Seis métodos principales de modificación del óxido de zinc nano
El nanoóxido de zinc es un nuevo tipo de material químico inorgánico fino y funcional. Gracias a su pequeño tamaño de partícula y a su gran superficie específica, posee propiedades fisicoquímicas únicas en química, óptica, biología y electrónica. Se utiliza ampliamente en aditivos antimicrobianos, catalizadores, caucho, tintes, tintas, recubrimientos, vidrio, cerámica piezoeléctrica, optoelectrónica y aplicaciones químicas cotidianas, y presenta un gran potencial de desarrollo y utilización.
Sin embargo, debido a su gran superficie específica y a su alta energía superficial específica, el nanoóxido de zinc presenta una fuerte polaridad superficial, es propenso a la autoaglomeración y es difícil de dispersar uniformemente en medios orgánicos, lo que limita significativamente su nanoefecto. Por lo tanto, la dispersión y la modificación superficial de los polvos de nanoóxido de zinc son tratamientos esenciales antes de que los nanomateriales puedan aplicarse en matrices.
1. Modificación de tensioactivos
La modificación de tensioactivos implica la interacción electrostática de estos para formar un recubrimiento orgánico sobre la superficie de los nanomateriales, mejorando así su compatibilidad con las matrices orgánicas.
Aunque la modificación de surfactantes es un proceso sencillo, su eficacia suele ser baja, lo que dificulta la formación de un recubrimiento estable y robusto sobre la superficie de los nanomateriales.
2. Modificación Mecanoquímica
La modificación mecanoquímica utiliza fuerzas mecánicas para alterar las propiedades físicas y químicas de los nanomateriales, mejorando así su afinidad y reactividad con otras sustancias.
Sin embargo, la modificación mecanoquímica suele ser prolongada y, por lo general, presenta malos resultados en nanomateriales.
3. Modificación de Alta Energía
La modificación de alta energía implica la polimerización de monómeros de compuestos orgánicos mediante plasma o tratamiento de radiación, que posteriormente recubre la superficie del nanomaterial.
La modificación de alta energía generalmente logra mejores resultados que los dos métodos anteriores, pero presenta desventajas como un alto consumo de energía y dificultades técnicas.
4. Modificación por Esterificación
La esterificación es un método de modificación de la superficie que utiliza los grupos de ácido carboxílico en modificadores como ácidos grasos superiores o ácidos orgánicos insaturados para reaccionar con los grupos hidroxilo en la superficie de un nanomaterial y lograr la esterificación.
El método de esterificación es simple, pero su efecto de modificación es bajo y generalmente requiere un agente de acoplamiento.
5. Injerto de Polímero
El injerto de polímero implica primero injertar un monómero de polímero en la superficie de un nanomaterial, luego iniciar una reacción de polimerización para extender la cadena de carbono y finalmente permitir que el polímero cubra todo el nanomaterial.
El método de injerto de polímero es complejo y el efecto de modificación se ve afectado por diversos factores, lo que dificulta su aplicación generalizada.
6. Modificación con Agente de Acoplamiento
Un agente de acoplamiento se basa en un elemento de silicio o metal, con dos grupos diferentes a cada lado que pueden conectarse a matrices inorgánicas y orgánicas. Estos tres componentes trabajan juntos para lograr la modificación química del nanomaterial. El nanoóxido de zinc se modificó con el agente de acoplamiento de silano APS. Tanto el nanoóxido de zinc modificado como el no modificado se dispersaron en etanol anhidro para preparar tintas de impresión destinadas a la capa de transporte de electrones en células fotovoltaicas. Posteriormente, se comparó el rendimiento de ambas tintas. Los resultados mostraron que el nanoóxido de zinc modificado se dispersó mejor en etanol anhidro y permaneció aglomerado durante 12 meses. El material de la capa de transporte de electrones preparado con este agente mostró una mayor eficiencia de transferencia de electrones y cumplió con los estándares de rendimiento del dispositivo incluso con espesores más delgados.
El nanoóxido de zinc se modificó químicamente utilizando agentes de acoplamiento de silano con grupos funcionales gliciloxi y amino. Tanto el nanoóxido de zinc modificado como el no modificado se incorporaron a recubrimientos epóxicos para realizar pruebas de resistencia a la intemperie. Los resultados mostraron que los recubrimientos epóxicos que incorporan nanoóxido de zinc modificado con el agente de acoplamiento gliciloxisilano mostraron cambios significativamente menores en el ángulo de contacto, el color y los grupos carbonilo después de 450 horas de envejecimiento acelerado, lo que demuestra una resistencia a la intemperie significativamente mejorada en comparación con los recubrimientos epóxicos que contienen nanoóxido de zinc sin modificar.
El método del agente de acoplamiento es el método de modificación más prometedor debido a su proceso simple, buen efecto de modificación y bajo costo.
Al comparar los diversos métodos de modificación de superficies mencionados anteriormente, y considerando tanto el efecto de modificación como la dificultad, se puede observar que el método de esterificación y el método del agente de acoplamiento son más adecuados para la modificación de superficies de nanomateriales.