(11) Número de Publicação: PT 110764 A(51) Classificação Internacional:
B01J 19/00 (2006)
B01J 12/00 (2006)
(12) PEDIDO DE PATENTE DE INVENÇÃO
(22) Data de pedido: 2018.05.29
(30) Prioridade(s):
(43) Data de publicação do pedido: 2019.11.29
(73) Requerente(s):
INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICOÁREA DE TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIA, AVENIDA ROVISCO PAIS, 1 1049-001 LISBOA
(72) Inventor(es):
ELENA STEFANOVA TATAROVA
JÚLIO PAULO DOS SANTOS DUARTE VIEIRA HENRIQUES
LUÍS PAULO MOTA CAPITÃO LEMOS ALVES
BRUNO MIGUEL SOARES GONÇALVES
(74) Mandatário:
(54) Epígrafe: PROCESSO, REATOR E SISTEMA PARA A CUSTOMIZAÇÃO DE NANOESTRUTURAS AUTÓNOMAS UTILIZANDO PLASMA DE MICRO-ONDAS.
(57) Resumo: A INVENÇÃO REFERE-SE A UM PROCESSO, REATOR E SISTEMA PARA A CUSTOMIZAÇÃO DE NANOESTRUTURAS AUTÓNOMAS, UTILIZANDO UM AMBIENTE DE PLASMA EXCITADO POR MICRO-ONDAS SUSTENTADAS POR ONDA DE SUPERFÍCIE (OS). DOIS ESCOAMENTOS DISTINTOS SÃO INJETADOS EM DUAS ZONAS DISTINTAS DE UM REATOR DE PLASMA, SENDO O PRIMEIRO ESCOAMENTO (PE) CONSTITUÍDO POR GASES PORTADORES E PELAS NANOESTRUTURAS A CUSTOMIZAR E O SEGUNDO ESCOAMENTO (SE) POR UMA MISTURA DE GASES INERTES, PELO MENOS UM PERCURSOR DO COMPONENTE DOPANTE (PCD) E/OU PELO MENOS UM TIPO DE MICROPARTÍCULAS (MP). O PE É INJETADO NA PARTE (7) DO REATOR E O SE NA PARTE (6). O SE É SUBMETIDO AO CAMPO ELÉTRICO DE UMA ONDA DE SUPERFÍCIE EXCITADA MEDIANTE O USO DE POTÊNCIA MICRO-ONDAS, CRIANDO UM PLASMA QUENTE (8). OS DOIS ESCOAMENTOS JUNTAM-SE NAS ZONAS (4) E (5), ONDE SE FAZ A CUSTOMIZAÇÃO DAS NANOESTRUTURAS ATRAVÉS DA INTERAÇÃO DESTAS COM OS COMPONENTES PROVENIENTES DO SE.
RESUMO
“PROCESSO, REATOR E SISTEMA PARA A CUSTOMIZAÇÃO DE
NANOESTRUTURAS AUTÓNOMAS UTILIZANDO PLASMA DE MICRO-ONDAS”
A invenção refere-se a um processo, reator e sistema
para a customização de nanoestruturas autónomas, utilizando
um ambiente de plasma excitado por micro-ondas sustentadas
por onda de superfície (OS). Dois escoamentos distintos são
injetados em duas zonas distintas de um reator de plasma,
sendo o primeiro escoamento (PE) constituído por gases
portadores e pelas nanoestruturas a customizar e o segundo
escoamento (SE) por uma mistura de gases inertes, pelo menos
um percursor do componente dopante (PCD) e/ou pelo menos um
tipo de micropartículas (MP). O PE é injetado na parte (7)
do reator e o SE na parte (6). O SE é submetido ao campo
elétrico de uma onda de superfície excitada mediante o uso
de potência micro-ondas, criando um plasma quente (8). Os
dois escoamentos juntam-se nas zonas (4) e (5), onde se faz
a customização das nanoestruturas através da interação
destas com os componentes provenientes do SE.
1
DESCRIÇÃO
“PROCESSO, REATOR E SISTEMA PARA A CUSTOMIZAÇÃO DE
NANOESTRUTURAS AUTÓNOMAS UTILIZANDO PLASMA DE MICRO-ONDAS”
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se genericamente a um
processo e a um reator e sistema para a customização de
nanoestruturas autónomas/livres, utilizando tecnologia
plasma, em particular plasma de micro-ondas sustentadas por
onda de superfície (OS).
Antecedentes da Invenção
Atualmente, a customização de novas nanoestruturas
insere-se numa das áreas de investigação em ciência e
tecnologia que apresenta maior procura e, como tal, maior
valor estratégico. De uma forma geral, existem duas formas
diferentes de customizar nanoestruturas, a síntese direta e
o pós-tratamento. Para o caso da customização de
nanoestruturas de grafeno, uma das aplicações desta
invenção, mais especificamente para a dopagem de grafeno
com átomos de azoto (N-grafeno), os processos de síntese
direta incluem: a deposição química de vapor (CVD -
Chemical Vapour Deposition), o crescimento por segregação,
a síntese solvotérmica e descargas de arco (US2015037515
(A1), 2015; CA2845539 (A1) 2013-05-10; Yu-Fen Lu, Shun-
Tsung Lo, Jheng-Cyuan Lin, Wenjing Zhang, Jing-Yu Lu, Fan-
Hung Liu, Chuan-Ming Tseng, Yi-Hsien Lee, Chi-Te Liang,
Lain-Jong Li, "Nitrogen-Doped Graphene Sheets Grown by
Chemical Vapor Deposition: Synthesis and Influence of
Nitrogen Impurities on Carrier Transport" 2013 ACS Nano 7
2
(8), 6522–6532); Zhang C, Fu L, Liu N, Liu M, Wang Y, Liu
Z, "Synthesis of nitrogen-doped graphene using embedded
carbon and nitrogen sources" 2011 Adv Mater. 23(8) 1020-
1024; Mohammad Choucair, Pall Thordarson, John A. Stride,
"Gram-scale production of graphene based on solvothermal
synthesis and sonication" 2009 Nature Nanotechnology 4,
30-33; K. S. Subrahmanyam, L. S. Panchakarla, A.
Govindaraj, C. N. R. Rao" Simple Method of Preparing
Graphene Flakes by an Arc-Discharge Method" 2009 Journal of
Physical Chemistry C, 2009,113,4257-4259).
Estas técnicas de síntese direta têm no entanto
várias desvantagens, tais como: a degradação das
propriedades das nanoestruturas devido à interferência de
metais de transição, a necessidade de utilizar
catalisadores caros, sistemas de vácuo que, por funcionarem
a baixa pressão e temperaturas de trabalho muito elevadas,
tornam os processos dispendiosos, longos e complexos, e
requerem adicionalmente o uso de produtos químicos
perigosos. Mais ainda, estes processos não permitem a
customização de nanoestruturas livres/autónomas, requerendo
que as nanoestruturas estejam assentes em substratos de
suporte (as nanoestruturas dispostas horizontalmente e
suportadas por substratos têm uma das suas faces implantada
numa superfície sólida do substrato), o que torna a dopagem
menos homogénea e um processo moroso e dispendioso para
retirar o grafeno do substrato.
As técnicas de síntese direta não possibilitam fazer a
customização de grafeno só por si, mas a sua fabricação e
dopagem simultânea, isto utilizando substratos, etc...
Embora, em princípio, as técnicas de síntese direta acima
referidas tenham o potencial de dopar homogeneamente todo o
material que se pretende customizar, até ao momento, não
existem trabalhos publicados que o comprovam. Por sua vez,
as nanoestruturas autónomas customizadas através do
3
processo da invenção, apresentam a vantagem óbvia de
poderem utilizar ambas as faces e pelo menos três arestas
abertas, enquanto que nanoestruturas ligados a substratos
possuem apenas uma face livre. Mais ainda, ao contrário das
técnicas de síntese direta, a técnica da invenção não tem
associada degradação das propriedades da nanoestrutura
devido à interferência de metais de transição, não depende
da utilização de catalisadores dispendiosos (Fe, Co, Cu,
Ni, etc.) e de produtos químicos perigosos, não requer
elevadas temperaturas de operação, não se carateriza pela
reconhecida morosidade e complexidade dos procedimentos de
produção de síntese direta conhecidos no estado da técnica,
e não apresenta as limitações no que respeita ao controlo
do processo de produção das nanoestruturas através de
síntese direta (E. Tatarova et al, “Plasmas for
Environmental Issues: From hydrogen production to 2D
materials assembly” 2014 Plasma Sources Sci. Technol. 23
063002-063054).
Recentemente foi submetida um pedido de patente pelos
mesmos autores da presente invenção (E. Tatarova, J.
Henriques, L. Alves, B. Gonçalves "Processo, reator e
sistema para a produção seletiva de nanoestruturas
bidimensionais autónomas utilizando tecnologia de plasma",
nº20161000032215, Portuguese Patent Pending May 13, 2016)
que descreve um processo, reator e sistema para produzir
através de síntese direta nanoestruturas bidimensionais
autónomas, nas quais se inclui o N-grafeno, utilizando um
ambiente de plasma excitado por micro-ondas. Esta técnica
embora seja capaz de produzir N-grafeno com taxas de
produção elevadas, superior a um grama por hora, e com uma
dopagem homogénea, tem no entanto a desvantagem de produzir
N-grafeno com baixas percentagens de incorporação de azoto
atómico (N), tipicamente inferiores a 5%. A presente
invenção, dedicada apenas à customização de nanoestruturas
4
e não à sua produção, vem não só resolver o problema da
baixa incorporação de átomos dopantes em nanoestruturas,
como por exemplo de átomos de azoto em grafeno, sendo
possível obter percentagens de incorporação de azoto
atómico superiores a 5%, mas também tem outras valências,
possibilitando fazer não só a incorporação de átomos
dopantes em nanoestruturas (como por exemplo para dopar
pequenas folhas autónomas de grafeno com átomos de azoto,
onde atómos de azoto sintetizados pelo plasma de microondas
são incorporados na estrutura bidimensional do grafeno,
alterando as suas propriedades físico-químicas), mas
também, ao mesmo tempo ou separadamente, a produção de
nanocompósitos com metais. O processo da invenção permite
customizar nanoestruturas através da criação de nano-
compósitos onde micropartículas sintetizadas no plasma se
juntam a nanoestruturas formando um material compósito,
como é o caso por exemplo da criação de materiais
compósitos de nanoestruturas de grafeno e com
micropartículas de estanho, cujo exemplo está referido
abaixo no texto da patente. O processo da invenção
possibilita ainda fazer simultaneamente o doping da
nanoestrutura e o material compósito.
No caso do tratamento pós-síntese, o grafeno é dopado
com azoto atómico, utilizando processos envolvendo azoto
molecular a altas temperaturas ou com plasmas. Como regra,
o N-grafeno, é produzido maioritariamente utilizando óxido
de grafeno (OG) na presença de precursores de azoto atómico
N (Haibo Wang, Chuanjian Zhang, Zhihong Liu, Li Wang,
Pengxian Han, Hongxia Xu, Kejun Zhang, Shanmu Dong, Jianhua
Yao, Guanglei Cui, "Nitrogen-doped graphene nanosheets with
excellent lithium storage properties" 2011 J. Mater. Chem.
21, 5430-5434).
No entanto, a redução química do OG, reconhecida como
dos métodos mais versáteis para a preparação de elétrodos
5
baseados em grafeno, que são utilizados, por exemplo no
armazenamento de energia, que por sua vez é fabricado pelo
método de Hummers a partir de grafite, requer o uso de
agentes tóxicos de redução. O método de Hummers, utilizado
na produção de grafeno a baixo custo numa escala
relativamente elevada, tem como inconvenientes, o facto de
o produto final ter uma falta geral de microporos,
necessários, para o armazenamento de energia eletroquímica
e de ter, também, uma condutividade elétrica moderada (i.e.
devido à presença de contaminação por resíduos de redução,
ligações sp3 saturadas, de grupos de oxigénio ligados).
Assim sendo, a produção de N-grafeno com alta condutividade
torna-se um problema.
De uma forma geral a fabricação de N-grafeno tem
problemas significativos que ainda não se encontram
inteiramente resolvidos, tais como: i) o controlo do tipo
de ligação de azoto atómico (N) e a sua distribuição; ii) a
obtenção de dopagem com N numa posição especifica e
sobretudo ter o controlo preciso do conteúdo dessa dopagem.
Hoje em dia, a produção de N-grafeno em larga escala é um
grande desafio.
Existe, portanto, a necessidade na técnica de um
processo, bem como um reator e sistema para a customização
de diferentes tipos de nanoestruturas que resolvam os
problemas supra mencionados da técnica anterior. Em
particular, é necessário um processo de customização de
nanoestruturas e um reator e sistema que implementem esse
processo, que sejam suscetíveis de sintetizar
nanoestruturas em escalas e dimensões variáveis com
propriedades estruturais e físico-químicas pré-definidas e
bem controladas, bem como taxas de produção adequadas às
aplicações industriais.
