Ferrofluidos e Dots de Carbono como exemplos de nanomateriais multifuncionais para a conversão de energia

Abstract

A ciência de materiais tem atraído atenção mundial devido à sua ampla gama de aplicações e soluções para problemas globais atuais. Ferrofluidos (FFs) e Nanodots de carbono (CDs) se destacam como promissores coletores de energia de fontes renováveis (por exemplo, térmica ou solar). Nesse contexto, o primeiro objetivo principal desta tese foi investigar as propriedades termodifusivas de ferrofluidos à base de líquidos iônicos à temperatura ambiente (RTILs). Esta classe peculiar de solventes compostos puramente por íons apresenta múltiplas vantagens, como alta estabilidade térmica, baixa pressão de vapor e modesta condutividade, tornando-os altamente apropriados para dispositivos termoelétricos à base de fluidos. Os RTILs explorados são o nitrato de etilamônio (EAN) e a bistriflimida de 1-etil-3-metilimidazólio (EMIM-TFSI). Aqui, foi analisado o papel da natureza dos contra-íons, do teor de água e da aplicação do campo magnético na estabilidade coloidal e, principalmente, nos parâmetros termodifusivos, isto é, os coeficientes Soret e de difusão. A abordagem teórica aplicada a estes sistemas mostrou modelar, descrever e ajustar os dados experimentais de forma bem satisfatória. Mais adiante, em uma perspectiva diferente, pouco se sabia sobre a estabilidade, desenvolvimento de carga superficial e ordem local de nanodots de carbono ricos em nitrogênio (N-CDs). Nesse sentido, o segundo objetivo foi analisar profundamente essas propriedades para dois tipos de N-CDs -- diferindo por suas razões de nitrogênio/carbono (N/C=0,14 e 0,74) -- por meio de uma abordagem multi-escala e de multiplas técnicas experimentais. Os resultados lançam uma nova luz sobre a importância do pH do fluido carreador em dispersões aquosas de N-CDs. Finalmente, o terceiro objetivo era projetar e produzir um novo líquido magnético fluorescente combinando as duas classes de coloides mencionadas anteriormente: ferrofluidos e N-CDs. O nanofluido híbrido aquoso e coloidalmente estável apresenta aspecto visual homogêneo, preservando em grande parte as propriedades magnéticas e fluorescentes de cada um dos nanocomponentes, dessa forma criando a possibilidade de uso em múltiplas formas de aplicações.