Funktionalisierung von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit Thermo-reversible Blockcopolymere und Charakterisierung durch Kleinwinkelneutronenstreuung

Zusammenfassung

Ein Verfahren zur Funktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren mit strukturabstimmbaren polymeren Verkapselungsschichten und zur strukturellen Charakterisierung mittels Kleinwinkel-Neutronenstreuung wird vorgestellt.

Zusammenfassung

Wir demonstrieren ein Protokoll zur Funktionalisierung von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren unter Verwendung von wärmeempfindlichen PEO-PPO-PEO-Triblock-Copolymeren in einer wässrigen Lösung. In einer wässrigen Lösung aus Kohlenstoffnanoröhren/PEO105-PPO70-PEO105 (Poloxamer 407) adsorbiert das amphiphile Poloxamer 407 an den Oberflächen der Kohlenstoffnanoröhren und organisiert sich selbst zu kontinuierlichen Schichten, angetrieben durch intermolekulare Wechselwirkungen zwischen den Molekülen. Durch die Zugabe von 5-Methylsalicylsäure verändert sich die selbstorganisierte Struktur von einer kugelig-mizellaren zu einer zylindrischen Morphologie. Die hergestellten Poloxamer 407/Kohlenstoff-Nanoröhren-Hybridpartikel weisen thermoresponsive strukturelle Merkmale auf, so dass die Dichte und Dicke der Poloxamer 407-Schichten auch durch Temperaturschwankungen reversibel steuerbar sind. Die detaillierten strukturellen Eigenschaften der Poloxamer 407/Kohlenstoff-Nanoröhren-Partikel in Suspension können durch Kleinwinkel-Neutronenstreuexperimente und Modellanpassungsanalysen charakterisiert werden. Die unterschiedlichen Kurvenformen der Streuintensitäten in Abhängigkeit von der Temperaturregelung oder der Zugabe von aromatischen Additiven werden durch ein modifiziertes Kern-Schale-Zylindermodell, bestehend aus einem Kohlenstoffnanoröhren-Kernzylinder, einer hydrophoben Hülle und einer hydratisierten Polymerschicht, gut beschrieben. Diese Methode kann einen einfachen, aber effizienten Weg für die Herstellung und in-situ-Charakterisierung von Nanopartikeln auf Basis von Kohlenstoffnanoröhren mit einer strukturabstimmbaren Verkapselung bieten.

Einleitung

Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) hohle zylindrische Nanoteilchen, gebildet durch eine Mikrometer-Maßstab Graphitfolie in eine nanotube rollen. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften wurden CNTs extensiv als neuartige Kandidaten für funktionelle Nanopartikel in therapeutischen und Bio-Sensor - Anwendungen sowie Nanofüllstoffe in selbstorganisierenden Nanokompositmaterialien sucht. ^1-3 jedoch ihre schlechte Löslichkeit und starke Präferenz in Richtung Bündel in häufig verwendeten organischen und wässrigen Lösungsmitteln Herstellung behindern leicht und umweltfreundliche Verarbeitung sowie Fortschritte in der b....

Protokoll

Hinweis: Dieses Protokoll besondere Sorgfalt bei der Handhabung von Nanomaterialien erfordert. Als gekauften einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren (SWNT) bestehen in Form von feinem Pulver und so sollten sie als Nano gefährlichen Materialien in Betracht gezogen werden, bevor sie in wässrigen Lösungen dispergiert werden. Bitte verwenden Sie entsprechende Schutzausrüstung in den Sicherheitsdatenblättern beschrieben (MSDS).

1. Herstellung von Poloxamer 407 / SWNT wässrigen Suspensionen

Hinweis: Gehen Sie mit allen Probenvorbereitungsverfahren bei einer niedrigeren Temperatur als die kritische Temperatur Mizellisierung....

Ergebnisse

Poloxamer 407 beschichteten SWNT nanorod Suspensionen wurden unter Verwendung der Probenvorbereitungsverfahren (Figur 4) hergestellt, die in zwei wichtige Prozesse unterteilt werden kann; die physikalische Adsorptionsverfahren von Poloxamer 407 auf SWNT Oberflächen mit ultra-Beschallung und die Fraktionierung Prozess individuell stabilisierten SWNT von gebündelten Aggregate mit Zentrifugation.

Die SANS Streuin.......

Diskussion

SANS und AFM-Messungen zeigten, dass SWNTs wurden in wässriger Lösung unter Verwendung eines Poloxamer 407 Triblockcopolymer erfolgreich de-gebündelt und individuell verteilt worden. In diesem Probenvorbereitungsverfahren, Ultraschallbehandlung und Zentrifugation Prozesse sind die kritischen Schritte, um die Eigenschaften der endgültigen Suspension zu bestimmen. Die starke Wechselwirkung zwischen den SWNTs, die nicht beschichteten SWNTs zwingt in Lösung zu bündeln, müssen die einzelnen SWNT mit Blockcopolymeren zur Stab.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
HiPco Einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren	Unidym	P2771
Pluronic F127	BASF	9003-11-6	Mw = 12,6 kg/mol
5-Methylsalicylsäure	TCI America	C0410
Ultraschallprozessor	Cole-Parmer	ML-04714-52
Sorvall 6 plus Zentrifuge	Thermo Scientific	46910
Innova AFM	Bruker
Si-Wafer	Silicon Quest International		mit 150 mm Durchmesser; N Typ < 1-1-1> Schnitt; 1-10  Ohm/cm; Einseitiges Polyshed (675 ± 25 μ m); Gewürfelt (12  mm x 12 mm)