Micro e Nano-montagem de partículas compostas por adsorção eletrostática

Resumo

Este trabalho relata uma nova técnica de fabricação de nanocompósitos controlados que é aplicável para design de materiais por meio de um método de micro e nano montagem. O princípio é baseado no uso de adsorção eletrostática das partículas modificadas por carga superficial via montagem camada por camada. A polaridade e o potencial zeta da carga superficial foram controlados usando policatião e polianião, enquanto a força do potencial zeta foi controlada através do número de camadas de revestimento alternadas que foi determinado usando medição de potencial zeta. Um estudo sistemático foi conduzido para demonstrar a viabilidade da montagem de material compósito via adsorção eletrostática usando alumina (Al ₂ O ₃ ) e sílica (SiO ₂ ) composto como um modelo de estudo, que foi realizado em função do potencial zeta da superfície, porcentagem de cobertura da superfície e tempo de processamento. O potencial considerável desta técnica para projeto de material compósito também é demonstrado com montagem controlada envolvendo diferentes materiais em várias formas estruturais, como fibra, bigode, nanofolhas e até mesmo uretano estruturado semelhante a espuma de formato irregular. Os materiais compostos projetados usando este método EA possuem bons potenciais para serem utilizados em várias aplicações, como controle de propriedade mecânica, formação de filmes de cerâmica composta, sinterização seletiva a laser e bateria recarregável de metal-ar.

