Membranas de biocelulose como substrato para o crescimento de nanofios de ZnO: síntese e aplicação

Abstract

Polímeros derivados do petróleo como polietileno tereftalato (PET) e polietileno naftalato (PEN), são utilizados em larga escala como substratos em diversos dispositivos eletrônicos. A crescente preocupação com o meio ambiente nos leva a buscar alternativas sustentáveis na utilização de materiais para fabricação de novas tecnologias. Neste trabalho, com o intuito de avaliar a viabilidade da substituição destes substratos por polímeros naturais, foi explorada uma biocelulose, a celulose bacteriana (CB), secretada por bactérias Acetobacter xylinum, que é um polímero de obtenção ―verde‖, não gerando resíduos ou altos impactos ambientais para ser produzida, além de possuir características desejáveis para ser utilizado como substrato em novos materiais, como resistência mecânica com módulo de Young de 134 GPa, tamanho nanométrico das fibras e transparência. Membranas funcionais foram obtidas pelo crescimento de nanofios de óxido de zinco na sua superfície. Os nanofios de ZnO foram obtidos com comprimento médio de 1,69 ± 0,08 μm e diâmetro de 37,2 ± 4,2 nm. Os materiais foram avaliados estruturalmente pela Difratometria de Raios-x (DRX) e Microscopia Eletrônica de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), e quimicamente utilizando Espectroscopia de Espalhamento Raman e Espectroscopia Vibracional na Região do Infravermelho (FT-IR). Também foram realizadas de medidas de Impedância Elétrica e Análise termogravimétrica (TG/DTG). Por fim os materiais foram testados em três diferentes aplicações: como membrana para fotodegradação de corantes, sensor piezoelétrico e substrato removível para obtenção de fios de ZnO não suportados que se mostraram aplicações viáveis para o material.

Petroleum-derived polymers such as Polyethylene Terephthalate (PET) and Polyethylene Naphthalate (PEN), are largely used as substrates in various electronic devices. The growing concern with the environment leads us to seek sustainable alternatives in the use of materials for the manufacture of new technologies. In this work, in order to assess the feasibility of replacing these substrates by natural polymers, bacterial cellulose (BC) was explored, secreted by bacteria Acetobacter xylinum is a ―green‖ polymer that don’t generate waste or high environmental impacts to be produced, and has desirable characteristics for use as new substrate materials, such as mechanical strength with Young's modulus of 134 Gpa, nano-sized fibers and transparency. Functional membranes were prepared by growing ZnO nanowires on the BC dried membranes surface. The obtained ZnO nanowires presented an average length of 1.69 ± 0.08 m and diameter of 37.2 ± 4.2 nm. Materials were evaluated structurally by X-ray Diffraction (XRD) and High-resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM), chemically using Raman Scattering spectroscopy and Vibrational Spectroscopy in the Infrared Region (FT-IR). Electrical Impedance measurements and thermal gravimetric analysis (TG / DTG) were performed as well. Finally the materials were tested in three different applications: as a membrane for dyes photodegradation, piezoelectric sensor and removable substrate for obtaining unsupported ZnO nanowires that are viable applications for the material.