6
Outra das aplicações desta invenção, a produção de
nanocompósitos de grafeno com metais, tem despertado grande
interesse. A abordagem química utilizada na sua produção
até agora é um processo multi-etapas que consome muito
tempo e utiliza poluentes no processo de preparação (Vivek
Dhand,Kyong Yop Rhee, Hyun Ju Kim,Dong Ho Jung, "A
Comprehensive Review of Graphene Nanocomposites: Research
Status and Trends" 2013 Journal of Nanomaterials Volume
2013, 763953).
O principal inconveniente destes métodos
convencionais é o controlo muito limitado ou nulo sobre o
processo de montagem. Um bom controlo espacial dos fluxos
de matéria e energia em nanoescala, é indispensável para a
realização de um processo de customização/síntese económico
e amigo do ambiente, e constitui um dos principais desafios
das nanotecnologias convencionais, isto é, químicas.
Por conseguinte, as técnicas existentes não são ainda
capazes de fornecer nanoestruturas híbridas, baseadas por
exemplo no grafeno, em escalas e dimensões variáveis com
propriedades estruturais e físico-químicas pré-definidas e
bem controladas. Desta forma, existe a necessidade de
traçar novas rotas e técnicas alternativas capazes de
produzir nanoestruturas com estas características
garantindo simultaneamente taxas de produção adequadas às
aplicações industriais.
Para este fim, o desenvolvimento de uma linha de
montagem, eficaz, amiga do ambiente, de grande escala e de
baixo custo pode ser considerado um grande avanço
antecipado neste campo. Métodos baseados em tecnologia
Plasma mostram ter um elevado potencial para a
concretização destes objetivos.
Os reatores de plasma e respetivo sistema de
customização utilizados nesta invenção, que utilizam um
tipo muito particular de descargas de microondas, as
7
chamadas descargas sustentadas por onda de superfície (OS),
têm um notável potencial que deriva da sua capacidade de
fornecer simultaneamente densos fluxos de partículas
carregadas, radicais, calor, fotões e campos elétricos que
na região de bainha podem influenciar fortemente as linhas
de montagem em diferentes escalas temporais/espaciais,
incluindo a atómica. No entanto todo este potencial tem
sido até ao momento subaproveitado, lacuna que esta
invenção vem colmatar em grande parte.
Os reatores de plasma e respetivo sistema de
customização apresentados nesta invenção incluem reações
com funções térmicas e químicas, bem como propriedades
catalíticas. Uma característica muito importante deste
sistema é a participação das partículas carregadas e dos
campos elétricos/magnéticos nos processos de customização.
Neste sistema a produção de nanoestruturas assistida por
plasma é realizada sem utilizar catalisadores devido à
característica que este plasma tem de ativar a superfície,
criando assim condições favoráveis para que os processos de
nucleação e crescimento se realizem. A principal vantagem é
ter uma densidade de energia muito alta e extremamente
controlável na área de processamento, o que permite um
controle efetivo sobre os fluxos de energia e matéria na
direção das nanoestruturas em crescimento, o que se
consegue através do correto design do reator e da adaptação
do ambiente plasma de forma sinérgica.
Não obstante serem já conhecidos no estado da técnica
diversos reatores de plasma, os reatores da invenção e
respetivo sistema de customização, por utilizarem
especificamente descargas sustentadas por OS,
proporcionaram grandes avanços, que permitiram uma eficaz
adaptação do plasma a este tipo de aplicação, incluindo a
produção de grandes volumes de plasma com alta densidade de
8
energia numa variedade de geometrias complexas e a operação
flexível de diferentes pressões, fluxos e gases de fundo.
Sumário da Invenção
A presente invenção refere-se a um processo de
customização de nanoestruturas autónomas, caracterizado por
compreender as seguintes etapas:
a) produção de um primeiro escoamento de uma mistura
composta por pelo menos um gás portador e as
nanoestruturas que se pretende customizar,
b) produção de um segundo escoamento de uma mistura de
pelo menos um gás inerte e de uma das seguintes
opções:
b.1) pelo menos um percursor do componente dopante;
b.2) pelo menos um tipo de micropartículas;
b.3) pelo menos um percursor do componente dopante
e de pelo menos um tipo de micropartículas;
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a
um plasma de micro-ondas, através de descargas
sustentadas por onda de superfície, efetuando-se no
caso da opção:
b1) a decomposição do percursor do componente
dopante ou dos percursores dos componentes dopantes
nos seus constituintes atómicos e/ou moleculares;
b2) a desaglomeração das micropartículas em
pequenas nanopartículas;
b3) a decomposição do percursor do componente
dopante ou dos percursores dos componentes dopantes
9
nos seus constituintes atómicos e/ou moleculares, e
a desaglomeração das micropartículas em pequenas
nanopartículas.
d) exposição das nanoestruturas provenientes do
primeiro escoamento aos elementos resultantes da
exposição do segundo escoamento ao plasma de micro-
ondas, referidos no passo anterior, através da
junção dos dois escoamentos,
e) recolha de nanoestruturas customizadas resultantes
da interação descrita no passo d).
Num modo preferencial de realização da invenção, o
dito primeiro escoamento produzido no passo a) possui um
caudal compreendido entre 4,2×10-6 e 8,3×10-4 m3/s, ainda
mais preferencialmente entre 8,3×10-6 e 3,3×10-4 m3/s, e
ainda mais preferencialmente entre 1,7×10-5 e 1,7×10-4 m3/s.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
o referido gás portador da mistura da etapa a) é
selecionado do grupo consistindo em hélio, néon, árgon,
crípton, xénon e suas combinações.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
o referido primeiro escoamento produzido na etapa a) possui
um caudal mássico de nanoestruturas que se pretende
customizar compreendido entre 1.6×10-6 e 1.6×10-2 grama/s,
ainda mais preferencialmente entre 1,6×10-5 e 0,8×10-2
grama/s, e ainda mais preferencialmente entre 3,2×10-5 e
1,6×10-3 grama/s.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
o referido segundo escoamento produzido na etapa b) possui
10
um caudal compreendido entre 4,2×10-6 e 8,3×10-4 m3/s, mais
preferencialmente entre 8,3×10-6 e 3,3×10-4 m3/s, e ainda
mais preferencialmente entre 1,7×10-5 e 1,7×10-4 m3/s.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
o referido gás inerte da mistura da etapa b) é selecionado
do grupo consistindo em hélio, néon, árgon, crípton, xénon
e suas combinações.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
o referido componente dopante da mistura da etapa b) é
selecionado do grupo consistindo em boro, azoto, germânio e
fosforo e suas combinações.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
o referido segundo escoamento produzido na etapa b) possui
um caudal mássico de micropartículas compreendido entre
1.6×10-6 e 1.6×10-2 grama/s, ainda mais preferencialmente
entre 1,6×10-5 e 0,8×10-2 grama/s, e ainda mais
preferencialmente entre 3,2×10-5 e 1,6×10-3 grama/s.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
as referidas micropartículas da mistura da etapa b) têm na
sua composição química um ou mais elementos selecionados do
grupo consistindo em manganésio, estanho e ferro.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
o referido plasma de micro-ondas é gerado por uma fonte de
micro-ondas operando numa gama de potências de 100 W a
20000 W.
A presente invenção refere-se também a um reator de
plasma de micro-ondas para customização de nanoestruturas
11
acima referido, o dito reator possuindo um corpo (1) oco
compreendendo:
uma parte (2) de lançamento de ondas de
superfície para criação de plasma,
uma parte (3) onde se faz a expansão do plasma
(4), onde existe uma zona quimicamente ativa (5)
bastante alargada, e onde se juntam os dois
escoamentos.
em que as referidas partes (2) e (3) definem no corpo (1)
do reator duas respetivas zonas (4-5) e (8) interiores de
operação.
Num modo preferencial de realização da invenção, as
referidas partes (2) e (3) estão ligadas de modo integrante
entre si, formando uma peça única.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
o corpo (1) oco do reator é formado por um material
dielétrico selecionado do grupo consistindo em quartzo,
safira, alumina e combinações destes.
Num outro modo preferencial de realização da invenção,
o corpo (1) oco do reator compreende ainda uma parte (7) de
admissão de uma mistura de pelo menos um gás portador e as
nanoestruturas que se pretende customizar, estando a parte
(7) de admissão integrada na parte (3) de expansão do
plasma ou ligada à parte (3) de expansão do plasma por
intermédio de meios de ligação.
Num outro modo de realização da invenção, o corpo (1)
oco do reator compreende ainda uma parte (6) de admissão de
12
uma mistura de pelo menos um gás inerte e de uma das
seguintes opções:
pelo menos um percursor do componente dopante;
pelo menos um tipo de micropartículas;
pelo menos um percursor do componente dopante e
de pelo menos um tipo de micropartículas;
estando a parte (6) de admissão integrada na parte (2) de
lançamento de ondas de superfície ou ligada à parte (2) de
lançamento de ondas de superfície por intermédio de meios
de ligação.
A presente invenção refere-se também a um sistema para
implementação do método de customização de nanoestruturas
acima referido que compreende: um reator de plasma de
micro-ondas com um corpo (1) oco que compreende, pelo
menos, uma parte (2) de lançamento de ondas de superfície,
uma parte (3) onde se faz a expansão do plasma (4), onde
existe também um zona quimicamente ativa (5) bastante
alargada, e onde se juntam os dois escoamentos; as
referidas partes (2) e (3) definem no reator duas zonas
respetivas interiores de operação que estão ligadas
paralelamente em comunicação de fluido entre si.
Num modo preferencial de realização da invenção, as
referidas partes (2) e (3) do corpo (1) de reator estão
ligadas de modo integrante entre si, formando uma peça
única.
Num outro modo de realização da invenção, o referido
corpo (1) do reator é formado por um material dielétrico
selecionado do grupo consistindo em quartzo, safira,
alumina e combinações destes.
13
Num modo de realização da invenção ainda mais
preferido, o sistema de customização de nanoestruturas é
caracterizado por compreender um reator de plasma de micro-
ondas com um corpo (1) oco e que compreende, pelo menos,
uma parte (2) de lançamento de ondas de
superfície para criação de plasma;
uma parte (3) onde se faz a expansão do plasma
(4), ligada à parte (2) de lançamento de ondas de
superfície para criação de plasma, e que
proporciona uma comunicação de fluido entre as
partes (2) e (3) onde se juntam os dois
escoamentos;
em que as referidas partes (2) e (3) definem no corpo (1)
do reator duas zonas (4-5) e (8) interiores de operação.
Breve Descrição dos Desenhos
Os desenhos e as fotografias anexos ilustram formas de
concretização exemplificativas e resultados típicos da
presente invenção, os quais, em conjunto com a descrição,
servem para explicar os princípios da invenção.
As Fig. 1 a 2 apresentam esquemas em corte
longitudinal de um sistema preferido da invenção, mostrando
também algumas características físicas relacionadas com o
processo de customização de nanoestruturas autónomas, tais
como as zonas (4), (5) e (8) correspondentes à zona de
expansão do plasma, à zona quimicamente ativa e à zona
quente do plasma, respetivamente.
14
A Fig. 3 mostra um exemplo de uma imagem de
microscopia eletrónica de varrimento (SEM), obtida
utilizando uma amostra com folhas de grafeno antes da
customização, com uma barra de escala de 100 nm. Esta
imagem com uma ampliação de 80000 vezes foi obtida em modo
SEI com eletrões secundários e com uma tensão de trabalho
aplicada de 15,0 kV.
A Fig. 4 mostra um exemplo de uma imagem de
microscopia eletrónica de varrimento (SEM), com o resultado
da customização de uma amostra com folhas de grafeno
dopadas com azoto atómico (N-grafeno), com uma barra de
escala de 100 nm. Esta imagem com uma ampliação de 80000
vezes foi obtida em modo SEI com eletrões secundários e com
uma tensão de trabalho aplicada de 15,0 kV.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção refere-se a um processo de
customização de nanoestruturas autónomas utilizando plasmas
de microondas, e a um reator e sistema que implementa o
dito processo.
Este processo ecologicamente correto e versátil
permite customizar de uma forma controlável estruturas
autónomas, por exemplo e tendo como base o grafeno, é
possível sintetizar folhas de N-grafeno e nano-compósitos
de grafeno ou N-grafeno, com nanopartículas de manganésio,
estanho, flúor, etc.
O funcionamento do reator de plasma gerado por ondas
de superfície pode ser dividido em duas zonas de operação
diferentes, tal como se pode observar no esquema da figura
1. A primeira corresponde à zona (8) quente do plasma,
15
aqui, a energia transportada pelas ondas de superfície é
absorvida em primeiro lugar pelos eletrões do plasma, que
ao serem acelerados e através de colisões a transferem para
as partículas mais pesadas, nesta zona a temperatura das
partículas neutras pode atingir valores bastante elevados
que podem atingir os 4000 K. Esta zona abrange toda a parte
central da coluna de plasma, em torno do eixo, na zona (8)
quente do plasma. É nesta zona de alta densidade energética
que são injetados os precursores dos componentes dopantes
(por exemplo: azoto, amónia, amoníaco, monóxido de
germânio, dióxido de germânio, ureia, etc.) assim como
micropartículas de óxidos metálicos em pó (por exemplo:
MnO2, SnO2 e o Fe2O3). A patente contempla três
configurações para a injeção: de pelo menos um percursor do
componente dopante; de pelo menos um tipo de
micropartículas; ou então de pelo menos um percursor do
componente dopante e de pelo menos um tipo de
micropartículas.