Introdução

Na sociedade focada na nanoescala hoje em dia, o design e a fabricação da nanoarquitetura nunca foram tão cruciais e viram um rápido desenvolvimento nos últimos anos. Conjuntos ascendentes, como monocamadas automontadas e uma técnica de montagem camada por camada (LbL) utilizando adsorção eletrônica têm atraído interesse significativo de pesquisadores [1,2,3]. Isso levou a um novo conceito conhecido como nanoarquitetura, onde uma integração de polímero híbrido e nanoarquitetura inorgânica é usada para o projeto morfológico em nanoescala [4]. Desde a descoberta por Decher et al., A maior parte do trabalho relatado envolveu a formação de uma ou várias camadas de filmes (revestimentos) nas superfícies e com foco na engenharia molecular de superfície [5, 6], polímeros conjugados, bio-componentes, grafeno e fulereno [7]. O método LbL abriu um potencial significativo para o desenvolvimento de materiais avançados que requerem um design preciso, como cascas de núcleo para entrega de drogas e cristais fotônicos, bem como moléculas funcionais seletivas [8, 9]. No entanto, a montagem controlada de micro e nanopartículas usando uma técnica de adsorção eletrostática raramente é relatada [10]. Mo et al. demonstraram a montagem do conjunto de hemisfério oco baseado em nanorod de ZnO usando termólise hidrotérmica do precursor de Zn na presença de 2 g de polímero de cadeia longa com um grande grupo lateral, poli (4-estirenossulfonato de sódio) (PSS) [11]. Eles mencionaram que a presença de uma longa cadeia solúvel em água com um grande grupo lateral é crucial para a formação da estrutura única montada que consiste em hemisférios ocos. Diz-se que a cadeia longa promove o agrupamento de partículas coloidais secundárias que levariam à subsequente cristalização e dissolução com espaço limitado. Usando o conceito semelhante, também é demonstrado que é possível fabricar cascas de polímero tridimensionais usando núcleos que consistiam em molde coloidal solúvel por Decher [12, 13] e Caruso et al. [14]. Seus trabalhos estabeleceram a base para mais design de materiais usando o método EA. Também é relatado que o tamanho e a densidade das nanoestruturas de um material aplicadas durante a bioengenharia podem induzir especificamente as propriedades biológicas desejadas [15, 16]. Visalakshan et al. relataram uma formação controlada versátil e escalonável de partículas de Au covalentemente ligadas em uma camada intermediária de polimetiloxazolina depositada em plasma com uma nano-topografia bem definida que poderia ser aplicada a tecnologias relacionadas à engenharia de biomateriais [15]. Em outro trabalho relatado por Li et al., Eles demonstraram a viabilidade de obter microesferas bifuncionais que consistiam em Fe ₂ O ₃ (núcleo) e SiO ₂ (casca) com nanopartículas de Au adsorvidas na superfície por meio da interação com polietilenoimina via método LbL. O compósito híbrido bifuncional exibiu excelente desempenho catalítico na redução orgânica e inorgânica enquanto possuía propriedade superparamagnética que possibilitou separação eficiente usando campo magnético [17]. Os trabalhos acima mencionados enfatizaram ainda mais a importância da micro e nano montagem para a geração das propriedades desejadas para várias aplicações funcionais avançadas. Olhando para a fabricação em larga escala, Hueckel e Sacanna relataram um método de reação de mistura e derretimento que permite a produção em massa rápida de coloides núcleo-casca anisotrópicos usando automontagem eletrostática [18]. No método LbL, apesar da possível aplicação de partículas / coloides não carregados, os carregados continuam sendo o método comumente utilizado através da montagem de polieletrólitos multicamadas [19]. Além da utilização de polieletrólitos, o potencial zeta também pode ser controlado usando o ajuste de pH, dependendo do material usado na formação do compósito [20, 21]. A aplicação sequencial de polieletrólito de carga oposta pode aumentar a força de carga superficial, bem como a estabilidade dos revestimentos de polieletrólito, que pode ser determinada usando medição de potencial zeta [13, 22]. Quando o potencial zeta de uma partícula modificada com carga superficial é equivalente ou superior a +/− 40 mV, é relatado ser suficiente para obter uma boa interação eletrostática estável para evitar aglomeração e permanecer na forma coloidal [21, 23]. Apesar do avanço e desenvolvimento do método LbL, sua utilização para projetos de materiais e compósitos raramente é relatada, apesar de seu enorme potencial. Portanto, neste trabalho, não apenas demonstramos um método fácil e mais superior para obter uma mistura homogênea de materiais usando o método EA, mas também percebemos a viabilidade de projetos de materiais compostos que cruzam os limites entre os materiais e a forma. O potencial do método de EA foi expandido ainda mais demonstrando a viabilidade deste método para decoração de aditivos desejados em materiais de estrutura irregular, como espuma de uretano, nitreto de boro em folha (BN) e materiais estruturados em bastão. Quanto aos métodos de mistura convencionais, como moagem mecânica, é frequentemente o caso em que a estrutura do precursor é degenerada ou alterada devido ao impacto volátil e à geração de calor. Além disso, a aglomeração da mistura também ocorre, o que afetaria as propriedades finais dos materiais compósitos [21, 24, 25]. Para superar esse problema, um método para design de materiais em nanoescala preciso é indispensável para impulsionar a fabricação de precisão avançada. A Figura 1 é um esquema que mostra a comparação das microestruturas que poderiam ser obtidas por meio de um método de moagem mecânica convencional com a ocorrência de agregação em comparação com uma nova decoração homogênea de materiais compósitos via método de EA. Uma microestrutura bem distribuída pode ser obtida usando os materiais compósitos decorados de forma homogênea para gerar as propriedades desejadas a partir de um material compósito funcional. Em um trabalho relatado recentemente, uma decoração homogênea de nanopartículas de óxido de índio e estanho (ITO) na superfície de poli (metacrilato de metila) (PMMA) foi demonstrada usando o método de EA. Os pós compostos ITO-PMMA obtidos foram então usados para fabricar um pellet com boa transparência na região da luz visível e um efeito de proteção contra luz infravermelho controlável [21]. Portanto, uma visão geral clara do método de EA para micro e nanomontagem é vital para enfatizar a viabilidade e o potencial desta técnica para design de materiais. O princípio fundamental para este novo trabalho é ilustrado na Fig. 2, onde o controle da carga superficial é realizado usando polieletrólitos (policatião e polianião) a fim de permitir a decoração homogênea das partículas aditivas desejadas na partícula primária / mãe. Ao utilizar a força atrativa, nanocompósitos com homogeneidade significativa podem ser alcançados independentemente da complexidade estrutural. A preservação das nanoestruturas primárias e secundárias, como nanofibras e nanobastões, poderia ser alcançada em comparação com o método convencional de moagem mecânica, que destruiria sua estrutura morfológica original. Em termos de custo de fabricação, o método EA também é um método mais econômico. Freymann et al. também enfatizou que o método EA é um excelente método de montagem bottom-up para a fabricação de cristais fotônicos, em oposição às abordagens top-down extremamente caras [8]. A viabilidade demonstrada do projeto composto nano-arquitetônico demonstrado neste novo trabalho pode ser uma plataforma útil para várias aplicações devido à sua competitividade de custo e simplicidade. A formação à temperatura ambiente e a homogeneidade superior deste método apresentam vantagem significativa para a tecnologia de fabricação à base de pó precisa, como deposição de aerossol [25], tecnologia de impressão 3D de cerâmica e sinterização a laser de fabricação aditiva [26, 27]. A aplicabilidade deste método EA para aplicações práticas úteis também é demonstrada em nosso trabalho recentemente relatado para proteção contra luz infravermelha [21], controle de propriedade mecânica de compósito de alumina à base de carbono [24] e bateria recarregável de Fe-ar [20].

