Ensamblaje electrostático capa a capa controlado para partículas compuestas micro y nanoescala

Resumen

Este trabajo informa sobre una novedosa técnica de fabricación de nanocompuestos controlada aplicable para diseño de materiales mediante un método de ensamblaje micro y nanoescala. El principio se basa en el uso de adsorción electrostática de partículas con carga de superficie modificada mediante ensamblaje capa a capa. La polaridad y el potencial zeta de la carga de superficie se controlaron usando policatión y polianión, mientras que la fuerza del potencial zeta se controló vía el número de capas de recubrimiento alternadas determinado por medición de potencial zeta. Se realizó un estudio sistemático para demostrar la factibilidad del ensamblaje de material compuesto mediante adsorción electrostática usando compuestos de alúmina (Al₂O₃) y sílice (SiO₂) como modelo de estudio, llevado a cabo en función del potencial zeta de superficie, porcentaje de cobertura de superficie y tiempo de procesamiento. El considerable potencial de esta técnica para diseño de materiales compuestos también se demuestraさらに con ensamblaje controlado involucrando diferentes materiales en varias formas estructurales como fibra, whisker, nano láminas e incluso espuma de uretano con estructura irregular. Los materiales compuestos diseñados usando este método EA poseen buenos potenciales para ser utilizados en diversas aplicaciones como control de propiedades mecánicas, formación de películas cerámicas compuestas, sinterizado láser selectivo y batería metal-aire recargable.

