Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.ufes.br/handle/10/7453
Título: Caracterização por espectroscopia Raman do endocarpo de babaçu tratado termicamente.
Autor(es): Yapuchura Ocaris, Enrique Ronald
Orientador: Emmerich, Francisco Guilherme
Data do documento: 23-Abr-2014
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Este trabalho trata da caracterização por espectroscopia Raman do endocarpo do coco de babaçu (biomassa nativa do nordeste e centro de Brasil) submetido a temperaturas de tratamento térmico (TTT) entre 800 e 2200 ºC com intervalos de 200 ºC. Temos também amostras tratadas em temperaturas menores (200, 400 e 650 ºC) que permitem observar a evolução estrutural inicial do material. Durante o processo de carbonização, que envolve o tratamento térmico das amostras em atmosfera inerte, se produz grandes mudanças estruturais no material carbonoso estudado, que é do tipo não-grafitizável. A ferramenta usada neste trabalho para observar estas mudanças é a espectroscopia Raman. Esta técnica tem permitido determinar-se o tamanho médio La dos cristalitos tipo-grafite do material na direção dos planos em materiais carbonosos grafitizáveis e grafíticos como nanografites, e avaliar a cristalinidade e os defeitos estruturais. Foram usadas duas energias (EL) de excitação laser: 532 nm (2,33 eV) e 633 nm (1,96 eV). Os espectros Raman de todas as amostras do endocarpo de babaçu carbonizado apresentam as bandas D e G características dos materiais carbonosos. Foi observado o comportamento dispersivo da banda D, onde a frequência do máximo da intensidade varia quando se muda a energia de excitação laser. Esta característica é o contrário do observado na banda G, que exibe um comportamento não dispersivo.As bandas D e G apresentam picos alargados para as amostras com baixas TTT. Com o aumento da TTT as larguras dos picos D e G diminuem e as linhas ficam mais proeminentes devido ao processo de carbonização que sofre o material. Esta carbonização que ocorre com um crescimento expressivo dos cristalitos tipo grafite do material é evidenciada com a aparição da banda G. A banda G pode ser vista com maior clareza nos espectros obtidos com a fonte laser de 532 nm das amostras com TTT a partir de 1800 ºC. Com a fonte laser de 633nm só observamos a banda G na amostra com TTT de 2200 ºC. Nas amostras com TTT a partir de 2000 ºC é observada a presença da banda D, bem como de outros picos menores (2D', D+G , e T+D). As medidas dos valores de L_a do endocarpo de babaçu com TTT entre 800 e 2200 °C obtidas com difração de raios-X foram utilizadas para verificar a relação linear (desenvolvida por Cançado et al. para nanografites) entre L_a e o inverso da razão entre as intensidades integradas das bandas Raman D e G (ID/IG) levando em conta a energia de excitação laser. Observou-se que a dependência de Lacom a energia de excitação laser, como sugerido por Cançado et al., foi fundamental para colocar as medidas Raman obtidas a diferentes energias laser sobre a mesma curva. Entretanto,a reta de (I_D⁄I_G ) E_L^4 em função de 1/L_acom melhor coeficiente de correlação para o endocarpo de babaçu tratado termicamente não passa pela origem como nos nanografites. Nossos resultados indicam que para materiais carbonosos não-grafíticos como o endocarpo de babaçu tratado termicamente, a expressão de Cançado et al. requer a adição de um termo constante (de um coeficiente linear) negativo na reta de (I_D⁄I_G ) E_L^4 em função de 1/L_a. A nova expressão obtida indicou que o tamanho máximo da dimensão La dos cristalitos no endocarpo babaçu tratado termicamente é da ordem de 11 nm, que é um valor compatível para um material carbonoso não-grafítizável. Seria importante que pesquisas futuras com outros materiais pudessem verificar os resultados aqui obtidos, inclusive nos valores das constantes obtidas (coeficiente angular e coeficiente linear dos ajustes). Foram também observadas linhas Raman devido a presença de estruturas contendo silício no material. Na TTT de 800 °C temos regiões da amostra com uma linha associada à presença de SiO2, enquanto na TTT de 2000°C temos uma linha associada à presença de SiC. Isto acontece porque o endocarpo de babaçu contém SiO2 na parte mineral (cinzas), que se transforma em SiC a partir da TTT de 1200 °C, como é verificado com outras técnicas. As linhas Raman devido à presença de silício (na forma de SiO2 ou SiC) não são observadas em todos os espectros pois as estruturas contendo silício não estão uniformemente distribuídas em todo o material do ponto de vista microscópico, como é detalhado num mapeamento da amostra com TTT de 800 °C. O detalhamento das mudanças estruturais envolvendo silício com a técnica de espectroscopia Raman será reportado em maiores detalhes em trabalhos futuros.
