Микро- и нано-сборка композитных частиц с помощью электростатической адсорбции

Аннотация

В этой работе сообщается о новой контролируемой технологии изготовления нанокомпозитов, которая применима для дизайна материалов с помощью метода микро- и наносборки. Принцип основан на использовании электростатической адсорбции поверхностных частиц с модифицированным зарядом посредством послойной сборки. Полярность и дзета-потенциал поверхностного заряда контролировали с использованием поликатиона и полианиона, в то время как силу дзета-потенциала контролировали через количество чередующихся слоев покрытия, которое определяли с помощью измерения дзета-потенциала. Систематическое исследование было проведено для демонстрации возможности сборки композитного материала посредством электростатической адсорбции с использованием оксида алюминия (Al ₂ О ₃ ) и кремнезем (SiO ₂ ) в качестве модели исследования, которое было выполнено в зависимости от дзета-потенциала поверхности, процента покрытия поверхности и времени обработки. Значительный потенциал этого метода для создания композитных материалов также дополнительно демонстрируется контролируемой сборкой с участием различных материалов в различных структурных формах, таких как волокно, нитевидные кристаллы, нанолисты и даже пеноподобный структурированный уретан неправильной формы. Композиционные материалы, разработанные с использованием этого метода ЭА, обладают хорошими возможностями для использования в различных областях, таких как контроль механических свойств, формирование композитных керамических пленок, селективное лазерное спекание и перезаряжаемые металл-воздушные батареи.

