| dc.description.abstract | RESUMEN:
En el presente trabajo es expuesto el método de fabricación de un material nanocompuesto de
matriz polimérica, reforzado con nanotubos de Carbono de pared múltiple. De igual manera es
presentada la caracterización a nivel micro y nanoscópico de este material, en la cual fueron
determinadas algunas propiedades y la influencia de las nanoestructuras en las mismas.
La manipulación de la materia ha permitido al hombre tener la capacidad de combinar materiales,
con el fin de obtener elementos de mayor resistencia, y con ello satisfacer muchas de sus
necesidades y lograr grandes avances tecnológicos. De este modo, el concepto de material
compuesto ha sido estudiado y aplicado desde tiempos inmemorables, y su evolución ha
posibilitado integrar disciplinas emergentes como la nanotecnología para dar paso a nuevos tipos
de materiales con importantes repercusiones en la ciencia, gracias a las propiedades que estos
pueden alcanzar. Aunado a esto, los nanotubos de Carbono son nanoestructuras de gran
relevancia investigativa, debido a sus características de alto impacto, las cuales han planteado la
alternativa de ser usados como refuerzos para otros materiales. Por otro lado, los polímeros han
sido considerados como candidatos viables para matrices en estos nanocompuestos, que de lograr
las propiedades esperadas, supondría el uso de los mismos en diversos y novedosos campos de
aplicación.
A su vez, este proyecto contempla una revisión teórica de los polímeros, especificamente los
termoplásticos, ya que estos son materiales de alto grado de demanda en aplicaciones industriales
y uno de los candidatos más favorables para ser utilizado como matriz en materiales compuestos.
De igual forma fueron explicadas algunas características básicas de los nanotubos de Carbono,
para conocer sus clasificaciones y algunas de sus propiedades principales y así entender la forma
como influyen en el comportamiento del nanocompuesto. Posteriormente también fueron
explicados algunos conceptos teóricos de los principios de funcionamiento de las técnicas de
caracterización utilizadas, ya que comprender estos es indispensable para llevar a cabo una
correcta interpretación y análisis de los resultados conseguidos durante la investigación.
El desarrollo del trabajo tomó como punto de partida la determinación de una metodología
adecuada para la síntesis y caracterización del nanocompuesto. Una vez establecida, esta fue
puesta en marcha iniciando con la síntesis de los nanotubos de Carbono por medio del proceso
Resumen ii
Síntesis y caracterización de nanocompuesto de nanotubos de Carbono de pared múltiple
(MWCNTS) y matriz polimérica
de deposición química de vapor. Posteriormente los nanotubos fueron caracterizados de manera
morfológica, química y estructural, para consecuentemente determinar su favorabilidad de
combinación con el polímero, el cual fue polietileno. Este proceso se llevó a cabo a través de
mezcla por fusión con un extrusor de doble husillo, que permite una buena dispersión de las
nanoestructuras en la matriz.
El compuesto fue analizado por medio de distintas técnicas de caracterización, para determinar
los efectos que generan los nanotubos sobre el polímero. En primer lugar la espectroscopia por
difracción de rayos-X permitió estudiar la estructura amorfa del material obtenido. El análisis
morfológico realizado a través de microscopia electrónica de barrido y de fuerza atómica,
comprobó que los nanotubos fueron dispersados en buna manera sobre el polietileno, sin
embargo existen zonas de aglomeración debido a las interacciones fuertes inherentes en los
nanotubos. Por otro lado la técnica de microscopia de fuerza atómica de conductividad permitió
estudiar el comportamiento eléctrico del material, encontrando que los nanotubos aportan
características de semiconductor al polímero.
El nanocompuesto fue caracterizado igualmente por medio de la espectroscopia Terahertz con
domino en el tiempo, como un método novedoso para evaluar sus capacidades electromagnéticas.
Con esta prueba fue posible comprobar su carácter absorbente en el rango THz, que a la vez
reafirma el comportamiento de conductor eléctrico. Con tal resultado es posible plantear
aplicaciones del material sintetizado, tales como componentes electrónicos y materiales
absorbentes de ondas electromagnéticas, los cuales fueron explicados en esta investigación.
