Los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) tienen propiedades mecánicas y electrónicas únicas y, por tanto, han despertado mucho interés. Estos nanotubos consisten en láminas individuales enrolladas de átomos de carbono y, debido a la alta relación de aspecto y naturaleza de los enlaces C-C, tienen propiedades únicas. La Figura 1 muestra la estructura de un SWCNT. Las SWCNT se han caracterizado por varias técnicas, incluyendo espectroscopía de fluorescencia (1-3) y dispersión Raman (4). Se requieren varias técnicas para obtener una visión completa de estos materiales complejos.
Figura 1: Ilustración de un nanotubo de carbono de pared única a partir de una lámina enrollada de carbono
La dispersión dinámica de la luz (DLS) se ha convertido en la técnica preferida para caracterizar nanomateriales en suspensión debido a su velocidad y capacidad para identificar fácilmente un número estadísticamente significativo de partículas. La técnica mide las fluctuaciones en la intensidad de la luz dispersada que surgen debido al movimiento de las partículas. Esto se convierte entonces en coeficiente de difusión de partículas y finalmente en tamaño de partícula.
Se agitó vigorosamente una dispersión de nanotubos SG65 de Southwest Nanotechnologies en colato de sodio acuoso para descomponer los agregados sueltos. Luego se midió con la SZ-100, mostrada en la Figura 2, mediante dispersión en ángulo recto (90°) durante seis repeticiones de dos minutos cada una. El efecto del polvo (grandes impurezas de partículas) se suprimía gracias a la función de corte de ruido del software. Los datos se analizaron mediante la técnica de los cumulantes.
Figura 2: Analizador de nanopartículas SZ-100
Los valores de tamaño promedio Z obtenidos se muestran en la Tabla 1 a continuación. La Figura 3 muestra una distribución representativa de tamaño obtenida con el SZ-100. Nótese la excelente repetibilidad de los resultados del tamaño promedio Z. Aquí, la desviación estándar de 4,8 corresponde a un coeficiente de variación del 4,4%.
Tabla 1: Medición DLS de nanotubos de carbono con el SZ-100
Figura 3: Distribución basada en intensidad de tamaños de nanotubos de carbono obtenida con el SZ-100
Los datos de dispersión dinámica de la luz suelen interpretarse en términos de una esfera. Es decir, los resultados corresponden al diámetro de una esfera que se mueve de la misma manera que la partícula analito. Sin embargo, como su nombre indica, los nanotubos son cilindros largos. Por ejemplo, el nanotubo en estudio tiene una relación de aspecto cercana a 1000. Así, los resultados de la DLS no corresponden claramente a una única dimensión (longitud o diámetro) del tubo, sino más bien a un valor combinado. No obstante, debido a su velocidad, la DLS es una buena técnica para caracterizar el tamaño de estos nanotubos.
Es posible estimar el coeficiente de difusión de un nanotubo de carbono. Aquí hay una relación de Nair et al (5):
where:
Podemos comparar esto con la relación de Stokes-Einstein utilizada para determinar el tamaño de la partícula a partir del coeficiente de difusión traslacional determinado por la DLS.
donde D h es el diámetro hidrodinámico. El resultado es que el valor de D h encontrado por DLS en términos de longitud del tubo (L) y diámetro del tubo (d) está dado por la siguiente ecuación.
Utilizando los valores L y d de este material (relación de aspecto 1000 y diámetro de 0,7 a 0,9 nm (6)), el diámetro hidrodinámico calculado se encuentra entre 97 y 125 nm dependiendo del valor elegido para el diámetro del tubo. Este rango incluye los datos DLS obtenidos aquí. Por tanto, los resultados de la medición son consistentes con las expectativas.
El analizador de nanopartículas SZ-100V2 puede utilizarse para caracterizar el tamaño de nanotubos de carbono en dispersión. También es útil para varios otros nanomateriales.
Analizador de Nanopartículas
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