Síntese e caracterização de dispersões coloidais de óxido de grafeno reduzido e dopado com nitrogênio para aplicação em eletrônica orgânica

Graphene is a two-dimensional carbon-composed material with sp2 hybridization that has been extensively studied in the scientific community due to its excellent physical properties and potential technological applications. The oxidation and chemical exfoliation of graphite is generally used to prepare the graphene oxide (GO). In contrast to graphene, the surfaces and edges of the GO are modified with different oxygen groups, such as carboxylates, hydroxyls, carbonyls and epoxy. In this work, GO containing several carbonyl groups was synthesized through modifications of the Hummers method, for this it was used two oxidation processes. Highly stable aqueous dispersions of chemically reduced graphene oxide (rGO) were prepared using different concentrations of hydrazine hydrate as reducing agent. In addition, aqueous dispersions of GO were simultaneously reduced and doped with nitrogen (N-rGO) using chemical reagents and hydrothermal treatments in order to induce n-type doping in this material. Highly uniform thin films of rGO and N-rGO were made on glass substrates and subsequent heat treatments were done to improve their electrical and optical properties. These two materials (rGO and N-rGO), both film and solution, were characterized using different spectroscopic techniques (Raman, UV-VIS, FT-IR, EDS, etc.), and the results showed that GO aqueous solutions with high degree of oxidation and exfoliation were appropriately reduced and doped in order to obtain materials with optoelectronic properties to be applied in prototypes of organic devices. The best N-rGO thin film had a sheet resistance of approximately 8.0x103 Ω / sq with 67% transmittance at 550 nm and sheet concentration of 1.1x1015 (cm2) after thermal treatments performed at low temperatures. These results show that rGO and N-rGO are promising materials for different applications in organic electronics, such as the manufacture of transparent and conductive electrodes.O grafeno é um material bidimensional composto por carbono com hibridização sp2 que tem sido amplamente estudado na comunidade científica devido suas excelentes propriedades físicas e também seus potenciais de aplicações tecnológicas. A oxidação e esfoliação química do grafite é geralmente usada para preparar o óxido de grafeno (GO). Diferentemente do grafeno, as superfícies e bordas do GO estão modificados com diferentes grupos oxigenados, tais como carboxilas, hidroxilas, carbonilas e epoxi. Neste trabalho, GO com grandes quantidades de grupos carbonila foi sintetizado através de modificações do método de Hummers usando dois processos de oxidação. Dispersões aquosas altamente estáveis de óxido de grafeno quimicamente reduzido (rGO) foram preparadas usando diferentes concentrações de hidrato de hidrazina como agente redutor. Além disso, soluções aquosas de GO foram simultaneamente reduzidas e dopadas com nitrogênio (N-rGO) usando reagentes químicos e tratamentos hidrotérmicos para induzir uma dopagem do tipo-n neste material. Filmes finos altamente uniformes de rGO e N-rGO foram fabricados sobre substratos de vidro, e tratamentos térmicos subsequentes foram feitos para melhorar suas propriedades elétricas e ópticas. Estes dois materiais (rGO e N-rGO), tanto em filme quanto em solução, foram caracterizados usando diferentes técnicas espectroscópicas (Raman, UV-VIS, FT-IR, EDS, etc), e os resultados mostram que dispersões aquosas de GO com elevado grau de oxidação e esfoliação foram apropriadamente reduzidas e dopadas de forma a obtermos materiais com propriedades optoeletrônicas acetáveis para serem aplicados em protótipos de dispositivos orgânicos. Os melhores filmes finos N-rGO apresentaram uma resistência de folha de aproximadamente 8,0x103 Ω / sq com 67% de transmitância em 550 nm e concentração de folha de 1,1x1015 (cm2) após os tratamentos térmicos realizados a baixas temperaturas.(400 °C) Esses resultados mostram que o rGO e o N-rGO são materiais promissores para aplicações em Eletrônica Orgânicas, como a fabricação de eletrodos transparentes e condutores, por exemplo.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio