Fibras multifuncionales de nanotubos de carbono: caracterización químico-física y aplicaciones
- Autores: Jose Antonio Benedico Lozano
- Directores de la Tesis: Edgar Muñoz (dir. tes.), Rosa Garriga Mateo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Mariano Laguna Castrillo (presid.), Asunción Luquin Martínez (secret.), Rebeca Marcilla (voc.)
- Materias:
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- Resumen
INTRODUCCIÓN Y MOTIVACIÓN Las fibras presentan una configuración estructural que las hace ser muy atractivas para diversas aplicaciones y que les confiere una serie de ventajas en cuanto a su manipulación, incorporación a matrices (que incluye su tejido en textiles), y también en lo referente a las propiedades de sus componentes individuales. En los últimos años se han ido sucediendo una serie de hallazgos importantes relacionados con fibras que contienen nanotubos de carbono, en particular en lo referente al hilado por coagulación (wet spinning) [Vigolo, 2000], que da lugar a fibras con fascinantes propiedades químico-físicas y funcionalidades para aplicaciones en textiles electrónicos, músculos artificiales, y supercondensadores, entre otras [Dalton, 2003].
En esta Tesis Doctoral se investigan dos rutas para la fabricación de fibras de nanotubos de carbono multifuncionales: hilado de fibras de nanotubos de carbono por coagulación empleando dos nuevos coagulantes, y recubrimiento de fibras de óxido de grafeno con nanotubos de carbono por medio de un novedoso adhesivo peptídico. En este trabajo se describe con detalle la caracterización estructural y químico-física de las fibras y los mecanismos químicos involucrados en la formación de las mismas.
DESARROLLO TEÓRICO Y CONCLUSIONES Esta Tesis Doctoral investiga el empleo del líquido iónico polimérico bromuro de poli(1-vinil-3-etilimidazolio) (poli(ViEtImBr) y del polielectrolito cloruro de poli(dialildimetilamonio) (poliDADMAC) como coagulantes en procesos de hilado de fibras de nanotubos de carbono monocapa. Estos coagulantes proporcionan fibras de conductividad eléctrica elevadas, de estabilidad mecánica hasta 100ºC, y con notables prestaciones electroquímicas, que han dado lugar a la exitosa fabricación de un supercondensador, que puede ser incorporado en textiles. Se ha propuesto además un mecanismo de hilado de estas fibras basado en la formación de complejos de polielectrolitos en reacciones de intercambio iónico en los que el surfactante empleado desempeña un papel protagonista.
Por otro lado, se han empleado la fascinante capacidad de ensamblado en estructuras bidimensionales de los tectómeros de oligoglicina [Tsygankova, 2011; Bovin, 2008] y la eficiente interacción de éstos con nanotubos de carbono carboxilados y óxido de grafeno para la funcionalización de fibras de óxido de grafeno con nanotubos de carbono, de modo que los tectómeros de oligoglicina actuarían de adhesivo protector. Estudios por XPS confirman que, pese a que tanto los nanotubos de carbono carboxilados como el óxido de grafeno poseen un contenido elevado de grupos funcionales oxigenados, la interacción de cada uno de ellos con la oligoglicina es diferente, siendo ésta debida a fuerzas electrostáticas en el caso de los nanotubos de carbono carboxilados, mientras que en el caso del óxido de grafeno, por formación de puentes de hidrógeno con los grupos oxigenados existentes en el plano basal del óxido de grafeno. Se demuestra además que estas interacciones se pueden modular y revertir controlando el pH, lo cual es de interés para posibles aplicaciones en los campos de la funcionalización de superficies, sensores, o en el transporte y liberación controlada de fármacos, entre otros.
BIBLIOGRAFÍA Bovin, N., Tuzikov, A. & Chinarev, A. 2008, ʺOligoglycines: Materials with unlimited potential for nanotechnologiesʺ, Nanotechnologies in Russia, vol. 3, no. 5‐6, pp. 291‐302.
Dalton, A.B., Collins, S., Muñoz, E., Razal, J.M., Ebron, V.H., Ferraris, J.P., Coleman, J.N., Kim, B.G. & Baughman, R.H. 2003, ʺSuper‐tough carbon nanotube fibresʺ, Nature, vol. 423, no. 6941, pp. 703‐703.
Tsygankova, S.V., Chinarev, A.A., Tuzikov, A.B., Zaitsev, I.S., Severin, N., Kalachev, A.A., Rabe, J.P. & Bovin, N.V. 2011, ʺAssembly of oligoglycine layers on mica surfaceʺ, Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology, vol. 2, no.
01, pp. 91-97.
Vigolo, B., Penicaud, A., Coulon, C., Sauder, C., Pailler, R., Journet, C., Bernier, P. & Poulin, P. 2000, ʺMacroscopic fibers and ribbons of oriented carbon nanotubesʺ, Science (New York, N.Y.), vol. 290, no. 5495, pp. 1331‐1334.
