Introduction
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
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
- Приготовление полоксамера 407 водных растворов (0,25% вес / вес)
- Полностью растворите 0,175 г полоксамера 407 порошка в 70 г D 2 O.
Примечание: D 2 O используется для SANSизмерения. 70 г D 2 O составляет приблизительно 63,2 мл при комнатной температуре. Для других целей, H 2 O , рекомендуется для использования.
- Полностью растворите 0,175 г полоксамера 407 порошка в 70 г D 2 O.
- Приготовление сырой полоксамера 407 / SWNT суспензий
- Добавить 0,01 г порошка ОНТ к двум 50 мл конические центрифужные пробирки (трубки 1 и трубки 2) отдельно.
- Добавить 31,6 мл раствора полоксамер 407 (1.1.1), в трубу 1, и 31,6 мл оставшегося раствора в трубу 2.
- Смешайте суспензии в трубке 1 и 2 с помощью вихревого смешивания в течение 5-10 мин.
- Поместите трубку 1 в водяной бане. Зафиксировать положение трубки надежно. (Рисунок 1) Dip трубку до тех пор , интерфейс пневматической подвеской не достигает поверхности воды в ванне.
- Dip верхушку ультразвукового дезинтегратора в суспензию трубки 1. Увеличение мощности обработки ультразвуком постепенно от 0%, по крайней мере до тех пор, ОНТ, осажденные на дне пробирки не начинают разрушать и распространения из-за ультразвукового размножают F ПЗУ наконечник ультразвукового дезинтегратора. Обрабатывают суспензии с ультразвуком в течение 60 мин при 20 ° С, поддерживая при этом температуру ниже подвески 25 ° C.
Примечание: Не опускайте конец наконечника глубже, чем 1 см в суспензию. Поддерживают температуру подвески ниже 25 ° C, либо путем регулирования температуры резервуара для воды или путем повторного заполнения ванны соответствующим образом. - Повторите шаги 1.2.4 и 1.2.5 для трубы 2.
- Приготовление полоксамер 407 / ОСНТ суспензий в отсутствие и в присутствии 5-Methylsalicylic кислоты
- Центрифуга сырые суспензии в пробирки 1 и 2 при 9,800 × г в течение 2 ч при температуре 20 ° С.
- Переместить 15 мл надосадочной жидкости из каждой пробирки в новую пробирку, отдельно.
- Растворите 0,015 г 5-methylsalicylic кислоты (5 мс) в супернатант, взятой из трубы 2, и маркировать эту смесь как образец # 2. Этикетка другой супернатант из трубки 1 в качестве образца # 1.
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.
- Пример загрузки
- Нагрузка 0,3 мл образца № 1 в аморфное кварцевое банджо ячейки и образца # 2 в другой банджо клетки (рис 2А-я). Положите на веки двух ячеек и запечатать их, обернув ленту надежно вокруг крышки.
- Поместите один из запечатанных ячеек между распорками (рис 2A-II) для алюминиевый держатель ячейки (рис 2A-III), и собрать алюминиевый держатель банджо клеток (Фигура 2В). Собрать другую клетку, с другим набором держателя банджо клетки таким же образом,,
- Загрузите собранные клетки в различных положениях выборочных образцов лопаткой EQ-SANS (рис 3А). Составьте список образцов позиций лопаткой.
- измерения
- Установка конфигурации для измерений SANS в сценарии с помощью приборного ученого, со ссылкой на данном примере сценария.
Примечание: Пример сценария, используемого в ходе реальных измерений SANS предусмотрено в дополнительном материале с кратким комментарием. Этот пример разработан специально для SANS измерений двух образцов (образец № 1 и № 2), используя полосу длин волн 9,1 А <λ <13,2 Å при фиксированном 1,3 м от выборки к детектора расстояния с образца апертурой 10 мм и 30 мм луч остановки. Пример сценария может быть использован без каких-либо изменений для образца # 1 и # 2.- Чтобы покрыть ватную диапазон 0,01 - 0,4 А - 1, выберите диапазон длин волн 9,1 А <λ <13,2 Å, и образец к детектору расстоянии 1,3 м путем ввода 1300 на положение детектора и 9 в длине волны, как показано в примере сценария.
