熱響應(yīng)性GO納米片的優(yōu)勢(shì)

Sano 博士解釋說(shuō)：“這項(xiàng)研究引入了一種簡(jiǎn)單而有效的途徑，通過(guò)利用 GO 納米片中固有的抗衡陽(yáng)離子（帶正電的離子）來(lái)實(shí)現(xiàn)熱響應(yīng)性。對(duì)這些抗衡陽(yáng)離子的控制為工程刺激響應(yīng)納米材料提供了強(qiáng)大的工具。”

基于石墨烯的二維材料由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電學(xué)、光學(xué)和熱性能，最近成為科學(xué)探索的焦點(diǎn)。其中，基于氧化石墨烯（GO）（石墨烯的氧化衍生物）的納米片具有超薄、超寬的尺寸和富氧的表面，非常有前途。含氧官能團(tuán)，如羧基和酸性羥基，產(chǎn)生密集的負(fù)電荷，使GO納米片在水中膠體穩(wěn)定。因此，它們是下一代功能性軟材料的重要組成部分。

特別是，熱響應(yīng)性GO納米片因其廣泛的應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注，從智能膜和表面以及可回收系統(tǒng)到水凝膠執(zhí)行器和生物醫(yī)學(xué)平臺(tái)。然而，產(chǎn)生熱響應(yīng)行為的流行合成策略需要用熱響應(yīng)聚合物（例如聚（N-異丙基丙烯酰胺））修飾 GO 納米片表面。這個(gè)過(guò)程很復(fù)雜，并且在后續(xù)的功能化工作中具有潛在的局限性。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，由日本信州大學(xué)化學(xué)與材料系助理教授 Koki Sano 和 Shoma Kondo 先生領(lǐng)導(dǎo)的研究人員最近提出了一種稱為“反陽(yáng)離子工程”的創(chuàng)新方法，以賦予 GO 納米片本身所需的熱響應(yīng)能力。他們的研究成果于 2023 年 7 月 24 日在線發(fā)布，并于 2023 年 8 月 9 日發(fā)表在《 ACS Applied Materials & Interfaces》雜志第 15 卷第 31 期上 。

Sano 博士解釋說(shuō)：“這項(xiàng)研究引入了一種簡(jiǎn)單而有效的途徑，通過(guò)利用 GO 納米片中固有的抗衡陽(yáng)離子（帶正電的離子）來(lái)實(shí)現(xiàn)熱響應(yīng)性。對(duì)這些抗衡陽(yáng)離子的控制為工程刺激響應(yīng)納米材料提供了強(qiáng)大的工具?！?/p>

在他們的研究中，研究人員建立了一個(gè)強(qiáng)大的合成方案，涉及在水中進(jìn)行兩步反應(yīng)，以合成具有特定抗衡陽(yáng)離子的 GO 納米片。交換反應(yīng)首先用質(zhì)子取代羧基和酸性羥基的抗衡陽(yáng)離子。隨后使用氫氧根陰離子與目標(biāo)抗衡陰離子進(jìn)行酸堿反應(yīng)，產(chǎn)生理想的 GO 納米片。對(duì)它們的熱響應(yīng)行為的系統(tǒng)研究表明，含有四丁基銨 (Bu 4 N + )抗衡陽(yáng)離子的 GO 納米片在水性環(huán)境中表現(xiàn)出固有的熱響應(yīng)性質(zhì)，而不需要任何熱響應(yīng)聚合物。

此外，研究人員還證明了以自組裝和拆卸過(guò)程為標(biāo)志的可逆溶膠凝膠轉(zhuǎn)變。加熱后，層狀 Bu 4 N +基 GO 納米片之間具有靜電斥力（溶膠態(tài)），重新組裝形成由范德華引力（凝膠態(tài)）主導(dǎo)的互連網(wǎng)絡(luò)。事實(shí)上，可以利用這種顯著的轉(zhuǎn)變研究人員指出，他們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種直接書(shū)寫(xiě)墨水，用于構(gòu)建 GO 納米片的三維可設(shè)計(jì)凝膠結(jié)構(gòu)。

總體而言，該研究的結(jié)果具有深遠(yuǎn)的意義?！熬哂卸ㄖ瓶购怅?yáng)離子的 GO 納米片的受控合成揭示了一條通用且簡(jiǎn)化的熱響應(yīng)材料的途徑。熱響應(yīng) GO 納米片是生物 醫(yī)學(xué)、能源和環(huán)境應(yīng)用的有希望的構(gòu)建模塊，例如智能膜、軟機(jī)器人和可回收系統(tǒng)， 水凝膠執(zhí)行器和生物醫(yī)學(xué)解決方案，” 佐野博士強(qiáng)調(diào)說(shuō)?！按送猓苯邮褂?GO 納米片分散體進(jìn)行書(shū)寫(xiě)的能力為材料設(shè)計(jì)提供了新的維度，可以輕松構(gòu)建復(fù)雜的凝膠結(jié)構(gòu)，” 他總結(jié)道。

看起來(lái)“反陽(yáng)離子工程”可以打開(kāi)新型刺激響應(yīng)納米材料的大門，甚至開(kāi)啟智能材料開(kāi)發(fā)的新時(shí)代！

編輯：黃飛