Stabilisering af emulsionsforskning forbedrer brandslukningsoperationer og mere

Forskere ved Texas A&M University har fundet en måde at kontrollere ladningen af ​​nanopartikler på en to-væske grænseflade for at skabe et mere stabilt system, hvor dens ladning også kan skiftes og kontrolleres. Evnen til at ændre ladningen af ​​nanopartikler på en to-væske grænseflade ville resultere i en overflade, der kunne akklimatisere sig til at passe til mange forskellige applikationer, såsom en mere holdbar brandslukningsoperation og endda kontrolleret frigivelse i visse medikamenter.

"Baseret på denne idé foreslog vi et koncept om, at dette vil være et pH-responsivt materiale. Hvis vi ændrer pH-værdien, kan vi kontrollere den molekylære diffusion," sagde Dr. Qingsheng Wang, lektor i Artie McFerrin Department of Chemical Ingeniør og indehaver af George Armistead '23 Faculty Fellowship ved Texas A&M.

Holdets forskning blev offentliggjort i American Chemical Societys tidsskrift, ACS Applied Materials &Interfaces .

Emulsion er en blanding af to eller flere inkompatible og ublandbare væsker, ligesom olie og vand, der kan stabiliseres ved interferens af faste partikler. Disse faste partikler samles tæt ved væske-væske-grænsefladen, som svømmebaner i et svømmebassin, for at forhindre sammensmeltning. Denne proces er kendt som Pickering-emulsion.

Succesen med dette system er i sidste ende muliggjort af brugen af ​​grafen kvanteprikker (GQD'er), der indeholder zwitterioniske egenskaber. Ved at bruge flere ark af GQD'er stablet sammen, er forskerholdet i stand til ikke kun at stabilisere emulsion, men også kontrollere den molekylære diffusion på grænsefladen ved at justere dens pH-værdier, ligesom at vende en lyskontakt. Disse plader måler tilsammen mindre end 5 nanometer i tykkelse. For at sætte dette i perspektiv er det gennemsnitlige menneskehår alt fra 80.000 til 100.000 nanometer bredt.

De funktionaliserede GQD'er er sammensat af nanocarbonmaterialer indeholdende zwitterionisk struktur, som er dannet af nanopartikler, der indeholder en lige stor mængde af både positive og negative ladninger, mens de stadig forbliver elektronisk neutrale. Efter at nanopartiklerne er tilføjet til grænsefladen, adskiller de de to væsker ved at gøre den ene side hydrofob og den anden side hydrofil.

Denne elektroniske makeup gør det også muligt at kontrollere grænsefladens overordnede pH. Ved at justere pH-værdierne kan disse GQD'er finjusteres til både at blokere og frigøre en olie-vand-grænseflade. Ændring af nanoblodpladerne på grænsefladen til den samme ladning betyder, at de vil blive adskilt og dermed skabe et mere stabilt emulsionssystem.

"Dette vil hjælpe os med at designe et godt system til højtydende brandbekæmpelse. Fordi vi kan kontrollere frigivelsen, kan dette desuden være lovende for lægemiddellevering og forbedret olieudvinding," sagde Wang. "Det er normalt meget svært at gøre. Og nogle gange, hvis vi kan kontrollere udgivelsen, men selve systemet ikke er stabilt, er det måske kun muligt at lave en eller to cyklusser af dette, før systemet kollapser."

Forskerholdet består af kemiingeniør doktorand Rong Ma og tidligere kemiingeniør doktorand Dr. Minxiang Zeng, nu forsker ved University of Notre Dame, og Dr. Dali Huang, nu procesingeniør hos Formosa Plastics Corporation. + Udforsk yderligere

Simuleringer kaster betydeligt lys over janus-partikler