- Для использования 10 мм образца апертуры и остановки пучка 30 мм, установите ху позиции остановки пучка и отверстий в сценарии.
- Установите позиции образца и соответствующие имена для обоих измерений рассеяния и передачи образцов.
- Сохраните сценарий в папке, соответствующей времени луча.
- Выполнение скрипта для выполнения измерений, нажав на "Run Script" на правой стороне окна управления PyDAS (Рисунок 3B) и загрузка сохраненного сценария.
- Информировать инструмент команду завершения измерений после того, как эксперимент закончен.
- Установка конфигурации для измерений SANS в сценарии с помощью приборного ученого, со ссылкой на данном примере сценария.
3. SANS обработка и анализ данных
- Процесс восстановления данных SANS
- Для уменьшения измеренных данныхИспользуйте MantidPlot 23-24 программное обеспечение , предоставленное на analysis.sns.gov, с помощью команды инструмента.
Примечание: Подробные инструкции для запуска программного обеспечения MantidPlot можно найти на веб-странице analysis.sns.gov. - В MantidPlot, откройте интерфейс сокращения EQSANS из меню интерфейсов. (Интерфейс> SANS> ORNL SANS). Введите всю необходимую информацию для процесса восстановления данных.
Примечание: Большая часть важной информации в процессе восстановления данных обеспечивается группой приборов. Для получения дополнительной информации, соответствующие снимки экрана также предусмотрены в дополнительных материалах. - Введите всю необходимую информацию на вкладке "Варианты сокращения".
- Введите абсолютный коэффициент масштабирования из стандартного измерения образца. Получить абсолютную интенсивность от измерения хорошо охарактеризована стандартного образца, рассеяния интенсивность известна (I (0) = 450 см - 1) и согласуется с рассеивающей модели Дебая-Buche. Введите имя текущего темно-файл, в котором обеспечивается группой приборов.
- Проверьте параметры для "твердой коррекции угла ',' разрешение Q ',' конфигурационного файла используйте ',' Correct TOF ', и' маска пользователя из файла конфигурации в зависимости от обстоятельств".
- Установить диаметр образца апертуры до 10 мм. Установить количество Q бункеров до 200 с линейной схемой Q биннинга. Введите имя файла маски, которая также обеспечивается командой приборов.
- Для уменьшения измеренных данныхИспользуйте MantidPlot 23-24 программное обеспечение , предоставленное на analysis.sns.gov, с помощью команды инструмента.
- Введите всю необходимую информацию для завершения вкладку "Детектор".
- Проверьте "Использовать балки находку (с отделкой вариант прямого луча) и" выполнить коррекцию чувствительности. Найти луч центра "файл данных" с помощью номера выполнения измерения пустого луча.
- Введите имя файла данные о чувствительности, которая обеспечивается приборном ученого. Установите допустимый диапазон чувствительности до 0,5 и 2,5 для мин и макс, соответственно. Проверьте &# 39; Использовать образец луча центр '.
- Введите всю необходимую информацию для вкладки 'Data'.
- Введите образец рассеяния номер прогона на "Рассеяние файл данных '. Укажите толщину образца в см. Выберите "Рассчитать передачу".
- Введите номер передачи образца прогона в 'Sample прямого луча файла данных'. Введите пустой номер луча в перспективе "Пустой прямой луч файла данных '.
- Проверьте 'файл данных в фоновом режиме "и введите фон рассеяния число перспективе. Выберите "Рассчитать передачу". Введите фон передачи номер прогона в 'Sample прямого луча файла данных'.
Примечание: В этом случае пустая банджо ячейка файл данных рассеяния является фоновое рассеяние. - Введите пустой номер луча в перспективе "Пустой прямой луч файла данных '. Как правило, это число совпадает с числом порожнего пробега луча (3.1.5.2).
- Нажмите на "Уменьшить", чтобы выполнитьвосстановление данных.
Примечание: Выходной сигнал записывается в указанной папке, ##### _ Iq.txt где ##### является прогон номер файла образца рассеяния. Формат ASCII используется для файлов данных.
Примечание: SasView является малоуглового рассеяния программного обеспечения для анализа пакета, который был первоначально разработан в рамках проекта НФС Danse, и в настоящее время под управлением международного сотрудничества объектов (http://www.sasview.org/~~HEAD=pobj). Пакет программного обеспечения можно загрузить по адресу http://sourceforge.net/projects/sasview/files/.