Devido às colisões e a uma intensa química envolvendo
radicais, dá-se a decomposição dos percursores dos
componentes dopantes injetados, produzindo-se desta forma
átomos e moléculas, que vão ser os principais blocos de
construção das nanoestruturas se pretendem construir.
As micropartículas de óxidos metálicos em pó ao
passarem por zonas com temperatura acima do seu ponto de
fusão são convertidas em nanopartículas.
O transporte dos constituintes atómicos e moleculares
resultantes da decomposição dos percursores, assim como das
micropartículas, em fase gasosa para zonas mais frias é
feito através do segundo escoamento, para a zona (4) de
expansão do plasma, zona onde o plasma é mais suave, menos
energético e mais frio, com temperaturas a rondar os 1700 -
2500 K, a zona (4) está parcialmente sobreposta com um uma
zona (5) quimicamente ativa bastante alargada.
16
É nestas zonas (4) e (5) onde se cruzam os dois
escoamentos, expondo as nanoestruturas aos constituintes
atómicos e moleculares resultantes da decomposição dos
percursores e/ou das nanopartículas, que se dá o processo
de customização.
No caso, por exemplo, do N-grafeno, os átomos de azoto
têm uma configuração semelhante aos átomos de carbono e
podem ser incorporados em nanoestruturas feitas com base no
carbono, a densidade de azoto atómico (dissociação do azoto
molecular) pode ser facilmente controlada através no
controle da percentagem de gás portador no segundo
escoamento, assim como dos parâmetros do plasma (potência,
etc.).
No caso de se estar a trabalhar com nanopartículas,
estas encontram-se carregadas eletricamente e serão
depositadas em pontos ativados da rede de N-grafeno, que
possui uma distribuição de carga não homogénea. Assim, as
nanopartículas ficarão ligadas à rede de N-grafeno.
A Fig. 4 apresenta uma imagem de microscopia
eletrónica de varrimento (SEM), obtida utilizando o sistema
de customização aqui descrito, neste caso a customização de
uma amostra de folhas de grafeno através da sua dopagem com
azoto atómico onde é produzido N-grafeno. A caracterização
SEM foi realizada utilizando um microscópio eletrónico de
varrimento por emissão de efeito de campo, operando com
eletrões secundários com tensões de trabalho da ordem dos
10-15 kV. A Fig. 3 mostra igualmente uma imagem de
microscopia eletrónica de varrimento (SEM), obtida
utilizando uma amostra de folhas de grafeno antes da
customização. A imagem foi obtida utilizando o microscópio
eletrónico de varrimento por emissão de efeito de campo
descrito em cima com a mesma tensão de trabalho. Como se
pode observar, a estrutura cristalina, imaculada, das
17
folhas de grafeno em flocos, apresentadas na fig.3 é
alterada pela sua dopagem com azoto atómico, passando a
apresentar uma estrutura rugosa bastante diferente da
original.
Note-se que, muito embora os exemplos aqui
apresentados se refiram à customização de grafeno, o
processo, o reator e o sistema da presente invenção podem
ser utilizados para customizar outras nanoestruturas, tais
como o germaneno (o homólogo bidimensional do germânio), o
nitreto de boro hexagonal, entre outros.
A expressão “nanoestruturas autónomas” refere-se a
nanoestruturas independentes capazes de suportar o seu
próprio peso sem se deteriorarem.
O termo “escoamento” refere-se a um fluido em
movimento.
A expressão “plasma de micro-ondas” refere-se a um gás
ionizado, criado mediante a aplicação de um campo elétrico
de uma onda de superfície excitada por potência de micro-
ondas. A onda de superfície propaga-se na superfície de
separação entre o plasma e um meio dielétrico, onde o campo
elétrico tem intensidade máxima. Ao propagar-se, a onda de
superfície cria um plasma e gera o seu próprio meio de
propagação de forma auto-consistente.
Por “precursor” entende-se um produto atómico ou
molecular que na sua composição química tem o componente
que constitui a matéria-prima para dopar as nanoestruturas.
18
Por “constituintes de precursor” entende-se
constituintes químicos que compõem o precursor, ou seja, um
ou mais dos seguintes elementos químicos: boro, azoto,
germânio e fosforo.
Por “dopado com X" significa que se introduziu na rede
cristalina da nanoestrutura uma impureza X de forma a
modificar adequadamente as suas propriedades físicas.
Note-se que independentemente da apresentação
explicita da expressão quantitativa “superior a X”,
qualquer valor X apresentado no decurso da presente
descrição deve ser interpretado como um valor aproximado do
valor X real, uma vez que tal aproximação ao valor real
seria razoavelmente esperada pelo especialista na técnica
devido a condições experimentais e/ou de medição que
introduzem desvios ao valor real.
O processo da invenção para a customização de
nanoestruturas compreende os seguintes passos:
a) produção de um primeiro escoamento de uma mistura
composta por pelo menos um gás portador e as
nanoestruturas que se pretende customizar,
b) produção de um segundo escoamento de uma mistura de
pelo menos um gás inerte e de uma das seguintes
opções:
b.1) pelo menos um percursor do componente dopante;
b.2) pelo menos um tipo de micropartículas;
b.3) pelo menos um percursor do componente dopante
e de pelo menos um tipo de micropartículas;
19
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a
um plasma de micro-ondas, efetuando-se no caso da
opção:
b.1) a decomposição do percursor do componente
dopante ou dos percursores dos componentes dopantes
nos seus constituintes atómicos e/ou moleculares;
b.2) a desaglomeração das micropartículas em
pequenas nanopartículas;
b.3) a decomposição do percursor do componente
dopante ou dos percursores dos componentes dopantes
nos seus constituintes atómicos e/ou moleculares, e
a desaglomeração das micropartículas em pequenas
nanopartículas.
d) exposição das nanoestruturas provenientes do
primeiro escoamento aos elementos resultantes da
exposição do segundo escoamento ao plasma de micro-
ondas, referidos no passo anterior, através da
junção dos dois escoamentos,
e) recolha de nanoestruturas customizadas resultantes
da interação descrita no passo anterior.
No passo a) de produção de um primeiro escoamento, o
gás portador é selecionado do grupo compreendendo hélio,
néon, árgon, crípton, xénon ou uma mistura destes.
A mistura constituída por um ou mais gás portadores e
por as nanoestruturas, do passo a), pode ser injetada em
regime de escoamento, por exemplo numa parte (7) de
admissão de um reator, com valores de caudal compreendidos
entre 4,2×10-6 e 8,3×10-4 m3/s, de um modo preferido entre
8,3×10-6 e 3,3×10-4 m3/s, de um modo mais preferido entre
1,7×10-5 e 1,7×10-4 m3/s. O caudal mássico das
20
nanoestruturas, do passo a), pode ter valores compreendidos
entre 1.6×10-6 e 1.6×10-2 grama/s, de um modo preferido
entre 1,6×10-5 e 0,8×10-2 grama/s, de um modo mais preferido
entre 3,2×10-5 e 1,6×10-3 grama/s.
No passo b) de produção de um segundo escoamento, o
gás inerte é selecionado do grupo compreendendo hélio,
néon, árgon, crípton, xénon ou uma mistura destes; o
percursor do componente dopante pode ter uma composição
química que contenha um ou mais dos seguintes elementos:
boro, azoto, germânio e fosforo; e as micropartículas que
podem ter uma composição química que contenha um ou mais
dos seguintes elementos: manganésio, estanho e ferro. A
título exemplificativo, podem ser utilizados percursores
dos componentes dopantes gasosos, como o azoto ou o
amoníaco; ou percursores líquidos, como a amónia; ou
precursores sólidos como, por exemplo, o monóxido de
germânio, o dióxido de germânio ou a ureia. Alguns exemplos
de micropartículas com os elementos acima referidos são o
MnO2, SnO2 e o Fe2O3.
A mistura composta por pelo menos um gás inerte e por
uma das seguintes opções:
pelo menos um percursor do componente dopante;
pelo menos um tipo de micropartículas;
pelo menos um percursor do componente dopante e
de pelo menos um tipo de micropartículas;
do passo b), pode ser injetada em regime de escoamento, por
exemplo numa parte (6) de admissão de um reator, com
valores de caudal compreendidos entre 4,2×10-6 e 8,3×10-4
m3/s, de um modo preferido entre 8,3×10-6 e 3,3×10-4 m3/s, de
um modo mais preferido entre 1,7×10-5 e 1,7×10-4 m3/s. O
caudal mássico de micropartículas, do passo b), pode ter
valores compreendidos entre 1.6×10-6 e 1.6×10-2 grama/s, de
21
um modo preferido entre 1,6×10-5 e 0,8×10-2 grama/s, de um
modo mais preferido entre 3,2×10-5 e 1,6×10-3 grama/s.
O referido segundo escoamento, no passo c), é exposto
a um campo elétrico de alta frequência, numa gama
compreendida entre 10 MHz e 28 GHz, de um modo preferido
100 MHz e 14 GHz, de um modo mais preferido 500 MHz e 3
GHz, de um modo muito preferido 2,45 GHz, pertencente a uma
onda de superfície (9), excitada mediante o uso de
potência micro-ondas, numa gama compreendida entre 100
e 20000 W, de um modo preferido 500 e 10000 W, de um modo
mais preferido 1000 e 6000 W, de um modo muito preferido
2000 e 6000 W.
Esta potência micro-ondas é aplicada, por exemplo, por
meio de um aplicador (10) de campo, de modo a gerar um
plasma, que na zona adjacente (8) ao aplicador de campo
(10) tem uma alta densidade de energia (entre 0,1 e
1 GW/m3), capaz de decompor o percursor do componente
dopante ou os percursores dos componentes dopantes
presentes no segundo escoamento nos seus constituintes
atómicos e moleculares, assim como, de desaglomerar as
micropartículas, presentes no segundo escoamento, em
pequenas nanopartículas.
Os constituintes atómicos e moleculares, assim como as
micropartículas, escoam-se da zona (8) quente de plasma,
onde foram produzidos em fase gasosa, para as zonas (4)
onde se faz a expansão do plasma e (5) zona quimicamente
ativa, é nestas duas zonas (4-5) que se juntam os dois
escoamentos, e onde se expõem as nanoestruturas
provenientes do primeiro escoamento aos elementos
resultantes da exposição do segundo escoamento ao plasma de
micro-ondas, zonas onde as nanoestruturas são customizadas.
22
Após a customização, as nanoestruturas são recolhidas, por
exemplo, num dispositivo de filtragem em ciclone.
Em resumo, o processo da invenção baseia-se na injeção
de dois escoamentos distintos em duas zonas distintas de um
reator de plasma de micro-ondas, o primeiro escoamento é
constituído por um ou mais gases portadores e pelas
nanoestruturas que se pretende customizar e o segundo
escoamento é constituído por uma mistura composta por pelo
menos um gás inerte e por uma das seguintes opções: pelo
menos um percursor do componente dopante; pelo menos um
tipo de micropartículas; ou ambas as opção anteriores ao
mesmo tempo. Os dois escoamentos ao serem injetados em duas
zonas distintas de admissão do reator, são submetidos a
dois tratamentos distintos, o primeiro escoamento é
injetado na parte (7) do reator e o segundo na parte (6). O
segundo escoamento é submetido ao campo elétrico de uma
onda de superfície (9) excitada mediante o uso de potência
micro-ondas que é introduzida, por exemplo, num
aplicador (10) de campo, criando um plasma com alta
densidade de energia (entre 0,1 e 1 GW/m3), capaz de
decompor o percursor do componente dopante ou os
percursores dos componentes dopantes nos seus constituintes
atómicos e moleculares, assim como, de desaglomerar as
micropartículas, em pequenas nanopartículas. O segundo
escoamento, após passar por esta zona (8) quente do plasma,
escoa para as zonas (4) onde se faz a expansão do plasma,
onde o plasma é mais suave, menos energético e mais frio,
com temperaturas a rondar os 1700 - 2500 K e para a zona
(5) quimicamente ativa, bastante alargada.
É nestas zonas (4) e (5) que os componentes atómicos e
moleculares assim como as nanopartículas provenientes do
segundo escoamento se juntam às nanoestruturas provenientes
do primeiro escoamento, num ambiente de plasma suave, onde
23
as nanoestruturas vão ser customizadas, sendo em seguida
recolhidas, por exemplo, num dispositivo de filtragem em
ciclone.
A presente invenção refere-se também a um reator de
plasma de micro-ondas para customização de nanoestruturas.
Com referência à Fig. 1 e 2, o reator da invenção para
a customização de nanoestruturas possui um corpo (1) oco,
cujo corpo (1) compreende:
uma parte (2) de lançamento de ondas de
superfície para criação de plasma,
uma parte (3) onde se faz a expansão do plasma
(4), onde existe uma zona quimicamente ativa (5)
bastante alargada e onde se juntam o primeiro e o
segundo escoamentos.
em que as referidas partes (2) e (3) definem no corpo (1)
de reator duas respetivas zonas (4-5) e (8) interiores de
operação, sendo o reator caracterizado por a área de secção
transversal (a) da parte (2) ser mais pequena do que uma
área de secção transversal (A) da parte (3).
