Представлен метод функционализации углеродных нанотрубок с настраиваемыми по структуре полимерными слоями инкапсуляции и структурной характеризации с использованием малоуглового рассеяния нейтронов.
Методическая статья
Представлен метод функционализации углеродных нанотрубок с настраиваемыми по структуре полимерными слоями инкапсуляции и структурной характеризации с использованием малоуглового рассеяния нейтронов.
Мы демонстрируем протокол функционализации одностенных углеродных нанотрубок с использованием термочувствительных триблокных сополимеров PEO-PPO-PEO в водном растворе. В водном растворе углеродной нанотрубки/PEO105-PPO70-PEO105 (полоксамер 407) амфифильный полоксамер 407 адсорбируется на поверхности углеродных нанотрубок и самоорганизуется в непрерывные слои, приводимые в движение межмолекулярными взаимодействиями между составляющими молекулами. Добавление 5-метилсалициловой кислоты изменяет самоорганизующуюся структуру со сферически-мицеллярной на цилиндрическую морфологию. Изготовленные гибридные частицы полоксамера 407 и углеродных нанотрубок демонстрируют термочувствительные структурные особенности, так что плотность и толщина слоев полоксамера 407 также обратимо контролируются при изменении температуры. Детально изученные структурные свойства частиц полоксамера 407/углеродных нанотрубок в суспензии могут быть охарактеризованы с помощью экспериментов по рассеянию нейтронов под малым углом и анализа подгонки модели. Отчетливые формы кривых интенсивностей рассеяния в зависимости от контроля температуры или добавления ароматических добавок хорошо описываются модифицированной моделью цилиндра сердцевины-оболочки, состоящей из цилиндра с сердцевиной из углеродных нанотрубок, гидрофобной оболочки и гидратированного полимерного слоя. Этот метод может обеспечить простой, но эффективный способ изготовления и определения характеристик in-situ наночастиц на основе углеродных нанотрубок с настраиваемой структурой инкапсуляции.
Углеродные нанотрубки (УНТ) представляют собой полые цилиндрические наночастицы, сформированные прокаткой микронных графитовый лист в нанотрубке. Из - за своих необычных механических, тепловых и электрических свойств, УНТ были широко исследованы в качестве нового кандидата для функциональных наночастиц в терапевтических и био-зондирования приложений, а также нано-наполнителей в самоорганизующихся нанокомпозитных материалов. 1-3 Тем не менее, их плохая растворимость и сильное предпочтение в сторону создания пучков в обычно используемых органических и водных растворителей препятствуют легкий и экологически чистые переработки, а также достижения в области биологических применений. Таким образом, различные методы функционализации, например, ультра- обработки ультразвуком, модификации поверхности химического и нековалентного функционализации с использованием поверхностно -активных веществ и блок - сополимеров, 4-9, были разработаны для модификации поверхности НКТ и улучшить их диспергируемость в широком диапазоне растворители. Нековалентная functionaМетоды лизация на основе физических способов обработки поверхности, в частности, считается перспективным и надежной стратегией, потому что любая поверхность модификация индуцированное подавление в собственных свойств углеродных нанотрубок может быть сведено к минимуму. 10 На сегодняшний день, были многочисленные усилия по повышению эффективности дисперсии нековалентных методов функционализации путем использования различных типов диспергирующих агентов , включая основные поверхностно -активные вещества (например, SDS, СТАВ, NaDDBS), 7,11 амфифильные блок - сополимеры, 8 био-материалы (например, ДНК), 12,13 и синтетических функциональных полимеров (например, сопряженного полимера, ароматический полимер). 14,15