- Запуск SasView, и загрузить файл данных, нажав на "Load Data" из окна "Проводника Data '.
- Нажмите на "Отправить" с опцией '' Место и проверить график данных на всплывающем окне.
- В "Fit панели", выберите "Формы" в соответствии с моделью категории, и выберите "CoreShellCylinderModel" из коробки капельной модели. <li> Настройте значения параметров, поэтому кривая модель как можно ближе к кривой данных, насколько это возможно.
Примечание: Используйте SLD (рассеяние плотности длины) калькулятор из меню инструментов для расчета плотности длины рассеяния.
4. Real-космических наблюдений с помощью атомно-силовой микроскопии (AFM)
- Подготовка образца на Si-подложках с использованием спинового покрытия
- Для измерения AFM, взять 0,1 мл раствора пробы из образца № 1 (1.3.3), и смешать его с 1,9 мл деионизованной воды.
- Поместите чистую Si-пластины (12 мм × 12 мм) на спин для нанесения покрытий. Зафиксировать положение пластины с помощью вакуумного патрона.
- Установите скорость вращения и продолжительность работы при 1500 оборотов в минуту (оборотов в минуту) и 60 секунд соответственно. Влажный открытую поверхность пластины сразведенного образца. Начало отжима покрытие.
- Выключите вакуумный насос, и снимите пластину, покрытую из спина для нанесения покрытий.
- измерения AFM
- Прикрепите пластину спин-покрытием (4.1.4) на железном диске с помощью двусторонней клейкой ленты углерода.
- Доведите образец диск (4.2.1), ближе к краю открытой площади сканера во-первых, и вставьте диск по направлению к центру, пока нижняя поверхность диска полностью не покрывает верхнюю часть сканера.
Примечание: Во избежание внезапного контакта, так как магнит на верхней части сканера сильно притягивает железный диск. Осторожно установить контакт между двумя краями диска и сканера. - Закрепите головку сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) на сканере, и подключите кабель.
Примечание: Особая осторожность должна быть оплачена при перемещении головки СЗМ или док (удаление) его (с) сканера. Когда головка отделена от стадии сканера, оставьте нижнюю поверхность головки, обращенной upwaвыстр все время. - Запуск прибора поставляемого программного обеспечения системы управления, и выберите режим врезке в окне "Конфигурация системы".
- Поместите кончик кантилевера в центре окна монитора путем регулировки грубой и тонкой ручки оптического микроскопа и путем перемещения x- и y- оптические стадии.
- Совместите лазер путем регулировки ручки лазерной центровки на головке СЗМ. Найдите красную лазерную точку на кантилевер примерно, и переместить точку к середине острия кантилевера, прослеживая точку, показанную на мониторе.
Примечание: Когда лазер правильно выровнен, на окне выравнивания лазера появляется розовое пятно отражения. - Align детектор путем размещения розового отраженное изображение в центре окна юстировочного лазера. Регулировка фотодетектора ручки на головке СЗМ, пока суммарный сигнал квадранта фотодиод (QPD) не больше, чем 2 В, по крайней мере (2.1 - 2.4 V).
- Настройтесь кантилевера с помощью AutoTune в Wi Консольные Tuningndow. Запуск AutoTune в диапазоне частот от 0 - 1000 кГц.
- Доведите поверхность пластины в фокус микроскопа, регулируя фокус ручки.
- Заверните кончик кантилевера медленно по направлению к поверхности пластины с помощью стрелок вверх и вниз в окне "Motor Stage". Остановить движение до того, как кончик прикасается к поверхности образца.
Примечание: По мере того как приближается наконечник пластины, размытое черное изображение кончика появляется на мониторе, и изображение становится ясно, когда кончик и поверхность пластин контакт. Никогда не позволяйте кончик физически коснуться образца. Она повреждает как образец и инструмент. Прекратить наконечник, когда показывается темное размытое изображение. - Нажмите на кнопку заниматься на панели инструментов.
- Выберите размер сканирования (5-10 мкм), номер выборки (512-1,024), и скорость сканирования (0,5-0,6 Гц) во всплывающем окне, чтобы приобрести крупномасштабную изображение в первую очередь.
