Name: functionalization of single-walled carbon nanotubes with thermo-reversible block copolymers and characterization by small-angle neutron scattering
Uploaded: 2016-06-01T13:00:00
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The Research at Oak Ridge National Laboratory's Spallation Neutron Source and Center for Nanophase Materials Sciences was sponsored by the Scientific User Facilities Division, Office of Basic Energy Sciences, U.S. Department of Energy. The author, Zhe Zhang, gratefully acknowledges the financial support from J&#252;lich Center for Neutron Science, Research center J&#252;lich.

Hinweis: Dieses Protokoll besondere Sorgfalt bei der Handhabung von Nanomaterialien erfordert. Als gekauften einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren (SWNT) bestehen in Form von feinem Pulver und so sollten sie als Nano gefährlichen Materialien in Betracht gezogen werden, bevor sie in wässrigen Lösungen dispergiert werden. Bitte verwenden Sie entsprechende Schutzausrüstung in den Sicherheitsdatenblättern beschrieben (MSDS). 1. Herstellung von Poloxamer 407 / SWNT wässrigen Suspensionen <p...

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	<li>Kostarelos, K., Bianco, A., Prato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Promises,+facts+and+challenges+for+carbon+nanotubes+in+imaging+and+therapeutics.">Promises, facts and challenges for carbon nanotubes in imaging and therapeutics.</a> Nat Nanotechnol. 4 (10), 627-633 (2009).</li><li>Baughman, R. H., Zakhidov, A. A., de Heer, W. 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F., Rojas, E., Bergey, D. M., Johnson, A. T., Yodh, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+weight+fraction+surfactant+solubilization+of+single-wall+carbon+nanotubes+in+water.">High weight fraction surfactant solubilization of single-wall carbon nanotubes in water.</a> Nano Lett. 3 (2), 269-273 (2003).</li><li>Kim, J. S., Song, K. S., Lee, J. H., Yu, I. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+selective+dispersion+of+single-walled+carbon+nanotubes+using+aromatic+polymers.">Highly selective dispersion of single-walled carbon nanotubes using aromatic polymers.</a> Nat Nanotechnol. 2 (10), 640-646 (2007).</li><li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noncovalent+engineering+of+carbon+nanotube+surfaces+by+rigid,+functional+conjugated+polymers.">Noncovalent engineering of carbon nanotube surfaces by rigid, functional conjugated polymers.</a> J Am Chem Soc. 124 (31), 9034-9035 (2002).</li><li>Jones, M. C., Leroux, J. 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S., Kim, T. H., Kline, S. R., Choi, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermally+switchable+one-and+two-dimensional+arrays+of+single-walled+carbon+nanotubes+in+a+polymeric+system.">Thermally switchable one-and two-dimensional arrays of single-walled carbon nanotubes in a polymeric system.</a> J Am Chem Soc. 131 (45), 16568-16572 (2009).</li><li>Doe, C., Jang, H. S., Kline, S. R., Choi, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SANS+Investigation+of+Selectively+Distributed+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+in+a+Polymeric+Lamellar+Phase.">SANS Investigation of Selectively Distributed Single-Walled Carbon Nanotubes in a Polymeric Lamellar Phase.</a> Macromolecules. 43 (12), 5411-5416 (2010).</li><li>Han, Y., Ahn, S. K., Zhang, Z., Smith, G. S., Do, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+Encapsulation+Structure+of+Block+Copolymer+Coated+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+in+Aqueous+Solution.">Tunable Encapsulation Structure of Block Copolymer Coated Single-Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Solution.</a> Macromolecules. 48 (11), 3475-3480 (2015).</li><li>Kim, T. H., Han, Y. S., Jang, J. D., Seong, B. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SANS+study+on+self-assembled+structures+of+Pluronic+F127+triblock+copolymer+induced+by+additives+and+temperature.">SANS study on self-assembled structures of Pluronic F127 triblock copolymer induced by additives and temperature.</a> J Appl Cryst. 47 (1), 53-59 (2013).</li><li>Arnold, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mantid-Data+analysis+and+visualization+package+for+neutron+scattering+and+&#181;+SR+experiments.">Mantid-Data analysis and visualization package for neutron scattering and &#181; SR experiments.</a> Nucl Instrum Meth A. 764 (1), 156-166 (2014).</li><li>Alvarez, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mantid+3.4:+Manipulation+and+Analysis+Toolkit+for+Instrument+Data.">Mantid 3.4: Manipulation and Analysis Toolkit for Instrument Data.</a> Mantid Project. , (2015).</li><li>Nagarajan, R., Bradley, R. A., Nair, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamically+stable,+size+selective+solubilization+of+carbon+nanotubes+in+aqueous+solutions+of+amphiphilic+block+copolymers.">Thermodynamically stable, size selective solubilization of carbon nanotubes in aqueous solutions of amphiphilic block copolymers.</a> J Chem Phys. 131 (10), 104906 (2009).</li><li>Nikolaev, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gas-phase+catalytic+growth+of+single-walled+carbon+nanotubes+from+carbon+monoxide.">Gas-phase catalytic growth of single-walled carbon nanotubes from carbon monoxide.</a> Chem. Phys Lett. 313 (1), 91-97 (1999).</li></ol>