This work deals with the characterization by Raman spectroscopy of the endocarp of babassu coconut (a native biomass in the Northeast and Central Brazil) subjected to heat-treatment temperatures (HTT) between 800 and 2200° C with intervals of 200° C. We have also samples heat treated at lower temperatures (200, 400 and 650 ºC) that allowus to observe theinitial structural evolution of the material. During the carbonization process, which involves heat treatment of the samples in an inert atmosphere, large structural changes in the studied carbon material (which is non-graphitizable) are produced. The used tool in this work to observe these changes is Raman spectroscopy. This technique has allowed determining thein-plane average size Laof the graphite-like crystallites of the materialfor graphitizable and graphitic carbons such as nanografites, and evaluatingthe crystallinity and the structural defects.Two different laser excitation energies (EL) were used: 532 nm (2,33 eV) and633 nm (1,96 eV).The Ramanspectra ofall samples of heat treated endocarp of babassu coconutpresent the bands Dand Gcharacteristics of carbonaceous materials. The dispersivebehavior of theDbandwas observed, wherethe frequency ofmaximumintensityvarieswhen changingthelaserexcitation energy.Such behavioris the oppositeof that observedin theGband, whichexhibits anon-dispersivebehavior.TheDand G bandshavebroadpeaksfor the sampleswith lowHTT. With increasingHTTthe widthsof the peaksDand Gdecrease andthe linesbecomes more prominent due tocarbonizationprocess.Thiscarbonization that occurswith asignificant growthofthe graphite-likecrystallites of the materialis evidencedby the appearanceof theG'band. TheG’ band can be seenmore clearlyin the spectraobtainedwith the532 nmlasersourcewithHTTsamplesfrom1800 °C.Withthe lasersource of633nmtheG'bandis onlyobservedin the samplewithHTTof 2200ºC.Insamples from the withHTTof2000 °Cthe presenceof theD’bandisobserved, as well as otherminor peaks(2D', D+G,and T+D).Measurements of Lavalues for the samples with HTT between 800 and 2200°C obtained with x-ray diffraction were used to verify the linear relationship (developed by Cançado et al. for nanografites) between Laand the inverse of the ratio of integrated intensities of the Raman bands Dand G(ID/IG)taking into account the laser excitation energy. It was observed that the dependence of Laon the laser excitation energy, as suggested by Cançado et al., was fundamentalin putting the Raman measurements obtained at different laser energies in the same curve. However thestraight lineof (𝐼𝐷𝐼𝐺)𝐸𝐿4as a function of 1/𝐿𝑎with the best correlation coefficient for the heat-treated endocarp of babassu coconut does not pass through the origin as in nanografites. Our results indicate that for non-graphitizable carbons such as the heat-treated endocarp of babassu coconut the expression of Cançado et al. require the addition of a negative constant term (a linear coefficient)in the straight line of (𝐼𝐷𝐼𝐺)𝐸𝐿4as a function of 1/𝐿𝑎.The new obtained expression indicated that the maximum size of the crystallite size Lafor heat treated endocarp of babassu coconut is of the order of 11 nm, which is compatible value fora non-graphitizable material. It would be important that future works with other materials could check the results here obtained, including the values of the obtained constants (angular coefficient and linear coefficient of the fitting).Raman lines due to the presence of structures containing Silicon in the materialwere also observed.In the HTT of 800°C we have regions of the sample with a line associated with the presence of SiO2, while in In the HTT of 2000°C we have a line associated with the presence of SiC.This occurs isbecause the endocarp of babassu contains SiO2in the mineral matter (ashes), which is transformed into SiCfrom HTT of 1200°C, as it is verified with other techniques. The Raman lines due to the presence of silicon (in the form of SiO2or SiC) are not observed in all spectra, because the structures containing silicon are not evenly distributed throughout the material from the microscopic point of view, as it is detailed in a mapping of the sample with HTT of 800°C. Thestructural changes involving silicon studied with Raman Spectroscopy will be reported in more detailsin future works.