Num aspeto do reator da invenção, as referidas partes
(2) e (3) estão ligadas de modo integrante entre si,
formando uma peça única e proporcionando uma comunicação de
fluido entre estas partes.
O corpo (1) oco do reator é formado por um material
dielétrico selecionado do grupo consistindo em quartzo,
safira, alumina e combinações destes.
24
A presente invenção refere-se ainda a um sistema de
customização de nanoestruturas, o sistema da invenção
compreende: um reator de plasma de micro-ondas possuindo um
corpo (1) oco compreendendo, pelo menos, uma parte (2) de
lançamento de ondas de superfície, uma parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe também um zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada, e onde se juntam
o primeiro e o segundo escoamentos; as referidas partes (2)
e (3) definindo no reator duas zonas respetivas interiores
de operação estão ligadas paralelamente em comunicação de
fluido entre si.
As partes (2) e (3) do corpo (1) de reator podem estar
ligadas de modo integrante entre si de modo a formarem uma
peça única.
O referido corpo (1) de reator de plasma de micro-
ondas é construído a partir de um material dielétrico
selecionado do grupo compreendendo quartzo, safira, alumina
e semelhantes e suas combinações.
Numa forma de concretização muito preferida do sistema
da invenção, este é caracterizado por compreender um reator
de plasma de micro-ondas possuindo um corpo (1) oco
compreendendo, pelo menos:
uma parte (2) de lançamento de ondas de
superfície para criação de plasma,
uma parte (3) onde se faz a expansão do
plasma (4), estando ligada à parte (2) de
lançamento de ondas de superfície para
criação de plasma, proporcionando uma
25
comunicação de fluido entre as partes (2) e
(3) onde se juntam os dois escoamentos.
em que as referidas partes (2) e (3) definem no corpo (1)
de reator duas zonas (4-5) e (8) interiores de operação; e
onde a área de secção transversal da parte (2) é mais
pequena do que uma área de secção transversal da parte (3).
Numa outra variante à forma de concretização anterior,
as referidas partes (2) e (3) do corpo (1) de reator estão
ligadas de modo integrante entre si, formando uma peça
única de material dielétrico. Em opção, as partes (2) e (3)
do corpo (1) de reator estão ligadas entre si por meios de
ligação adequados, ao alcance do especialista na técnica.
Apresentam-se em seguida vários exemplos de
customização de nanoestruturas utilizando tecnologia plasma
de acordo com a presente invenção. Os exemplos descritos
abaixo não devem ser interpretados como sendo limitativos
do âmbito da presente invenção.
EXEMPLO 1. Para a produção de grafeno dopado com azoto
atómico (N-grafeno) com uma taxa de produção superior a 60
miligramas por hora, utiliza-se um reator de plasma formado
por um tubo de quartzo compreendendo uma parte (2) de
lançamento de ondas de superfície com um raio interno de
7,5 mm e uma parte (3) onde se faz a expansão do plasma,
com um raio interno de 21,0 mm. Em primeiro lugar, são
produzidos dois escoamentos, o primeiro formado por uma
mistura com um caudal total de 2,3×10-5 m3/s composta por
árgon como gás portador e por nanoestruturas de grafeno com
uma taxa de incorporação na mistura de 1,6×10-5 g/s, o
segundo formado por uma mistura com um caudal total de
4,2×10-6 m3/s composta por árgon como gás portador e por
26
azoto como percursor do componente dopante com uma taxa de
incorporação na mistura de 4,2×10-7 m3/s. Os caudais são
monitorizados através de um controlador acoplado a
medidores de caudal e de massa.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de azoto e
árgon em regime de escoamento, numa parte (6) de admissão
do reator, constituída por um tubo de quartzo e instalada
na parte (2) de lançamento de ondas de superfície.
Simultaneamente, introduz-se a referida mistura composta
por nanoestruturas de grafeno e árgon, numa parte (7)
igualmente de admissão do reator, constituída por um tubo
de quartzo e instalada na parte (3) onde se faz a expansão
do plasma. Posteriormente, o escoamento da referida mistura
prossegue através da parte (8) de uma tocha de plasma de
micro-ondas gerado por uma onda (9) de superfície à pressão
atmosférica. Esta tocha de plasma compreende um gerador de
micro-ondas, que opera a uma frequência de 2,45 GHz, um
dispositivo (10) de guia de ondas que inclui um isolador,
acopladores direcionais e um sintonizador, e um aplicador
de campo do tipo surfatrão. O sistema é encerrado por um
componente ajustável que curto-circuita a micro-onda. A
potência de micro-ondas fornecida ao plasma é de 1 kW.
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. As nanoestruturas
de N-grafeno assim formadas são recolhidas por um
dispositivo de filtragem.
EXEMPLO 2. Para a produção de nanocompósitos de grafeno
com Manganésio (Mn-grafeno) com uma taxa de produção
superior a 6 miligramas por hora, o sistema utiliza a
montagem descrita em cima (exemplo 1) com raios internos
iguais a 7,5 mm na parte (2) e de 21,0 mm na parte (3). Em
primeiro lugar, são produzidos dois escoamentos, o primeiro
27
formado por uma mistura com um caudal total de 4,2×10-6 m3/s
composta por árgon como gás portador e por nanoestruturas
de grafeno com uma taxa de incorporação na mistura de
1,6×10-6 g/s, o segundo formado por uma mistura com um
caudal total de 4,2×10-6 m3/s composta por árgon como gás
portador e por micropartículas de MnO2 com uma taxa de
incorporação na mistura de 1,6×10-6 g/s. Os caudais são
monitorizados através de um controlador acoplado a
medidores de caudal e de massa.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de
micropartículas de MnO2 e árgon em regime de escoamento,
numa parte (6) de admissão do reator, constituída por um
tubo de quartzo e instalada na parte (2) de lançamento de
ondas de superfície. Simultaneamente, introduz-se a
referida mistura composta por nanoestruturas de grafeno e
árgon, numa parte (7) igualmente de admissão do reator,
constituída por um tubo de quartzo e instalada na parte (3)
onde se faz a expansão do plasma. Posteriormente, o
escoamento da referida mistura prossegue através da parte
(8) de uma tocha de plasma de micro-ondas gerado por uma
onda (9) de superfície à pressão atmosférica. Esta tocha de
plasma é igual à descrita em cima (exemplo 1), operando na
mesma frequência de 2,45 GHz, e com mesmo tipo de aplicador
de campo. A potência de micro-ondas fornecida ao plasma é
de 100 W.
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. Os nanocompósitos
de grafeno com Manganésio (Mn-grafeno) assim formados são
recolhidos por um dispositivo de extração.
EXEMPLO 3. Para a produção de nanocompósitos de grafeno
com Estanho (Sn-grafeno) com uma taxa de produção superior
a 120 miligramas por hora, o sistema utiliza a montagem
28
descrita em cima (exemplo 1) com raios internos iguais a
7,5 mm na parte (2) e de 21,0 mm na parte (3). Em primeiro
lugar, são produzidos dois escoamentos, o primeiro formado
por uma mistura com um caudal total de 6,6×10-5 m3/s
composta por árgon como gás portador e por nanoestruturas
de grafeno com uma taxa de incorporação na mistura de
3,62×10-5 g/s, o segundo formado por uma mistura com um
caudal total de 3,3×10-5 m3/s composta por árgon como gás
portador e por micropartículas de SnO2 com uma taxa de
incorporação na mistura de 1,6×10-5 g/s. Os caudais são
monitorizados através de um controlador acoplado a
medidores de caudal e de massa.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de
micropartículas de SnO2 e árgon em regime de escoamento,
numa parte (6) de admissão do reator, constituída por um
tubo de quartzo e instalada na parte (2) de lançamento de
ondas de superfície. Simultaneamente, introduz-se a
referida mistura composta por nanoestruturas de grafeno e
árgon, numa parte (7) igualmente de admissão do reator,
constituída por um tubo de quartzo e instalada na parte (3)
onde se faz a expansão do plasma. Posteriormente, o
escoamento da referida mistura prossegue através da parte
(8) de uma tocha de plasma de micro-ondas gerado por uma
onda (9) de superfície à pressão atmosférica. Esta tocha de
plasma é igual à descrita em cima (exemplo 1), operando na
mesma frequência de 2,45 GHz, e com mesmo tipo de aplicador
de campo. A potência de micro-ondas fornecida ao plasma é
de 1 kW.
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. Os nanocompósitos
de grafeno com Estanho (Sn-grafeno) assim formados são
recolhidos por um dispositivo de extração.
29
EXEMPLO 4. Para a produção de nanocompósitos de grafeno
com ferro (Fe-grafeno) com uma taxa de produção superior a
240 miligramas por hora, o sistema utiliza a montagem
descrita em cima (exemplo 1) com raios internos iguais a
7,5 mm na parte (2) e de 21,0 mm na parte (3). Em primeiro
lugar, são produzidos dois escoamentos, o primeiro formado
por uma mistura com um caudal total de 6,6×10-5 m3/s
composta por árgon como gás portador e por nanoestruturas
de grafeno com uma taxa de incorporação na mistura de
6,4×10-5 g/s, o segundo formado por uma mistura com um
caudal total de 3,3×10-5 m3/s composta por árgon como gás
portador e por micropartículas de Fe2O3 com uma taxa de
incorporação na mistura de 1,6×10-5 g/s. Os caudais são
monitorizados através de um controlador acoplado a
medidores de caudal e de massa.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de
micropartículas de Fe2O3 e árgon em regime de escoamento,
numa parte (6) de admissão do reator, constituída por um
tubo de quartzo e instalada na parte (2) de lançamento de
ondas de superfície. Simultaneamente, introduz-se a
referida mistura composta por nanoestruturas de grafeno e
árgon, numa parte (7) igualmente de admissão do reator,
constituída por um tubo de quartzo e instalada na parte (3)
onde se faz a expansão do plasma. Posteriormente, o
escoamento da referida mistura prossegue através da parte
(8) de uma tocha de plasma de micro-ondas gerado por uma
onda (9) de superfície à pressão atmosférica. Esta tocha de
plasma é igual à descrita em cima (exemplo 1), operando na
mesma frequência de 2,45 GHz, e com mesmo tipo de aplicador
de campo. A potência de micro-ondas fornecida ao plasma é
de 2 kW.
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. Os nanocompósitos
30
de grafeno com ferro (Fe-grafeno) assim formados são
recolhidos por um dispositivo de extração.
EXEMPLO 5. Para a produção de grafeno dopado com azoto
atómico (N-grafeno) com uma taxa de produção superior a 2.4
gramas por hora, utiliza-se um reator de plasma formado por
um tubo de quartzo compreendendo uma parte (2) de
lançamento de ondas de superfície com um raio interno de
18,0 mm e uma parte (3) onde se faz a expansão do plasma,
com um raio interno de 32,0 mm. Em primeiro lugar, são
produzidos dois escoamentos, o primeiro formado por uma
mistura com um caudal total de 3,3×10-4 m3/s composta por
árgon como gás portador e por nanoestruturas de grafeno com
uma taxa de incorporação na mistura de 6,4×10-4 g/s, o
segundo formado por uma mistura com um caudal total de
6,6×10-5 m3/s composta por árgon como gás portador e por um
percursor sólido, neste caso concreto Ureia, com uma taxa
de incorporação na mistura de 3,2×10-4 g/s. Os caudais são
monitorizados através de um controlador acoplado a
medidores de caudal e de massa.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de Ureia e
árgon em regime de escoamento, numa parte (6) de admissão
do reator, constituída por um tubo de quartzo e instalada
na parte (2) de lançamento de ondas de superfície.
Simultaneamente, introduz-se a referida mistura composta
por nanoestruturas de grafeno e árgon, numa parte (7)
igualmente de admissão do reator, constituída por um tubo
de quartzo e instalada na parte (3) onde se faz a expansão
do plasma. Posteriormente, o escoamento da referida mistura
prossegue através da parte (8) de uma tocha de plasma de
micro-ondas gerado por uma onda (9) de superfície à pressão
atmosférica. Esta tocha de plasma compreende um gerador de
micro-ondas, que opera a uma frequência de 2,45 GHz, um
dispositivo (10) de guia de ondas que inclui um isolador,
31
acopladores direcionais e um sintonizador, e um aplicador
de campo do tipo surfatrão. O sistema é encerrado por um
componente ajustável que curto-circuita a micro-onda. A
potência de micro-ondas fornecida ao plasma é de 6 kW.
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. As nanoestruturas
de N-grafeno assim formadas são recolhidas por um
dispositivo de filtragem.
