Este artigo explora o uso do espalhamento dinâmico de luz despolarizado para medir a razão axial (índice axial) de partículas anisotrópicas, como nanotubos de carbono. A técnica envolve a análise do espalhamento de luz polarizada e despolarizada, fornecendo informações sobre o movimento translacional e a rotação das partículas. A partir dos coeficientes de difusão translacional e rotacional, obtidos por meio da equação de Kirkwood-Riseman, é possível calcular as dimensões dos nanotubos, como os comprimentos dos eixos longo (L) e curto (d). O artigo também apresenta medições realizadas com nanotubos de carbono de paredes múltiplas dispersos em solução, destacando a eficácia da técnica para obter resultados precisos sobre a razão axial de partículas em forma de bastão.
Objetivo do Estudo: Determinar a Razão Axial de Nanotubos de Carbono
O principal objetivo do estudo foi medir a razão axial dos nanotubos de carbono, determinando as dimensões dos eixos longo (L) e curto (d) das partículas anisotrópicas.
Resultados Obtidos com o Uso de Espalhamento Dinâmico de Luz Despolarizado
Os resultados do estudo confirmam a eficácia da técnica de espalhamento dinâmico de luz despolarizado para medir a razão axial dos nanotubos de carbono e outras partículas anisotrópicas.
Impacto do Estudo em Setores como Nanotecnologia, Biomedicina e Indústria
Os resultados do estudo têm impactos significativos em diversas áreas, como nanotecnologia, biomedicina, e indústrias automobilística e aeroespacial, proporcionando avanços em materiais e sistemas de liberação de medicamentos.
Teoria do Estudo
Quando uma amostra é irradiada por luz incidente polarizada verticalmente, o espalhamento polarizado, IVV, é dado pela luz que passa por um polarizador orientado verticalmente. A luz espalhada obtida com um polarizador orientado horizontalmente é chamada de espalhamento despolarizado e é expressa por IHV. Enquanto o espalhamento polarizado depende principalmente do movimento translacional das partículas, o espalhamento despolarizado deriva da anisotropia óptica das partículas no meio de espalhamento.
Se as partículas forem esféricas, o espalhamento despolarizado será igual a zero. Se as partículas, como as partículas em formato de bastão, girarem, a intensidade do componente despolarizado varia com o movimento. A medição fornece informações sobre a rotação das partículas opticamente anisotrópicas.
Quando medimos o espalhamento dinâmico de luz com o polarizador orientado horizontalmente em frente ao detector, obtemos informações sobre a rotação das partículas (coeficiente de difusão rotacional).
A equação (1) dá a função de correlação.
Aqui, Dt representa o coeficiente de difusão translacional, Dr o coeficiente de difusão rotacional, e q () o vetor de espalhamento.
Se plotarmos Γ (constante de decaimento obtida ao medir o espalhamento dinâmico de luz despolarizado variando o ângulo de medição e plotando) no eixo vertical contra q² no eixo horizontal, como mostrado na figura 1, obtemos 1/6 da interseção como Dr. A inclinação é Dt.
Podemos calcular os comprimentos do eixo longo (L) e do eixo curto (d) a partir de Dr e Dt usando a relação de Kirkwood-Riseman (1) expressa pela equação (2).
A razão axial (índice axial) é dada por L/d.
traduzidas:
Aqui, T é a temperatura absoluta, k é a constante de Boltzmann, e η é a viscosidade do meio.
Medições
Além das informações sobre o movimento translacional, o espalhamento dinâmico de luz despolarizado fornece informações sobre a rotação de partículas anisotrópicas (partículas em forma de bastão), ou o coeficiente de difusão rotacional. Usando o coeficiente de difusão rotacional obtido e o coeficiente de difusão translacional, podemos determinar os comprimentos do eixo longo (L) e do eixo curto (d) com base na equação de Kirkwood-Riseman e calcular a razão axial (índice axial).