Comparação das microestruturas obtidas usando a método de fresamento mecânico convencional e b nova técnica de adsorção eletrostática para a fabricação de materiais compósitos

Esquema do ajuste de carga eletrostática de superfície usando policatião e polianião para a partícula composta de formação

Procedimentos experimentais

Formação de Al ₂ O ₃ -SiO ₂ Partículas compostas

Os experimentos foram realizados usando SiO esférico monodisperso comercialmente disponível ₂ partículas (diâmetro médio de partícula 8,8 μm, Ube EXSYMO) e alumina (Al ₂ O ₃ ) partículas (tamanho médio de partícula 100 nm, Taimei Chemical Co., Ltd.). O policatião e o polianião usados foram cloreto de polidialildimetilamônio (PDDA) (peso molecular médio de 100.000 a 200.000, Sigma-Aldrich) e estirenossulfonato polissódico (PSS) (peso molecular médio de 70.000, Sigma-Aldrich), respectivamente. O SiO primário ₂ as partículas foram imersas nos polieletrólitos na ordem de PDDA, PSS, PDDA e PSS para induzir uma carga superficial negativa. Quanto ao Al ₂ O ₃ partículas, a carga superficial foi preparada por imersão em PSS e PDDA a fim de obter uma carga superficial positiva. O potencial zeta de superfície foi controlado por revestimento de múltiplas camadas repetitivo pelo processo LbL [12, 13, 28]. Finalmente, a suspensão de SiO ₂ e Al ₂ O ₃ partículas com o potencial zeta oposto foram misturadas. O pH da solução preparada estava próximo de 7–8 (neutro). Quando PDDA ou PSS foi adicionado a uma solução aquosa, o pH da solução mudou para aproximadamente 5,5 e 6,8, respectivamente. Após a adição de PDDA e PSS, as soluções foram então lavadas e enxaguadas várias vezes (até quatro vezes) para remover o excesso de PDDA e PSS da solução. Após a lavagem e enxágue, o pH voltou a um pH original de aproximadamente 7–8. Embora a suspensão obtida tenha sido estável por vários dias, eles foram usados para a montagem eletrostática algumas horas após a preparação. Partículas menores carregadas eletrostaticamente (secundárias) foram atraídas e anexadas às partículas maiores (primárias) formando as partículas nano / microcompostas. O esquema do processo geral de fabricação do Al ₂ O ₃ -SiO ₂ as partículas compostas são mostradas na Fig. 3. O Al ₂ O ₃ e SiO ₂ as partículas compostas foram misturadas e agitadas por até 180 min para permitir a adsorção completa. Na investigação do controle de cobertura, a quantidade de adsorção de partículas foi ajustada alterando a proporção de mistura dos precursores usando a fórmula abaixo:
$$ {W} _a =C {V} _a {\ rho} _a \ frac {W_m} {\ rho_m {V} _m} $$ (1)

