@PhDThesis{Silva:2018:CoFiCa,
author = "Silva, Lilian Mieko",
title = "Comp{\'o}sitos de fibras de carbono/diamante/polianilina
interconectados em processos de limpeza de {\'a}guas e
dispositivos de armazenamento de energia",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2018",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2018-05-03",
keywords = "fibras de carbono, filmes de diamante, pol{\'{\i}}meros
condutores, materiais comp{\'o}sitos, capacitores
eletroqu{\'{\i}}micos, pesticidas, carbon fibers, diamond films,
conducting polymers, composite materials, electrochemical
capacitors, pesticides.",
abstract = "{\'A}gua e energia s{\~a}o insumos indispens{\'a}veis para
economias modernas e, quando dependem um do outro, surgem os mais
complexos desafios. O grande problema existente {\'e} a falta de
integra{\c{c}}{\~a}o entre pol{\'{\i}}ticas dos setores de
energia e de {\'a}gua, j{\'a} que estes setores s{\~a}o bem
desenvolvidos individualmente, mas apenas um esfor{\c{c}}o
limitado {\'e} feito para gerenciar as liga{\c{c}}{\~o}es entre
eles. Na ci{\^e}ncia dos materiais, tem-se buscado o
desenvolvimento de materiais para processos de alto desempenho, em
ambos os setores. O aspecto inovador deste trabalho {\'e},
portanto, a obten{\c{c}}{\~a}o de um novo material
comp{\'o}sito tern{\'a}rio que possa ser utilizado tanto na
detec{\c{c}}{\~a}o de pesticida em processos de limpeza de
{\'a}gua, quanto em dispositivos de armazenamento de energia.
Desta forma, este trabalho apresenta a produ{\c{c}}{\~a}o e
caracteriza{\c{c}}{\~a}o de comp{\'o}sitos tern{\'a}rios
formados por fibra de carbono (FC), filme de diamante dopado com
boro e polianilina (PAni). Foram avaliadas diferentes estruturas
de FC, obtidas em diferentes temperaturas de tratamento
t{\'e}rmico. Duas morfologias distintas de filme de diamante
tamb{\'e}m foram produzidas, micro e nanocristalina. Al{\'e}m
disso, analisou-se a influ{\^e}ncia do tempo de
deposi{\c{c}}{\~a}o de PAni por s{\'{\i}}ntese
qu{\'{\i}}mica no desempenho do material comp{\'o}sito.
Ap{\'o}s avaliar a import{\^a}ncia de cada material constituinte
e o desempenho dos comp{\'o}sitos tern{\'a}rios, os eletrodos
com melhor desempenho eletroqu{\'{\i}}mico exibiram
capacit{\^a}ncia espec{\'{\i}}fica de 520 F/g, al{\'e}m de boa
reversibilidade eletroqu{\'{\i}}mica e elevada capacidade de
armazenamento de carga. Estes eletrodos foram utilizados para a
montagem do dispositivo supercapacitor, que apresentou boa
estabilidade c{\'{\i}}clica, com reten{\c{c}}{\~a}o de
capacit{\^a}ncia de 83% depois de 1000 ciclos, al{\'e}m de
efici{\^e}ncia coul{\^o}mbica est{\'a}vel em aproximadamente
99%. Para as medidas de detec{\c{c}}{\~a}o, a s{\'{\i}}ntese
eletroqu{\'{\i}}mica de PAni foi selecionada, avaliando-se duas
metodologias distintas. Foi realizado um estudo do pH do
eletr{\'o}lito por voltametria c{\'{\i}}clica. Depois de
definida a melhor metodologia de s{\'{\i}}ntese
eletroqu{\'{\i}}mica e o pH ideal, foram estudados os
par{\^a}metros de detec{\c{c}}{\~a}o por voltametria de onda
quadrada. Em seguida, foi obtida a curva anal{\'{\i}}tica, que
apresentou uma ampla faixa linear com um limite de
detec{\c{c}}{\~a}o igual a 0,55 \μmol/L, que {\'e}
pr{\'o}ximo dos valores mais baixos encontrados na literatura
para detec{\c{c}}{\~a}o de bentazona por t{\'e}cnicas
voltam{\'e}tricas. Al{\'e}m disso, o eletrodo exibiu boa
repetibilidade e reprodutibilidade, n{\~a}o apresentando
adsor{\c{c}}{\~a}o do analito na superf{\'{\i}}cie do
eletrodo, e permitindo a quantifica{\c{c}}{\~a}o de bentazona
com valores de desvio padr{\~a}o relativo de aproximadamente
0,4%. Desta forma, o comp{\'o}sito tern{\'a}rio produzido neste
trabalho provou-se eficiente em ambas as aplica{\c{c}}{\~o}es
propostas, mostrando-se capaz de promover uma interconex{\~a}o
entre os setores de {\'a}gua e energia de forma eficaz. ABSTRACT:
Water and energy are indispensable inputs to modern economies, and
when they depend on each other, the most complex challenges arise.
The major problem is the lack of integration between policies in
the energy and water sectors, as these sectors are well developed
individually, but only a limited effort is made to manage the
links between them. In materials science, it has been sought the
development of materials for high-performance processes in both
sectors. Therefore, the innovative aspect of this work is to
obtain a new ternary composite material that can be used both for
pesticide detection in wastewater, as well as, for energy storage
devices. In this way, this work presents the production and
characterization of ternary composites formed by carbon fiber
(CF), boron doped diamond film and polyaniline (PAni). Different
CF structures obtained in different heat treatment temperatures
were evaluated. Two distinct diamond film morphologies were also
produced, micro and nanocrystalline. In addition, the influence of
PAni deposition time during chemical synthesis on the performance
of the ternary composite was analyzed. After evaluating the
importance of each constituent material and the performance of the
ternary composites, the electrodes with the best electrochemical
performance exhibited specific capacitance of 520 F/g, as well as
good electrochemical reversibility and high charge storage
capacity. These electrodes were used to assembly the
supercapacitor device, which showed good cyclic stability, with
83% of capacitance retention after 1000 cycles, besides stable
coulombic efficiency of approximately 99%. For the detection
measurements, the electrochemical synthesis of PAni was selected,
evaluating two different methodologies. A study of the electrolyte
pH was carried out by cyclic voltammetry. After defining the best
methodology for electrochemical synthesis and the ideal
electrolyte pH value, the detection parameters for square wave
voltammetry were studied. Afterwards, the analytical curve was
obtained, which showed a wide linear range with a limit of
detection of 0.55 \μmol/L, which is close to the lowest
values found in the literature for bentazon detection by
voltammetric techniques. In addition, the electrode exhibited good
repeatability and reproducibility, showing no analyte adsorption
on the electrode surface, and allowing the quantification of
bentazon with relative standard deviation of approximately 0.4%.
In this way, the ternary composite produced in this work proved to
be efficient in both proposed applications, showing its ability to
promote an effective interconnection between the water and energy
sectors.",
committee = "Ferreira, Neiden{\^e}i Gomes (presidente/orientadora) and Couto,
Andrea Boldarini (orientadora) and Almeida, Dalva Alves de Lima
and Oishi, Silvia Sizuka and Rezende, Mirabel Cerqueira and
Contin, Andr{\'e}",
englishtitle = "Carbon fiber/diamond/polyaniline composites interconnected in
water cleaning processes and energy storage devices",
language = "pt",
pages = "183",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3R5LHT5",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3R5LHT5",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}