Введение

В современном обществе, ориентированном на наноразмеры, проектирование и изготовление наноархитектуры никогда не были более важными, и в последние годы они быстро развивались. Сборки «снизу вверх», такие как самособирающиеся монослои и метод послойной сборки (LbL) с использованием электронной адсорбции, вызвали значительный интерес исследователей [1,2,3]. Это привело к новой концепции, известной как наноархитектоника, где интеграция гибридного полимера и неорганической наноархитектуры используется для наноразмерного морфологического дизайна [4]. С момента открытия Decher et al., Большая часть описанных работ включала формирование одного или нескольких слоев пленок (покрытий) на поверхности и сосредоточение внимания на поверхностной молекулярной инженерии [5, 6], сопряженных полимерах, биокомпонентах, графене. , и фуллерен [7]. Метод LbL открыл значительный потенциал для разработки современных материалов, требующих точной конструкции, таких как ядра-оболочки для доставки лекарств и фотонные кристаллы, а также селективные функциональные молекулы [8, 9]. Однако о контролируемой сборке микро- и наночастиц с помощью метода электростатической адсорбции сообщается редко [10]. Мо и др. продемонстрировали сборку сборки полой полусферы на основе наностержней ZnO с использованием гидротермального термолиза прекурсора Zn в присутствии 2 г длинноцепочечного полимера с большой боковой группой, поли (4-стиролсульфоната натрия) (PSS) [11]. Они упомянули, что наличие водорастворимой длинной цепи с большой боковой группой имеет решающее значение для образования уникальной собранной структуры, состоящей из полых полусфер. Считается, что длинная цепь способствует кластеризации вторичных коллоидных частиц, что может привести к последующей кристаллизации и растворению в ограниченном пространстве. Используя аналогичную концепцию, Decher [12, 13] и Caruso et al. Также продемонстрировали возможность изготовления трехмерных полимерных оболочек с использованием ядер, состоящих из растворимого коллоидного шаблона. [14]. Их работы заложили основу для более материального дизайна с использованием метода EA. Также сообщается, что размер и плотность наноструктур материала, применяемых во время биоинженерии, могут специально вызывать желаемые биологические свойства [15, 16]. Visalakshan et al. сообщили об универсальном и масштабируемом контролируемом образовании ковалентно связанных частиц Au на промежуточном слое из полиметлиоксазолина, нанесенного плазмой, с четко определенной нанотопографией, которая может быть применена в технологиях, связанных с биотехнологией [15]. В другой работе, опубликованной Ли и др., Они продемонстрировали возможность получения бифункциональных микросфер, состоящих из Fe ₂ О ₃ (ядро) и SiO ₂ (оболочка) с наночастицами Au, адсорбированными на поверхности за счет взаимодействия с полиэтиленимином по методу LbL. Бифункциональный гибридный композит продемонстрировал превосходные каталитические характеристики при восстановлении органических и неорганических веществ, обладая при этом суперпарамагнитными свойствами, которые позволили эффективно разделить их с помощью магнитного поля [17]. Вышеупомянутые работы дополнительно подчеркнули важность микро- и нано-сборки для создания желаемых свойств для различных передовых функциональных приложений. С нетерпением ожидая крупномасштабного производства, Хюкель и Саканна сообщили о методе реакции смешивания и плавления, который позволяет быстро массово производить анизотропные коллоиды ядро-оболочка с использованием электростатической самосборки [18]. В методе LbL, несмотря на возможное применение незаряженных частиц / коллоидов, заряженные по-прежнему остаются широко используемым методом путем сборки многослойного полиэлектролита [19]. Помимо использования полиэлектролита, дзета-потенциал также можно контролировать с помощью регулирования pH в зависимости от материала, используемого в формировании композита [20, 21]. Последовательное нанесение противоположно заряженного полиэлектролита может увеличить прочность поверхностного заряда, а также стабильность полиэлектролитных покрытий, что можно определить с помощью измерения дзета-потенциала [13, 22]. Когда дзета-потенциал частицы с модифицированным поверхностным зарядом эквивалентен или превышает +/- 40 мВ, сообщается, что его достаточно для получения хорошего стабильного электростатического взаимодействия, чтобы избежать агломерации и оставаться в коллоидной форме [21, 23]. Несмотря на продвижение и развитие метода LbL, о его использовании для проектирования материалов и композитов редко сообщается, несмотря на его огромный потенциал. Таким образом, в этой работе мы не только продемонстрировали простой и более совершенный метод получения однородной смеси материалов с использованием метода EA, но также осознали возможность создания композиционных материалов, которые пересекают границы между материалами и формой. Потенциал метода EA был дополнительно расширен за счет демонстрации возможности этого метода для нанесения желаемых добавок на материалы с нерегулярной структурой, такие как уретановая пена, листовой нитрид бора (BN) и материалы стержневой структуры. Что касается обычных методов смешивания, таких как механическое измельчение, часто бывает, что структура предшественника либо дегенерируется, либо изменяется из-за летучих ударов и выделения тепла. Более того, также происходит агломерация смеси, которая затем влияет на конечные свойства композиционных материалов [21, 24, 25]. Чтобы преодолеть эту проблему, необходим метод точного наноразмерного дизайна материалов для продвижения к высокоточному производству. На фиг.1 схематически показано сравнение микроструктур, которые могут быть получены с помощью обычного метода механического фрезерования, с проявлением агрегации по сравнению с новым однородным декором композитных материалов с помощью метода EA. Хорошо распределенная микроструктура может быть получена с использованием гомогенно декорированных композиционных материалов для создания желаемых свойств из функционального композиционного материала. В недавно опубликованной работе с использованием метода EA было продемонстрировано однородное украшение наночастиц оксида индия и олова (ITO) на поверхности полиметилметакрилата (ПММА). Полученные композитные порошки ITO-PMMA затем были использованы для изготовления таблеток с хорошей прозрачностью в области видимого света и контролируемым эффектом экранирования инфракрасного света [21]. Поэтому четкий обзор метода ЭА для микро- и нано-сборки жизненно важен, чтобы подчеркнуть осуществимость и потенциал этого метода для дизайна материалов. Фундаментальный принцип этой новой работы проиллюстрирован на рис. 2, где контроль поверхностного заряда осуществляется с использованием полиэлектролитов (поликатион и полианион), чтобы обеспечить однородное украшение желаемых частиц добавки на первичной / материнской частице. Используя силу притяжения, можно получить нанокомпозиты со значительной однородностью независимо от структурной сложности. Сохранение первичных и вторичных наноструктур, таких как нановолокна и наностержни, может быть достигнуто по сравнению с обычным методом механического измельчения, который разрушит их первоначальную морфологическую структуру. С точки зрения стоимости изготовления, метод ЭА также является более экономичным. Freymann et al. также подчеркнули, что метод EA является отличным методом сборки снизу вверх для изготовления фотонных кристаллов в отличие от чрезвычайно дорогостоящих подходов сверху вниз [8]. Продемонстрированная осуществимость наноархитектурного композитного дизайна, продемонстрированная в этой новой работе, может быть полезной платформой для различных приложений благодаря своей конкурентоспособности по стоимости и простоте. Формирование при комнатной температуре и превосходная однородность этого метода имеют значительные преимущества для точных технологий изготовления на основе порошков, таких как нанесение аэрозолей [25], технология 3D-печати керамики и лазерное спекание аддитивного производства [26, 27]. Применимость этого метода ЭА для полезных практических применений также продемонстрирована в нашей недавно опубликованной работе по экранированию инфракрасного света [21], контролю механических свойств композитов на основе оксида алюминия на основе углерода [24] и перезаряжаемых Fe-воздушных батарей [20]. / P>