- Запустить сканирование. Постепенно отрегулировать P (пропорциональный коэффициент усиления), I (интегральный коэффициент усиления) и D (по вертикали десгибание) значения, если контраст между частицами и фоном подложки слишком мала, чтобы четко распознавать формы частиц и границы из отсканированного изображения.
Примечание: Когда новый набор PID значение вводится, процесс сканирования будет автоматически перезапущен. - Если есть какой-либо регион интереса к крупномасштабной изображения, повторно запустить сканирование с соответствующим набором размера сканирования, х-смещение, Y-смещение, и номер образца.
- Отрыв зонд после измерения.
Примечание: Поднимите головку датчика для предотвращения повреждения на кончик кантилевера и образца. Снимите головку зонда, а затем, снимите образец диска.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
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.
Интенсивностей рассеяния SANS были получены для приготовленного полоксамер 407 / ОНТ / D 2 O образца в температурном интервале 20-60 ° С в отсутствие (фиг.5А) и в присутствии (рисунок 5б) 5 мс. Интенсивность рассеяния с д - 1 поведение в регионах с низким уровнем Q (<0,02 Å - 1) указывают на существование цилиндрических палочковидных частиц в водной среде. Изменяя температуру от 20 ° C до 60° C или путем добавления 5MS добавок, интенсивности рассеяния показывают четкие изменения; сдвиг в сторону более высокой Q в промежуточном ^ -области (0,02-0,05 А - 1) и развитие пика при высокой добротностью (около 0,11 Å - 1) наблюдаются. Эти аналогичные изменения, вызванные контроля температуры и 5MS-дополнение происходят из структурных изменений полоксамера 407-инкапсулирования слоя на однослойных. Как показано на фиг.6A-6D, сердечник CNT / гидрофобный внутренняя оболочка / гидратированных полоксамер 407 слой испытывает структурное превращение из ОСНТ инкапсулированный сферических мицелл полоксамера 407 при комнатной температуре к ОСНТ , заключенного в капсулу компактного цилиндрического слоя полоксамера 407 в более высокая температура. Структурные изменения обратима при изменении температуры независимо от существования 5MS добавок; размер гидратированного полимера сгустков был обратимым контролируется в диапазоне температур от 20 ° С до 60 ° С. Во время этой улuctural изменение слоя полоксамер 407, сферический полоксамер 407 мицеллы с радиусом вращения 45 Å, который состоит из нескольких полоксамера 407 цепей, становится множество одноцепочечных сгустков, которые окружают ядро ОНТ более компактно с радиусом вращения 30 Å.
Структурные изменения на обоих контроля температуры и ароматических добавок объяснима вариациями межмолекулярных взаимодействий между полимеров, воды и однослойных. Увеличение гидрофобности РРО и ПЭО блоков с увеличением температуры вызывает более сильное взаимодействие адсорбированных полимеров с основными ОНТ поверхностями , чем с водой. 21 В результате, адсорбированные полимеры образуют более компактный инкапсулирования слой при высокой температуре , чтобы более эффективно покрывать гидрофобную сердцевину и уменьшить межфазной свободной энергии. Эта тенденция может быть более повышен в присутствии 5 мс, из-за взаимодействия между преимущественной ОНТ и бензолекольцо 5мс, а также сильной склонности 5MS связываться с полоксамер 407. 21,22 Особенно, внутренняя толщина корпуса (6В), который был измерен , чтобы быть приблизительно 3 Близкий к плоскому расстояния между 5MS молекул и ОСНТ поверхностями , 21 находится в хорошем согласии с предсказанием , что добавленные 5MS предпочитают занимать площадь поверхности ОНТ и обеспечивают удобный интерфейс для полимеров.
В качестве дополнительного расследования к изучению SANS, наблюдались полоксамер 407 / SWNT наностержней в реальном пространстве с использованием АСМ. Фигуры 7A и 7B выстукиваем режим AFM изображения полоксамера 407 / ОСНТ наностержней , которые были спин-наносился на Si-подложке. Хотя эти AFM изображения показывают только высушенный морфологию наностержней без воды, они свидетельствуют о де-пакетирования и дисперсии ОСНТ, а также распределение длины наностержней.
