Funzionalizzazione di single-walled nanotubi di carbonio con termo-reversibili Block Copolimeri e caratterizzazione da piccolo angolo Neutron Scattering

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di fabbricare e caratterizzare nanoparticelle basate su nanotubi di carbonio contenenti uno strato di incapsulamento termicamente reattivo in soluzioni acquose. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo dell'ingegneria delle nanostrutture, come ad esempio come fabbricare nanoparticelle sensibili agli stimoli e studiare i cambiamenti in situ nella loro struttura su scala nanometrica indotti da stimoli esterni. Questo metodo può fornire informazioni sulla fabbricazione basata sull'assemblaggio chimico di nano blocchi di costruzione intelligenti.

Può essere applicato anche ad altri sistemi costituiti da diversi tipi di nanoparticelle carbonatiche e copolimeri a blocchi. Per iniziare questa procedura, aggiungere 0,175 grammi di polvere di Poloxamer 407 in 70 grammi di ossido di deuterio. Quindi sciogliere completamente il polimero in soluzione utilizzando un agitatore magnetico per 30 minuti a un'ora.

Aggiungere separatamente 0,01 grammi di polvere di nanotubi di carbonio a parete singola a provette da centrifuga coniche da 250 millilitri. Quindi aggiungere 31,6 millilitri della soluzione di poloxamer 407 a ciascuna provetta. Successivamente, mescolare la sospensione in ciascun tubo mescolando a vortice per 5-10 minuti.

Al termine, posizionare il tubo uno a bagnomaria e fissarlo utilizzando un supporto a morsetto. Immergere la punta di un ultrasuonatore nella sospensione del tubo uno. Aumentare gradualmente la potenza di sonicazione dallo 0% fino a quando i nanotubi di carbonio depositati sul fondo del tubo iniziano a frantumarsi e diffondersi a causa degli ultrasuoni propagati dalla punta dell'ultrasuonatore.

Trattare la sospensione con ultrasuoni per 60 minuti a 20 gradi Celsius mantenendo la temperatura della sospensione al di sotto di 25 gradi Celsius utilizzando un bagno d'acqua come serbatoio di temperatura. Quindi, centrifugare le sospensioni grezze in entrambe le provette a 9800 volte G per due ore a 20 gradi Celsius. Dopo la centrifugazione, trasferire separatamente 15 millilitri di ciascun surnatante dalla parte superiore della soluzione in una nuova provetta.

Sciogliere 0,015 grammi di acido 5-metilsalicilico o 5-MS nel surnatante della provetta due ed etichettare questa miscela come campione due. Etichettare la provetta contenente il surnatante della provetta uno come campione. Caricare 0,3 millilitri di ciascun campione in una cella amorfa cord-span-jo.

Posizionare i coperchi sulle due celle e sigillarli avvolgendoli saldamente con del nastro adesivo attorno ai coperchi. Successivamente, posizionare una delle celle sigillate tra i distanziatori del supporto delle celle in alluminio e assemblare il supporto delle celle banjo in alluminio. Caricare le celle assemblate in diverse posizioni di campionamento della paletta di campionamento EQ-SAN.

Fai un elenco delle posizioni dei campioni della pagaia sul modulo dell'elenco dei campioni. Avviare la misurazione caricando ed eseguendo lo script dell'esperimento nella finestra di controllo PI-DAS. Per le misure AFM, mescolare 0,1 millilitri della soluzione dal campione in una provetta con 1,9 millilitri di acqua deionizzata.

Quindi, posiziona un wafer di silicio pulito su uno spin coder. Fissare la posizione del wafer utilizzando un controllo del vuoto. Impostare la velocità di rotazione e il tempo di esecuzione rispettivamente su 1500 giri al minuto e 60 secondi.

Bagnare la superficie esposta del wafer con il campione diluito. Quindi inizia a codificare la rotazione. Al termine, spegnere la pompa del vuoto e rimuovere il wafer codificato dal codificatore di rotazione.

A questo punto, attacca la cialda con codice di spin su un disco di ferro utilizzando un nastro biadesivo in carbonio. Avvicinare il disco al bordo dell'area esposta di uno scanner. Quindi far scorrere il disco verso il centro fino a quando la superficie inferiore non copre completamente la parte superiore dello scanner.

