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Compresión de frita

La compresión por frita es la técnica utilizada para fabricar buckypaper y buckydiscs a partir de una suspensión de nanotubos de carbono en un disolvente. Este método es rápido ...

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La compresión por frita es la técnica utilizada para fabricar buckypaper y buckydiscs a partir de una suspensión de nanotubos de carbono en un disolvente. Este método es rápido y eficiente en comparación con el moldeo con surfactante o la filtración por oxidación ácida de nanotubos de carbono.

Fondo

Los métodos tradicionales de producción de buckypaper implican el uso de tensioactivos para dispersar nanotubos de carbono en soluciones acuosas. [ 1 ] [ 2 ] Se descubrió que al filtrar esta suspensión, los nanotubos se agrupaban formando una especie de lámina similar al papel, acuñando así el término "buckypaper" (bucky hace referencia a la molécula de buckminsterfullereno ). El problema radicaba en la dificultad de eliminar el tensioactivo posteriormente, [ 3 ] ya que este se ha relacionado con la lisis celular y la inflamación tisular. [ 4 ]

La oxidación ácida [ 5 ] de nanotubos de carbono también se puede utilizar en la filtración para formar buckypaper, pero requiere un alto grado de grupos ácidos superficiales para obtener una dispersión eficiente en solución acuosa. [ 6 ]

Síntesis

Un sistema de compresión de frita para la fundición de buckypaper.

En 2008 se desarrolló un método de moldeo alternativo para producir buckypaper que no requería el uso de tensioactivos ni la oxidación ácida de nanotubos de carbono para obtener buckypaper de alta pureza para aplicaciones biomédicas. [ 7 ]

El sistema de compresión por frita se adaptó de una columna de extracción en fase sólida (SPE), donde una suspensión de nanotubos de carbono se comprime entre dos fritas de polipropileno (70 micrómetros de diámetro de poro) dentro de una columna de jeringa. La estructura porosa de la frita permite una rápida salida del solvente, lo que provoca que los nanotubos de carbono se compriman. La presencia del solvente controla la interacción entre los tubos, permitiendo la formación de uniones tubo-tubo; su tensión superficial afecta directamente la superposición de los nanotubos adyacentes, lo que permite controlar la porosidad y la distribución del diámetro de poro del buckypaper. La distribución de los nanotubos de carbono en el solvente no tiene que ser una suspensión estable; una dispersión general facilita mucho más mantener los nanotubos entre las fritas que atravesarlas.

Una vez comprimido el sistema, el conjunto de frita y nanotubos de carbono se retira de la jeringa y se deja secar. Posteriormente, se pueden retirar las fritas para dejar intacto el buckypaper. Esta metodología acelera considerablemente el proceso de moldeo, evita el uso de tensioactivos y la oxidación ácida, y permite la recuperación total del disolvente.

Variedad

La geometría de la sección transversal de la carcasa de la jeringa determinará la estructura final del buckypaper, y la cantidad de nanotubos de carbono añadidos a la columna afectará la altura de la estera de nanotubos de carbono. Si bien actualmente no existe una clasificación formal para papel, discos y columnas, se consideró necesario diferenciar entre las distintas estructuras obtenidas con fines de investigación.

Buckypaper

Normalmente, se utilizan columnas cilíndricas con unos pocos miligramos de nanotubos de carbono en un disolvente. Esto genera un buckypaper con sección transversal circular y alturas de película de unos cientos de micrómetros. El buckypaper suele ser un tipo de estera de nanotubos de carbono con profundidades de 1 a 500 micrómetros.

Buckydiscos

El buckypaper con una altura superior a 500 micrómetros (0,5  mm) se denomina buckydisco, siendo más grueso que el buckypaper y sin la apariencia del papel. Además, al sumergirlo en agua, los bordes de la película pueden levantarse debido a los efectos de la tensión superficial del disolvente restante en el sistema, que puede acercar los nanotubos de carbono entre sí. [ 8 ]

Buckycolumnas

Los buckydiscos con alturas superiores a 1  mm pueden denominarse buckycolumnas. Estos monolitos de nanotubos de carbono suelen presentar geometrías hiperboloides y son altamente compresibles [ 9 ].