Keep-together.within-страница = "1">
Рисунок 1. Снимок процесса стабилизации для ультразвуковой обработки ОНТ. Образец трубки помещают в водяную баню с наконечником , смоченным в. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2. Держатель алюминиевый банджо ячейки для эксперимента EQ-SANS на SNS. (A) разобранном части , включая (I) банджо клеток (II) распорок, и (III) держателя. (B) в собранном виде детали. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
3 "SRC =" / файлы / ftp_upload / 53969 / 53969fig3.jpg "/>
Рисунок 3. Стандартный EQ-SANS эксперимента среды. (A) Образец стенда, и (Б) контроль программного обеспечения на линии луча. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4. Упрощенная процедура подготовки проб для полоксамера 407 / ОНТ (образец # 1) и полоксамер 407 / ОНТ / 5MS (образец # 2) суспензии. Массовое соотношение между однослойных и полоксамера 407 в этих конечных суспензий измеряли с помощью термогравиметрического анализа (ТГА ) после лиофилизации (*). (Эта цифра была изменена с разрешения исх. 21. Copyright 2015, American Chemical Society.)к "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 5. SANS света , измеренная в диапазоне температур от 20 ° C до 60 ° C. (A) полоксамера 407 / ОНТ / D 2 O образца. (B) полоксамер 407 / ОНТ / 5MS / D 2 O образца. Сплошные линии кривые, полученные путем подгонки данных SANS с использованием модифицированного / Shell / модель цепи ядра. Д - 1 поведение в регионах с низким уровнем д около 0,01 Å - 1 указывает на наличие палочковидных частиц в суспензии. Кривые сдвинуты для ясности. (Эта цифра была изменена с разрешения реф. 21. Copyright 2015, American Chemical Society) . Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этого FIGUчисло рейнольдса
Рисунок 6. Подробные структуры инкапсулирования слоев из пригодном анализа SANS модели. (А) Радиус вращения (R G) полоксамера 407 цепи блобов и (В) , толщина гидрофобных внутренних слоев оболочки (T 1) на ОСНТ поверхностях в отсутствии (алмаз) и в присутствии (квадрат) 5-Methylsalicylic кислоты (5 мс) в диапазоне температур от 20 ° C до 60 ° C. R г был обратимо изменен путем регулирования температуры с помощью нагрева (заполняется маркером) и охлаждения (заполненный маркер с крестом внутри) процессов независимо от существования 5мс. (CD) Принципиальные схемы поперечного сечения предложено из анализа SANS для полоксамера 407 / ОСНТ наностержней при комнатной температуре (вверху) и его структурных изменений при повышении температуры или добавления добавок (низ). (Эта цифра гаs была изменена с разрешения исх. 21. Copyright 2015, American Chemical Society) . Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 7. Касание режим АСМ изображения спин-покрытием полоксамер 407 / ОСНТ наностержней на Si-подложке. (A) Изображение высота канала предоставляет информацию по толщине Z-направленной. (B) постукивая амплитуда канала изображения представляет четкие границы осажденных наночастиц. Шкала бар: 1 мкм. (Эта цифра была изменена с разрешения ссылок. 21. Copyright 2015, American Chemical Society) . Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
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. Обеспечение достаточного количества энергии для правильно длительного времени позволяет полимеры преодолеть энергетические барьеры и стабилизировать ОСНТ успешно. Тем не менее, это слишком сложно, чтобы удалить все ОНТ расслоения в суспензии и, таким образом, процесс фракционирования также имеет решающее значение для получения чистоты и качества образцов высокие. Оптимизация в силе озвучивания, скорость центрифугирования, и объем собирающего супернатанта требуется, если какие-либо улучшения в образцеСкорость чистота и выход необходим.
