ”tapete”debido a la ausencia de la dispersion mec ´anica impl´ıcita en el tratamiento hidrot ´ermico.
En comparaci ´on, la figura 39 muestra cuatro im ´agenes numeradas del uno al cuatro, en donde, las im ´agenes 1 y 3 son BP.TH(5Hcc) con acercamientos de 50X y 2000X respectivamente. Se puede observar como los “tapetes” de nanotubos de carbono fueron desagregados por las fuerzas mec ´anicas del tratamiento hidrot ´ermico. Las im ´agenes 2 y 4 de la figura 39 son la muestra BP.TH(5Hsc) en donde los aumentos igualmente son a 50X y 2000X respectivamente. Aunque en ambas se nota una dife- rencia respecto a la figura 39 de la muestra control, entre BP.TH(5Hcc) y BP.TH(5Hsc) no se ve un cambio notable.
Figura 38: Micrograf´ıa SEM de la muestra control.
Figura 40: Micrograf´ıa SEM de las muestras BP.TH(10H) y BP.TH(20H).
En la figura 40 se aprecia las muestras BP.TH(10H) y BP.TH(20H), en impares y pares respectivamente. Haciendo una comparaci ´on entre las cuatro muestras que fueron pasadas por el tratamiento hidrot ´ermico, todas tienen muy buena dispersi ´on de nanotubos de carbono, por lo cual se demuestra como los esfuerzos mec ´anicos fueron efectivos para la dispersi ´on de nanotubos de carbono, deshaciendo los arreglos tipo ”tapete” presentes en el holl´ın bruto.
En la figura 41 se puede apreciar cinco espectros Raman (CIDETEQ, Horiba XploRA ONE) correspondientes a los buckypapers previamente caracterizados por SEM, las relaciones obtenidas de la banda D y G de dichos espectros se muestran en el cuadro 3.
Tabla 2: Relaci ´onID/IG.
Muestras BP.Control BP.TH(5Hcc) BP.TH(5Hsc) BP.TH(10H) BP.TH(20H)
ID/IG 0.43 0.29 0.31 0.30 0.27
En el cuadro dos podemos comparar la calidad de los nanotubos de carbono en donde vemos una disminuci ´on en la relaci ´on ID/IG. Esto nos habla de una dismi-
nuci ´on en los defectos de los nanotubos de carbono, siendo asociado con rupturas en los sitios de defecto de los nanotubos de carbono causados por la ultrasonicaci ´on
Figura 41: Espectros Raman.
y complementariamente la remoci ´on de carb ´on amorfo y residuos secundarios de la s´ıntesis de nanotubos de carbono, lo cual se realiz ´o por medio de la purificaci ´on de las muestras, utilizando tanto la centrifugaci ´on como de la decantaci ´on. Las cuatro muestras tienen una relaci ´onID/IG muy similar, por lo cual se sugiere que la muestra
tratada 5 horas y centrifugada es m ´as ´optima por su relaci ´on ID/IG m ´as baja a una
menor cantidad de tiempo de tratamiento.
Estas muestras se les realiz ´o un an ´alisis termogravim ´etrico (CGIQ-ITT, TA Ins- truments TGA Q-500) para poder observar su comportamiento t ´ermico en presencia de aire. En la figura 42 se puede observar como las muestras tratadas con el trata- miento hidrot ´ermicos muestran un aumento en resistencia a la temperatura respecto a la muestra de nanotubos de carbono original (holl´ın), posiblemente relacionado con la disminuci ´on de defectos presentes en los nanotubos de carbono, medida en los es- pectros Raman, puesto que los defectos pueden actuar como punto de partida para la descomposici ´on t ´ermica de los nanotubos en presencia de ox´ıgeno, al ser los sitios m ´as d ´ebiles de la red.
Figura 42: An ´alisis termogravim ´etrico de losBuckypapers.
result ´o ser una t ´ecnica muy eficiente para ello, debido a que los termogramas mues- tran porcentajes en peso residuales muy parecidos entre muestras tratadas y el holl´ın original'11.75 %±1.5 %.
Tambi ´en se realizaron pruebas de conductividad el ´ectrica (CNyN-UNAM, Ecopia HMS-5000), los resultados de esta caracterizaci ´on se pueden observar en el cuadro tres junto con un breve resumen de los resultados obtenidos de las caracterizaciones del tratamiento hidrot ´ermico.
Tabla 3: Resumen de caracterizaciones del tratamientro hidrot ´ermico.
Muestra Dispersi ´on ID/IG Residuo de Fe ( %) σ (S/m2)
BP.Control(Raw-CNT) Mala 0.43 11.95 —
BP.TH(5Hcc) Buena 0.29 11.74 2529
BP.TH(5Hsc) Buena 0.31 — 2250
BP.TH(10 H) Buena 0.30 10.10 2300
BP.TH(20 H) Buena 0.27 13.19 1847
En el cuadro tres se puede apreciar como la conductividad el ´ectrica disminuye en relaci ´on al aumento en tiempo del tratamiento hidrot ´ermico. Esto es asociado a que el ultrasonido rompe los sitios de defecto en los nanotubos de carbono, al tener mayor tiempo de tratamiento habr ´a menor cantidad de defectos y por ende la relaci ´onID/IG
disminuir ´a pero los nanotubos de carbono disminuir ´an su longitud pudiendo aumentar as´ı la resistividad intr´ınseca del material.
Debido a la buena dispersi ´on de nanotubos de carbono, su baja relaci ´on ID/IG
y su alta conductividad el ´ectrica y relativamente bajo tiempo de tratamiento, se de- cidi ´o continuar con la siguiente parte de la experimentaci ´on utilizando la muestra BP.TH(5Hcc) y dejando como tiempo ´optimo de tratamiento hidrot ´ermico el de 5 ho- ras.