EXEMPLO 6. Para a produção de grafeno dopado com azoto
atómico (N-grafeno) com uma taxa de produção superior a 60
gramas por hora, utiliza-se um reator de plasma formado por
um tubo de quartzo compreendendo uma parte (2) de
lançamento de ondas de superfície com um raio interno de
18,0 mm e uma parte (3) onde se faz a expansão do plasma,
com um raio interno de 75,0 mm. Em primeiro lugar, são
produzidos dois escoamentos, o primeiro formado por uma
mistura com um caudal total de 8,3×10-4 m3/s composta por
árgon como gás portador e por nanoestruturas de grafeno com
uma taxa de incorporação na mistura de 1,6×10-2 g/s, o
segundo formado por uma mistura composta por um percursor
do azoto líquido, neste caso concreto Amónia, que depois de
vaporizado utilizando um banho ultrassónico, tem uma taxa
de incorporação na mistura de 6,6×10-5 m3/s e utiliza árgon
como gás portador, com um caudal de 8,3×10-4 m3/s. Os
caudais são monitorizados através de um controlador
acoplado a dois medidores de caudal.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de Amónia
vaporizada e árgon em regime de escoamento, numa parte (6)
de admissão do reator, constituída por um tubo de quartzo e
instalada na parte (2) de lançamento de ondas de
superfície. Simultaneamente, introduz-se a referida mistura
composta por nanoestruturas de grafeno e árgon, numa parte
32
(7) igualmente de admissão do reator, constituída por um
tubo de quartzo e instalada na parte (3) onde se faz a
expansão do plasma. Posteriormente, o escoamento da
referida mistura prossegue através da parte (8) de uma
tocha de plasma de micro-ondas gerado por uma onda (9) de
superfície à pressão atmosférica. Esta tocha de plasma
compreende um gerador de micro-ondas, que opera a uma
frequência de 2,45 GHz, um dispositivo (9) de guia de ondas
que inclui um isolador, acopladores direcionais e um
sintonizador, e um aplicador de campo do tipo surfatrão. O
sistema é encerrado por um componente ajustável que curto-
circuita a micro-onda. A potência de micro-ondas fornecida
ao plasma é de 20 kW.
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. As nanoestruturas
de N-grafeno assim formadas são recolhidas por um
dispositivo de filtragem.
EXEMPLO 7. Para a produção de grafeno dopado com azoto
atómico (N-grafeno) com uma taxa de produção superior a 2.4
gramas por hora, o sistema utiliza a montagem descrita em
cima (exemplo 5) com raios internos iguais a 18,0 mm na
parte (2) e de 32,0 mm na parte (3). Em primeiro lugar, são
produzidos dois escoamentos, o primeiro formado por uma
mistura de 50% de Hélio e 50% de Néon como gases portadores
com um caudal total de 1,3×10-4 m3/s e por nanoestruturas de
grafeno com uma taxa de incorporação na mistura de 6,4×10-4
g/s, o segundo formado por uma mistura com um caudal total
de 6,6×10-5 m3/s composta por árgon como gás portador e por
azoto como percursor do componente dopante com uma taxa de
incorporação na mistura de 4,2×10-7 m3/s. Os caudais são
monitorizados através de um controlador acoplado a
medidores de caudal e de massa.
33
Em seguida, introduz-se a referida mistura de azoto,
Hélio e Néon em regime de escoamento, numa parte (6) de
admissão do reator, constituída por um tubo de quartzo e
instalada na parte (2) de lançamento de ondas de
superfície. Simultaneamente, introduz-se a referida mistura
composta por nanoestruturas de grafeno, Hélio e Néon, numa
parte (7) igualmente de admissão do reator, constituída por
um tubo de quartzo e instalada na parte (3) onde se faz a
expansão do plasma. Posteriormente, o escoamento da
referida mistura prossegue através da parte (8) de uma
tocha de plasma de micro-ondas gerado por uma onda (9) de
superfície à pressão atmosférica. Esta tocha de plasma é
igual à descrita em cima (exemplo 5), operando na mesma
frequência de 2,45 GHz, e com mesmo tipo de aplicador de
campo. A potência de micro-ondas fornecida ao plasma é de 6
kW. A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde
se faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. As nanoestruturas
de N-grafeno assim formadas são recolhidas por um
dispositivo de filtragem.
EXEMPLO 8. Para a produção de nanocompósitos de grafeno
com Estanho (Sn-grafeno) com uma taxa de produção superior
a 60 gramas por hora, o sistema utiliza a montagem descrita
em cima (exemplo 6) com raios internos iguais a 18,0 mm na
parte (2) e de 75,0 mm na parte (3). Em primeiro lugar, são
produzidos dois escoamentos, o primeiro formado por uma
mistura 90% de árgon e 10% de Xénon como gases portadores
com um caudal total de 8,3×10-4 m3/s e por nanoestruturas de
grafeno com uma taxa de incorporação na mistura de 1,6×10-2
g/s, o segundo formado por uma mistura com um caudal total
de 8,3×10-4 m3/s composta por árgon como gás portador e por
micropartículas de estanho (SnO2) com uma taxa de
incorporação na mistura de 1,6×10-2 g/s. Os caudais são
34
monitorizados através de um controlador acoplado a
medidores de caudal e de massa.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de
micropartículas de SnO2, árgon e Xénon, em regime de
escoamento, numa parte (6) de admissão do reator,
constituída por um tubo de quartzo e instalada na parte (2)
de lançamento de ondas de superfície. Simultaneamente,
introduz-se a referida mistura composta por nanoestruturas
de grafeno, árgon e Xénon, numa parte (7) igualmente de
admissão do reator, constituída por um tubo de quartzo e
instalada na parte (3) onde se faz a expansão do plasma.
Posteriormente, o escoamento da referida mistura prossegue
através da parte (8) de uma tocha de plasma de micro-ondas
gerado por uma onda (9) de superfície à pressão
atmosférica. Esta tocha de plasma é igual à descrita em
cima (exemplo 6), operando na mesma frequência de 2,45 GHz,
e com mesmo tipo de aplicador de campo. A potência de
micro-ondas fornecida ao plasma é de 20 kW.
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. Os nanocompósitos
de grafeno com Estanho (Sn-grafeno) assim formados são
recolhidos por um dispositivo de extração.
EXEMPLO 9. Para a produção de nanocompósitos de N-grafeno
com Estanho com uma taxa de produção superior a 240
miligramas por hora, o sistema utiliza a montagem descrita
em cima (exemplo 6), com raios internos iguais a 18,0 mm na
parte (2) e 75,0 mm na parte (3). Em primeiro lugar, são
produzidos dois escoamentos, o primeiro formado por uma
mistura com um caudal total de 2,6×10-4 m3/s composta por
árgon como gás portador e por nanoestruturas de grafeno com
uma taxa de incorporação na mistura de 6,4×10-5 g/s, o
segundo formado por uma mistura com um caudal total de
35
6,6×10-5 m3/s composta por árgon como gás portador, por
micropartículas de estanho (SnO2) com uma taxa de
incorporação na mistura de 1,6×10-5 g/s e ainda por azoto
como percursor do componente dopante com uma taxa de
incorporação na mistura de 4,2×10-7 m3/s. Os caudais são
monitorizados através de controladores acoplados a
medidores de caudal e de massa.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de
micropartículas de SnO2, azoto e árgon, em regime de
escoamento, numa parte (6) de admissão do reator,
constituída por um tubo de quartzo e instalada na parte (2)
de lançamento de ondas de superfície. Simultaneamente,
introduz-se a referida mistura composta por nanoestruturas
de grafeno e árgon, numa parte (7) igualmente de admissão
do reator, constituída por um tubo de quartzo e instalada
na parte (3) onde se faz a expansão do plasma.
Posteriormente, o escoamento da referida mistura prossegue
através da parte (8) de uma tocha de plasma de micro-ondas
gerado por uma onda (9) de superfície à pressão
atmosférica. Esta tocha de plasma é igual à descrita em
cima (exemplo 6), operando na mesma frequência de 2,45 GHz,
e com mesmo tipo de aplicador de campo. A potência de
micro-ondas fornecida ao plasma é de 6 kW.
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. Os nanocompósitos
de N-grafeno com Estanho assim formados são recolhidos por
um dispositivo de extração.
EXEMPLO 10. Para a produção de nanocompósitos de N-grafeno
com Ferro com uma taxa de produção superior a 240
miligramas por hora, o sistema utiliza a montagem descrita
em cima (exemplo 6), com raios internos iguais a 18,0 mm na
parte (2) e 75,0 mm na parte (3). Em primeiro lugar, são
36
produzidos dois escoamentos, o primeiro formado por uma
mistura com um caudal total de 2,6×10-4 m3/s composta por
árgon como gás portador e por nanoestruturas de grafeno com
uma taxa de incorporação na mistura de 6,4×10-5 g/s, o
segundo formado por uma mistura com um caudal total de
6,6×10-5 m3/s composta por árgon como gás portador, por
micropartículas de ferro (Fe2O3) com uma taxa de
incorporação na mistura de 1,6×10-5 g/s e ainda por
amoníaco como percursor do componente dopante (N) com uma
taxa de incorporação na mistura de 4,2×10-7 m3/s. Os caudais
são monitorizados através de controladores acoplados a
medidores de caudal e de massa.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de
micropartículas de Fe2O3, amoníaco e árgon, em regime de
escoamento, numa parte (6) de admissão do reator,
constituída por um tubo de quartzo e instalada na parte (2)
de lançamento de ondas de superfície. Simultaneamente,
introduz-se a referida mistura composta por nanoestruturas
de grafeno e árgon, numa parte (7) igualmente de admissão
do reator, constituída por um tubo de quartzo e instalada
na parte (3) onde se faz a expansão do plasma.
Posteriormente, o escoamento da referida mistura prossegue
através da parte (8) de uma tocha de plasma de micro-ondas
gerado por uma onda (9) de superfície à pressão
atmosférica. Esta tocha de plasma é igual à descrita em
cima (exemplo 6), operando na mesma frequência de 2,45 GHz,
e com mesmo tipo de aplicador de campo. A potência de
micro-ondas fornecida ao plasma é de 6 kW.
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. Os nanocompósitos
de N-grafeno com Ferro assim formados são recolhidos por um
dispositivo de extração.
37
EXEMPLO 11. Para a produção de nanocompósitos de N-grafeno
com Manganésio com uma taxa de produção superior a 60
gramas por hora, o sistema utiliza a montagem descrita em
cima (exemplo 6), com raios internos iguais a 18,0 mm na
parte (2) e 75,0 mm na parte (3).
Em primeiro lugar, são produzidos dois escoamentos, o
primeiro formado por uma mistura com um caudal total de
8,3×10-4 m3/s composta por árgon como gás portador e por
nanoestruturas de grafeno com uma taxa de incorporação na
mistura de 1,6×10-2 g/s, o segundo formado por uma mistura
com um caudal total de 8,3×10-4 m3/s composta por árgon como
gás portador, por micropartículas de manganésio (MnO2) com
uma taxa de incorporação na mistura de 1,6×10-2 g/s e ainda
por amoníaco como percursor do componente dopante (N) com
uma taxa de incorporação na mistura de 4,2×10-6 m3/s. Os
caudais são monitorizados através de controladores
acoplados a medidores de caudal e de massa.
Em seguida, introduz-se a referida mistura de
micropartículas de manganésio, amoníaco e árgon, em
regime de escoamento, numa parte (6) de admissão do reator,
constituída por um tubo de quartzo e instalada na parte (2)
de lançamento de ondas de superfície. Simultaneamente,
introduz-se a referida mistura composta por nanoestruturas
de grafeno e árgon, numa parte (7) igualmente de admissão
do reator, constituída por um tubo de quartzo e instalada
na parte (3) onde se faz a expansão do plasma.
Posteriormente, o escoamento da referida mistura prossegue
através da parte (8) de uma tocha de plasma de micro-ondas
gerado por uma onda (9) de superfície à pressão
atmosférica. Esta tocha de plasma é igual à descrita em
cima (exemplo 6), operando na mesma frequência de 2,45 GHz,
e com mesmo tipo de aplicador de campo. A potência de
micro-ondas fornecida ao plasma é de 20 kW.
38
A junção dos dois escoamentos é feita na parte (3) onde se
faz a expansão do plasma (4), onde existe uma zona
quimicamente ativa (5) bastante alargada. Os nanocompósitos
de N-grafeno com Manganésio assim formados são recolhidos
por um dispositivo de extração.
Lisboa, 24 de setembro de 2018.
1
REIVINDICAÇÕES
1. Processo de customização de nanoestruturas autónomas,
caracterizado por compreender as seguintes etapas:
a) produção de um primeiro escoamento de uma mistura
composta por pelo menos um gás portador e as
nanoestruturas que se pretende customizar,
b) produção de um segundo escoamento de uma mistura de
pelo menos um gás inerte e de uma das seguintes
opções:
b1) pelo menos um percursor do componente dopante;
b2) pelo menos um tipo de micropartículas;
b3) pelo menos um percursor do componente dopante e
de pelo menos um tipo de micropartículas;
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a
um plasma de micro-ondas, através de descargas
sustentadas por onda de superfície, efetuando-se no
caso da opção:
b1) a decomposição do percursor do componente
dopante ou dos percursores dos componentes dopantes
nos seus constituintes atómicos e/ou moleculares;
b2) a desaglomeração das micropartículas em
pequenas nanopartículas;
b3) a decomposição do percursor do componente
dopante ou dos percursores dos componentes dopantes
nos seus constituintes atómicos e/ou moleculares, e
a desaglomeração das micropartículas em pequenas
nanopartículas;
d) exposição das nanoestruturas provenientes do
primeiro escoamento aos elementos resultantes da
exposição do segundo escoamento ao plasma de micro-
ondas, referidos no passo c), através da junção dos
dois escoamentos,
2
e) recolha de nanoestruturas customizadas resultantes
da interação descrita no passo d).