ПЭО-ППО-ПЭО полимеры, своего рода триблоксополимера, состоящий из двух гидрофильным поли (этиленоксид) (ПЭО) цепи на обоих концах, ковалентно связанных с одним гидрофобным поли (пропиленоксид) (ППО) цепи в центре, может расширить потенциал применение нековалентно функционализованных углеродных нанотрубок ян водный раствор. Эти полимеры обеспечивают интерфейс, который является дружественным не только на поверхности углеродных нанотрубок, но и в водных средах и других полимерных матриц и обладает огромным биосовместимости вследствие минимальной токсичности цепей ПЭО. Это облегчает простую обработку в широком диапазоне диспергирующих сред, а также использования с полимерным покрытием нанотрубок в биомедицине. 12,16-17 Кроме того, богатые термодинамическое поведение фазы этих полимеров на основе их чувствительных ответах на внешние раздражители позволяет изготовление смарт - блок - сополимер-CNT гибридных наноструктур , в которых внутри- и структуры между частицами может быть обратимо и точно контролируемыми. 18-21 Здесь мы приводим протокол для изготовления гибридных наночастиц на основе УНТ с перестраиваемой инкапсулирования слоем PEO105-PPO70-PEO105 (полоксамер 407). Полученная структура характеризуется малоуглового рассеяния нейтронов (SANS). Эта работа, как ожидается, Вве концепция интеллектуальных функциональных структурных блоков и помочь неспециалистам легко подготовить блок-сополимер-функционализированные CNT суспензии и использовать SANS для детальной характеристики в Oak Ridge National Laboratory.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Примечание: Этот протокол требует особой осторожности при обращении с наноматериалами. Как приобретенное одностенных углеродных нанотрубок (ОСНТ) существуют в виде мелкого порошка и, таким образом, они должны рассматриваться как нано-опасных материалов перед диспергированием их в водных растворах. Пожалуйста, используйте соответствующее оборудование безопасности, описанной в паспорте безопасности (MSDS).
1. Получение полоксамер 407 / ОСНТ водных суспензи
Примечание: Осуществите всех процедур подготовки пробы при более низкой температуре, чем критическая температура мицеллообразования (СМТ), блок-сополимеров, используемых. Полоксамер 407 образцов / SWNT готовили при 20 ° С, ниже СМТ полоксамера 407 (30 ° C). 21
Примечание: Для работы на beamlines в расщеплении Neutron Source (SNS), требуется принял предложение beamtime. Радиологический подготовка по вопросам безопасности и другой инструмент специальной подготовки также необходимо заранее. Доступ и обучение детали обеспечиваются SNS пользователя Бюро и могут быть найдены в neutrons.ornl.gov.
3. SANS обработка и анализ данных
4. Real-космических наблюдений с помощью атомно-силовой микроскопии (AFM)
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Полоксамера 407 покрытых SWNT наностержню суспензии были изготовлены с использованием процедуры подготовки образца (рисунок 4), которые можно разделить на два важных процессов; физический процесс адсорбции полоксамера 407 на ОСНТ поверхностей с использованием ультра-ультразвуковую обработку, а также процесс фракционирования индивидуально-стабилизированных однослойных из сгруппированных агрегатов с использованием центрифугирования.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
SANS и измерения методом АСМ показали, что ОСНТ были успешно де сгруппирована и индивидуально диспергируют в водном растворе с использованием триблок-сополимера полоксамер 407. В этом способе приготовления образца, ультра-ультразвуковую обработку и центрифугирование процессы являются критические шаги определения характеристик конечной суспензии. Сильное взаимодействие между ОСНТ, который заставляет непокрытых ОСНТ связывать вместе в растворе, необходимо преодолеть для стабилизации отдельных ОСНТ с блок-сополимеров. Обес...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Исследование в Источнике нейтронов расщепления и Центре нанофазных материаловедения Национальной лаборатории Оук-Ридж было спонсировано Отделом научных пользовательских средств Управления фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США. Автор, Чжэ Чжан, выражает благодарность за финансовую поддержку со стороны Центра нейтронной науки Юлиха, Исследовательского центра Юлиха.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| HiPco Одностенные углеродные нанотрубки | Unidym | P2771 | |
| Pluronic F127 | BASF | 9003-11-6 | Mw = 12,6 кг/моль |
| 5-метилсалициловая кислота | TCI America | C0410 | |
| Ультразвуковой процессор | Cole-Parmer | ML-04714-52 | |
| Sorvall 6 плюс центрифуга | Thermo Scientific | 46910 | |
| Innova AFM | Bruker | ||
| Si-wafer | Silicon Quest International | диаметром 150 мм; N тип < 1-1-1> резать; 1-10 Ом/см; Односторонний полишед (675 ± 25 μ m); Нарезанные кубиками (12 мм x 12 мм) |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение