Pontos quânticos de carbono incorporados à mantas nanofibrosas poliméricas

dc.contributor.advisorUgucioni, Júlio César
dc.contributor.co-advisorCotta, Alexandre Alberto Chaves
dc.contributor.refereeOsório, Jonas Henrique
dc.contributor.refereeSilva, Ana Luiza Costa
dc.creatorSiqueira, Viviani Salomão Teixeira
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/5121626286066010
dc.date.accessioned2025-10-07T14:22:32Z
dc.date.issued2025-05-28
dc.description.abstractThis work presents the development and characterization of polymeric nanofibrous mats made of polystyrene in its crystal (PS) and expanded (EPS) forms, functionalized with carbon quantum dots (CQDs) for potential application in sensors. The CQDs were synthesized from citric acid through thermal carbonization. In this method, citric acid is carbonized and poured into solvents or solvent mixtures. Ethanol and two ethanol–chloroform mixtures (50% v/v and 5% v/v) were used. The CQDs were evaluated based on their optical absorption and emission properties. A shift in the ab- sorption of the samples produced with the 50% v/v ethanol–chloroform mixture was observed. As for the emission, no difference in the wavelength was noted. This absorption shift resulted in lower Stokes shift values. The fibers containing carbon quantum dots were produced using the Solution Blow Spinning (SBS) technique, resulting in fibrous mats with average diameters (XC) ranging from 1.75 to 1.44 μm. Regarding the Raman spectroscopy results, the fibers exhibited typical cha- racteristics of PS and EPS, suggesting that the technique did not affect the chemical structure of the polymers used. Micrographs showed fibers with varied orientations and surface morphology featuring porosity and roughness, which may indicate potential application in sensors. The pre- sence of CQDs led to a reduction in the (XC) values and in the dispersion of diameters (FWHM), suggesting greater dimensional uniformity of the fibers. Fluorescence microscopy confirmed the presence of CQDs. Impedance analysis showed that the nanofibrous mats exhibit predominantly capacitive behavior, with dielectric differences between PS and EPS. In PS, the addition of CQDs increased the real dielectric constant (ε’), especially in sample PS-2. In EPS, although the pure material presented higher capacitance, the CQDs modified the mechanisms of interfacial polariza- tion and dielectric relaxation, with sample EPS-2 standing out at high frequencies. Additionally, the use of recycled EPS as a polymer matrix reinforces the project’s sustainability approach by promoting reuse and adding value to low-cost waste materials. Thus, the nanocomposites develo- ped in this study show promise for application in capacitive sensors, combining favorable dielectric performance, fluorescence properties, and environmental relevance.
dc.description.areastematicasdaextensaoTecnologia e produção
dc.description.odsODS 4: Educação de qualidade
dc.description.odsODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
dc.description.odsODS 11: Cidades e comunidades sustentáveis
dc.description.odsODS 12: Consumo e produção responsáveis
dc.description.odsODS 13: Ação contra a mudança global do clima
dc.description.resumoEste trabalho apresenta o desenvolvimento e caracterização de mantas nanofibrosas poliméricas de poliestireno nas versões cristal (Polystyrene - PS) e expandido (Expanded Polystyrene - EPS), funcionalizadas com pontos quânticos de carbono (Carbon Quantum Dots – CQDs) para possível aplicação em sensores. Os CQDs foram sintetizados a partir de ácido cítrico por carbonização tér- mica. Nessa técnica, carboniza-se o ácido cítrico e verte-se sobre os solventes ou misturas desses solventes. Foram utilizados etanol e duas misturas etanol-clorofórmio (50% v/v e 5% v/v). Os CQDs foram avaliados segundo a absorção e emissão óptica. Observou-se um deslocamento na absorção das amostras produzidas com 50% v/v etanol-clorofórmio. Quanto a emissão, não foi observado diferença no comprimento de onda. Esse deslocamento na absorção refletiu em valores menores de deslocamento-Stokes. As fibras com pontos quânticos foram obtidas usando a técnica de Solution Blow Spinning (SBS), o que resultou em mantas fibrosas com diâmetro médio (XC) variando entre 1.75 μm e 1.44 μm. Quanto aos resultados de Raman, as fibras apresentam caracte- rísticas típicas do PS e EPS, conduzindo a ideia que a técnica não influenciou na estrutura química dos polímeros usados. As micrografias mostraram fibras com orientações variadas e morfologia su- perficial com presença de porosidade e rugosidade, o que pode sugerir aplicação como sensores. A presença dos CQDs provocou uma redução no valor de XC e na dispersão dos valores (Full Width at Half Maximum - FWHM), sugerindo maior uniformidade dimensional das fibras. Foram feitos também microscopias de fluorescência observando a presença dos CQDs. A análise de impedân- cia indicou que as mantas nanofibrosas possuem comportamento majoritariamente capacitivo, com variações dielétricas entre PS e EPS. No PS, a adição de CQDs aumentou a constante dielétrica real (ε’), especialmente na amostra PS-2. No caso do EPS, apesar do material puro ter apresentado maior capacitância, os CQDs alteraram os mecanismos de polarização e relaxação dielétrica, com destaque para a amostra EPS-2 em altas frequências. Além disso, o uso de EPS reciclado como matriz polimérica contribui para a sustentabilidade do projeto, ao promover o reaproveitamento e valorizar resíduos de baixo custo. Dessa forma, os nanocompósitos obtidos se mostram promis- sores para aplicação em sensores capacitivos, reunindo bom desempenho dielétrico, propriedades fluorescentes e apelo ambiental.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
dc.description.tipodeimpactoTecnológico
dc.identifier.citationSIQUEIRA, Viviani Salomão Teixeira. Pontos quânticos de carbono incorporados à mantas nanofibrosas poliméricas. 2025. 71 p. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60374
dc.language.isopt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeInstituto de Ciências Exatas e Tecnológicas (ICET)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física
dc.subjectFiação a sopro (SBS)
dc.subjectPolímeros
dc.subjectPoliestireno
dc.subjectNanotecnologia
dc.subjectNanofibras
dc.subjectBlow Spinning (SBS)
dc.subjectPolymers
dc.subjectPolystyrene
dc.subjectNanotechnology
dc.subjectNanofibers
dc.subject.cnpqCiências Exatas
dc.titlePontos quânticos de carbono incorporados à mantas nanofibrosas poliméricas
dc.title.alternativeCarbon quantum dots incorporated into polymeric nanofibrous mats
dc.typedissertação

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