Сравнение микроструктур, полученных с использованием a обычный механический метод фрезерования и b новый метод электростатической адсорбции для изготовления композиционных материалов

Схема регулировки поверхностного электростатического заряда с использованием поликатиона и полианиона для формирования композитной частицы

Экспериментальные процедуры

Формирование Al ₂ О ₃ -SiO ₂ Составные частицы

Эксперименты проводились с использованием коммерчески доступного монодисперсного сферического SiO ₂. частицы (средний диаметр частиц 8,8 мкм, Ube EXSYMO) и оксид алюминия (Al ₂ О ₃ ) частицы (средний размер частиц 100 нм, Taimei Chemical Co., Ltd.). Используемые поликатион и полианион представляли собой полидиаллилдиметиламмонийхлорид (PDDA) (средняя молекулярная масса от 100000 до 200000, Sigma-Aldrich) и стиролсульфонат полинатрия (PSS) (средняя молекулярная масса 70000, Sigma-Aldrich) соответственно. Первичный SiO ₂ частицы были погружены в полиэлектролиты в порядке PDDA, PSS, PDDA и PSS, чтобы вызвать отрицательный поверхностный заряд. Что касается Al ₂ О ₃ частиц, поверхностный заряд был приготовлен путем погружения в PSS и PDDA для получения положительного поверхностного заряда. Поверхностный дзета-потенциал контролировали путем многократного нанесения многослойного покрытия по процессу LbL [12, 13, 28]. Наконец, суспензия SiO ₂ и Al ₂ О ₃ частицы с противоположным дзета-потенциалом смешивали вместе. PH приготовленного раствора находился в пределах 7–8 (нейтральный). Когда PDDA или PSS добавляли в водный раствор, pH раствора изменялся примерно до 5,5 и 6,8 соответственно. После добавления PDDA и PSS растворы затем промывали и ополаскивали несколько раз (до четырех раз), чтобы удалить из раствора избыток PDDA и PSS. После мытья и ополаскивания значение pH вернулось к исходному значению примерно 7–8. Хотя полученная суспензия была стабильной в течение нескольких дней, они были использованы для электростатической сборки через несколько часов после приготовления. Более мелкие электростатически заряженные частицы (вторичные) притягивались и прикреплялись к более крупным частицам (первичным), формируя нано / микрокомпозитные частицы. Схема общего процесса изготовления Al ₂ О ₃ -SiO ₂ композитные частицы показаны на рис. 3. Al ₂ О ₃ и SiO ₂ композитные частицы смешивали и перемешивали в течение 180 мин для полной адсорбции. При исследовании контроля покрытия степень адсорбции частиц регулировали путем изменения соотношения компонентов в смеси прекурсоров по формуле, приведенной ниже:

$$ {W} _a =C {V} _a {\ rho} _a \ frac {W_m} {\ rho_m {V} _m} $$ (1)

