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Están surgiendo nanohojas termorresponsivas de óxido de grafeno (GO) para diversas aplicaciones, como superficies y membranas inteligentes, sistemas biomédicos y actuadores de hidrogel. Actualmente, se sintetizan modificando las superficies de las nanohojas GO con polímeros termosensibles.
Las nanohojas GO con contracationes de tetrabutilamonio experimentan una transición sol-gel al calentarse, pasando de una estructura laminar desmontada a una red ensamblada e interconectada. Esta tecnología se puede utilizar como tinta de escritura directa para construir arquitecturas de gel tridimensionales. Créditos de las fotografías: Koki Sano y Shoma Kondo de la Universidad Shinshu.
Los científicos de la Universidad Shinshu han llevado las cosas al siguiente nivel mediante el uso de contracationes objetivo para impartir propiedades termorresponsivas a las propias nanohojas GO, sentando las bases para los materiales inteligentes de próxima generación.
Recientemente, los materiales bidimensionales a base de grafeno se han convertido en un objetivo de investigación científica debido a sus excelentes propiedades estructurales, eléctricas, mecánicas, ópticas y térmicas. Entre ellas se encuentran nanoláminas basadas en óxido de grafeno (GO), un derivado oxidado del grafeno, con dimensiones particularmente anchas y ultrafinas y superficies ricas en oxígeno.
Grupos funcionales que componen O2, como los grupos carboxi e hidroxi ácidos, crean cargas negativas densas y producen nanohojas GO que son coloidalmente estables en agua. En consecuencia, son valiosos componentes básicos para los materiales blandos operativos de próxima generación.
En particular, las nanohojas GO termosensibles han atraído mucha atención debido a su amplia gama de aplicaciones, desde membranas y superficies inteligentes hasta sistemas reciclables, plataformas biomédicas y actuadores de hidrogel. No obstante, las estrategias sintéticas existentes para generar comportamientos termorresponsables incluyen la modificación de las superficies de nanohojas GO con polímeros termorresponsables como el poli(norte-isopropilacrilamida). Este proceso es complicado y puede presentar limitaciones en los esfuerzos de funcionalización resultantes.
Para superar esta dificultad, los científicos dirigidos por el profesor asistente Koki Sano y el Sr. Shoma Kondo del Departamento de Química y Materiales de la Universidad Shinshu en Japón presentaron recientemente un método innovador llamado «ingeniería de contracatación» para darle a las nanoláminas GO la capacidad de respuesta térmica necesaria para otorgarse a sí mismas. .
El 24 de juliothEn 2023, su trabajo se publicó online, el 9 de agosto.th2023, fue publicado en la revista Interfaces y materiales aplicados ACS.
Este estudio presenta una forma simplificada y eficiente de lograr la termorreactividad aprovechando los contracationes (iones cargados positivamente) que están presentes de forma natural en las nanohojas GO. El control de estos contraataques proporciona una herramienta poderosa para diseñar nanomateriales que respondan a estímulos.
dr. Koki Sano, profesor asistente, Universidad Shinshu
En su trabajo, los científicos demostraron un potente protocolo sintético que implica una reacción de dos pasos en agua para procesar nanohojas GO con contracationes específicos. Primero, los contracationes de los grupos carboxi e hidroxi ácidos fueron reemplazados por protones mediante una reacción de intercambio.
A esto le siguió una reacción ácido-base utilizando un anión hidróxido con los contraaniones deseados, lo que dio como resultado las nanohojas GO deseadas. Los estudios sistemáticos de su comportamiento termosensible revelaron que las nanohojas GO con tetrabutilamonio (Bu4norte+) Los contracationes mostraron una naturaleza termosensible inherente en ambientes acuosos sin necesidad de polímeros termosensible.
Además, los científicos descubrieron una transición sol-gel reversible indicada por procesos de autoensamblaje y autodesmontaje. Después del calentamiento se forma el Bu laminar.4norte+Las nanohojas GO basadas en repulsión electrostática (estado sol) entre ellas se vuelven a ensamblar para formar una red interconectada controlada más por la atracción de van der Waals (estado gel). Los científicos señalaron que esta notable transición en realidad podría usarse para producir una tinta de escritura directa para el desarrollo de arquitecturas de gel tridimensionales y diseñables de las nanohojas GO.
En general, los resultados del trabajo tienen implicaciones instructivas.
La síntesis controlada de nanohojas GO con contracationes personalizados ha abierto una ruta hacia materiales termorresponsivos versátiles y simplificados. Las nanohojas GO termosensibles son componentes básicos prometedores para aplicaciones biomédicas, energéticas y ambientales, como membranas inteligentes, robótica blanda y sistemas reciclables, actuadores de hidrogel y soluciones biomédicas. Además, la capacidad de escribir directamente con dispersiones de nanohojas GO aporta una nueva dimensión al diseño de materiales y permite la construcción sencilla de estructuras de gel complicadas.
dr. Koki Sano, profesor asistente, Universidad Shinshu
Parece que la ingeniería contracatiónica podría allanar el camino para nuevos nanomateriales que respondan a estímulos e incluso una nueva era en el desarrollo de materiales inteligentes.
referencia de revista
Kondo, S. et al. (2023) Ingeniería contracatiónica de nanohojas de óxido de grafeno para impartir capacidad de termorespuesta. Interfaces y materiales aplicados ACS. doi.org/10.1021/acsami.3c07820
Fuente: www.shinshu-u.ac.jp/english/
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