Pesquisadores da Texas A&M University descobriram uma maneira de controlar a carga de nanopartículas em uma interface de dois fluidos para criar um sistema mais estável no qual sua carga também pode ser alternada e controlada. A capacidade de alterar a carga de nanopartículas em uma interface de dois fluidos resultaria em uma superfície que poderia se adaptar a muitas aplicações diversas, como uma operação de combate a incêndios mais durável e até mesmo liberação controlada de certos medicamentos.
"Com base nessa ideia, propusemos um conceito de que este será um material responsivo ao pH. Se alterarmos o valor do pH, podemos controlar a difusão molecular", disse o Dr. Qingsheng Wang, professor associado do Departamento de Química Artie McFerrin. Engenharia e titular da George Armistead '23 Faculty Fellowship na Texas A&M.

A pesquisa da equipe foi publicada na revista da American Chemical Society, ACS Applied Materials &Interfaces .

Emulsão é uma mistura de dois ou mais líquidos incompatíveis e não misturáveis, como óleo e água, que podem ser estabilizados pela interferência de partículas sólidas. Essas partículas sólidas se agrupam firmemente na interface fluido-fluido, como raias em uma piscina de natação, para evitar a coalescência. Este processo é conhecido como emulsão de Pickering.

O sucesso deste sistema é possível graças ao uso de pontos quânticos de grafeno (GQDs) contendo propriedades zwitteriônicas. Usando várias folhas de GQDs empilhadas juntas, a equipe de pesquisa é capaz de não apenas estabilizar a emulsão, mas também controlar a difusão molecular na interface, ajustando seus valores de pH, assim como acionando um interruptor de luz. Essas folhas juntas medem menos de 5 nanômetros de espessura. Para colocar isso em perspectiva, o cabelo humano médio tem de 80.000 a 100.000 nanômetros de largura.

Os GQDs funcionalizados são compostos de materiais de nanocarbono contendo estrutura zwitteriônica, que é formada por nanopartículas que contêm uma quantidade igual de cargas positivas e negativas, permanecendo eletronicamente neutras. Depois que as nanopartículas são adicionadas à interface, elas separam os dois fluidos tornando um lado hidrofóbico e o outro hidrofílico.

Essa composição eletrônica também permite controlar o pH geral da interface. Ao ajustar os valores de pH, esses GQDs podem ser ajustados para bloquear e desbloquear uma interface óleo-água. Mudar as nanoplaquetas na interface para a mesma carga significa que elas serão desmontadas, criando assim um sistema de emulsão mais estável.

"Isso nos ajudará a projetar um bom sistema de supressão de incêndios de alto desempenho. Além disso, como podemos controlar a liberação, isso pode ser promissor para entrega de medicamentos e recuperação aprimorada de petróleo", disse Wang. "Geralmente, isso é muito difícil de fazer. E às vezes, se pudermos controlar a liberação, mas o sistema em si não for estável, talvez seja possível fazer apenas um ou dois ciclos disso antes que o sistema entre em colapso."

A equipe de pesquisa é composta pelo estudante de doutorado em engenharia química Rong Ma e ex-alunos de doutorado em engenharia química Dr. Minxiang Zeng, agora pesquisador da Universidade de Notre Dame, e Dr. Dali Huang, agora engenheiro de processo da Formosa Plastics Corporation. + Explorar mais

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