[en] CARBONS FROM PYROLYZED BAMBOO AS CONDUCTIVE MATERIALS FOR ELECTRIC, ELECTROTHERMAL AND ELECTROCHEMICAL APPLICATIONS

[pt] MATERIAL DE CARBONO CONDUTOR A PARTIR DA PIRÓLISE DO BAMBU PARA APLICAÇÕES ELÉTRICAS, ELETROTÉRMICAS E ELETROQUÍMICAS

[pt] LAYNE OLIVEIRA DE LUCAS GONTIJO

[pt] BIODISPOSITIVOS

[pt] ELETRODO DE CARBONO

[pt] AQUECEDOR MICROFLUIDICO

[pt] MATERIAL ELETROTERMICO

[pt] BAMBU PIROLISADO

[en] BIODEVICES

[en] CARBON ELECTRODE

[en] MICROFLUIDIC HEATER

[en] ELECTROTHERMAL MATERIAL

[en] PYROLYZED BAMBOO

[pt] O bambu é rico em biomassa lignocelulósica, e anatomicamente é composto por um sistema de microcanais vasculares alinhados, retos e paralelos entre si. Suas micro e nanoestruturas podem ser modificadas através do tratamento térmico em altas temperaturas (carbonização/pirólise) para obtenção de propriedades elétricas sem a perda da estrutura 3D, possibilitando a aplicação em dispositivos eletroquímicos e microfluídicos eletricamente condutores. As amostras de bambu gigante Dendrocalamus giganteous foram tratadas sob atmosfera de nitrogênio em temperaturas variando de 200 a 1000 graus C e caracterizadas por TGA, ATR-FT-IR, RAMAN, DRX, XPS, HR-TEM, ICP-EOS, (Microtomografia computadorizada de raios-X), I/V, Voltametria cíclica e análise termográfica IR. Foi possível realizar análise estrutural e química; determinação de composições, identificação da transição de fase da estrutura cristalina da celulose para carbono grafítico/turbostrático; medir as condutividades térmica e elétrica. As amostras B-200, B-400 e B-600 apresentaram-se isolantes, enquanto B-700 apresentou-se resistiva (resistividade elétrica)= 1,5 x 10-1 (ohms) m e B-1000 comportamento ôhmico (condutividade elétrica)= 8,4 x 10 2 S m-1 (siemens)/ metro). O dispositivo B-700 foi utilizado como microaquecedor de solventes polares (H2O e etilenoglicol) em regime de fluxo contínuo e chapa de aquecimento, com eficiência de conversão eletrotérmica em fluxo, estabilidade estrutural e reprodutibilidade eletrotérmica. O microaquecedor e a chapa aquecedora alcançaram temperaturas máximas de 340 graus C (0,8 A 6,3V) e 490 graus C (2,0 A, 5,3 V), respectivamente. Isso demonstra que os materiais de bambu pirolisado obtidos nessa pesquisa são promissores para aplicações em supercapacitores, eletrodos, entre outros.

[en] Bamboo is rich in biomass and carbon and, anatomically, is composed of a system of vascular microchannels that are aligned, straight, and parallel to each other. The micro and nanostructures of bamboo can be modified through heat treatment at high temperatures (carbonization/pyrolysis) to obtain electrical properties without losing the 3D structure of the material, which allows the application in electrically conductive electrochemical and microfluidic devices. The present work investigated the influence of heat treatment at high temperatures on the structure and properties of samples of Dendrocalamus giganteous giant bamboo. The samples were subjected to heat treatment under a Nitrogen atmosphere at temperatures ranging from 200 to 1000 degrees C and characterized by TGA, ATR-FT-IR, RAMAN, DRX, XPS, HR-TEM, ICP-EOS, (X-ray computed microtomography), I/V, Cyclic Voltammetry, and IR thermographic analysis. This set of techniques provided structural and chemical information; compositions, the phase transition from cellulose crystal structure to graphic/turbostratic carbon; thermal and electrical conductivity. Samples B-200, B-400, and B-600 showed insulating properties, while B-700 showed resistive behavior (electrical resistivity)= 1.8 x 10-1 (ohms) m and B-1000 showed ohmic behavior (Electric conductivity)= 8.4 x 10 2 S m-1 (siemens)/ meter). The B-700 device was used as a microheater of polar solvents (H2O and ethylene glycol) in a continuous flow regime and heating plate and showed the efficiency of electrothermal conversion in flow mode, structural stability, and electrothermal reproducibility. The microheater and hot plate reached maximum temperatures of 340 degrees C (0.8 A, 6.3 V) and 490 degrees C (2.0 A, 5.3 V), respectively. These results show that the pyrolyzed bamboo materials obtained in this research are promising for applications in supercapacitors, electrodes, heaters, and catalytic microheaters in continuous flow.

SIDNEI PACIORNIK

OMAR GINOBLE PANDOLI

RICARDO QUEIROZ AUCELIO

SIDNEI PACIORNIK

MARCOS HENRIQUE DE PINHO MAURICIO

OMAR GINOBLE PANDOLI

DRUVAL DE SANTOS SA

MATHIAS STRAUSS

MURILO SANTHIAGO

2023-06-06

2022-12-21

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PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=62783@1

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.62783