Схема Al ₂ О ₃ -SiO ₂ формирование композитных частиц после процесса послойного покрытия PDDA и PSS

Вт _а количество добавленных частиц (г), C - коэффициент покрытия вторичных частиц первичными частицами ( C = S _а / S _м; S _а площадь поперечного сечения [м ² ] аддитивных частиц, а S _м - площадь поверхности первичных частиц [м ² ]), V _а объем одной аддитивной частицы [м ³ ], ρ _а - плотность частиц добавки [г / м ³ ], Вт _м количество первичных частиц [г], ρ _м - плотность первичных частиц [г / м ³ ] и V _м объем одной первичной частицы [м ³ ]. В этом исследовании количество частиц добавки было доведено до 25, 50 и 75% покрытия поверхности постоянного количества первичного SiO ₂. частицы. Оценка покрытия Al ₂ О ₃ -SiO ₂ Полученный композит также был рассчитан на основе изображений, полученных с помощью SEM, и занесен в таблицу в таблице 1. В другом исследовании влияния времени осаждения во время процесса реакции продолжительность для Al ₂ О ₃ и SiO ₂ Образование композитных частиц исследовали с интервалами 5, 15 и 60 мин при постоянном покрытии 25%.

Формирование SiO ₂ -SiO ₂ Составные частицы с контролем размера

В этом исследовании, чтобы продемонстрировать возможность создания композита, состоящего из того же материала, но разных размеров, SiO ₂ с размером частиц 1, 4 и 16 мкм (Ube EXYMO). Что касается первичного 16-мкм SiO ₂ частиц, было выполнено LbL покрытие из PDDA / PSS / PDDA / PSS, в то время как для вторичных более мелких 1- и 4-мкм SiO ₂ частиц, было выполнено LbL покрытие PDDA / PSS / PDDA. Затем суспензии смешивали и перемешивали соответствующим образом.

Создание различных составных комбинаций с использованием метода EA

Чтобы дополнительно продемонстрировать осуществимость и гибкость этого нового метода при проектировании композитов с использованием различных материалов и форм, такие материалы, как Al ₂ О ₃ , полиметилметакрилат (PMMA), углеродные нанотрубки (CNT), нитрид бора (BN), углеродное волокно и карбид кремния (SiC) в структурной форме волокна, вискера, нанолиста и нерегулярной пенообразной структуры были использованы для образования композиты методом EA. В зависимости от материала модификация поверхностного заряда различается. Для Al ₂ О ₃ и SiO ₂ которые обладают положительным и отрицательным поверхностным зарядом, соответственно, PSS и PDDA использовались для индуцирования противоположного заряда до тех пор, пока дзета-потенциал не превысит +/- 40 мВ до электростатической сборки. Для материалов с низким или незначительным дзета-потенциалом, таких как ПММА, углеродные микросферы, УНТ, BN, углеродное волокно, SiC и уретан, использовался начальный слой поверхностно-активного вещества, дезоксихолата натрия (SDC), чтобы покрыть и вызвать отрицательный поверхностный заряд. на поверхности с последующим PDDA. Несколько чередующихся слоев PDDA и PSS регулировали до тех пор, пока дзета-потенциал не превысил +/- 40 мВ перед смешиванием, чтобы обеспечить электростатическую сборку. Например, чтобы получить композит, состоящий из углерод-микросферы-Al ₂ О ₃ , поверхность первичной частицы Al ₂ О ₃ был модифицирован с поверхностным зарядом с использованием PSS, чтобы вызвать отрицательный поверхностный заряд. Что касается вторичных углеродных микросфер, было выполнено первоначальное покрытие SDC, а затем PDDA для создания положительного дзета-поверхностного потенциала. Если дзета-потенциал меньше + 40 мВ, выполняется попеременное покрытие PSS / PDDA для получения более высокого и более стабильного поверхностного потенциала для электростатической сборки. Затем модифицированный Al ₂ с поверхностным зарядом О ₃ и водный раствор углеродных микросфер смешивали и перемешивали для ускорения процесса электростатической адсорбции. Аналогичный подход был применен к PMMA, CNT, BN, углеродному волокну, SiC и уретану до процесса электростатической сборки.

