Abstrakti
Nanoselluloosamateriaalit ovat nopeasti kehittymässä monipuoliseksi ja kestäväksi synteettisten polymeerien korvaajaksi useissa korkean lisäarvon sovelluksissa. Erityisen kiinnostava sovellusalue on erilaiset anturit, joissa nanoselluloosan käyttöä puoltavat sen ainutlaatuiset materiaaliominaisuudet: suuri lujuus ja ominaispinta-ala, laajalti kartoitetut kemialliset muokkausmekanismit, hygroskooppisuus sekä taipumus muodostaa kalvoja. Lisäksi nanoselluloosan kyky dispergoida hiilinanomateriaaleja stabiileihin vesisuspensioihin on mahdollistanut viime vuosina nanoselluloosa/nanohiili-pohjaisten sähkökemiallisten alustojen kehittämisen erilaisten lääkkeiden ja biomolekyylien havaitsemiseksi.Tämä ala on kuitenkin vielä lapsenkengissään, ja lisää ymmärrystä tarvitaan eri nanoselluloosamateriaalien vaikutuksesta syntyvien nanoselluloosa/nanohiilikomposiittien elektroanalyyttiseen suorituskykyyn.
Tässä opinnäytetyössä olemme valmistaneet komposiittielektrodirakenteita yhdistämällä muodoltaan ja funktionaalisuudeltaan erilaisiananoselluloosamateriaaleja kaupallisten moniseinäisten hiilinanoputkien (MWCNT) kanssa. Nanoselluloosamateriaalien, MWCNT:n ja näitä yhdistävien komposiittien fysikaalista ja kemiallista luonnetta on tutkittu useilla pinta- ja bulkkikarakterisointimenetelmillä. Komposiittien ominaisuuksien on havaittu korreloivan niiden sähkökemiallisen suorituskyvyn kanssa, jota on arvioitu sekä ulko- että sisäkehän redox-molekyylejä käyttämällä.
Olemme osoittaneet, että niin eri tavoin pintafunktionalisoituja selluloosan nanokiteitä (CNC) kuin selluloosan nanofibrillejäkin (CNF) voidaan käyttää MWCNT:n kanssa erittäin stabiilien ja kestävien sähkökemiallisten alustojen valmistamiseen vaarantamatta MWCNT:n sähkökemiallista aktiivisuutta. Nanoselluloosan muodolla on osoitettu olevan merkittävä vaikutus komposiittimorfologiaan; tiheästi funktionalisoidun CNF:n käyttö johtaa avoimiin rakenteisiin, joissa on enemmän esillä olevaa MWCNT-pintaa, kun taas CNC:n käyttö johtaa tiheämpiin rakenteisiin, joissa CNC on pakkautuneena tiiviisti MWCNT:n ympärille.
Vastaavasti CNF-pohjaisilla komposiiteilla on suurempi sähkökemiallisesti aktiivinen pinta-ala, lisääntyneet sähköstaattiset vuorovaikutukset ja voimakkaammat redox-virrat kaikille mitatuille analyyteille. Nanoselluloosan funktionalisoinnin luonteen ja määrän on osoitettu vaikuttavan merkittävästi komposiitin sähköstaattisten vuorovaikutusten voimakkuuteen, mikä tarjoaa mahdollisuuksia ionisen selektiivisyyden räätälöintiin. Lopuksi olemme osoittaneet, että kaikki tässä työssä ehdotetut nanoselluloosa / MWCNT-komposiitit pystyvät saavuttamaan huomattavasti korkeamman herkkyyden ja selektiivisyyden kationiselle sisäkehän redox-molekyylille, kuten dopamiinille, verrattuna nykyisiin kaupallisiin MWCNT-pohjaisiin standardielektrodeihin.
Julkaisun otsikon käännös | Nanoselluloosa/nanohiilikomposiitit pienten molekyylien suoraan sähkökemialliseen havaitsemiseen |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-952-64-1024-1 |
Sähköinen ISBN | 978-952-64-1025-8 |
Tila | Julkaistu - 2022 |
OKM-julkaisutyyppi | G5 Artikkeliväitöskirja |
Tutkimusalat
- nanoselluloosa
- hiilinanoputket
- sähkökemialliset anturit
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Nanoselluloosa/nanohiilikomposiitit pienten molekyylien suoraan sähkökemialliseen havaitsemiseen'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Laitteet
-
Biotalousinfrastruktuuri
Jukka Seppälä (Manager)
Kemian tekniikan korkeakouluLaitteistot/tilat: Facility
-
-