2. Processo de acordo com a reivindicação nº1 caraterizado
por o primeiro escoamento produzido no passo a) possuir um
caudal compreendido entre 4,2×10-6 e 8,3×10-4 m3/s,
preferencialmente entre 8,3×10-6 e 3,3×10-4 m3/s, e mais
preferencialmente entre 1,7×10-5 e 1,7×10-4 m3/s.
3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº1-2 caraterizado por o gás portador da mistura da etapa
a) ser selecionado do grupo consistindo em hélio, néon,
árgon, crípton, xénon e suas combinações.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº1-3 caraterizado por o primeiro escoamento produzido na
etapa a) possuir um caudal mássico de nanoestruturas que se
pretende customizar compreendido entre 1.6×10-6 e 1.6×10-2
grama/s, preferencialmente entre 1,6×10-5 e 0,8×10-2
grama/s, mais preferencialmente entre 3,2×10-5 e 1,6×10-3
grama/s.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº1-4 caraterizado por o segundo escoamento produzido na
etapa b) possuir um caudal compreendido entre 4,2×10-6 e
8,3×10-4 m3/s, preferencialmente entre 8,3×10-6 e 3,3×10-4
m3/s, e mais preferencialmente entre 1,7×10-5 e 1,7×10-4
m3/s.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº1-5 caraterizado por o gás inerte da mistura da etapa b)
ser selecionado do grupo consistindo em hélio, néon, árgon,
crípton, xénon e suas combinações.
3
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº1-6 caraterizado por o componente dopante da mistura da
etapa b) ser selecionado do grupo consistindo em boro,
azoto, germânio e fosforo e suas combinações.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº1-7 caraterizado por o segundo escoamento produzido na
etapa b) possuir um caudal mássico de micropartículas
compreendido entre 1.6×10-6 e 1.6×10-2 grama/s,
preferencialmente entre 1,6×10-5 e 0,8×10-2 grama/s, e mais
preferencialmente entre 3,2×10-5 e 1,6×10-3 grama/s.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº1-8 caraterizado por as micropartículas da mistura da
etapa b) terem na sua composição química um ou mais
elementos selecionados do grupo consistindo em manganésio,
estanho e ferro.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº1-9 caraterizado por o plasma de micro-ondas ser gerado
por uma fonte de micro-ondas operando numa gama de
potências de 100 W a 20000 W.
11. Reator de plasma de micro-ondas para customização de
nanoestruturas autónomas caraterizado por possuir um corpo
(1) oco compreendendo:
uma parte (2) de lançamento de ondas de
superfície para criação de plasma,
uma parte (3) onde se faz a expansão do plasma
(4), que possui uma zona quimicamente ativa (5)
alargada, e onde se juntam os dois escoamentos,
4
em que as referidas partes (2) e (3) definem no corpo (1)
do reator duas respetivas zonas (4-5) e (8) interiores de
operação.
12. Reator de acordo com a reivindicação nº11 caraterizado
por as ditas partes (2) e (3) estarem ligadas de modo
integrante entre si, formando uma peça única.
13. Reator de acordo com qualquer umas das reivindicações
nº11-12 caraterizado por o corpo (1) oco do reator ser
formado por um material dielétrico selecionado do grupo
consistindo em quartzo, safira, alumina e combinações
destes.
14. Reator de acordo com qualquer umas das reivindicações
nº11-13 caraterizado por o corpo (1) oco do reator
compreender ainda uma parte (7) de admissão de uma mistura
de pelo menos um gás portador e das nanoestruturas que se
pretende customizar, estando a parte (7) de admissão
integrada na parte (3) de expansão do plasma ou ligada à
parte (3) de expansão do plasma por intermédio de meios de
ligação.
15. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº11-14 caraterizado por o corpo (1) oco do reator
compreender ainda uma parte (6) de admissão de uma mistura
de pelo menos um gás inerte e de uma das seguintes opções:
pelo menos um percursor do componente dopante;
pelo menos um tipo de micropartículas;
pelo menos um percursor do componente dopante e
de pelo menos um tipo de micropartículas;
estando a parte (6) de admissão integrada na parte (2) de
lançamento de ondas de superfície ou ligada à parte (2) de
5
lançamento de ondas de superfície por intermédio de meios
de ligação.
16. Sistema para implementar o processo de customização de
nanoestruturas autónomas das reivindicações 1-10
caraterizado por compreender: um reator de plasma de micro-
ondas com um corpo (1) oco que compreende, pelo menos, uma
parte (2) de lançamento de ondas de superfície, uma parte
(3) onde se faz a expansão do plasma (4), e uma zona
quimicamente ativa (5) alargada, onde se juntam os dois
escoamentos; as referidas partes (2) e (3) definem no
reator duas zonas respetivas interiores de operação que
estão ligadas paralelamente em comunicação de fluido entre
si.
17. Sistema de acordo com a reivindicação nº16 caraterizado
por as referidas partes (2) e (3) do corpo (1) do reator
estarem ligadas de modo integrante entre si, formando uma
peça única.
18. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº16-17 caraterizado por o referido corpo (1) do reator ser
formado por um material dielétrico selecionado do grupo
consistindo em quartzo, safira, alumina e combinações
destes.
19. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações
nº16-18 caraterizado por compreender um reator de plasma de
micro-ondas com um corpo (1) oco e que compreende, pelo
menos,
uma parte (2) de lançamento de ondas de
superfície para criação de plasma;
uma parte (3) onde se faz a expansão do plasma
(4), ligada à parte (2) de lançamento de ondas de
6
superfície para criação de plasma, e que
proporciona uma comunicação de fluido entre as
partes (2) e (3) onde se juntam os dois
escoamentos;
em que as referidas partes (2) e (3) definem no corpo (1)
do reator duas zonas (4-5) e (8) interiores de operação.
Lisboa, 24 de setembro de 2018.
1/2
5
4
6
7
8
Figura 1
10
9
6
1
A
a
2
3
Figura 2
2/2
Figura 3
Figura 4
100 nm
1 mm
M0589.02 1/6
Relatório de Pesquisa de Portugal Ref. do pedido:
110764
CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA
B01J 19/00; B01J 12/00; B82B 3/00 De acordo com a Classificação Internacional de Patentes
DOCUMENTAÇÃO E BASES DE DADOS ELETRÓNICAS PESQUISAD AS EPODOC,ALLOYS,BIOSIS,EMBASE,PUBCOMP,PUBSUBS,WPI,XPESP,FSTA,MEDLINE, NPL,Google,Google patent,Espacenet
DOMÍNIOS TÉCNICOS PESQUISADOS
B01J 19/00; B01J 12/00; B82B 3/00
De acordo com a Classificação Internacional de Patentes DOCUMENTOS CONSIDERADOS RELEVANTES
Categoria* Citação do documento, com indicação, sempre que apropriado, das passagens relevantes Relevante
para a reivindicação
X
X
X
Tatarova, E., et al., “Towards large-scale in free-standing graphene
and N-graphene sheets ”, Scientific Reports, Vol. 7, Nº 1, 2017-08-01
[Todo o documento]
WO2017196198
INST SUPERIOR TÉCNICO [PT] 2017-11-16
[Todo o documento]
Tatarova, E., et al., “Microwave plasmas applied for the synthesis of
free standing graphene sheets ”, Journal of Physics D: Applied Physics,
Institute of Physics Publishing Ltd, GB, Vol. 47, Nº 38, pp. 1-11, 2014-08-
22
[Todo o documento]
1-7; 10-19
1-7; 10-19
1-7; 10-19
* Categorias dos documentos citados: A X Y E L
Estado da técnica; Documento de particular relevância quando considerado isoladamente; Documento de particular relevância quando combinado com um ou mais deste tipo de documentos; Pedido de patente anterior publicado na mesma data ou em data posterior à do pedido; Documento citado por qualquer outra razão;
T &
P
D O
Princípio ou teoria subjacente à invenção; Documento membro da mesma família de documentos de patente; Documento publicado antes da data de pedido mas depois da data de prioridade; Documento citado no pedido; Documento que se refere a uma divulgação oral, uso, exibição ou qualquer outro meio.
Data do termo da pesquisa
2018.11.20
Técnico examinador:
Alexandra Oliveira Assinatura
Telefone: Data de elaboração do Relatório de Pesquisa
2018.11.21
INPI, Campo das Cebolas, 1149-035 LISBOA Fax: 21 886 98 59
M0589.02 2/6
Nota: Esta pesquisa refere-se aos elementos apresentados até à data da elaboração deste relatório de pesquisa. Quaisquer elementos que possam ter sido entregues posteriormente a esta data, não foram objeto de apreciação técnica.
Anexo ao Relatório de Pesquisa de Portugal
Informação sobre os membros da família de documentos de patente
Ref. do pedido:
110764
Documento de patente citado no relatório Data de publicação Membro(s) da família Data de
publicação
WO2017196198 A2
2017-11-16
WO2017196198 (A2) WO2017196198 (A3)
PT109387 (A)
2017-11-16 2018-02-08 2016-05-13
M0589.02 3/6
Relatório de Pesquisa de Portugal Ref. do pedido:
110764
UNIDADE DE INVENÇÃO O pedido não está de acordo com os requisitos de unidade de invenção (art. 71º do
CPI) e foram encontradas as seguintes invenções:
1. Reivindicações nº (s) 1- 10 (Invenção I): referente ao processo de
customização de nanoestruturas autónomas.
2. Reivindicações nº (s) 11-15 (Invenção II): referente a um reactor de plasma
de micro-ondas para customização de nanoestruturas autónomas.
3. Reivindicações nº (s) 16-19 (Invenção III): referente a um sistema para
implementar o processo de customização de nanoestruturas autónomas das
reivindicações nº (s) 1-10, compreendendo um reactor de plasma de micro-
ondas.
Considera-se que não existe uma característica técnica comum entre as invenções,
não existindo um elemento de ligação que permita que as três invenções constituam
um único conceito inventivo geral, pelo que foram detetadas três invenções distintas.
Para além disso, a invenção I não remete para o uso de um reactor. Por sua vez, a
invenção III não remete para o uso do reactor reivindicado pela invenção II.
Hipoteticamente, parte do reactor de acordo com a invenção III poderia ser
considerado o único elemento que poderia servir de ligação à invenção, no entanto,
este conceito não é novo e inventivo, uma vez que já é conhecido pelo estado da
técnica (ver 3.1 Novidade (art. 55.º (1) do CPI) ).Verifica-se, assim, que não poderá
servir como elemento de ligação, pelo que não existe um único conceito inventivo
geral. Considera-se, deste modo, que não é cumprido o critério da unidade de
invenção.
Reivindicações nº (s) 1- 10 (Invenção I):
Não obstante, considera-se que a reivindicação nº 1 não está de acordo com os
requisitos de unidade de invenção (art. 71º do CPI) e foram encontradas as seguintes
invenções:
1. Invenção b1 : Processo de customização de nanoestruturas autónomas,
compreendendo as seguintes etapas:
a) produção de um primeiro escoamento de uma mistura composta por pelo
M0589.02 4/6
menos um gás portador e as nanoestruturas que se pretende customizar;
b) produção de um segundo escoamento de uma mistura de pelo menos um
gás inerte e de:
b1) pelo menos um percursor do componente dopante;
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de
micro-ondas, através de descargas sustentadas por onda de superfície,
efectuando-se:
b1) a decomposição do percursor do componente dopante ou dos
percursores dos componentes dopantes nos seus constituintes atómicos
e/ou moleculares;
d) exposição das nanoestruturas provenientes do primeiro escoamento aos
elementos resultantes da exposição do sefundo escoamento ao plasma
micro-ondas, referidos no passo c), através da junção dos dois
escoamentos;
e) recolha de nanoestruturas customizadas resultantes da interacção descrita
no passo d).
2. Invenção b2 : Processo de customização de nanoestruturas autónomas,
compreendendo as seguintes etapas:
a) produção de um primeiro escoamento de uma mistura composta por pelo
menos um gás portador e as nanoestruturas que se pretende customizar;
b) produção de um segundo escoamento de uma mistura de pelo menos um
gás inerte e de:
b2) pelo menos um tipo de micropartículas;
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de
micro-ondas, através de descargas sustentadas por onda de superfície,
efectuando-se:
b2) a desaglomeração das micropartículas em pequenas nanopartículas;
d) exposição das nanoestruturas provenientes do primeiro escoamento aos
elementos resultantes da exposição do sefundo escoamento ao plasma
micro-ondas, referidos no passo c), através da junção dos dois
escoamentos;
e) recolha de nanoestruturas customizadas resultantes da interacção descrita
no passo d).
