Los materiales bidimensionales basados en grafeno se han convertido recientemente en un foco de exploración científica debido a sus excepcionales propiedades estructurales, mecánicas, eléctricas, ópticas y térmicas. Entre ellas, las nanoláminas basadas en óxido de grafeno (GO), un derivado oxidado del grafeno, con dimensiones ultrafinas y extra anchas y superficies ricas en oxígeno, son bastante prometedoras.
Los grupos funcionales que contienen oxígeno, como los grupos carboxi y hidroxi ácidos, generan cargas negativas densas, lo que hace que las nanohojas GO sean coloidalmente estables en agua. Como resultado, son valiosos componentes básicos para materiales blandos funcionales de próxima generación.
En particular, las nanohojas GO termosensibles han atraído mucha atención por sus amplias aplicaciones, desde membranas y superficies inteligentes y sistemas reciclables hasta actuadores de hidrogel y plataformas biomédicas. Sin embargo, las estrategias sintéticas predominantes para generar comportamientos termorresponsables implican modificar las superficies de las nanoláminas GO con polímeros termorresponsables como el poli (N -isopropilacrilamida). Este proceso es complejo y tiene limitaciones potenciales en esfuerzos de funcionalización posteriores.
Para abordar este desafío, investigadores 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 enfoque innovador llamado "ingeniería de contracatación" para impartir la capacidad termorresponsiva deseada a las nanohojas GO. . Su trabajo fue publicado en ACS Applied Materials &Interfaces .
El Dr. Sano explica:"Este estudio presenta una ruta simplificada y eficiente para lograr la capacidad de respuesta térmica aprovechando los contracationes (iones cargados positivamente) inherentemente presentes en las nanoláminas GO. El control sobre estos contracationes ofrece una poderosa herramienta para diseñar nanomateriales que respondan a estímulos". /P>
En su estudio, los investigadores establecieron un protocolo sintético sólido que implica una reacción de dos pasos en agua para sintetizar nanohojas GO con contracationes específicos. Primero, una reacción de intercambio reemplazó los contracationes de los grupos carboxi e hidroxi ácido con protones. A esto le siguió una reacción ácido-base utilizando un anión hidróxido con los contraaniones objetivo, lo que dio como resultado las deseables nanohojas GO.
Investigaciones sistemáticas sobre su comportamiento termosensible revelaron que las nanoláminas GO que albergan tetrabutilamonio (Bu4 N + ) los contracationes exhibieron una naturaleza termosensible inherente en ambientes acuosos sin requerir ningún polímero termosensible.
Además, los investigadores demostraron una transición sol-gel reversible marcada por procesos de autoensamblaje y desmontaje. Al calentarse, el Bu4 laminar N + Nanohojas GO basadas en GO con repulsión electrostática (estado sol) entre ellas reensambladas para formar una red interconectada dominada por la atracción de Van der Waals (estado gel).
De hecho, esta notable transición se puede aprovechar para desarrollar una tinta de escritura directa para construir arquitecturas de gel diseñables tridimensionalmente de las nanohojas GO, señalaron los investigadores.
En general, los hallazgos del estudio tienen profundas implicaciones. "La síntesis controlada de nanohojas GO con contracationes personalizados ha revelado un camino hacia materiales termorresponsivos versátiles y simplificados. Las nanohojas GO termorresponsables son componentes básicos prometedores para aplicaciones biomédicas, energéticas y ambientales, como membranas inteligentes, robótica blanda y sistemas reciclables. actuadores de hidrogel y soluciones biomédicas", afirma el Dr. Sano.
"Además, la capacidad de escribir directamente con dispersiones de nanohojas GO ofrece una nueva dimensión al diseño de materiales, permitiendo la construcción de complejas estructuras de gel con facilidad", concluye.
Más información: Koki Sano et al, Ingeniería contracatiónica de nanohojas de óxido de grafeno para impartir una capacidad de respuesta termosensible, Interfaces y materiales aplicados ACS (2023). DOI:10.1021/acsami.3c07820
Información de la revista: Interfaces y materiales aplicados de ACS
Proporcionado por la Universidad Shinshu