Esquema de um Al ₂ O ₃ -SiO ₂ formação de partículas compostas após o processo de revestimento camada a camada de PDDA e PSS

W _a é a quantidade de partícula adicionada (g), C é a taxa de cobertura das partículas secundárias nas partículas primárias ( C = S _a / S _m; S _a é a área da seção transversal [m ² ] das partículas aditivas enquanto S _m é a área da superfície das partículas primárias [m ² ]), V _a é o volume de uma partícula aditiva [m ³ ], ρ _a é a densidade das partículas aditivas [g / m ³ ], W _m é a quantidade de partículas primárias [g], ρ _m é a densidade das partículas primárias [g / m ³ ] e V _m é o volume de uma partícula primária [m ³ ] Neste estudo, a quantidade de partículas aditivas foi ajustada para 25, 50 e 75% de coberturas de superfície de uma quantidade constante de SiO primário ₂ partículas. A estimativa de cobertura do Al ₂ O ₃ -SiO ₂ o composto obtido também foi calculado a partir das imagens SEM e tabulado na Tabela 1. Em um estudo diferente sobre o efeito do tempo de deposição durante o processo de reação, a duração para Al ₂ O ₃ e SiO ₂ a formação de partículas compostas foi investigada em intervalos de 5, 15 e 60 min com uma cobertura constante de 25%.

Formação de SiO ₂ -SiO ₂ Partículas compostas com controle de tamanho

Nesta investigação, a fim de demonstrar a viabilidade de projetar um composto que consiste do mesmo material, mas de tamanhos diferentes, SiO ₂ com tamanhos de partícula de 1, 4 e 16 μm (Ube EXYMO). Quanto ao SiO de 16 μm primário ₂ partículas, um revestimento LbL de PDDA / PSS / PDDA / PSS foi realizado enquanto que para o secundário menor 1- e 4-μm SiO ₂ partículas, o revestimento LbL de PDDA / PSS / PDDA foi executado. As suspensões foram então misturadas e agitadas em conformidade.

Formação de várias combinações compostas usando o método EA

A fim de demonstrar ainda mais a viabilidade e flexibilidade deste novo método em design de compósitos envolvendo vários materiais e formas, materiais como Al ₂ O ₃ , polimetil metacrilato (PMMA), nanotubo de carbono (CNT), nitreto de boro (BN), fibra de carbono e carboneto de silício (SiC) na forma estrutural de fibra, whisker, nanofolha e uma estrutura semelhante a espuma irregular foram usados para formar os compostos por meio do método EA. Dependendo do material, a modificação da carga superficial difere. Para Al ₂ O ₃ e SiO ₂ que possuem carga superficial positiva e negativa, respectivamente, PSS e PDDA foram usados para induzir a carga oposta até que o potencial zeta seja superior a +/− 40 mV antes da montagem eletrostática. Para materiais que apresentam potencial zeta baixo ou desprezível, como PMMA, microesferas de carbono, CNT, BN, fibra de carbono, SiC e uretano, uma camada inicial de surfactante, desoxicolato de sódio (SDC), foi usada para revestir e induzir uma carga superficial negativa na superfície seguido por PDDA. Múltiplas camadas alternadas de PDDA e PSS foram ajustadas até que o potencial zeta seja superior a +/− 40 mV antes da mistura para permitir a montagem eletrostática. Por exemplo, a fim de obter compostos que consistem em carbono-microesfera-Al ₂ O ₃ , a superfície da partícula primária Al ₂ O ₃ foi modificado com carga superficial usando PSS para induzir uma carga superficial negativa. Quanto às microesferas de carbono secundárias, foi realizado um revestimento inicial de SDC e seguido de PDDA para gerar um potencial de superfície zeta positivo. Se o potencial zeta for inferior a + 40 mV, o revestimento alternado de PSS / PDDA é realizado para obter um potencial de superfície mais alto e mais estável para a montagem eletrostática. Então, o Al modificado com carga superficial ₂ O ₃ e solução aquosa de microesferas de carbono foram misturadas e agitadas a fim de promover o processo de adsorção eletrostática. Uma abordagem semelhante foi aplicada a PMMA, CNT, BN, fibra de carbono, SiC e uretano antes do processo de montagem eletrostática.