3. Invenção b3 : Processo de customização de nanoestruturas autónomas,
compreendendo as seguintes etapas:
M0589.02 5/6
a) produção de um primeiro escoamento de uma mistura composta por pelo
menos um gás portador e as nanoestruturas que se pretende customizar;
b) produção de um segundo escoamento de uma mistura de pelo menos um
gás inerte e de:
b3) pelo menos um percursor do componente dopante e de pelo menos um
tipo de micropartículas;
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de
micro-ondas, através de descargas sustentadas por onda de superfície,
efectuando-se:
b3) a decomposição do percursor do componente dopante ou dos
percursores dos componentes dopantes nos seus constituintes atómicos
e/ou moleculares, e a desaglomeração das micropartículas em pequenas
nanopartículas;
d) exposição das nanoestruturas provenientes do primeiro escoamento aos
elementos resultantes da exposição do sefundo escoamento ao plasma
micro-ondas, referidos no passo c), através da junção dos dois
escoamentos;
e) recolha de nanoestruturas customizadas resultantes da interacção descrita
no passo d).
Considera-se que não existe uma característica técnica comum entre as três
invenções, não existindo um elemento de ligação que permita que as três invenções
constituam um único conceito inventivo geral, uma vez que os elementos de ligação
dos três processos são os seguintes passos:
- produção de um primeiro escoamento de uma mistura composta por pelo menos um
gás portador e as nanoestruturas que se pretende customizar;
- produção de um segundo escoamento de uma mistura de pelo menos um gás inerte;
- exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de micro-ondas,
através de descargas sustentadas por onda de superfície;
- exposição das nanoestruturas provenientes do primeiro escoamento aos elementos
resultantes da exposição do sefundo escoamento ao plasma micro-ondas, referidos
no passo c), através da junção dos dois escoamentos;
- recolha de nanoestruturas customizadas resultantes da interacção descrita no passo
d).
M0589.02 6/6
Os passos descritos não são novos (ver 3.1 Novidade (art. 55.º (1) do CPI) ), pelo
que não poderá servir como elemento de ligação. Verifica-se assim que a invenção I
b1); a invenção I b2) e a invenção I b3) são referentes a três processos distintos,
pelo que se considera que não é cumprido o critério da unidade de invenção.
Das invenções encontradas, apenas foi efectuada pesquisa para a invenção I b1)
(Reivindicações n(s) 1-7; 10).
M0588.02 1
Opinião Escrita
Ref. do pedido:
110764
Quadro-resumo a respeito de novidade, atividade inventiva e aplicação industrial:
Reivindicações SIM Novidade (N)
Reivindicações 1-7; 10-19 NÃO
Reivindicações SIM Atividade Inventiva (IS) Reivindicações 1-7; 10-19 NÃO
Reivindicações 1-7; 10-19 SIM Aplicação Industrial (IA) Reivindicações NÃO
Citações e explicações:
1. Estado da técnica (artigo 56.º do CPI)
Nesta opinião escrita far-se-á referência aos seguintes documentos, citados no relatório de pesquisa:
D1: Tatarova, E., et al., “Towards large-scale in free-standing graphene and N -graphene
sheets ”, Scientific Reports, Vol. 7, Nº 1, 2017-08-01
D2: WO2017196198
D3: Tatarova, E., et al., “Microwave plasmas applied for the synthesis of free standing
graphene sheets ”, Journal of Physics D: Applied Physics, Institute of Physics Publishing
Ltd, GB, Vol. 47, Nº 38, pp. 1-11, 2014-08-22
O documento D1 divulga um processo de customização de nanoestruturas autónomas em
que ocorre a produção de:
a) um escoamento de uma mistura composta por pelo menos um gás portador (árgon)
e as nanoestruturas que se pretende customizar (folhas de grafeno) (D1: páginas 3;
5-10);
b) um escoamento de uma mistura de pelo menos um gás inerte e de pelo menos um
percursor do componente dopante (D1: páginas 2-3 );
M0588.02 2
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de micro-ondas,
através de descargas sustentadas por ondas de superfície (D1: página 3 ),
efectuando-se a decomposição do percursor do componente dopante ou dos
percursores dos componentes dopantes nos seus constituintes atómicos e/ou
moleculares (D1: páginas 3-4; 11 );
d) exposição das nanoestruturas ao plasma de micro-ondas (D1: páginas 10; 13 );
e) recolha das nanoestruturas customizadas (D1: páginas 10; 13 ).
O documento D2 divulga um processo de produção de nanoestruturas autónomas que
compreende os passos de (D2: reivindicação nº 1 ):
a) produção de um escoamento de uma mistura de pelo menos um gás inerte (hélio,
néon, árgon, crípton, xénon e suas combinações) e de pelo menos um precursor;
b) decomposição do precursor nos seus constituintes atómicos e moleculares por meio
de um plasma de micro-ondas do escoamento do passo anterior;
c) exposição dos constituintes de precursor formados no passo anterior a radiação
infravermelha e, subsequentemente,
d) recolha de nanoestruturas resultantes de nucleação dos constituintes de precursor.
O referido escoamento produzido na alínea a) possui um um caudal compreendido entre
4,2×10-6 e 8,3×10-4 m3/s, de um modo preferido entre 8,3×10-6 e 3,3×10-4 m3/s, de um modo
mais preferido entre 1,7×10-5 e 1,7×10-4 m3/s (D2: reivindicação nº 5 ).
D2 divulga ainda que o plasma de micro-ondas é gerado por uma fonte de micro-ondas
operando numa gama de potências de 100 W a 60000 W (D2: reivindicação nº 7 ).
O mesmo documento divulga também um reactor de plasma de micro-ondas para produção
de nanoestruturas autónomas, em que o reactor possui um corpo oco formado por uma
material dieléctrico selecionado do grupo consistindo em quartzo, safira, alumina e
combinações destes (D2: reivindicação nº 12 ), compreendendo (D2: reivindicação nº 9 ):
- uma parte de lançamento de ondas de superfície para criação de plasma;
- uma parte transiente possuindo extremidades ligadas, proporcionando uma comunicação
de fluido entre estas partes;
e em que o corpo do reactor é constituito por três zonas interiores de operação, ligadas de
modo integrante entre si, formando uma única peça (D2: reivindicação nº 11 ).
D2 divulga também que o corpo oco compreende uma parte de admissão de uma mistura de
pelo menos um gás inerte e de pelo menos um percursor, estando a parte de admissão
M0588.02 3
integrada na parte de lançamento de ondas de superfície ou ligada à parte de lançamento
de ondas de superfície por intermédio de meios de ligação (D2: reivindicação nº 13 ).
D2 divulga, ainda, um sistema de produção de nanoestruturas autónomas em que o sistema
compreende um reactor de plasma de micro-ondas, com um corpo oco formado por uma
material dieléctrico selecionado do grupo consistindo em quartzo, safira, alumina e
combinações destes (D2: reivindicação nº 19 ), que compreende uma parte de lançamento
de ondas de superfície, uma parte transiente de formação de plasma, e uma parte de
nucleação de constituintes de precursor, definindo no reactor três zonas interiores de
operação que se encontram ligadas sequencialmente em comunicação de fluido entre si
(D2: reivindicação nº 14 ). As partes do corpo do reactor estão ligadas de modo integrante
entre si, formando uma peça única (D2: reivindicação nº 18 ).
O documento D3 refere-se a folhas de grafeno autónomas que foram sintetizadas utilizando
plasmas de microondas movidos por ondas de superfície a uma frequência estimulante de
2,45 GHz e pressão atmosférica. O método baseia-se na injecção de moléculas de etanol
através de um ambiente de plasma de microondas, onde ocorre a decomposição de
moléculas de etanol. Os átomos de carbono criados no plasma difundem-se em zonas mais
frias, e agregam-se em núcleos de carbono sólido. A parte principal do carbono sólido é
gradualmente retirada da região quente do plasma na corrente de plasma de saída onde as
nanoestruturas se reúnem e crescem. O aquecimento externo na zona de montagem do
reactor de plasma foi aplicado para desenvolver as qualidades estruturais das
nanoestruturas montadas. A presença de carbonos sp3 é reduzida pelo aumento da
temperatura do gás na zona de montagem do reactor de plasma. Como uma tendência
geral, o número de monocamadas diminui quando a temperatura da parede aumenta de 60
para 100 °C. As folhas de grafeno sintetizadas são estáveis e altamente ordenadas (D3:
resumo; figura 1 ).
2. Falta de clareza, coerência, suporte na descrição e insuficiência de scritiva (art.
62º, números 2 a 4 do CPI)
As reivindicações nº(s) 1; 6-7; 11; 13; 16; 18-19 não estão claras não cumprindo os
requisitos do nº 2 a 4 do art. 62º CPI, uma vez que:
- A reivindicação nº 1 , não está clara, uma vez que reivindica os passos de um processo de
customização de nanoestruturas autónomas, no entanto não há indicação do uso de um
reactor de plasma de micro-ondas.
- Na reivindicação nº(s) 11, 16, 19 os termos “parte” e “zonas” não são claros, não sendo
perceptível a diferença entre estes. Assim estes termos foram analisados considerando que
se referem à mesma característica técnica.
M0588.02 4
- A reivindicação nº 16 carece de clareza, uma vez que, não remete para o uso do reactor
de plasma de micro-ondas reivindicado nas reivindicações nº (s) 11-15.
- Sugere-se que, tanto nas reivindicações como nos outros cadernos, os sinais de referência
das características técnicas sejam apresentados a seguir ao nome dessa característica, por
exemplo, em vez de “ uma parte (2) de lançamento de ondas de superfície” se altere para
“uma parte de lançamento de ondas de superfície (2)”.
- Na descrição das figuras deverá descrever de forma detalhada as figuras nº (s) 1 e 2,
indicando a que corresponde cada número e letras identificados nas figuras.
- Na reivindicação nº 6 a expressão “e suas combinações” deverá ser substituída pela
expressão “ou suas combinações” de modo a possuir suporte nos exemplos apresentados.
- A reivindicação nº 7 carece de clareza, uma vez que não possui suporte nos exemplos
apresentados o componente dopante ser selecionado do grupo consistindo em boro,
germânio e fósforo e suas combinações.
- As reivindicações nº (s) 13 e 18 , carecem de clareza, uma vez que não possuem suporte
nos exemplos apresentados o material dieléctrico ser selecionado do grupo safira, alumina e
suas combinações.
2.1 Unidade de Invenção
O pedido não está de acordo com os requisitos de unidade de invenção (art. 71º do CPI) e
foram encontradas as seguintes invenções:
1. Reivindicações nº (s) 1- 10 (Invenção I): referente ao processo de customização de
nanoestruturas autónomas.
2. Reivindicações nº (s) 11-15 (Invenção II): referente a um reactor de plasma de
micro-ondas para customização de nanoestruturas autónomas.
3. Reivindicações nº (s) 16-19 (Invenção III): referente a um sistema para
implementar o processo de customização de nanoestruturas autónomas das
reivindicações nº (s) 1-10, compreendendo um reactor de plasma de micro-ondas.
Considera-se que não existe uma característica técnica comum entre as invenções, não
existindo um elemento de ligação que permita que as três invenções constituam um único
conceito inventivo geral, pelo que foram detetadas três invenções distintas.
Para além disso, a invenção I não remete para o uso de um reactor. Por sua vez, a invenção
III não remete para o uso do reactor reivindicado pela invenção II.
M0588.02 5
Hipoteticamente, parte do reactor de acordo com a invenção III poderia ser considerado o
único elemento que poderia servir de ligação à invenção, no entanto, este conceito não é
novo e inventivo, uma vez que já é conhecido pelo estado da técnica (ver 3.1 Novidade (art.
55.º (1) do CPI) ).Verifica-se, assim, que não poderá servir como elemento de ligação, pelo
que não existe um único conceito inventivo geral. Considera-se, deste modo, que não é
cumprido o critério da unidade de invenção.
2.1.1 Reivindicações nº (s) 1- 10 (Invenção I):
Não obstante, considera-se que a reivindicação nº 1 não está de acordo com os requisitos
de unidade de invenção (art. 71º do CPI) e foram encontradas as seguintes invenções:
1. Invenção b1 : Processo de customização de nanoestruturas autónomas,
compreendendo as seguintes etapas:
a) produção de um primeiro escoamento de uma mistura composta por pelo menos
um gás portador e as nanoestruturas que se pretende customizar;
b) produção de um segundo escoamento de uma mistura de pelo menos um gás
inerte e de:
b1) pelo menos um percursor do componente dopante;
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de micro-
ondas, através de descargas sustentadas por onda de superfície, efectuando-se:
b1) a decomposição do percursor do componente dopante ou dos percursores
dos componentes dopantes nos seus constituintes atómicos e/ou moleculares;
d) exposição das nanoestruturas provenientes do primeiro escoamento aos
elementos resultantes da exposição do sefundo escoamento ao plasma micro-
ondas, referidos no passo c), através da junção dos dois escoamentos;
e) recolha de nanoestruturas customizadas resultantes da interacção descrita no
passo d).
