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I ricercatori della Texas A&M University hanno trovato un modo per controllare la carica delle nanoparticelle su un'interfaccia a due fluidi per creare un sistema più stabile in cui anche la sua carica può essere commutata e controllata. La capacità di modificare la carica delle nanoparticelle su un'interfaccia a due fluidi risulterebbe in una superficie che potrebbe acclimatarsi per adattarsi a molte applicazioni diverse, come un'operazione antincendio più duratura e persino il rilascio controllato di alcuni farmaci.
"Sulla base di questa idea, abbiamo proposto un concetto secondo cui questo sarà un materiale sensibile al pH. Se cambiamo il valore del pH, possiamo controllare la diffusione molecolare", ha affermato il dottor Qingsheng Wang, professore associato presso il Dipartimento di chimica di Artie McFerrin Ingegnere e titolare della George Armistead '23 Faculty Fellowship presso la Texas A&M.
La ricerca del team è stata pubblicata sulla rivista dell'American Chemical Society, ACS Applied Materials &Interfaces .
L'emulsione è una miscela di due o più liquidi incompatibili e non miscelabili, proprio come olio e acqua, che possono essere stabilizzati dall'interferenza di particelle solide. Queste particelle solide si assemblano strettamente all'interfaccia fluido-fluido, come le corsie di nuoto in una piscina olimpionica, per prevenire la coalescenza. Questo processo è noto come Pickering emulsione.
Il successo di questo sistema è in definitiva reso possibile dall'uso di punti quantici di grafene (GQD) contenenti proprietà zwitterioniche. Utilizzando diversi fogli di GQD impilati insieme, il team di ricerca è in grado non solo di stabilizzare l'emulsione, ma anche di controllare la diffusione molecolare sull'interfaccia regolandone i valori di pH, proprio come azionando un interruttore della luce. Questi fogli insieme misurano meno di 5 nanometri di spessore. Per metterlo in prospettiva, i capelli umani medi hanno una larghezza compresa tra 80.000 e 100.000 nanometri.
I GQD funzionalizzati sono composti da materiali nanocarbonici contenenti una struttura zwitterionica, che è formata da nanoparticelle che contengono una quantità uguale di cariche positive e negative pur rimanendo elettronicamente neutre. Dopo che le nanoparticelle sono state aggiunte all'interfaccia, separano i due fluidi rendendo un lato idrofobo e l'altro lato idrofilo.
Questa composizione elettronica consente inoltre di controllare il pH complessivo dell'interfaccia. Regolando i valori di pH, questi GQD possono essere regolati con precisione per bloccare e sbloccare un'interfaccia olio-acqua. Cambiare le nanopiastrine sull'interfaccia con la stessa carica significa che verranno smontate, creando così un sistema di emulsione più stabile.
"Questo ci aiuterà a progettare un buon sistema di soppressione degli incendi ad alte prestazioni. Inoltre, poiché possiamo controllare il rilascio, questo potrebbe essere promettente per la somministrazione di farmaci e un migliore recupero del petrolio", ha affermato Wang. "Di solito, questo è molto difficile da fare. E a volte, se possiamo controllare il rilascio, ma il sistema stesso non è stabile, potrebbe essere possibile eseguire solo uno o due cicli prima che il sistema crolli."
Il team di ricerca è composto dal dottorando in ingegneria chimica Rong Ma e dagli ex dottorandi in ingegneria chimica il dottor Minxiang Zeng, ora ricercatore presso l'Università di Notre Dame, e il dottor Dali Huang, ora ingegnere di processo presso Formosa Plastics Corporation. + Esplora ulteriormente