Introducción

En la sociedad enfocada en nanoescala actual, el diseño y fabricación de nanoarquitectura nunca han sido más cruciales y han visto un desarrollo rápido en años recientes. Ensamblajes bottom-up como monocapas autoensambladas y una técnica de ensamblaje capa a capa (LbL) utilizando adsorción electrónica han atraído interés significativo de investigadores [1-3]. Esto ha llevado a un nuevo concepto conocido como nano-arquitectónica donde una integración de nanoarquitectura híbrida de polímero e inorgánico se usa para diseño morfológico nanoescala [4]. Desde el descubrimiento de Decher et al., la mayoría de los trabajos reportados involucraron la formación de una o múltiples capas de películas (recubrimientos) en superficies enfocándose en ingeniería molecular de superficie [5, 6], polímeros conjugados, bio-componentes, grafeno y fulereno [7]. El método LbL ha abierto un potencial significativo para el desarrollo de materiales avanzados que requieren diseño preciso como core-shells para liberación de fármacos y cristales fotónicos así como moléculas funcionales selectivas [8, 9]. Sin embargo, el ensamblaje controlado de micro y nanopartículas usando una técnica de adsorción electrostática rara vez se reporta [10]. Mo et al. demostraron el ensamblaje de ensamblaje de hemisferio hueco basado en nanovarillas de ZnO usando termólisis hidrotérmica de precursor de Zn en presencia de 2 g de polímero de cadena larga con grupo lateral grande, polisulfonato de sodio estireno (PSS) [11]. Mencionaron que la presencia de una cadena larga soluble en agua con grupo lateral grande es crucial para la formación de la estructura ensamblada única que consiste en hemisferios huecos. Se dice que la cadena larga promueve el agrupamiento de partículas coloidales secundarias que llevaría a posterior cristalización y disolución limitadas por espacio. Usando concepto similar, también se demostró posible fabricar capas poliméricas tridimensionales usando núcleos que consistían en plantillas coloidales solubles por Decher [12, 13] y Caruso et al. [14]. Sus trabajos sentaron las bases hacia más diseño de materiales usando el método EA. También se reporta que el tamaño y densidad de nanoestructuras de un material aplicadas durante bioingeniería podrían inducir específicamente las propiedades biológicas deseadas [15, 16]. Visalakshan et al. reportaron una formación controlada versátil y escalable de partículas de Au unidas covalentemente en una intercapa de polimetiloxazolina depositada por plasma con nano-topografía bien definida que podría aplicarse a tecnologías relacionadas con ingeniería de biomateriales [15]. En otro trabajo reportado por Li et al., demostraron la factibilidad de obtener microesferas bifuncionales que consistían en Fe₂O₃ (núcleo) y SiO₂ (cáscara) con nanopartículas de Au adsorbidas en la superficie mediante interacción con polietilenoimina vía método LbL. El compuesto híbrido bifuncional exhibió excelente rendimiento catalítico en reducción orgánica e inorgánica mientras poseía propiedad superparamagnética que permitía separación eficiente usando campo magnético [17]. Los trabajos mencionados anteriormente han enfatizadoさらに la importancia del ensamblaje micro y nanoescala hacia la generación de propiedades deseadas para diversas aplicaciones funcionales avanzadas. Mirando hacia fabricación a gran escala, Hueckel y Sacanna reportaron un método de reacción mezclar-y-fundir que permite producción rápida en masa de coloides core-shell anisotrópicos usando autoensamblaje electrostático [18]. En el método LbL, a pesar de la posible aplicación de partículas/coloides sin carga, los cargados siguen siendo el método comúnmente usado a través del ensamblaje de polielectrolito multicapa [19]. Otra utilización de polielectrolito, el potencial zeta también puede controlarse usando ajuste de pH dependiendo del material usado en la formación del compuesto [20, 21]. La aplicación secuencial de polielectrolitos de carga opuesta podría aumentar la fuerza de carga de superficie así como la estabilidad de los recubrimientos de polielectrolito que pueden determinarse usando medición de potencial zeta [13, 22]. Cuando el potencial zeta de una partícula con carga de superficie modificada es equivalente o mayor que +/− 40 mV, se reporta que es suficiente para obtener una buena interacción electrostática estable para evitar aglomeración y permanecer en forma coloidal [21, 23]. A pesar del avance y desarrollo del método LbL, su utilización para diseño de materiales y compuestos rara vez se reporta a pesar de su enorme potencial. Por tanto, en este trabajo, no solo demostramos un método fácil y más superior para obtener una mezcla de materiales homogénea usando el método EA sino que también realizamos la factibilidad del diseño de material compuesto que cruza fronteras entre materiales y forma. El potencial del método EA se expandióさらに demostrando la factibilidad de este método para decoración de aditivos deseados en materiales de estructura irregular como espuma de uretano, nitruro de boro (BN) tipo lámina y materiales de estructura tipo varilla. En cuanto a métodos de mezcla convencionales como molienda mecánica, a menudo ocurre que la estructura del precursor se degenera o altera debido a impacto volátil y generación de calor. Además, también ocurre aglomeración de la mezcla lo que afectaría las propiedades finales de los materiales compuestos [21, 24, 25]. Para superar este problema, un método para diseño preciso nanoescala de materiales es indispensable para impulsar hacia fabricación de precisión avanzada. La Figura 1 es un esquema que muestra la comparación de microestructuras que podrían obtenerse vía un método convencional de molienda mecánica con ocurrencia de agregación comparado con una novedosa decoración homogénea de materiales compuestos vía el método EA. Una microestructura bien distribuida podría obtenerse usando los materiales compuestos decorados homogéneamente para generar las propiedades deseadas desde un material compuesto funcional. En un trabajo reportado recientemente, una decoración homogénea de nanopartículas de óxido de indio-estaño (ITO) en la superficie de polimetilmetacrilato (PMMA) fue demostrada usando el método EA. Los polvos compuestos ITO-PMMA obtenidos se usaron luego para fabricar un pellet con buena transparencia en la región de luz visible y un efecto de blindaje de luz IR controlable [21]. Por tanto, una visión clara del método EA para ensamblaje micro y nanoescala es vital para enfatizar la factibilidad y potencial de esta técnica para diseño de materiales. El principio fundamental para este trabajo novedoso se ilustra en Fig. 2 donde el control de carga de superficie se lleva a cabo usando polielectrolitos (policatión y polianión) para permitir decoración homogénea de partículas aditivas deseadas en la partícula primaria/madre. Utilizando la fuerza atractiva, nanocompuestos con homogeneidad significativa podrían lograrse independientemente de la complejidad estructural. La preservación de las nanoestructuras primarias y secundarias como nanofibras y nanovarillas podría lograrse comparado con el método convencional de molienda mecánica que destruiría su estructura morfológica original. En términos de costo de fabricación, el método EA también es un método más rentable. Freymann et al. también enfatizaron que el método EA es un excelente método de ensamblaje bottom-up para fabricación de cristales fotónicos opuesto a enfoques top-down extremadamente costosos [8]. La factibilidad demostrada del diseño de compuestos nanoarquitectónicos demostrada en este trabajo novedoso podría ser una plataforma útil para diversas aplicaciones debido a su competitividad en costo y simplicidad. La formación a temperatura ambiente y la homogeneidad superior de este método tienen ventaja significativa para tecnología precisa basada en polvo como deposición por aerosol [25], tecnología de impresión 3D cerámica y sinterizado láser aditivo [26, 27]. La aplicabilidad del método EA hacia aplicaciones prácticas útiles también se demuestra en nuestro trabajo reportado recientemente para blindaje IR [21], control de propiedades mecánicas de compuesto de alúmina basado en carbono [24] y batería Fe-aire recargable [20].