Método, observação morfológica e medição

Um homogeneizador ultrassônico (QSonica, LLC., Q 700) foi usado para dispersar as partículas aglomeradas em uma solução. Um liofilizador (FDU-1200, Tokyo Science Instrument Co., Ltd.) foi usado para secar a suspensão de partícula composta obtida. As morfologias obtidas após EA foram observadas usando um Microscópio Eletrônico de Varredura de Emissão de Campo S-4800 (FE-SEM, Hitachi S-4800). O potencial zeta foi medido usando equipamento de medição da Otsuka Electronics Co. Ltd., ELSZ-1 e Micro Tech Nission, ZEECOM Co. Ltd.

Resultados e discussão

A Figura 4 mostra as imagens SEM do Al ₂ obtido O ₃ -SiO ₂ partículas compostas com as diferentes coberturas de 25, 50 e 75%, respectivamente. Pode-se observar claramente que o Al ₂ O ₃ nanopartículas são distribuídas homogeneamente pela superfície do SiO ₂ partícula. A partir das imagens SEM, a quantidade de Al ₂ O ₃ partículas adsorvidas na superfície do SiO ₂ As partículas foram calculadas e estão resumidas na Tabela 1. A partir dos resultados obtidos, os valores de cobertura estimada medida são aproximados às coberturas alvo pretendidas de 25, 50 e 75%. Este resultado mostra que usando este novo método de EA, a cobertura pode ser controlada ajustando a quantidade de partículas de aditivo, mantendo uma cobertura homogênea muito boa onde o Al secundário ₂ O ₃ as partículas são distribuídas uniformemente na superfície do SiO primário ₂ partícula sem qualquer sinal de aglomeração ou manchas concentradas. No estudo separado do tempo de reação durante a mistura e agitação, as imagens SEM das partículas compostas (cobertura de 25%) obtidas após 5, 15 e 60 min são mostradas na Fig. 5. A quantidade de partículas de aditivo depositadas no primário SiO ₂ partícula aumentou com o tempo. É digno de nota que mesmo em um curto tempo de mistura e agitação de 5 min, as partículas de aditivo são vistas distribuídas uniformemente na superfície de SiO ₂ partículas (não aglomeradas). Com tempos de mistura e agitação prolongados de 15 e 60 min, a quantidade de Al depositado ₂ O ₃ aumentou em conformidade. Após 60 min, a quantidade de Al ₂ O ₃ partículas obtidas em SiO ₂ é semelhante ao obtido na cobertura de distribuição de 25% acima mencionada. Isso mostra que a deposição de partículas do método EA é dependente do tempo de reação (mistura e agitação). O comportamento geral de dependência de tempo de Al ₂ O ₃ adsorção em SiO ₂ para diferentes taxas de cobertura, bem como o potencial zeta medido estão resumidos na Fig. 6. Da Fig. 6a, a fim de obter uma cobertura de 25%, o tempo necessário para atingir um platô de deposição é de 60 min, enquanto aqueles com cobertura de superfície mais alta são necessários um tempo prolongado de até 180 min. O atraso de deposição é causado pelo aumento de Al ₂ O ₃ suspensão de partículas levando ao aumento de Al ₂ O ₃ adsorção em SiO ₂ que posteriormente resultou na ocorrência de um efeito de impedimento estérico [5, 29]. Da Fig. 6b, pode ser visto que o potencial zeta aparente de Al ₂ O ₃ -SiO ₂ o composto mudou gradualmente de negativo para positivo com aumento do aditivo Al ₂ O ₃ cobertura de partículas. Como a quantidade de Al ₂ carregado positivamente O ₃ partículas adsorvidas em SiO ₂ aumentado, o potencial zeta positivo da superfície também aumentou, o que gerou um efeito de proteção impedindo o Al ₂ subsequente O ₃ a ser adsorvido em SiO ₂ e causa o atraso de deposição. A distribuição homogênea de Al ₂ carregado positivamente O ₃ partículas através da superfície de SiO ₂ quase à mesma distância entre cada Al ₂ O ₃ partícula resultou na geração do efeito estérico que é considerado equivalente ao do SiO carregado negativamente ₂ partícula. Conseqüentemente, isso resulta na obtenção do ponto isoelétrico. No trabalho relatado por Xu et al., Eles relataram uma observação quase semelhante onde, ao controlar a densidade de carga do polieletrólito, a rugosidade do filme da membrana e a variação da distância do substrato, bem como a importância das restrições estéricas ao íon a íon espaçamento no pareamento de polieletrólitos foram mostrados [30].

