Onderzoekers van de Texas A&M University hebben een manier gevonden om de lading van nanodeeltjes op een twee-vloeistof-interface te regelen om een ​​stabieler systeem te creëren waarin de lading ook kan worden geschakeld en gecontroleerd. Het vermogen om de lading van nanodeeltjes op een twee-vloeistof-interface te veranderen, zou resulteren in een oppervlak dat zichzelf zou kunnen acclimatiseren voor veel verschillende toepassingen, zoals een duurzamere brandbestrijdingsoperatie en zelfs gecontroleerde afgifte in bepaalde medicijnen.

"Op basis van dit idee hebben we een concept voorgesteld dat dit een pH-gevoelig materiaal zal zijn. Als we de pH-waarde veranderen, kunnen we de moleculaire diffusie regelen", zegt Dr. Qingsheng Wang, universitair hoofddocent bij de Artie McFerrin Department of Chemical. Engineering en houder van de George Armistead '23 Faculty Fellowship bij Texas A&M.

Het onderzoek van het team is gepubliceerd in het tijdschrift van de American Chemical Society, ACS Applied Materials &Interfaces .

Emulsie is een mengsel van twee of meer onverenigbare en niet-mengbare vloeistoffen, net als olie en water, dat kan worden gestabiliseerd door de interferentie van vaste deeltjes. Deze vaste deeltjes assembleren zich stevig op het vloeistof-vloeistof-interface, zoals zwembanen in een baantjesbad, om samenvloeiing te voorkomen. Dit proces staat bekend als Pickering-emulsie.

Het succes van dit systeem wordt uiteindelijk mogelijk gemaakt door het gebruik van grafeen quantum dots (GQD's) met zwitterionische eigenschappen. Met behulp van verschillende op elkaar gestapelde vellen GQD's, kan het onderzoeksteam niet alleen de emulsie stabiliseren, maar ook de moleculaire diffusie op het grensvlak regelen door de pH-waarden aan te passen, net zoals het omdraaien van een lichtschakelaar. Deze platen zijn samen minder dan 5 nanometer dik. Om dit in perspectief te plaatsen:het gemiddelde mensenhaar is ergens tussen de 80.000 en 100.000 nanometer breed.

De gefunctionaliseerde GQD's zijn samengesteld uit nanokoolstofmaterialen met een zwitterionische structuur, die is gevormd uit nanodeeltjes die een gelijke hoeveelheid zowel positieve als negatieve ladingen bevatten, terwijl ze toch elektronisch neutraal blijven. Nadat de nanodeeltjes aan het grensvlak zijn toegevoegd, scheiden ze de twee vloeistoffen door de ene kant hydrofoob en de andere kant hydrofiel te maken.

Deze elektronische samenstelling maakt het ook mogelijk om de algehele pH van de interface te regelen. Door de pH-waarden aan te passen, kunnen deze GQD's nauwkeurig worden afgesteld om een ​​olie-watergrensvlak zowel te blokkeren als te deblokkeren. Het veranderen van de nanobloedplaatjes op de interface naar dezelfde lading betekent dat ze worden gedemonteerd, waardoor een stabieler emulsiesysteem ontstaat.

"Dit gaat ons helpen een goed systeem te ontwerpen voor krachtige brandbestrijding. Bovendien, omdat we de afgifte kunnen beheersen, zou dit veelbelovend kunnen zijn voor medicijnafgifte en verbeterde oliewinning," zei Wang. "Meestal is dit erg moeilijk om te doen. En soms, als we de release kunnen controleren, maar het systeem zelf is niet stabiel, is het misschien maar één of twee cycli hiervan mogelijk voordat het systeem instort."

Het onderzoeksteam bestaat uit doctoraalstudent chemische technologie Rong Ma en voormalige doctoraatsstudenten chemische technologie Dr. Minxiang Zeng, nu onderzoeker aan de Universiteit van Notre Dame, en Dr. Dali Huang, nu procesingenieur bij Formosa Plastics Corporation. + Verder verkennen

Simulaties werpen veel licht op janus-deeltjes