Метод, морфологическое наблюдение и измерения

Ультразвуковой гомогенизатор (QSonica, LLC., Q 700) использовали для диспергирования агломерированных частиц в растворе. Для сушки полученной суспензии композитных частиц использовали сублимационную сушилку (FDU-1200, Tokyo Science Instrument Co., Ltd.). Морфологию, полученную после EA, наблюдали с помощью полевого эмиссионного сканирующего электронного микроскопа S-4800 (FE-SEM, Hitachi S-4800). Дзета-потенциал измеряли с использованием измерительного оборудования от Otsuka Electronics Co. Ltd., ELSZ-1 и Micro Tech Nission, ZEECOM Co. Ltd.

Результаты и обсуждение

На рис. 4 показаны СЭМ-изображения полученного Al ₂ О ₃ -SiO ₂ композитные частицы с различным покрытием 25, 50 и 75% соответственно. Отчетливо видно, что Al ₂ О ₃ наночастицы равномерно распределены по поверхности SiO ₂ частица. По изображениям, полученным с помощью SEM, количество Al ₂ О ₃ частицы, адсорбированные на поверхности SiO ₂ частиц был рассчитан и сведен в Таблицу 1. По полученным результатам измеренные значения оценочного покрытия приблизительно соответствуют предполагаемым целевым покрытиям 25, 50 и 75%. Этот результат показывает, что, используя этот новый метод EA, покрытие можно контролировать, регулируя количество частиц добавки, сохраняя при этом очень хорошее гомогенное покрытие, где вторичный Al ₂ О ₃ частицы равномерно распределены по поверхности первичного SiO ₂ частица без каких-либо признаков агломерации или концентрированных пятен. При отдельном исследовании времени реакции во время смешивания и перемешивания изображения композитных частиц (покрытие 25%), полученные через 5, 15 и 60 минут, показаны на рис. SiO ₂ размер частицы увеличивался со временем. Примечательно, что даже при коротком перемешивании и перемешивании в течение 5 минут видно, что частицы добавки равномерно распределяются по поверхности SiO ₂ частицы (не агломерированные). При продолжительном перемешивании и времени перемешивания 15 и 60 минут количество осажденного Al ₂ О ₃ соответственно увеличился. Через 60 мин количество Al ₂ О ₃ частицы, полученные на SiO ₂ аналогичен полученному в вышеупомянутом 25% распределении. Это показывает, что осаждение частиц методом EA зависит от времени реакции (смешивание и перемешивание). Общая зависимость поведения Al ₂ от времени О ₃ адсорбция на SiO ₂ для различных коэффициентов покрытия, а также измеренный дзета-потенциал суммированы на рис. 6. Из рис. 6а для получения покрытия 25% время, необходимое для достижения плато осаждения, составляет 60 мин, в то время как требуется более высокое покрытие поверхности. продолжительное время до 180 мин. Задержка осаждения вызвана увеличением Al ₂ О ₃ суспензия частиц, приводящая к повышенному содержанию Al ₂ О ₃ адсорбция на SiO ₂ что впоследствии привело к возникновению эффекта стерической помехи [5, 29]. Из рис. 6b видно, что кажущийся дзета-потенциал Al ₂ О ₃ -SiO ₂ композит постепенно сдвигался с отрицательного на положительный с увеличением добавки Al ₂ О ₃ покрытие частицами. Как количество положительно заряженного Al ₂ О ₃ частицы, адсорбированные на SiO ₂ увеличился, положительный дзета-потенциал поверхности также увеличился, что создало экранирующий эффект, предотвращающий последующее Al ₂ О ₃ адсорбироваться на SiO ₂ и вызывает задержку осаждения. Гомогенное распределение положительно заряженного Al ₂ О ₃ частицы на поверхности SiO ₂ на почти одинаковом расстоянии между каждым Al ₂ О ₃ частица привела к возникновению стерического эффекта, который считается эквивалентным эффекту отрицательно заряженного SiO ₂ частица. Следовательно, это приводит к достижению изоэлектрической точки. В работе, опубликованной Xu et al., Они сообщили о почти аналогичном наблюдении, когда, контролируя плотность заряда полиэлектролита, шероховатость мембранной пленки и изменение расстояния от подложки, а также важность стерических ограничений для ионов интервалы в паре полиэлектролитов были показаны [30].