Imagens SEM do Al ₂ O ₃ -SiO ₂ partículas compostas com cobertura diferente de a 25, b 50 e c 75%, respectivamente

Imagens SEM do Al ₂ O ₃ -SiO ₂ partículas compostas que foram misturadas e agitadas por a 5, b 15 e c 60 min, respectivamente, com uma quantidade de partícula aditiva fixa de 25% de cobertura

a Comportamento de dependência do tempo de Al ₂ O ₃ adsorção em SiO ₂ partícula para várias taxas de cobertura de suspensão. b Potencial Zeta de Al ₂ O ₃ -SiO ₂ partículas compostas obtidas usando porcentagem de cobertura variável. Três amostras independentes foram preparadas e uma média de cinco medições foram realizadas para obter o desvio padrão.

Na demonstração da formação de partículas compostas que consistem no mesmo material, mas de tamanhos diferentes, também é importante ajustar o potencial zeta da superfície ajustando o número de revestimentos de polieletrólito alternados. Arquivo adicional 1:A Figura S1 mostra o aumento gradual do potencial zeta com o número de revestimentos PDDA e PSS alternados. O potencial zeta aumentou uma vez de aproximadamente - 30 a - 60 mV após quatro camadas de revestimento. As imagens SEM do SiO ₂ as partículas compostas são mostradas na Fig. 7, que mostram uma excelente distribuição de sub-micro SiO ₂ partículas em um SiO de 16 μm ₂ partícula. Na Fig. 7a, SiO submicrosized ₂ partículas de aproximadamente 1 μm são vistas homogeneamente distribuídas pela superfície de um SiO de 16 μm ₂ partícula enquanto na Fig. 7b, maior SiO ₂ micropartículas de aproximadamente 4 μm estão bem distribuídas de maneira semelhante. Isso mostra que, ajustando a força da carga superficial, partículas de aditivo maiores também podem ser utilizadas para a fabricação de materiais compostos por meio do método EA. Para demonstrar ainda mais a viabilidade e aplicabilidade deste novo método, vários materiais como Al ₂ O ₃ , PMMA, CNT, BN, fibra de carbono, SiC e uretano envolvendo várias formas, como fibra, bem como whisker e espuma de estrutura irregular, foram usados para a formação do compósito. As morfologias dos compósitos obtidos são mostradas na Fig. 8, indicando decoração homogênea das partículas de aditivo desejadas em várias partículas primárias e estruturas por meio do método de EA. Na Fig. 8a-c, a decoração de diferentes estruturas, como microesferas de carbono, alta razão de aspecto CNT e nanofolhas BN em diferentes materiais que consistem em Al ₂ O ₃ , PMMA e SiO ₂ microesferas são mostradas respectivamente. Por outro lado, a decoração homogênea de SiO ₂ e Al ₂ O ₃ nanopartículas em estruturas não esféricas e irregulares foram demonstradas em fibra de carbono, bigode de SiC e espuma de uretano, como mostrado na Fig. 8d-f, respectivamente. Portanto, este trabalho único demonstrou uma nova técnica de micro e nano montagem controlada que tem um enorme potencial para design de materiais cobrindo vários materiais, bem como dimensões morfológicas que podem oferecer um impacto influente para o desenvolvimento e design de materiais compostos para fabricação de precisão tecnologias. As limitações do método de EA são pré-requisitos de preparação aquosa de material que tenha uma densidade maior do que a água (1 g / cm ³ ), a dificuldade na produção em grande escala e a necessidade de limpeza múltipla para remover o excesso de polieletrólitos da solução. No entanto, a partir deste projeto, um avançado sistema de modificação de carga de superfície de precursores em grande escala foi desenvolvido para uma produção em escala de nano-montagem de material avançado usando um equipamento personalizado com monitoramento em tempo real. Este equipamento permite o controle e alteração do potencial zeta de carga superficial (positivo / negativo) de uma solução aquosa de grande volume (aproximadamente 10 l) contendo os materiais precursores iniciais designados. Depois de atingir o potencial zeta desejado, os materiais de partida modificados carregados na superfície são misturados para promover a adsorção eletrostática subsequente para gerar o material compósito desejado.