2. Invenção b2 : Processo de customização de nanoestruturas autónomas,
compreendendo as seguintes etapas:
a) produção de um primeiro escoamento de uma mistura composta por pelo menos
um gás portador e as nanoestruturas que se pretende customizar;
b) produção de um segundo escoamento de uma mistura de pelo menos um gás
inerte e de:
b2) pelo menos um tipo de micropartículas;
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de micro-
ondas, através de descargas sustentadas por onda de superfície, efectuando-se:
M0588.02 6
b2) a desaglomeração das micropartículas em pequenas nanopartículas;
d) exposição das nanoestruturas provenientes do primeiro escoamento aos
elementos resultantes da exposição do sefundo escoamento ao plasma micro-
ondas, referidos no passo c), através da junção dos dois escoamentos;
e) recolha de nanoestruturas customizadas resultantes da interacção descrita no
passo d).
3. Invenção b3 : Processo de customização de nanoestruturas autónomas,
compreendendo as seguintes etapas:
a) produção de um primeiro escoamento de uma mistura composta por pelo menos
um gás portador e as nanoestruturas que se pretende customizar;
b) produção de um segundo escoamento de uma mistura de pelo menos um gás
inerte e de:
b3) pelo menos um percursor do componente dopante e de pelo menos um tipo
de micropartículas;
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de micro-
ondas, através de descargas sustentadas por onda de superfície, efectuando-se:
b3) a decomposição do percursor do componente dopante ou dos percursores
dos componentes dopantes nos seus constituintes atómicos e/ou moleculares, e
a desaglomeração das micropartículas em pequenas nanopartículas;
d) exposição das nanoestruturas provenientes do primeiro escoamento aos
elementos resultantes da exposição do sefundo escoamento ao plasma micro-
ondas, referidos no passo c), através da junção dos dois escoamentos;
e) recolha de nanoestruturas customizadas resultantes da interacção descrita no
passo d).
Considera-se que não existe uma característica técnica comum entre as três invenções,
não existindo um elemento de ligação que permita que as três invenções constituam um
único conceito inventivo geral, uma vez que os elementos de ligação dos três processos
são os seguintes passos:
- produção de um primeiro escoamento de uma mistura composta por pelo menos um gás
portador e as nanoestruturas que se pretende customizar;
- produção de um segundo escoamento de uma mistura de pelo menos um gás inerte;
- exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de micro-ondas,
através de descargas sustentadas por onda de superfície;
M0588.02 7
- exposição das nanoestruturas provenientes do primeiro escoamento aos elementos
resultantes da exposição do sefundo escoamento ao plasma micro-ondas, referidos no
passo c), através da junção dos dois escoamentos;
- recolha de nanoestruturas customizadas resultantes da interacção descrita no passo d).
Os passos descritos não são novos (ver 3.1 Novidade (art. 55.º (1) do CPI) ), pelo que não
poderá servir como elemento de ligação. Verifica-se assim que a invenção I b1); a
invenção I b2) e a invenção I b3) são referentes a três processos distintos, pelo que se
considera que não é cumprido o critério da unidade de invenção.
Das invenções encontradas, apenas foi efectuada pesquisa para a invenção I b1)
(Reivindicações n(s) 1-7; 10).
3. Análise dos requisitos de patenteabilidade (arti go 55.º do CPI)
3.1 Novidade (art. 55.º (1) do CPI)
- Invenção I (reivindicações nº (s) 1-7 e 10)
Reivindicação nº 1
O documento D1 é considerado o estado da técnica mais próximo da matéria da
reivindicação nº 1, uma vez que descreve (as referências entre parêntesis referem-se às
passagens do documento D1): processo de customização de nanoestruturas autónomas em
que ocorre a produção de:
a) um escoamento de uma mistura composta por pelo menos um gás portador (árgon)
e as nanoestruturas que se pretende customizar (folhas de grafeno) (D1: páginas 3;
5-10);
b) um escoamento de uma mistura de pelo menos um gás inerte e de pelo menos um
percursor do componente dopante (D1: páginas 2-3 );
c) exposição do segundo escoamento do passo anterior a um plasma de micro-ondas,
através de descargas sustentadas por ondas de superfície (D1: página 3 ),
efectuando-se a decomposição do percursor do componente dopante ou dos
percursores dos componentes dopantes nos seus constituintes atómicos e/ou
moleculares (D1: páginas 3-4;11 );
d) exposição das nanoestruturas ao plasma de micro-ondas (D1: páginas 10; 13 );
e) recolha das nanoestruturas customizadas (D1: páginas 10; 13 ).
M0588.02 8
A matéria técnica descrita na reivindicação nº 1 encontra-se presente em D1, logo, esta não
goza de novidade.
Reivindicação nº 2
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 2, encontra-se contemplada em
D1 (D1: página 10 ). Assim sendo, a reivindicação nº 2 não goza de novidade.
Reivindicação nº 3
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 3, encontra-se contemplada em
D1 (D1: páginas 5 e 10 ). Assim sendo, a reivindicação nº 3 não goza de novidade.
Reivindicação nº 4
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 4, encontra-se contemplada em
D1 (D1: resumo; páginas 5 e 10 ). Assim sendo, a reivindicação nº 4 não goza de novidade.
Reivindicação nº 5
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 5, encontra-se contemplada em
D1 (D1: página 10 ). Assim sendo, a reivindicação nº 5 não goza de novidade.
Reivindicação nº 6
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 6, encontra-se contemplada em
D1 (D1: página 10 ). Assim sendo, a reivindicação nº 6 não goza de novidade.
Reivindicação nº 7
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 7, encontra-se contemplada em
D1 (D1: resumo; página 10 ). Assim sendo, a reivindicação nº 7 não goza de novidade.
Reivindicação nº 10
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 10, encontra-se contemplada em
D1 (D1: página 10 ). Assim sendo, a reivindicação nº 10 não goza de novidade.
- Invenção II (reivindicações nº (s) 11-15)
Reivindicação nº 11
O documento D1 é considerado o estado da técnica mais próximo da matéria da
reivindicação nº 1, uma vez que descreve (as referências entre parêntesis referem-se às
passagens do documento D1): um reactor de plasma de micro-ondas para customização de
M0588.02 9
nanoestruturas autónomas em que o reactor possui uma parte de lançamento de ondas de
superfície para criação de plasma e uma parte onde ocorre a expansão do plasma (D1:
páginas 3-4; figura 1 ).
A matéria técnica descrita na reivindicação nº 11 encontra-se presente em D1, logo, esta
não goza de novidade.
Reivindicação nº 12
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 12, encontra-se contemplada em
D1 (D1: páginas 3-4; figura 1 ). Assim sendo, a reivindicação nº 12 não goza de novidade.
Reivindicação nº 13
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 13, encontra-se contemplada em
D1 (D1: página 3 ). Assim sendo, a reivindicação nº 13 não goza de novidade.
Reivindicação nº 14
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 14, encontra-se contemplada em
D1 (D1: páginas 3-4; figura 1 ). Assim sendo, a reivindicação nº 14 não goza de novidade.
Reivindicação nº 15
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 15, encontra-se contemplada em
D1 (D1: páginas 3-5; 10 ). Assim sendo, a reivindicação nº 15 não goza de novidade.
- Invenção III (reivindicações nº (s) 16-19)
Reivindicação nº 16
O documento D1 é considerado o estado da técnica mais próximo da matéria da
reivindicação nº 1, uma vez que descreve (as referências entre parêntesis referem-se às
passagens do documento D1): um sistema para o processo de customização de
nanoestruturas autónomas que compreende um reactor de plasma de microondas com um
corpo que compreende uma parte de lançamento de ondas de superfície e uma parte onde
se faz a expansão do plasma, definindo duas zonas que se encontram ligadas
paralelamente em comunicação com o fluido entre si (D1: páginas 3-5; 10; figura 1 ).
A matéria técnica descrita na reivindicação nº 16 encontra-se presente em D1, logo, esta
não goza de novidade.
M0588.02 10
Reivindicação nº 17
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 17, encontra-se contemplada em
D1 (D1: páginas 3-4; figura 1 ). Assim sendo, a reivindicação nº 17 não goza de novidade.
Reivindicação nº 18
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 18, encontra-se contemplada em
D1 (D1: página 3 ). Assim sendo, a reivindicação nº 18 não goza de novidade.
Reivindicação nº 19
A matéria técnica descrita na reivindicação dependente nº 19, encontra-se contemplada em
D1 (D1: páginas 3-4; figura 1 ). Assim sendo, a reivindicação nº 19 não goza de novidade.
3.2 Atividade inventiva (art. 55.º (2) do CPI)
- Invenção I (reivindicações nº (s) 1-7 e 10)
As reivindicações nº(s) 1-7 e 10 não possuem novidade, pelos motivos referidos
anteriormente (ver 3.1 Novidade), pelo que também não possuem atividade inventiva.
- Invenção II (reivindicações nº (s) 11-15)
As reivindicações nº(s) 11-15 não possuem novidade, pelos motivos referidos anteriormente
(ver 3.1 Novidade), pelo que também não possuem atividade inventiva.
- Invenção III (reivindicações nº (s) 16-19)
As reivindicações nº(s) 16-19 não possuem novidade, pelos motivos referidos anteriormente
(ver 3.1 Novidade), pelo que também não possuem atividade inventiva.
Mesma na ausência de D1
D2 obstaria à atividade inventiva das reivindicações em conjunto com o conhecimento geral
comum por um perito na especialidade.
- Invenção I (reivindicações nº (s) 1-7 e 10)
D2 divulga um processo de produção de nanoestruturas autónomas que compreende os
passos (D2: reivindicação nº 1 ):
a) produção de um escoamento de uma mistura de pelo menos um gás inerte (hélio,
néon, árgon, crípton, xénon e suas combinações) e de pelo menos um precursor;
M0588.02 11
b) decomposição do precursor nos seus constituintes atómicos e moleculares por meio
de um plasma de micro-ondas do escoamento do passo anterior;
c) exposição dos constituintes de precursor formados no passo anterior a radiação
infravermelha e, subsequentemente,
d) recolha de nanoestruturas resultantes de nucleação dos constituintes de precursor.
O referido escoamento produzido na alínea a) possui um um caudal compreendido entre
4,2×10-6 e 8,3×10-4 m3/s, de um modo preferido entre 8,3×10-6 e 3,3×10-4 m3/s, de um modo
mais preferido entre 1,7×10-5 e 1,7×10-4 m3/s (D2: reivindicação nº 5 ).
D2 divulga ainda que o plasma de micro-ondas é gerado por uma fonte de micro-ondas
operando numa gama de potências de 100 W a 60000 W (D2: reivindicação nº 7 ).
- Invenção II (reivindicações nº (s) 11-15)
D2 divulga um reactor de plasma de micro-ondas para produção de nanoestruturas
autónomas, em que o reactor possui um corpo oco formado por uma material dieléctrico
selecionado do grupo consistindo em quartzo, safira, alumina e combinações destes (D2:
reivindicação nº 12 ), compreendendo (D2: reivindicação nº 9 ):
- uma parte de lançamento de ondas de superfície para criação de plasma;
- uma parte transiente possuindo extremidades ligadas, proporcionando uma comunicação
de fluido entre estas partes;
e em que o corpo do reactor é constituito por três zonas interiores de operação, ligadas de
modo integrante entre si, formando uma única peça (D2: reivindicação nº 11 ).
D2 divulga também que o corpo oco compreende uma parte de admissão de uma mistura de
pelo menos um gás inerte e de pelo menos um percursor, estando a parte de admissão
integrada na parte de lançamento de ondas de superfície ou ligada à parte de lançamento
de ondas de superfície por intermédio de meios de ligação (D2: reivindicação nº 13 ).
- Invenção III (reivindicações nº (s) 16-19)
D2 divulga um sistema de produção de nanoestruturas autónomas em que o sistema
compreende um reactor de plasma de micro-ondas, com um corpo oco formado por uma
material dieléctrico selecionado do grupo consistindo em quartzo, safira, alumina e
combinações destes (D2: reivindicação nº 19 ), que compreende uma parte de lançamento
de ondas de superfície, uma parte transiente de formação de plasma, e uma parte de
M0588.02 12
nucleação de constituintes de precursor, definindo no reactor três zonas interiores de
operação que se encontram ligadas sequencialmente em comunicação de fluido entre si
(D2: reivindicação nº 14 ). As partes do corpo do reactor estão ligadas de modo integrante
entre si, formando uma peça única (D2: reivindicação nº 18 ).
Mesmo na circunstância de ausência de D1 ou D2, o examinador considera que o
documento D3 comprometeria a atividade inventiva das reivindicações.
3.3 Aplicação Industrial (art. 55º (3) do CPI)
Todas as reivindicações apresentadas são suscetíveis de aplicação industrial, pois o seu
objeto pode ser realizado na indústria, nomeadamente na indústria química, de acordo com
o estipulado no nº 3 do art. 55º do CPI.
Nota: Esta pesquisa refere-se aos elementos apresentados até à data da elaboração desta opinião escrita. Quaisquer
elementos que possam ter sido entregues posteriormente a esta data, não foram objeto de apreciação técnica.
Instituto Nacional da Propriedade Industrial, 21 de novembro de 2018
Alexandra Oliveira Técnica Superior