Efeito do teor de carbon dots de grafeno nas propriedades térmicas, dinâmico mecânicas, e morfológicas de resina epóxi

Abstract

Diferentes quantidades de carbon quantum dots de grafeno (CQDs) (0,1,2,5, e 5%) foram incorporadas em uma resina epóxi. A condutividade térmica, densidade, morfologia e propriedades térmicas dinâmico-mecânicas (DMTA) foram reutilizadas a partir do estudo de Seibert e colaboradores. O gráfico de Pearson mostrou uma alta correlação entre teor de carga, condutividade térmica e difusividade térmica. Observou-se uma baixa correlação com densidade e capacidade calorífica. Em baixa concentração de CQD (0.1%), a fratura da superfície mostrou-se mais heterogênea, enquanto em quantidades mais elevadas (2.5 e 5%) observou-se superfícies mais homogêneas. O módulo de armazenamento não teve valores alterados com o aumento do CQD. Mas a extensão do platô vítreo aumentou com maiores teores de CQD, com um aumento de ~ 40 °C para os 5% em peso em comparação com os 2,5% em massa e ~ duas vezes em comparação com o epóxi puro. Este resultado é atribuído para as características intrínsecas da carga. Adicionalmente, uma maior quantidade de CQD acarreta em uma menor dissipação de energia e um aumento na temperatura de transição vítrea. A novidade e importância estão relacionadas pelo fato de que, para matrizes mais rígidas (corroborado com a literatura), as propriedades mecânicas não se alteraram, pois o mecanismo das pontes poliméricas não foram apresentadas, apesar da excelente dispersão de CQD, bem como da quantidade de carga. Por outro lado, a condutividade térmica está diretamente relacionada ao tamanho das partículas e à dispersão.

Different amounts of graphene quantum dots (CQDs) (0, 1, 2.5, and 5 wt%) were incorporated into an epoxy matrix. The thermal conductivity, density, morphology, and dynamic mechanical thermal (DMTA) properties were reused from the study of Seibert et al. The Pearson plot showed a high correlation between mass loading, thermal conductivity, and thermal diffusivity. A poorer correlation with density and heat capacity was observed. At lower CQD concentrations (0.1 wt%), the fracture surface showed to be more heterogeneous, while at higher amounts (2.5 and 5 wt%), a more homogeneous surface was observed. The storage modulus values did not change with the CQD amount. But the extension of the glassy plateau increased with higher CQD contents, with an increase of ~40 °C for the 5 wt% compared to the 2.5 wt% and almost twice compared to the neat epoxy. This result is attributed to the intrinsic characteristics of the filler. Additionally, lower energy dissipation and a higher glass transition temperature were observed with the CQD amount. The novelty and importance are related to the fact that for more rigid matrices (corroborated with the literature), the mechanical properties did not change, because the polymer bridging mechanism was not present, in spite of the excellent CQD dispersion as well as the filler amount. On the other hand, thermal conductivity is directly related to particle size and dispersion.