Buckyprisma

Es posible utilizar carcasas cuadradas para generar secciones transversales cuadradas, conocidas como buckyprismas.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Rinzler, AG; Liu, J.; Dai, H.; Nikolaev, P.; Huffman, CB; Rodríguez-Macías, FJ; Boul, PJ; Lu, AH; Heymann, D.; Colbert, DT; Lee, RS; Fischer, JE; Rao, AM; Eklund, PC; Smalley, RE (1998). "Purificación a gran escala de nanotubos de carbono de pared simple: proceso, producto y caracterización". Applied Physics A: Materials Science & Processing . 67 (1): 29– 37. Bibcode : 1998ApPhA..67...29R . CiteSeerX 10.1.1.30.8340 . doi : 10.1007/s003390050734 . 
  2. ↑ Sun, J; Gao, Lian (2003). "Desarrollo de un proceso de dispersión para nanotubos de carbono en matriz cerámica mediante heterocoagulación". Carbon . 41 (5): 1063– 1068. Bibcode : 2003Carbo..41.1063S . doi : 10.1016/S0008-6223(02)00441-4 .
  3. ↑ Ausman, Kevin D; Piner, Richard; Lourie, Oleg; Ruoff, Rodney S.; Korobov, Mikhail (2000). "Dispersiones en disolventes orgánicos de nanotubos de carbono de pared simple: hacia soluciones de nanotubos prístinos". The Journal of Physical Chemistry B . 104 (38): 8911– 8915. doi : 10.1021/jp002555m .
  4. ↑ Cornett, Jb; Shockman, Gd (1978). "Lisis celular de Streptococcus faecalis inducida con tritón X-100" . Journal of Bacteriology . 135 (1): 153– 60. doi : 10.1128/jb.135.1.153-160.1978 . PMC 224794. PMID 97265 .  
  5. ↑ Esumi, K; Ishigami, M.; Nakajima, A.; Sawada, K.; Honda, H. (1996). "Tratamiento químico de nanotubos de carbono". Carbon . 34 (2): 279– 281. Bibcode : 1996Carbo..34..279E . doi : 10.1016/0008-6223(96)83349-5 .
  6. ↑ Leng T, Huie P, Bilbao KV, Blumenkranz MS, Loftus DJ, Fishman HA (2003). "Papel de bucky de nanotubos de carbono como membrana de soporte artificial y parche de membrana de Bruch en trasplante subretiniano de RPE e IPE" . Invest Ophth Vis Sci . 44 (5): 481. Archivado del original el 24-07-2011 . Recuperado el 21-04-2009 .
  7. ↑ Whitby, RLD; Fukuda, T; Maekawa, T; James, SL; Mikhalovsky, SV (2008). "Control geométrico y distribución ajustable del tamaño de poro de buckypaper y buckydiscs". Carbon . 46 (6): 949– 956. Bibcode : 2008Carbo..46..949W . doi : 10.1016/j.carbon.2008.02.028 .
  8. ↑ Futaba, Dn; Hata, K; Yamada, T; Hiraoka, T; Hayamizu, Y; Kakudate, Y; Tanaike, O; Hatori, H; Yumura, M; Iijima, S (2006). "Nanotubos de carbono de pared simple con forma modificable y empaquetados con alta densidad y su aplicación como electrodos de supercondensadores". Nature Materials . 5 (12): 987– 94. Bibcode : 2006NatMa...5..987F . doi : 10.1038/nmat1782 . PMID 17128258 . 
  9. ↑ Whitby, RLD; Mikhalovsky, SV; Gun'ko VM (2010). "Rendimiento mecánico de columnas de nanotubos de carbono multicapa altamente compresibles con geometrías hiperboloides". Carbon . 48 (1): 145– 152. Bibcode : 2010Carbo..48..145W . doi : 10.1016/j.carbon.2009.08.042 .