Polymeric structures with carbon nanotubes: laser processing, characterization and applications

Neste trabalho apresentamos estruturas poliméricas funcionalizadas com nanotubos de carbono, as quais são processadas utilizando técnicas de fabricação a laser. Inicialmente apresentamos uma metodologia para incorporar nanotubos de carbono de parede simples, funcionalizados com ácido carboxílico (NTCPS-COOH) em resinas acrílicas. A funcionalização dessas resinas foi alcançada, sendo possível incorporar nanotubos em uma faixa de 0,01% até 1%, em peso. Adicionalmente, visando aplicações em óptica e optoeletrônica, a inserção de Rodamina B ou MEH-PPV junto às resinas funcionalizadas com nanotubos também foi realizada. Através da técnica de polimerização via absorção multifotônica, microestruturas tridimensionais com boa resolução (aproximadamente 650 nm) e integridade foram fabricadas com essas resinas. A espectroscopia Raman mostrou que os NTCSPS-COOH estão distribuídos por todo o interior das microestruturas, característica necessária para aplicação em dispositivos. A funcionalização das estruturas não se restringiu apenas ao volume. Microestruturas acrílicas foram funcionalizadas com NTCPS-COOH apenas em sua superfície, utilizando a combinação das técnicas de adição de Michael e acoplamento carbodiimida. Análises Raman mostraram também uma boa distribuição dos nanotubos na superfície das amostras funcionalizadas. Mesmo as estruturas que foram funcionalizadas com baixas concentrações de NTCPS-COOH exibiram melhorias nas propriedades mecânicas e elétricas. Estruturas funcionalizadas com 0,01% (em peso) de NTCPS-COOH se mostraram mais resistentes em ensaios de indentação do que as amostras não funcionalizadas. Do ponto de vista elétrico, estruturas com a mesma faixa de funcionalização apresentaram condutividade elétrica superior em duas ordens de grandeza em comparação ao polímero acrílico puro. Por fim, estruturas macroscópicas funcionalizadas com Rodamina B e nanotubos de carbono apresentam potencial aplicabilidade em experimentos de laseres aleatórios. Utilizando microestruturação direta a laser, a fabricação de padrões periódicos dentro dessas estruturas alterou a emissão característica do laser aleatório, fixando os picos de emissão em comprimentos de onda específicos.In this work we present polymeric structures functionalized with carbon nanotubes, which are processed using laser fabrication techniques. Firstly, we present a methodology to incorporate single-walled carbon nanotubes, functionalized with carboxylic acid (SWCNT-COOH) into acrylate resins. The resins functionalization was obtained, being possible to incorporate nanotubes in a range of 0.01% to 1% by weight. In addition, aiming at optical and optoelectronic applications, such functionalized resins can also be mixed with Rhodamine B or MEH-PPV. Through the multiphoton absorption polymerization technique, threedimensional microstructures presenting good resolution (approximately 650 nm) and integrity were fabricated using these resins. Raman spectroscopy showed that SWCNT-COOH are distributed throughout the volume of the microstructures, a required feature for devices applications. The structures functionalization was not restricted just to the volume. Acrylate microstructures were functionalized with SWCNT-COOH only on their surface, using the combination of Michael addition and carbodiimide coupling techniques. Raman analyzes also showed good distribution of the nanotubes on the polymeric surface. Even structures which were functionalized with low concentrations of SWCNT-COOH exhibited improvements in mechanical and electrical properties. Functionalized structures with 0.01% (by weight) of SWCNT-COOH proved to be more resistant in indentation tests than non-functionalized samples. Regarding the electrical properties, structures with the same functionalization range showed higher conductivity (in two orders) compared to the pure acrylate polymer. Finally, macroscopic structures, functionalized with Rhodamine B and carbon nanotubes present potential applicability in random laser experiments. Using direct laser writing, periodic patterns were fabricated within these functionalized structures, changing the characteristic emission of the random laser, setting the emission peaks at specific wavelengths