Seis métodos principais de modificação do óxido de zinco nano
O nanoóxido de zinco é um novo tipo de material químico inorgânico fino funcional. Devido ao seu pequeno tamanho de partícula e grande área superficial específica, possui propriedades físico-químicas únicas em química, ótica, biologia e eletrónica. É amplamente utilizado em aditivos antimicrobianos, catalisadores, borracha, corantes, tintas de impressão, revestimentos, vidro, cerâmicas piezoelétricas, optoelectrónica e aplicações químicas diárias, sendo bastante promissor em termos de desenvolvimento e utilização.
No entanto, devido à sua grande área superficial específica e elevada energia superficial específica, o nanoóxido de zinco apresenta uma forte polaridade superficial, propenso à autoaglomeração e difícil de dispersar uniformemente em meios orgânicos, limitando significativamente o seu nanoefeito. Portanto, a dispersão e a modificação da superfície dos pós de nanoóxido de zinco são tratamentos essenciais antes que os nanomateriais possam ser aplicados em matrizes.
1. Modificação de Tensoativos
A modificação dos tensioativos envolve a interação eletrostática dos tensioativos para formar um revestimento orgânico na superfície dos nanomateriais, melhorando assim a sua compatibilidade com as matrizes orgânicas.
Embora a modificação dos tensioativos seja um processo simples, a sua eficácia é geralmente baixa, dificultando a formação de um revestimento estável e robusto na superfície dos nanomateriais.
2. Modificação Mecanoquímica
A modificação mecanoquímica utiliza forças mecânicas para alterar as propriedades físicas e químicas dos nanomateriais, aumentando assim a sua afinidade e reatividade com outras substâncias.
No entanto, a modificação mecanoquímica é normalmente muito demorada e geralmente apresenta resultados insatisfatórios para os nanomateriais.
3. Modificação de Alta Energia
A modificação de alta energia envolve a polimerização de monómeros de compostos orgânicos utilizando tratamento de plasma ou radiação, que depois reveste a superfície do nanomaterial.
A modificação de alta energia geralmente consegue melhores resultados do que os dois métodos anteriores, mas apresenta desvantagens como o elevado consumo de energia e a dificuldade técnica.
4. Modificação por Esterificação
A esterificação é um método de modificação de superfície que utiliza grupos de ácido carboxílico em modificadores, como ácidos gordos superiores ou ácidos orgânicos insaturados, para reagir com grupos hidroxilo na superfície de um nanomaterial e obter a esterificação.
O método de esterificação é simples, mas o seu efeito de modificação é baixo e geralmente necessita de ser utilizado em conjunto com um agente de acoplamento.
5. Enxerto de Polímero
O enxerto de polímero envolve primeiro o enxerto de um monómero de polímero na superfície de um nanomaterial, depois o início de uma reação de polimerização para estender a cadeia carbónica e, finalmente, permitir que o polímero cubra todo o nanomaterial.
O método de enxertia de polímero é complexo de operar e o efeito da modificação é afetado por vários fatores, dificultando a sua ampla aplicação.
6. Modificação por Agente de Acoplamento
Um agente de acoplamento baseia-se num elemento de silício ou metal, com dois grupos diferentes em cada lado que se podem ligar a matrizes inorgânicas e orgânicas. Estes três componentes trabalham em conjunto para obter a modificação química do nanomaterial. O óxido de nanozinco foi modificado com o agente de acoplamento de silano APS. Tanto o óxido de nanozinco modificado como o não modificado foram dispersos em etanol anidro para preparar tintas de impressão para utilização como materiais de camadas de transporte de eletrões em células fotovoltaicas. O desempenho das duas tintas foi então comparado. Os resultados mostraram que o óxido de nanozinco modificado foi melhor disperso em etanol anidro e permaneceu aglomerado durante 12 meses. O material da camada de transporte de eletrões preparado com este agente apresentou uma maior eficiência de transferência de eletrões e conseguiu cumprir os padrões de desempenho do dispositivo em espessuras mais finas.
O óxido de nanozinco foi quimicamente modificado utilizando agentes de acoplamento de silano contendo grupos funcionais gliciloxi e amino. Tanto o óxido de nanozinco modificado como o não modificado foram incorporados em revestimentos epóxi para testes de resistência ao intemperismo. Os resultados mostraram que os revestimentos epóxi que incorporam óxido de nanozinco modificado com o agente de acoplamento gliciloxisilano apresentaram alterações significativamente menores no ângulo de contacto, cor e grupos carbonilo após 450 horas de intemperismo acelerado, demonstrando uma resistência ao intemperismo significativamente melhorada em comparação com os revestimentos epóxi contendo óxido de nanozinco não modificado.
O método do agente de acoplamento é o método de modificação mais promissor devido à sua simplicidade, bom efeito de modificação e baixo custo.
Comparando os vários métodos de modificação de superfície acima referidos, e considerando tanto o efeito da modificação como a dificuldade, pode-se observar que o método de esterificação e o método do agente de acoplamento são mais adequados para a modificação de superfície de nanomateriais.