Imagens SEM do SiO ₂ partículas compostas que consistem em a 1-μm SiO ₂ partículas e b 4-μm SiO ₂ partículas decoradas em um SiO de 16 μm ₂ partícula pelo método de EA que demonstrou distribuição homogênea

Imagens de SEM dos compósitos nano e micro-montados obtidos pelo método EA. a microesferas de carbono-Al ₂ O ₃ , b CNT-PMMA, c BN-SiO ₂ , d SiO ₂ - fibra de carbono, e Al ₂ O ₃ -SiC bigode e f Al ₂ O ₃ - espuma de uretano

Usando o método EA relatado neste trabalho, vários materiais compósitos foram fabricados e relatados por nosso grupo para aplicações como propriedades mecânicas controladas de compósito de carbono à base de alumina [24], formação rápida à temperatura ambiente de filmes de cerâmica composta por deposição de aerossol [25 ], propriedade de proteção contra luz infravermelha controlada do composto de polímero PMMA-ITO [21] e bateria de Fe-air recarregável [20]. Em um trabalho recente envolvendo a fabricação de compósito de matriz de polímero de PMMA com nanopartículas de ITO, o pellet de compósito de PMMA-ITO que demonstrou uma boa transparência na região da luz visível, permitindo o controle do efeito de proteção da luz IR, controlando a quantidade de incorporação de nanopartículas de ITO foi relatado [21]. Portanto, além de materiais inorgânicos, isso mostra que o método de montagem eletrostática pode ser aplicado para materiais poliméricos.

Conclusões

A viabilidade de controlar a cobertura da partícula de aditivo em uma partícula primária em uma fabricação de compósito é demonstrada neste novo trabalho. O trabalho experimental fundamental foi realizado pela decoração do Al ₂ O ₃ nanopartículas em SiO ₂ micropartículas em função da cobertura superficial e do tempo de reação. A decoração de controle com coberturas de superfície de 25, 50 e 75% também foi demonstrada ajustando a quantidade de aditivo e o tempo de AE. Em direção ao avanço do design de materiais em nanoescala, também demonstramos a viabilidade de alcançar micro e nano montagem de compostos de partículas em uma ampla gama de materiais com várias estruturas morfológicas em temperatura ambiente usando um método de EA. Uma homogeneidade superior com cobertura de superfície controlável também é demonstrada neste novo trabalho. As possíveis aplicações dos materiais compósitos fabricados usando o método EA são sinterização seletiva a laser, deposição de aerossol de filmes de cerâmica compostos, materiais de proteção de infravermelho e bateria recarregável de metal-ar. As descobertas sistemáticas deste trabalho podem estabelecer uma plataforma para o design de materiais em nanoescala em direção a uma nanofabricação mais sofisticada no futuro.