SANS und AFM-Messungen zeigten, dass SWNTs wurden in wässriger Lösung unter Verwendung eines Poloxamer 407 Triblockcopolymer erfolgreich de-gebündelt und individuell verteilt worden. In diesem Probenvorbereitungsverfahren, Ultraschallbehandlung und Zentrifugation Prozesse sind die kritischen Schritte, um die Eigenschaften der endgültigen Suspension zu bestimmen. Die starke Wechselwirkung zwischen den SWNTs, die nicht beschichteten SWNTs zwingt in Lösung zu bündeln, müssen die einzelnen SWNT mit Blockcopolymeren z...

Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) hohle zylindrische Nanoteilchen, gebildet durch eine Mikrometer-Maßstab Graphitfolie in eine nanotube rollen. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften wurden CNTs extensiv als neuartige Kandidaten für funktionelle Nanopartikel in therapeutischen und Bio-Sensor - Anwendungen sowie Nanofüllstoffe in selbstorganisierenden Nanokompositmaterialien sucht. 1-3 jedoch ihre schlechte Löslichkeit und starke Präferenz in Richtung Bündel in häufig verwendeten organischen und wässrigen Lösungsmitteln Herstellung behindern leicht und umweltfreundliche Verarbeitung sowie Fortschritte in der biologischen Anwendungen. Daher ist eine Vielzahl von Funktionalisierung Methoden, wie Ultraschallbehandlung, chemische Oberflächenmodifizierung und nichtkovalente Funktionalisierung durch Tenside und Blockcopolymere verwendet wurden 4-9 wurden entwickelt , um die CNT Oberflächen zu modifizieren und ihre Dispergierbarkeit in einem weiten Bereich von verbessern Lösungsmittel. Nicht-kovalente functionalisierung Methoden basierend auf physikalischen Oberflächenbehandlungen, insbesondere werden als eine vielversprechende und robuste Strategie sein, weil jede Oberflächenmodifikations induzierte Unterdrückung der intrinsischen CNT Eigenschaften minimiert werden kann. 10 Bisher wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen worden , die Dispersionseffizienz zu verbessern nichtkovalente Funktionalisierung Verfahren durch verschiedene Arten von Dispersionsmitteln , einschließlich Basis Tenside (zB SDS, CTAB, NaDDBS), 7,11 amphiphile Blockcopolymere, 8 bio-Materialien (zB DNA), 12,13 und synthetische funktionelle Polymere einsetzt (beispielsweise konjugiertes Polymer, aromatische Polymer). 14,15 PEO-PPO-PEO-Polymere, eine Art Triblockcopolymer, bestehend aus zwei hydrophilen Poly (ethylenoxid) (PEO) Ketten an beiden kovalent Enden mit einem hydrophoben Poly (propylenoxid) (PPO) Kette in der Mitte gebunden ist, kann das Potential erweitern Anwendung von nicht-kovalent funktionalisierten CNTs in wässriger Lösung. Diese Polymere bilden die Schnittstelle, die nur freundliche nicht auf die CNT Oberflächen, sondern auch auf wässrige Medien und andere Polymermatrices und zeigt enorme Biokompatibilität aufgrund der minimalen Toxizität der PEO-Ketten. Dies erleichtert das einfachere Verarbeitung in einer Vielzahl von Umgebungen , sowie die Verwendung von polymerbeschichteten CNTs in biomedizinischen Anwendungen dispergieren. 12,16-17 Darüber hinaus ist die reiche thermodynamischen Phasenverhalten dieser Polymere basiert auf ihren empfindlichen Reaktionen auf externe Stimuli ermöglichen die Herstellung der Smart - Block - Copolymer-CNT - Hybrid - Nanostrukturen , in denen intra- und interPartikelStrukturen reversibel und präzise gesteuert werden. 