Microscopia de força atômica in-situ de superfícies de membranas poliméricas de Nafion com nanopartículas de sílica incorporadas

• Ano de defesa: 2008
• Autor(a) principal: Santos, Danielle Fernandes Amaro dos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa; BR; Física Teórica e Computacional; Preparação e Caracterização de Materiais; Sensores e Dispositivos.; Mestrado em Física Aplicada; UFV
• Palavras-chave em Português: Microscopia de força atômica; Polímero; In-situ; Atomic force microscopy; Polymer; In-Situ; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
• Link de acesso: http://locus.ufv.br/handle/123456789/4229

Fontes de energias renováveis vêm ocupando um espaço importante nas pesquisas científicas. Dentro desse panorama se destacam as Células a combustível de Membrana de Troca Protônica (Proton Exchange Membrane Fuel Cells - PEMFC). Estudos mostram que a elevação da temperatura de operação das PEMFCs resulta no aumento de sua eficiência. Contudo nessas condições de trabalho surge a necessidade de melhorar a retenção de água do eletrólito. O eletrólito tradicionalmente usado nessas células é o polímero Nafion®. Um dos caminhos para melhorar a retenção de água no polímero em temperaturas elevadas é a incorporação de partículas hidrofílicas (ex: sílica). Neste trabalho foi utilizada a microscopia de força atômica (Atomic Force Microscopy - AFM) para caracterizar a superfície de membranas de Nafion com nanopartículas de sílica incorporadas por dois métodos ( Casting e Sol-gel ). Os ensaios de AFM foram realizados in-situ para aproximar as condições de caracterização às condições de operação do eletrólito na PEMFC. Nesses experimentos foi usado o modo semi-contato para evitar a danificação da superfície do polímero. Foram usadas amostras sem nanopartículas incorporadas como base de comparação para identificar a influência da presença das partículas nas características da superfície do eletrólito.As imagens obtidas da amostra fabricada com o método Casting apresentaram dois lados distintos, tanto para amostra sem nanopartículas como para amostra com nanopartículas de sílica incorporadas. O primeiro lado é caracterizado pela presença de ranhuras causadas pelo contato da amostra com o substrato de preparo da membrana. O segundo lado para a amostra sem nanopartículas apresenta baixa rugosidade comparada com mesmo lado para amostra Dopada. Na amostra Dopada pelo método Casting, seu segundo lado é caracterizado por duas regiões, a primeira apresenta a superfície totalmente recoberta por partículas e a segunda uma superfície com partículas esparsas, espalhadas aleatoriamente. As partículas de sílica têm diâmetro médio de (0,3 ± 0,1) µm. As amostras fabricadas pelo método Sol-gel foram produzidas a partir de um filme comercial que também foi caracterizado. As imagens do filme comercial apresentaram lados distintos, um com baixa rugosidade, não atomicamente plano e outro com ranhuras bem orientadas. As imagens da amostra com partículas de sílica incorporadas pelo método Sol-gel apresentam partículas distribuídas aleatoriamente sobre toda a superfície, sem nenhuma diferença significativa entre seus dois lados. Aponta-se que a falta de ranhuras em uma das faces do Nafion Dopado pelo método Sol-gel é resultado do processo de incorporação das partículas de sílica.