Si bien fueron encontradas características relevantes para explicar los beneficios de estructuras
como los nanotubos de Carbono en materiales poliméricos termoplásticos, este estudio también
revelo las limitantes relacionadas a los procesos utilizados y la necesidad de modificar las
nanoestructuras con el fin de obtener resultados de mayor impacto. Por esta razón, este trabajo
plantea también las direcciones a las que pueden dirigirse trabajos futuros en relación a este tipo
de materiales, para lograr obtener nanocompuestos con propiedades homogéneas y mejoradas,
que a su vez permitan ser una solución económica y de mayor eficienciaen diversas áreas del
conocimeinto.
ABSTRACT:
In the following work is exposed the fabrication method of a polymeric matrix nanocomposite,
reinforced with multi-walled Carbon nanotubes. In the same way it is presented the micro and
nanoscopic level characterization of this material in which, it was determined some properties
and the nanostructures influence in them.
The matter handling has allowed the human the capacity of combine materials, in order to obtain
more resistant materials and satisfying most of their needs and making important technological
advances achievement. There by, the composite concept has been studied and applied since
unmemorable times, and its evolution make possible other discipline integrations such as
nanotechnology, leading to a new types of materials with relevant incidence on science, due to
the properties that materials can reach. Carbon nanotubes are a great relevance nanostructures,
due to their high impact characteristics, in which is stablished an alternative for reinforced
materials fabrication. Added to this, polymers have been considered as viable candidates for
matrices in these nanocomposites, which if they achieve the expected properties, it would imply
the use of them in diverse and novel fields of application.
Also, this project looks at theoretical review of polymers, particularly thermoplastics, because
these are high demanded materials in industrial applications and one of the most favorable
candidates for nanocomposite matrices. By the other hand, it was explained some of the Carbon
nanotubes basic characteristics, to know their classification and principal properties and
understand how they influence in the nanocomposite behavior. Followed by this, it was also
explain some theoretical concepts of the used characterization technics, since they are essentials
to carry through a correct results interpretation and analysis, during the research.
The work development takes as starting point the suitable methodology determination for the
nanocomposite synthesis and characterization, initiating with Carbon nanotubes synthetization by
chemical vapor deposition process. Subsequently, nanotubes were characterized in a
morphological, chemical and structural manner, in order to determine their favorability of
combination with the polymer, which was polyethylene. This process was made by melt mixing
with a twin screw extruder, which allows a good dispersion of the nanostructures in the matrix.
Abstract iv
Síntesis y caracterización de nanocompuesto de nanotubos de Carbono de pared múltiple
(MWCNTS) y matriz polimérica
The composite was analyzed by different characterization technics, to determine the effects that
nanotubes generate on the polymer. At first, the X-ray diffraction spectroscopy allow to study the
amorphous structure of the obtained material. The morphologic analysis, carried out by scanning
electron microscopy and atomic force microscopy, proved the nanotubes were disperse in good
manner on the polymer, however there are agglomeration zones, due to the strong interactions
between Carbon nanotubes. On the other hand, the conductive atomic force microscopy allows
studying the material’s electric behavior, finding that nanotubes contribute to semi-conductive
characteristics in the polymer.
Nanocomposite was also characterized by Terahertz time domain spectroscopy, as a novel
method to evaluate its electromagnetic capability. With this test it was possible to prove the
absorbent character in THz range, reasserting the electric conductive behavior too. Such results
allow setting some prospective material applications, such as electronic components and
electromagnetic waves absorber materials, which were explained in the following investigation.
Although relevant characteristics were found to explain the benefits of structures such as Carbon
nanotubes in thermoplastic polymeric materials, this study also revealed the limitations related to
the processes used and the need to modify the nanostructures in order to obtain results with
greater impact. For this reason, this work also raises the directions to which future work can be
directed in relation to this type of materials, in order to obtain nanocomposites with homogeneous
and improved properties, which at the same time allow being an economical and more efficient
solution in diverse areas of knowledge | |
