Exfoliation and functionalization of MoS2 nanosheets: development of new elastomeric materials
| Autor: | Fiel, Rodrigo de Souza Penha |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Leite, Edson Roberto |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2021 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Repositório Institucional da UFSCAR Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
| Popis: | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Two-dimensional materials, such as MoS2, have been extensively studied in recent decades due to their excellent properties in electronics, electrocatalysis, optics and mechanics. A major focus in recent research resides in the surface modification of the MoS2 structure through covalent or non-covalent functionalization for the development of new functional materials. Within this perspective, this work initially presents a simple approach of liquid phase exfoliation, assisted by an ultrasound bath, to exfoliate and functionalize, in a single step, MoS2 dispersed in a polybutadiene (PB) solution forming functionalized nanosheets (f-MoS2). In the synthesis step, the influence of the synthesis temperature on the concentration of functionalized PB was verified. Then, the functionalized nanosheets were incorporated at different loadings in a PB matrix and subsequently vulcanized only with sulfur. The elastomeric nanocomposites (f-MoS2/PB) were subjected to mechanical tests to evaluate the influence of f-MoS2 on mechanical properties such as Young's modulus and elongation at break. In addition, the rubber nanocomposites were also submitted to swelling tests in MEK and toluene and compared with the swelling of traditional rubbers (nitrile and fluorinated). Hence, the set of results allows us to conclude that it is possible to control the concentration of functionalized PB in MoS2 nanosheets by varying the ultrasound synthesis temperature. The f-MoS2 nanosheets promote a significant mechanical improvement in which it is possible to control the Young's modulus and the elongation at break of nanocomposites. Furthermore, there is a notable reduction in the swelling-ratio in MEK and toluene with the addition of f-MoS2 which can be even compared to traditional nitrile and fluorinated rubbers. The statistical results showcase that it is possible to modulate the swelling-ratio of the elastomers by varying the concentration of f-MoS2 or its synthesis temperature. Materiais bidimensionais, como o MoS2, têm sido extensivamente estudado nas últimas décadas devido as suas excelentes propriedades em eletrônica, eletrocatálise, ótica e mecânica. Um grande foco na pesquisa recente reside na modificação superficial da estrutura do MoS2 por meio de funcionalização covalente ou não covalente visando o desenvolvimento de novos materiais funcionais. Dentro desta perspectiva, este trabalho inicialmente apresenta uma abordagem simples de esfoliação em fase liquida assistida por banho de ultrassom para esfoliar e funcionalizar, em uma única etapa, MoS2 disperso em uma solução de polibutadieno (PB) formando nanofolhas funcionalizadas (f-MoS2). Na etapa de síntese, verificou-se a influência da temperatura de síntese na concentração de PB funcionalizado. Em seguida, as nanofolhas funcionalizadas foram incorporadas em diferentes concentrações em uma matriz de PB e posteriormente vulcanizados apenas com enxofre. Os nanocompósitos elastoméricos (f-MoS2/PB) foram submetidos a ensaios mecânicos para avaliar a influência do f-MoS2, nas propriedades mecânicas como módulo de Young e elongação na ruptura. Além disso, as borrachas também foram submetidas a ensaios de inchamento em MEK e tolueno e comparadas com o inchamento de borrachas tradicionais (nitrílica e fluorada). Nesse sentido, o conjunto de resultados obtidos permite concluir que é possível controlar a concentração de PB funcionalizado nas folhas de MoS2 variando a temperatura de síntese da esfoliação. As nanofolhas f-MoS2s promovem uma melhoria mecânica significativa na qual é possível controlar o modulo de Young e a elongação na ruptura dos nanocompósitos. Além disso, há uma redução notável no grau de inchamento em MEK e em tolueno com a adição de f-MoS2 que podem ser comparados inclusive com as borrachas nitrílicas e fluoradas tradicionais. Os resultados estatísticos permitem concluir que é possível modular o grau de inchamento dos elastômeros variando a concentração de f-MoS2 ou sua temperatura de síntese de esfoliação 2016/2493-0 |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|