Dispersamos nanotubos de carbono de paredes múltiplas (Aldrich: comprimento de 0,5 a 2,0 µm, diâmetro externo de 20 a 30 nm, diâmetro interno de 1 a 2 nm) em uma solução aquosa de dodecil sulfato de sódio a 1% com concentração de 0,002% em peso e realizamos medições de espalhamento dinâmico de luz despolarizado. Como os resultados obtidos estavam dentro da faixa de valores assumidos, assumimos que a razão axial obtida é um resultado apropriado. Embora a melhoria nas condições de dispersão da amostra seja essencial, o método de espalhamento dinâmico de luz despolarizado é capaz de obter a razão axial de partículas em forma de bastão e espera-se que forneça informações valiosas.
Tabela 1: Resultados das medições de nanotubos de carbono obtidos por espalhamento dinâmico de luz despolarizado
Definições Técnicas e Aplicações dos Termos no Estudo de Nanotubos de Carbono
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1. Espalhamento Dinâmico de Luz Despolarizado
O espalhamento dinâmico de luz despolarizado é uma técnica utilizada para estudar a rotação e o movimento das partículas em suspensão. Quando a luz polarizada interage com essas partículas, ela se espalha de forma diferente dependendo da orientação e do movimento delas. Isso permite analisar não apenas a movimentação translacional das partículas, mas também seu comportamento rotacional, proporcionando informações valiosas sobre suas propriedades físicas.
2. Razão Axial (Índice Axial)
A razão axial, também conhecida como índice axial, é a relação entre o comprimento do eixo longo (L) e o eixo curto (d) de partículas anisotrópicas, como as partículas em forma de bastão. Esse valor é importante para descrever a forma das partículas e entender como elas se comportam em diferentes meios. A razão axial ajuda a classificar a geometria das partículas, o que é essencial em estudos de materiais e nanotecnologia.
3. Coeficiente de Difusão Translacional
O coeficiente de difusão translacional mede a taxa de movimento das partículas em um meio, ou seja, sua capacidade de se deslocar ao longo do espaço. Esse coeficiente é fundamental para entender como as partículas se espalham e interagem com o meio em que estão dispersas. Quanto maior o coeficiente, mais rápido será o movimento translacional das partículas.
4. Coeficiente de Difusão Rotacional
O coeficiente de difusão rotacional descreve a taxa de rotação das partículas, indicando com que velocidade elas giram ao longo de seus eixos. Esse parâmetro é crucial para estudar partículas anisotrópicas, como os nanotubos de carbono, e fornece informações sobre a viscosidade do meio e as propriedades de interação das partículas.
5. Nanotubos de Carbono
Os nanotubos de carbono são estruturas formadas por átomos de carbono dispostos em forma de cilindros. Esses materiais possuem propriedades excepcionais, como alta resistência mecânica e boa condutividade elétrica, o que os torna essenciais em diversas áreas da nanotecnologia. Eles são usados em tudo, desde componentes eletrônicos até sistemas de liberação de medicamentos, devido à sua flexibilidade e força.
6. Equação de Kirkwood-Riseman
A equação de Kirkwood-Riseman relaciona os coeficientes de difusão translacional e rotacional com as dimensões das partículas anisotrópicas. Essa fórmula é utilizada para calcular as propriedades geométricas de partículas como os nanotubos de carbono, ajudando a entender melhor seu comportamento em meios dispersantes. A equação é crucial para a caracterização de partículas em diversos estudos científicos.
7. Dodecil Sulfato de Sódio (SDS)
O dodecil sulfato de sódio (SDS) é um tensioativo amplamente utilizado em experimentos de dispersão de partículas. Sua principal função é estabilizar a solução e evitar a agregação das partículas, facilitando a medição de suas propriedades. O SDS é essencial em estudos de espalhamento de luz, pois garante uma boa dispersão das partículas, permitindo uma análise precisa de seu comportamento dinâmico.