18-21 Hier präsentieren wir ein Protokoll für die Herstellung von CNT-basierten Hybrid - Nanopartikel mit einer abstimmbaren Verkapselungsschicht aus PEO105-PPO70-PEO105 (Poloxamer 407). Die sich ergebende Struktur wird durch Kleinwinkelneutronenstreuung (SANS) charakterisiert. Diese Arbeit wird voraussichtlich introduce das Konzept der Smart-Funktionsbausteine ​​und helfen Nicht-Spezialisten leicht Blockcopolymer-funktionalisierte CNT Suspensionen und Verwendung SANS für die detaillierte Charakterisierung des Oak Ridge National Laboratory vorzubereiten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="634">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">HiPco Single-walled carbon nanotubes</td>
			<td style="width:71px;">Unidym</td>
			<td style="width:119px;">P2771</td>
			<td style="width:228px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pluronic F127</td>
			<td style="width:71px;">BASF</td>
			<td>9003-11-6</td>
			<td>Mw = 12.6 kg/mol</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">5-methylsalicylic acid</td>
			<td style="width:71px;">TCI America</td>
			<td>C0410</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Ultrasonic processor</td>
			<td style="width:71px;">Cole-Parmer</td>
			<td>ML-04714-52</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sorvall 6 plus centrifuge</td>
			<td style="width:71px;">Thermo Scientific</td>
			<td align="right" style="width:119px;">46910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Innova AFM&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="89">
			<td height="89" style="height:89px;width:216px;">Si-wafer</td>
			<td style="width:71px;">Silicon Quest International</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:228px;">150 mm in diameter&#160; ; N type &#60;1-1-1&#62; cut ; 1-10 Ohm/cm ; Single-side polyshed (675 +- 25 um) ; Diced (12 mm x 12 mm)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

functionalization of single-walled carbon nanotubes with thermo-reversible block copolymers and characterization by small-angle neutron scattering

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous solution. In a carbon nanotube/PEO105-PPO70-PEO105 (poloxamer 407) aqueous solution, the amphiphilic poloxamer 407 adsorbs onto the carbon nanotube surfaces and self-assembles into continuous layers, driven by intermolecular interactions between constituent molecules. The addition of 5-methylsalicylic acid changes the self-assembled structure from spherical-micellar to a cylindrical morphology. The fabricated poloxamer 407/carbon nanotube hybrid particles exhibit thermo-responsive structural features so that the density and thickness of poloxamer 407 layers are also reversibly controllable by varying temperature. The detailed structural properties of the poloxamer 407/carbon nanotube particles in suspension can be characterized by small-angle neutron scattering experiments and model fit analyses. The distinct curve shapes of the scattering intensities depending on temperature control or addition of aromatic additives are well described by a modified core-shell cylinder model consisting of a carbon nanotube core cylinder, a hydrophobic shell, and a hydrated polymer layer. This method can provide a simple but efficient way for the fabrication and in-situ characterization of carbon nanotube-based nano particles with a structure-tunable encapsulation.