СЭМ изображения Al ₂ О ₃ -SiO ₂ композитные частицы с различным покрытием a 25, б 50 и c 75% соответственно

СЭМ изображения Al ₂ О ₃ -SiO ₂ композитные частицы, которые были смешаны и перемешаны в течение a 5, б 15 и c 60 мин, соответственно, с фиксированным количеством частиц добавки 25%

а Поведение Al ₂ в зависимости от времени О ₃ адсорбция на SiO ₂ частицы для различных степеней покрытия суспензии. б Дзета-потенциал Al ₂ О ₃ -SiO ₂ композитные частицы, полученные с использованием переменного процента покрытия. Были подготовлены три независимых образца, и было выполнено в среднем пять измерений для получения стандартного отклонения

При демонстрации образования композитных частиц, которые состоят из одного и того же материала, но разного размера, также важно отрегулировать дзета-потенциал поверхности, регулируя количество чередующихся полиэлектролитных покрытий. Дополнительный файл 1:На рисунке S1 показано постепенное увеличение дзета-потенциала с количеством чередующихся покрытий PDDA и PSS. Дзета-потенциал увеличился в один раз примерно с -30 до -60 мВ после четырех слоев покрытия. СЭМ изображения SiO ₂ композитные частицы показаны на рис. 7, который демонстрирует превосходное распределение субмикро-SiO ₂ частицы на 16-мкм SiO ₂ частица. На рис. 7a субмикроскопический SiO ₂ видны частицы размером приблизительно 1 мкм, однородно распределенные по поверхности 16 мкм SiO ₂ частица, тогда как на рис. 7b более крупный SiO ₂ микрочастицы размером приблизительно 4 мкм хорошо распределяются аналогичным образом. Это показывает, что, регулируя силу поверхностного заряда, более крупные частицы добавки можно также использовать для изготовления композитных материалов с помощью метода EA. Чтобы дополнительно продемонстрировать осуществимость и применимость этого нового метода, различные материалы, такие как Al ₂ О ₃ Для формирования композита использовались ПММА, УНТ, BN, углеродное волокно, SiC и уретан, включающие различные формы, такие как волокно, а также нитевидные кристаллы и пена неправильной структуры. Морфология полученных композитов показана на фиг. 8, что указывает на однородное нанесение желаемых частиц добавки на различные первичные частицы и каркасы с помощью метода EA. На рис. 8a – c показано украшение различных структур, таких как углеродные микросферы, нанолисты CNT с высоким соотношением сторон и BN, на различных материалах, состоящих из Al ₂ О ₃ , ПММА и SiO ₂ микросферы показаны соответственно. С другой стороны, однородная отделка SiO ₂ и Al ₂ О ₃ Наночастицы на несферических и нерегулярных структурах были продемонстрированы на углеродном волокне, вискере SiC и пенополиуретане, как показано на рис. 8d – f соответственно. Таким образом, эта уникальная работа продемонстрировала новую технику контролируемой микро- и нано-сборки, которая имеет огромный потенциал для проектирования материалов, охватывающих различные материалы, а также морфологические размеры, которые могут оказать влияние на разработку и проектирование композитных материалов для прецизионного производства. технологии. Ограничениями метода EA являются предварительная подготовка материала на водной основе с плотностью выше, чем у воды (1 г / см ³ ), сложность крупномасштабного производства и необходимость многократной очистки для удаления из раствора избыточных полиэлектролитов. Однако на основе этого проекта была разработана усовершенствованная крупномасштабная система модификации поверхностного заряда прекурсоров для масштабного производства усовершенствованных наномонтажных материалов с использованием специализированного оборудования с мониторингом в реальном времени. Это оборудование позволяет контролировать и изменять дзета-потенциал поверхностного заряда (положительный / отрицательный) водного раствора большого объема (примерно 10 л), содержащего указанные исходные материалы-прекурсоры. После достижения желаемого дзета-потенциала исходные материалы с модифицированным поверхностным зарядом смешиваются, чтобы способствовать последующей электростатической адсорбции с образованием желаемого композитного материала.