Este trabajo aborda la caracterización por espectroscopia Raman del endocarpio cocodebabasú (biomasa nativa en el noreste y centro de Brasil) sometida a temperaturas de tratamiento térmico (TTT) entre 800 a 2200°C con intervalos de 200 °C. También tenemos muestras tratadas atemperaturas menores(200, 400 e 650 ºC) que permiten observar laevoluciónestructuralinicial del material. Durante el proceso de carbonización, que consiste en el tratamiento térmico de las muestras en una atmósfera inerte, produce grandes cambios estructuralesen el material carbonoso estudiado, que es del tipo no grafitizable. La herramienta utilizada en este trabajo para observar estos cambios es la espectroscopia Raman.Esta técnica ha permitido determinar el tamañoLamediodeloscristalitostipo-grafitodelmaterial en la dirección de los planos en materiales carbonosos grafitizáveis,grafito comoennanografitos, y evaluar la cristalinidad y los defectos estructurales.Fueron utilizadas dos energías(EL) de excitación laser 532 nm (2.33 eV) y 633 nm (1,96 eV).Los espectros Raman de todas las muestras del endocarpio babasú carbonizado presentan las bandas Dy Gcaracterísticas delosmateriales carbonosos. Fue observado el comportamiento dispersivo de la banda D,donde la frecuencia del máximo de la intensidad varíacuando se cambia la energía de excitación laser. Esta característica es contrario a lo observado en labanda Gqueexhibe un comportamiento no dispersivo. Las bandas Dy Gpresentan picos anchos paralas muestras con baja TTT. Con el aumento de la TTT el anchodelos picos tienden a disminuir y las líneas quedan más prominentesdebido a la carbonización que sufre el material. Esta carbonización ocurre con un crecimiento expresivo de los cristalitos tipo grafito del material que es verificada con la aparición de la banda G'. La banda G' puede verse con mayor claridad en los espectros obtenidos con la fuente laser de 532 nm de las muestras con TTT a partir de 1800 °C.Conlafuente de laser 633 nmsólo observamos la banda G’enla muestra con TTT a 2200°C. En muestras con TTT de 2000 °C seobserva la presencia de la banda D’ así como y otros picos más pequeños (2D', D+Gy T +D).Las mediciones de valoresdeLadel endocarpio babasú con TTT entre 800 y 2200 °C obtenido con difracción de rayos x fueron utilizados para verificar la relación lineal (desarrollada por Cançado et de nanografites) entre Lay el inverso de la relación de las intensidades integradasde las bandas Raman Dy G(ID/IG) teniendo en cuenta la energía de excitación del láser. Se observó que la dependencia deLacon laenergía de excitación laser,como fuesugerido por Cançadoet al., fue fundamental para colocar las medidas Raman obtenidas a diferentes energías laser sobre la misma curva. Sin embargo la rectade (𝐼𝐷𝐼𝐺)𝐸𝐿4en función de 1/𝐿𝑎con mejor coeficiente de correlaciónpara el caso del endocarpio de babasú tratado térmicamente no pasa por el origen como en los nanografitos. Nuestros resultados indican que para materiales carbonosos no grafiticos como el endocarpio de babasútratado térmicamente, la expresión de Cançado et al. requiere de la adición de un término constante (de un coeficiente lineal) negativo en la recta de𝐼𝐷𝐼𝐺)𝐸𝐿4en función de 1/𝐿𝑎. La nueva expresión obtenida indico que o tamaño máximo de la dimensión Lade los cristalitos enel endocarpio de babaçu tratado térmicamente es en el orden de 11 nm, que es un valor compatible para un material carbonoso no grafitizable. Seríaimportante que en trabajos futuros con otros materiales se puedan verificar los resultados aquí obtenidos, inclusive en los valores de las constantes obtenidas (coeficiente angular e coeficiente lineal de los ajustes).Fueron también observadas líneas Raman debido a la presencia de estructuras conteniendo silicio en el material. En la TTT de 800 ºC tenemos las regiones de la muestra con una línea asociada a la presencia de SiO2 , sin embargo en la TTT de 2000 ºC tenemos una línea asociada a la presencia del SiC. Esto sucede porque el endocarpio de babasú contiene SiO2,en la parte mineral (cenizas), que se transforma en SiC a partir de la TTT de 1200 ºC como é verificado con otras técnicas. Las líneas Raman debido a la presencia de silicio (en la forma de SiO2o SiC) no son observadas en todos los espectros, pues las estructuras conteniendo silicio no están uniformemente distribuidas en todo el material del punto de vista microscópico, como es detallado en un mapeamento de la muestra de con TTT de 800 ºC. El detalle de los cambios estructurales que envuelven silicio con la técnica de espectroscopia Raman será reportado en mayores detalles en trabajos futuros.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/7453
Aparece nas coleções:PPGFIS - Dissertações de mestrado

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
tese_7717_Dissertação Enrique Ronald Y. Ocaris.pdf1.3 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.