Investigadores de la Universidad Texas A&M han encontrado una forma de controlar la carga de las nanopartículas en una interfaz de dos fluidos para crear un sistema más estable en el que su carga también se puede cambiar y controlar. La capacidad de cambiar la carga de las nanopartículas en una interfaz de dos fluidos daría como resultado una superficie que podría aclimatarse para adaptarse a muchas aplicaciones diversas, como una operación de extinción de incendios más duradera e incluso la liberación controlada de ciertos medicamentos.

"Basándonos en esta idea, propusimos un concepto de que este será un material sensible al pH. Si cambiamos el valor del pH, podemos controlar la difusión molecular", dijo el Dr. Qingsheng Wang, profesor asociado en el Departamento de Química de Artie McFerrin. Ingeniería y titular de la beca para profesores George Armistead '23 en Texas A&M.

La investigación del equipo se publicó en la revista de la American Chemical Society, ACS Applied Materials &Interfaces. .

Una emulsión es una mezcla de dos o más líquidos incompatibles y no mezclables, como el aceite y el agua, que puede estabilizarse mediante la interferencia de partículas sólidas. Estas partículas sólidas se ensamblan estrechamente en la interfaz fluido-fluido, como carriles de natación en una piscina de entrenamiento, para evitar la coalescencia. Este proceso se conoce como emulsión Pickering.

En última instancia, el éxito de este sistema es posible gracias al uso de puntos cuánticos de grafeno (GQD) que contienen propiedades zwitteriónicas. Usando varias hojas de GQD apiladas juntas, el equipo de investigación no solo puede estabilizar la emulsión, sino también controlar la difusión molecular en la interfaz ajustando sus valores de pH, de manera muy similar a encender un interruptor de luz. Estas láminas juntas miden menos de 5 nanómetros de espesor. Para poner esto en perspectiva, el cabello humano promedio tiene entre 80 000 y 100 000 nanómetros de ancho.

Los GQD funcionalizados están compuestos de materiales de nanocarbono que contienen una estructura zwitteriónica, que se forma a partir de nanopartículas que contienen una cantidad igual de cargas positivas y negativas sin dejar de ser electrónicamente neutrales. Después de agregar las nanopartículas a la interfaz, separan los dos fluidos haciendo que un lado sea hidrofóbico y el otro hidrofílico.

Esta composición electrónica también hace posible controlar el pH general de la interfaz. Al ajustar los valores de pH, estos GQD se pueden ajustar con precisión para bloquear y desbloquear una interfaz de agua y aceite. Cambiar las nanoplaquetas en la interfaz a la misma carga significa que se desmontarán, creando así un sistema de emulsión más estable.

"Esto nos ayudará a diseñar un buen sistema de supresión de incendios de alto rendimiento. Además, debido a que podemos controlar la liberación, esto podría ser prometedor para el suministro de fármacos y la recuperación mejorada de petróleo", dijo Wang. "Por lo general, esto es muy difícil de hacer. Y, a veces, si podemos controlar la liberación, pero el sistema en sí no es estable, es posible que solo sea posible hacer uno o dos ciclos de esto antes de que el sistema colapse".

El equipo de investigación está formado por el estudiante de doctorado en ingeniería química Rong Ma y los exestudiantes de doctorado en ingeniería química, el Dr. Minxiang Zeng, ahora científico investigador en la Universidad de Notre Dame, y el Dr. Dali Huang, ahora ingeniero de procesos en Formosa Plastics Corporation. + Explora más

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