С помощью этого метода, термообратимый НСТ / полимерные наночастицы различных размеров могут быть изготовлены путем изменения молекулярного веса триблок-сополимера. Было предсказано , что стабилизация углеродных нанотрубок с использованием амфифильных полиэфирных блок - сополимеров , показывает размер селективность так , что углеродные нанотрубки с определенным диаметром может быть селективно солюбилизации. 25 В данной работе анализ МУРН показывает , что ядро ОНТ в синтезированных наностержней имеет диаметр около 7,2 Å в среднем. Из этого следует , что полоксамер 407 может даже растворять ОСНТ с относительно малым диаметром около 7-8 Å среди HiPCo ( под высоким давлением монооксида углерода) однослойных, которые , как известно , имеют диаметр 7-14 Å. 26 Таким образом, рациональный выбор молекулярная масса и / массовое соотношение РРО ПЭО в полимерах ПЭО-ППО-ПЭО позволяет исследователям не только использовать либо с одинарными стенками или нескольких углеродных нанотрубок во вниманиеменьше их диаметра, но и по размеру выборочно изготовления полимерно-CNT гибридные наностержней с помощью этой стратегии.
Хотя различные ПЭО-ППО-ПЭО с полимерным покрытием НКТ наностержни, могут быть получены с помощью такой же процедуры подготовки, методы определения характеристик детальной структуры в реальном пространстве весьма ограничены. Обычно используемые оптические приборы микроскопии не подходят из-за очень малого размера частиц. Электронная микроскопия (ЭМ) и AFM методы также имеют ограничения. Выпаривание растворителя требуется в сухих ЭМ методов и AFM предотвращает характеристику на месте и может привести к изменению морфологии, и температура закалки в крио-ЭМ предотвращает наблюдение в режиме реального времени с контролем температуры. Таким образом, структурная характеристика в д-пространстве с использованием методов малоуглового рассеяния имеет важное значение в этой системе, и это также более мощным, если любое другое наблюдение в реальном пространстве может быть предусмотрено в качестве дополнительного подхода.
21
Благодаря этой работе показано, что синтезированные гибридные наночастицы проявляют чувствительный в зависимости от температуры реакции их структуры капсулирования. Эти системы представляют собой интересную модель для смарт-функциональных блоков, которые самоорганизуются в высшие упорядоченных наноструктур и чьи внутри- и между частицами структуры обратимо контролируется как реакция на внешние раздражители. В то время как техника, изложенная поддается производить упорядоченные, самоорганизующихся систем, все еще существуют проблемы, которые необходимо преодолеть, прежде чем они могут быть использованы в устройствах. Например, после обработки ультразвуком НКТ являются неоднородными по длине предельного полного трехмерного порядка. Тем не менее, удачная конструкция изготовления формы с перестраиваемой нано-строительные блоки обеспечивают перспективные возможности в направлениисамоорганизующиеся умные функциональные материалы.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
HiPco Single-walled carbon nanotubes | Unidym | P2771 | |
Pluronic F127 | BASF | 9003-11-6 | Mw = 12.6 kg/mol |
5-methylsalicylic acid | TCI America | C0410 | |
Ultrasonic processor | Cole-Parmer | ML-04714-52 | |
Sorvall 6 plus centrifuge | Thermo Scientific | 46910 | |
Innova AFM | Bruker | ||
Si-wafer | Silicon Quest International | 150 mm in diameter; N type <1-1-1> cut; 1-10 Ohm/cm; Single-side polyshed (675 ± 25 μm); Diced (12 mm x 12 mm) |
References
- Kostarelos, K., Bianco, A., Prato, M. Promises, facts and challenges for carbon nanotubes in imaging and therapeutics. Nat Nanotechnol. 4 (10), 627-633 (2009).
- Baughman, R. H., Zakhidov, A. A., de Heer, W. A. Carbon nanotubes--the route toward applications. Science. 297 (5582), 787-792 (2002).
- Wang, J. Carbon-nanotube based electrochemical biosensors: a review. Electroanal. 17 (1), 7-14 (2005).
- Kim, T. H., Doe, C., Kline, S. R., Choi, S. M. Water-Redispersible Isolated Single-Walled Carbon Nanotubes Fabricated by In Situ Polymerization of Micelles. Adv Mater. 19 (7), 929-933 (2007).
- Doe, C., Choi, S. M., Kline, S. R., Jang, H. S., Kim, T. H. Charged Rod-Like Nanoparticles Assisting Single-Walled Carbon Nanotube Dispersion in Water. Adv Funct Mater. 18 (18), 2685-2691 (2008).
- Kim, S. W., et al. Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers. Carbon. 50 (1), 3-33 (2012).
- Moore, V. C., et al. Individually suspended single-walled carbon nanotubes in various surfactants. Nano Lett. 3 (10), 1379-1382 (2003).