Successivamente, montare il microscopio a scansione di sonda o la testa SPM sullo scanner e collegare il cavo. Aprire il software di controllo dell'alimentazione dello strumento sul computer e selezionare la modalità di tocco nella finestra di configurazione del sistema. Quindi, posizionare la punta a sbalzo al centro della finestra del monitor regolando le manopole grossolane e sottili del microscopio ottico e spostando i tavolini ottici X e Y.

Allineare il laser regolando le manopole di allineamento del laser sulla testa SPM. Individuare approssimativamente il punto laser rosso sul cantilever e spostare il punto al centro della punta del cantilever tracciando i punti mostrati nel monitor. Dopo l'allineamento laser, allineare il rilevatore utilizzando le manopole del fotorilevatore.

Regolare approssimativamente le manopole per spegnere quattro luci LED rosse sulla testa SPM. Quindi regolare finemente le manopole fino a quando l'immagine di riflessione rosa si trova al centro della finestra di allineamento laser e la somma del segnale del fotodiodo del quadrante è maggiore di almeno due volt. Sintonizza il cantilever utilizzando la sintonizzazione automatica nella finestra di sintonizzazione del cantilever.

Quindi eseguire la sintonizzazione automatica in un intervallo di frequenza compreso tra zero e 1000 kilohertz. Successivamente, mettere a fuoco la superficie del wafer del microscopio regolando le manopole di messa a fuoco. Una volta che la superficie del wafer è a fuoco, fare clic sul pulsante di attivazione sulla barra degli strumenti.

Selezionare una dimensione di scansione, un numero di campionamento e una frequenza di scansione nella finestra popup. Avvia la scansione. Regolare gradualmente i valori di guadagno proporzionale, guadagno integrale e deflessione verticale se il contrasto tra le particelle e lo sfondo del substrato è troppo basso per riconoscere chiaramente le forme e i confini delle particelle dall'immagine scansionata.

Infine, sganciare la sonda dopo la misurazione. Modificando la temperatura o aggiungendo additivi 5-MS, le intensità di dispersione SANS della sospensione funzionalizzata di nanotubi di carbonio a parete singola mostrano uno spostamento verso un Q più elevato nella regione Q intermedia e lo sviluppo di un picco ad alto Q.I cambiamenti dovuti al controllo della temperatura e all'aggiunta di 5-MS hanno origine dal cambiamento strutturale dello strato di incapsulamento del polossamero 407 sui nanotubi di carbonio. Il nanorod del nanotubo di carbonio del polossamero con la struttura del cilindro del guscio centrale subisce una trasformazione strutturale dall'incapsulamento da parte di micelle sferiche di poloxamer 407 a temperatura ambiente all'incapsulamento da uno strato cilindrico compatto di poloxamero 407 a temperatura più elevata.

Durante il cambiamento strutturale, la micella sferica del poloxamero 407 con un raggio di rotazione di 45 angstrom diventa un insieme di blob a catena singola che circondano il nucleo di nanotubi di carbonio in modo più compatto con il raggio di rotazione di 30 angstrom. Sebbene le immagini AFM mostrino solo una morfologia essiccata dei nanotubi di carbonio polossamero senza acqua, forniscono prove di disaggregazione e dispersione dei nanotubi di carbonio, nonché la distribuzione della lunghezza dei nanobari. Questa procedura può essere applicata a diverse combinazioni di nanoparticelle in copolimeri a blocchi per fabbricare vari blocchi di nano costruzione sensibili agli stimoli.

Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come la crio-EM o la simulazione dinamica molecolare per rispondere a domande come la struttura spaziale reale degli strati polimerici in stato di soluzione e la fisica sottostante dettagliata relativa al cambiamento di struttura. Spero che questo video abbia dimostrato che lo scattering di neutroni a piccolo angolo è una tecnica molto utile per la caratterizzazione in situ di nanostrutture di campioni in soluzione. Speriamo anche di vedere più scienziati venire a SNS per vari esperimenti di scattering di neutroni.