Poloxamer 407 beschichteten SWNT nanorod Suspensionen wurden unter Verwendung der Probenvorbereitungsverfahren (Figur 4) hergestellt, die in zwei wichtige Prozesse unterteilt werden kann; die physikalische Adsorptionsverfahren von Poloxamer 407 auf SWNT Oberflächen mit ultra-Beschallung und die Fraktionierung Prozess individuell stabilisierten SWNT von gebündelten Aggregate mit Zentrifugation. Die SANS Streu...

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Functionalization of Single-walled Carbon Nanotubes with Thermo-reversible Block Copolymers and Characterization by Small-angle Neutron Scattering

A method for the functionalization of carbon nanotubes with structure-tunable polymeric encapsulation layers and structural characterization using small-angle neutron scattering is presented.

Funktionalisierung von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit Thermo-reversible Blockcopolymere und Charakterisierung durch Kleinwinkelneutronenstreuung

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Template Gezielte Synthese von Plasmonic Gold-Nanoröhren mit einstellbaren IR Absorption

A nearly parallel array of pores can be produced by anodizing aluminum foils in acidic environments1, 2. Applications of anodic aluminum oxide (AAO) ...

Forschung

Chemie

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Transport von oberflächenmodifizierte Kohlenstoff-Nanoröhren durch eine Bodensäule

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, ...

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Synthese, Charakterisierung und Funktionalisierung von Hybrid Au / CdS und Au / ZnS Kern / Schale-Nanopartikel

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Facile Preparation of Internally Self-assembled Lipid Particles Stabilized by Carbon Nanotubes

Facile Herstellung von Intern Selbstorganisierte Lipidpartikel stabilisiert durch Kohlenstoff-Nanoröhren

We present a facile method to prepare nanostructured lipid particles stabilized by carbon nanotubes (CNTs). Single-walled (pristine) and multi-walled ...

Characterization, Quantification and Compound-specific Isotopic Analysis of Pyrogenic Carbon Using Benzene Polycarboxylic Acids (BPCA)

Characterization, Quantification and Compound-specific Isotopic Analysis of Pyrogenic Carbon Using Benzene Polycarboxylic Acids BPCA

Charakterisierung, Quantifizierung und substanzspezifische Isotopenanalyse von Pyrogene Kohle Benzolpolycarbonsäuren (BPCA)

Fire-derived, pyrogenic carbon (PyC), sometimes called black carbon (BC), is the carbonaceous solid residue of biomass and fossil fuel combustion, such as ...

Synthesis and Characterization of Fe-doped Aluminosilicate Nanotubes with Enhanced Electron Conductive Properties

Synthese und Charakterisierung von Fe-dotierten Aluminosilikatgerüststoffe Nanoröhrchen mit Enhanced Electron leitenden Eigenschaften

The goal of the protocol is to synthesize Fe-doped aluminosilicate nanotubes of the imogolite type with the formula (OH)3Al2-xFexO3SiOH. Doping with Fe ...

Monitoring the Effects of Illumination on the Structure of Conjugated Polymer Gels Using Neutron Scattering

Überwachung der Auswirkungen der Beleuchtung auf die Struktur des konjugierten Polymer-Gel mit Neutronenstreuung

We demonstrate a protocol to effectively monitor the gelation process of a high concentration solution of conjugated polymer both in the presence and ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

Pfropfen Multiwalled Carbon Nanotubes mit Polystyrol Selbstmontage ermöglichen und anisotropen führt

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera

Zeitaufgelöste photophysikalischen Charakterisierung der Triplett-Ernte organische Verbindungen in einer sauerstofffreien Umgebung verwenden eine iCCD Kamera

Here, we present a sensible method of the acquisition and analysis of time-resolved photoluminescence using an ultrafast iCCD camera. This system enables ...

DNA-magnetic Particle Binding Analysis by Dynamic and Electrophoretic Light Scattering

DNA-Magnetpartikel verbindlich Analyse durch dynamische und elektrophoretische Lichtstreuung

Isolation of DNA using magnetic particles is a field of high importance in biotechnology and molecular biology research. This protocol describes the ...