- Mountrichas, G., Tagmatarchis, N., Pispas, S. Synthesis and solution behavior of carbon nanotubes decorated with amphiphilic block polyelectrolytes. J Phys Chem B. 111 (29), 8369-8372 (2007).
- Habibnejad Korayem, A., et al. Transition and Stability of Copolymer Adsorption Morphologies on the Surface of Carbon Nanotubes and Implications on Their Dispersion. Langmuir. 30 (33), 10035-10042 (2014).
- Yang, Z., et al. Noncovalent-wrapped sidewall functionalization of multiwalled carbon nanotubes with polyimide. Polym Composite. 28 (1), 36-41 (2007).
- Islam, M. F., Rojas, E., Bergey, D. M., Johnson, A. T., Yodh, A. G. High weight fraction surfactant solubilization of single-wall carbon nanotubes in water. Nano Lett. 3 (2), 269-273 (2003).
- Kim, J. S., Song, K. S., Lee, J. H., Yu, I. J. Evaluation of biocompatible dispersants for carbon nanotube toxicity tests. Arch Toxicol. 85 (12), 1499-1508 (2011).
- Zheng, M., et al. DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes. Nat Mater. 2 (5), 338-342 (2003).
- Nish, A., Hwang, J. Y., Doig, J., Nicholas, R. J. Highly selective dispersion of single-walled carbon nanotubes using aromatic polymers. Nat Nanotechnol. 2 (10), 640-646 (2007).
- Chen, J., et al. Noncovalent engineering of carbon nanotube surfaces by rigid, functional conjugated polymers. J Am Chem Soc. 124 (31), 9034-9035 (2002).
- Jones, M. C., Leroux, J. C. Polymeric micelles-a new generation of colloidal drug carriers. Eur J Pharm Biopharm. 48 (2), 101-111 (1999).
- Chiappetta, D. A., Sosnik, A. Poly (ethylene oxide)-poly (propylene oxide) block copolymer micelles as drug delivery agents: improved hydrosolubility, stability and bioavailability of drugs. Eur J Pharm Biopharm. 66 (3), 303-317 (2007).
- Alexandridis, P., Zhou, D., Khan, A. Lyotropic liquid crystallinity in amphiphilic block copolymers: temperature effects on phase behavior and structure for poly (ethylene oxide)-b-poly (propylene oxide)-b-poly (ethylene oxide) copolymers of different composition. Langmuir. 12 (11), 2690-2700 (1996).
- Doe, C., Jang, H. S., Kim, T. H., Kline, S. R., Choi, S. M. Thermally switchable one-and two-dimensional arrays of single-walled carbon nanotubes in a polymeric system. J Am Chem Soc. 131 (45), 16568-16572 (2009).
- Doe, C., Jang, H. S., Kline, S. R., Choi, S. M. SANS Investigation of Selectively Distributed Single-Walled Carbon Nanotubes in a Polymeric Lamellar Phase. Macromolecules. 43 (12), 5411-5416 (2010).
- Han, Y., Ahn, S. K., Zhang, Z., Smith, G. S., Do, C. Tunable Encapsulation Structure of Block Copolymer Coated Single-Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Solution. Macromolecules. 48 (11), 3475-3480 (2015).
- Kim, T. H., Han, Y. S., Jang, J. D., Seong, B. S. SANS study on self-assembled structures of Pluronic F127 triblock copolymer induced by additives and temperature. J Appl Cryst. 47 (1), 53-59 (2013).
- Arnold, O., et al. Mantid-Data analysis and visualization package for neutron scattering and µ SR experiments. Nucl Instrum Meth A. 764 (1), 156-166 (2014).
- Alvarez, R., et al. Mantid 3.4: Manipulation and Analysis Toolkit for Instrument Data. Mantid Project. , (2015).
- Nagarajan, R., Bradley, R. A., Nair, B. R. Thermodynamically stable, size selective solubilization of carbon nanotubes in aqueous solutions of amphiphilic block copolymers. J Chem Phys. 131 (10), 104906 (2009).
- Nikolaev, P., et al. Gas-phase catalytic growth of single-walled carbon nanotubes from carbon monoxide. Chem. Phys Lett. 313 (1), 91-97 (1999).