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Previous issue date: 2015-10-19 === CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior === Polyaniline (PANI) is an Intrinsically Conducting Polymer (ICP) which is very studied
in several areas due to their technological applications. The purpose of this study is to
investigate the changes occurring in the structure, morphology and electrical
conductivity of Polyaniline Esmeraldine Salt form (PANI-ES) when it is subjected to
heat treatment at temperatures of 50, 100, 200 and 300 °C for 1h at each temperature.
PANI-ES was chemically synthesized with ammonium persulfate and HCl 1M, and the
samples were characterized using XRD, SAXS, FTIR and SEM techniques. By XRD a
loss of crystallinity was observed after heating treatment. XRD data were also used to
perform the Le Bail method in order to obtain microstructural information through
FullProf program and to estimate the percentage of crystallinity using the Peak Fitting
Module program. Through Le Bail method the values of average and anisotropic
crystallite sizes were acquired: for PANI-ES it was found the value of 36 Å and for the
heat treated samples, TT (50) TT (100), TT (200) and TT (300), these values were
gradually narrowed until it reaches 16 Å at 300 °C. The percentage of crystallinity
obtained for the PANI-ES and heat-treated samples ranged from 51 to 19%. Through
the SAXS technique it were obtained the values of the radius of gyration (Rg), and the
maximum particle size (Dmáx) from the pair distribution function p(r). The SAXS data
were also used for structural reconstruction of the model for particle size, showing that
the increasing of temperatures caused a significant loss of globular particle shape and
their maximum particle size (Dmáx) and radius of gyration (Rg) were decreased after the
heat treatment. FTIR analyzes showed a crosslinking reaction when PANI-ES was
subjected to 200 °C, with no gain of crystallinity. SEM technique allowed different
morphologies visualization: PANI-ES showed a nanofiber morphology formed by
interconnected nanospheres, while samples heat treated lost this initial morphology
having much smaller and less defined nanofibers, reflecting the loss of electrical
conductivity and crystallinity. The electrical conductivity measurements have been
decreasing because of the heat treatment: PANI-ES showed electrical conductivity of
0.3 x 10-4 S/cm and, after the heat treatment, the electric conductivity reached 4 x 10-6
S/cm, representing a decrease of 86%. Thus, this research allowed the structural and
morphological characterization of PANI-ES, investigating the changes in its structure
after heat treatment, and found that the decrease in the percentage of crystallinity
influences in their electrical conductivity values. It is hoped that these results will
contribute to a better understanding of the structural, morphological and electrical
properties of polymeric materials === A polianilina (PANI) é um polímero intrinsecamente condutor (PIC) que é muito
estudado em diversas pesquisas devido as suas aplicações tecnológicas. O intuito desta
pesquisa é investigar as modificações ocorridas na estrutura, morfologia e
condutividade elétrica da Polianilina Sal de Esmeraldina (PANI-ES), quando a mesma é
submetida a tratamento térmico nas temperaturas de 50, 100, 200 e 300°C, com duração
de 1h para cada temperatura. A PANI-ES foi sintetizada quimicamente com Persulfato
de Amônio e HCl 1M e as amostras foram caracterizadas utilizando-se as técnicas de
DRX, SAXS, FTIR e MEV. Através dos dados obtidos por DRX, verificou-se a perda
de cristalinidade das amostras tratadas termicamente através da modificação dos perfis
dos difratogramas. Os dados de DRX também foram utilizados para realização do ajuste
Le Bail visando à obtenção de informações microestruturais através do programa
FULLPROF e para a estimativa do percentual de cristalinidade utilizando o programa
Peak Fitting Module. No ajuste Le Bail foram adquiridos os valores dos tamanhos
médios e anisotrópicos dos cristalitos: para a PANI-ES foi encontrado o valor de 36 Å
e para as amostras tratadas termicamente, TT (50), TT (100), TT (200) e TT (300), este
valor foi gradativamente diminuindo até chegar a 16 Å em 300 °C. Os percentuais de
cristalinidade obtidos para PANI-ES e as amostras tratadas termicamente variaram de
51 para 19%. Através do SAXS foram obtidos os valores dos raios de giro (𝑅𝑔) e a
dimensão máxima das partículas (𝐷𝑚á𝑥 ) a partir da função de distribuição de pares p(r).
Os dados de SAXS também foram utilizados para reconstrução estrutural do modelo do
formato das partículas, mostrando que a temperatura ocasionou a perda do formato
globular das partículas, bem como suas dimensões máximas e raios de giro foram
diminuídos com o tratamento térmico. As análises de FTIR revelam que, quando a
PANI-ES é submetida a 200°C ocorre uma mudança estrutural na cadeia polimérica
através da reação de crosslinking, porém, sem ganho de cristalinidade. As imagens de
MEV permitiram a visualização das distintas morfologias das amostras: a PANI-ES
apresentou uma morfologia de nanofibras formadas por nanoesferas interconectadas,
enquanto que as amostras tratadas termicamente perderam essa morfologia inicial,
apresentando nanofibras muito menores e menos definidas, refletindo na perda de
cristalinidade e condutividade elétrica das amostras. As medidas de condutividade
elétrica foram diminuindo em virtude do tratamento térmico: a PANI-ES apresentou
condutividade elétrica da ordem de 0,3 x 10-4 S/cm e, após o tratamento térmico, a
condutividade elétrica chegou a 4 x 10-6 S/cm, representando uma diminuição de 86%.
Assim, esta pesquisa permitiu, através da caracterização estrutural e morfológica da
PANI-ES, investigar as alterações ocorridas em sua estrutura após o tratamento térmico,
e constatar que a diminuição do percentual de cristalinidade influencia nos valores de
condutividade elétrica. Espera-se que estes resultados possam contribuir para um maior
conhecimento das propriedades estruturais, morfológicas e elétricas dos materiais
poliméricos
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