СЭМ изображения SiO ₂ составные частицы, состоящие из a 1 мкм SiO ₂ частицы и b 4 мкм SiO ₂ частицы декорированы на 16-мкм SiO ₂ частицы методом ЭА, которые продемонстрировали однородное распределение

СЭМ-изображения нано- и микросборных композитов, полученные методом ЭА. а углеродные микросферы-Al ₂ О ₃ , b CNT-PMMA, c БН-SiO ₂ , d SiO ₂ -углеродное волокно, e Аль ₂ О ₃ -SiC усы и f Аль ₂ О ₃ -уретановая пена

Используя метод ЭА, описанный в этой работе, были изготовлены и представлены нашей группой различные композитные материалы для таких применений, как контролируемые механические свойства углеродного композита на основе оксида алюминия [24], быстрое формирование композитных керамических пленок при комнатной температуре путем осаждения аэрозоля [25]. ], контролируемое свойство экранирования ИК-излучения полимерного композита ПММА-ITO [21] и перезаряжаемый Fe-воздушный аккумулятор [20]. В недавней работе, связанной с изготовлением композита с полимерной матрицей ПММА с наночастицами ITO, гранулы композита ПММА-ITO, которые продемонстрировали хорошую прозрачность в области видимого света, позволяя контролировать эффект экранирования ИК-света, контролируя количество включенных наночастиц ITO, получили сообщалось [21]. Таким образом, помимо неорганических материалов, это показывает, что метод электростатической сборки можно применять и для полимерных материалов.

Выводы

В этой новой работе продемонстрирована возможность управления покрытием аддитивной частицы на первичной частице при изготовлении композита. Проведены фундаментальные экспериментальные работы по декорированию Al ₂ О ₃ наночастицы на SiO ₂ микрочастиц как функция покрытия поверхности и времени реакции. Контрольный декор с поверхностным покрытием 25, 50 и 75% также был продемонстрирован путем регулирования количества добавки и времени EA. В рамках развития наноразмерного дизайна материалов мы также продемонстрировали возможность достижения микро- и нано-сборки композитных частиц на широком спектре материалов с различными морфологическими структурами при комнатной температуре с использованием метода ЭА. В этой новой работе также продемонстрирована превосходная однородность с контролируемым покрытием поверхности. Возможными применениями изготовленных композиционных материалов методом ЭА являются селективное лазерное спекание, аэрозольное осаждение композитных керамических пленок, материалы для защиты от ИК-излучения и перезаряжаемые металл-воздушные батареи. Систематические результаты этой работы могут заложить основу для разработки наноразмерных материалов для создания более сложных нанотехнологий в будущем.

Доступность данных и материалов

Все данные, полученные или проанализированные в ходе этого исследования, включены в эту опубликованную статью [и файлы с дополнительной информацией к ней].