Comparación de las microestructuras obtenidas usando a método convencional de molienda mecánica y b novedosa técnica de adsorción electrostática para la fabricación de materiales compuestos

Esquema de ajuste de carga electrostática de superficie usando policatión y polianión para la formación de partícula compuesta

Procedimientos experimentales

Formación de partículas compuestas Al₂O₃-SiO₂

Los experimentos se realizaron usando partículas esféricas monodispersas de SiO₂ disponibles comercialmente (diámetro promedio 8,8 µm, Ube EXSYMO) y alúmina (Al₂O₃) partículas (tamaño promedio 100 nm, Taimei Chemical Co., Ltd.). El policatión y polianión usados fueron cloruro de polidialildimetilamonio (PDDA) (peso molecular promedio 100.000 a 200.000, Sigma-Aldrich) y poliestirensulfonato de sodio (PSS) (peso molecular promedio 70.000, Sigma-Aldrich), respectivamente. Las partículas primarias de SiO₂ se sumergieron en los polielectrolitos en el orden de PDDA, PSS, PDDA y PSS para inducir una carga de superficie negativa. En cuanto a las partículas de Al₂O₃, la carga de superficie se preparó por inmersión en PSS y PDDA para obtener una carga de superficie positiva. El potencial zeta de superficie se controló mediante recubrimiento multicapa repetitivo por proceso LbL [12, 13, 28]. Finalmente, la suspensión de partículas SiO₂ y Al₂O₃ con potencial zeta opuesto se mezclaron. El pH de la solución preparada estaba en las cercanías de 7-8 (neutro). Cuando se añadió PDDA o PSS en una solución acuosa, el pH de la solución cambió a aproximadamente 5,5 y 6,8, respectivamente. Tras la adición de PDDA y PSS, las soluciones se lavaron y enjuagaron varias veces (hasta cuatro veces) para remover el exceso de PDDA y PSS de la solución. Tras lavado y enjuague, el pH regresó a un pH original de aproximadamente 7-8. Aunque la suspensión obtenida fue estable por varios días, se usaron para el ensamblaje electrostático unas horas tras la preparación. Partículas electrostáticamente cargadas más pequeñas (secundarias) fueron atraídas hacia y adheridas en las partículas mayores (primarias) formando las partículas compuestas nano/micro. El esquema del proceso general de fabricación de partículas compuestas Al₂O₃-SiO₂ se muestra en Fig. 3. Las partículas compuestas Al₂O₃ y SiO₂ se mezclaron y agitaron hasta 180 min para permitir adsorción completa. En la investigación de control de cobertura, la cantidad de adsorción de partículas se ajustó cambiando la proporción de mezcla de los precursores usando la fórmula a continuación:

$$ {W}_a=C{V}_a{\rho}_a\frac{W_m}{\rho_m{V}_m} $$ (1)

Esquema de una formación de partícula compuesta Al₂O₃-SiO₂ después del proceso de recubrimiento capa a capa de PDDA y PSS

W_a es la cantidad de partícula añadida (g), C es la relación de cobertura de las partículas secundarias en las partículas primarias (C = S_a/S_m; S_a es el área transversal [m²] de las partículas aditivas mientras S_m es el área de superficie de las partículas primarias [m²]), V_a es el volumen de una partícula aditiva [m³], ρ_a es la densidad de partículas aditivas [g/m³], W_m es la cantidad de partículas primarias [g], ρ_m es la densidad de las partículas primarias [g/m³], y V_m es el volumen de una partícula primaria [m³]. En este estudio, la cantidad de partículas aditivas se ajustó a 25, 50 y 75 % de coberturas de superficie de una cantidad constante de partículas primarias de SiO₂. La estimación de cobertura del compuesto Al₂O₃-SiO₂ obtenido también se calculó a partir de imágenes SEM y tabuló en Tabla 1. En un estudio diferente sobre el efecto del tiempo de deposición durante el proceso de reacción, la duración para formación de partícula compuesta Al₂O₃-SiO₂ se investigó en intervalos de 5, 15 y 60 min con una cobertura constante de 25 %.

Formación de partículas compuestas SiO₂-SiO₂ con control de tamaño

En esta investigación, para demostrar la factibilidad de diseñar un compuesto que consiste del mismo material pero de diferentes tamaños, se usaron SiO₂ con tamaños de partícula de 1, 4 y 16 µm (Ube EXYMO). Para las partículas primarias de SiO₂ de 16 µm, se realizó un recubrimiento LbL de PDDA/PSS/PDDA/PSS mientras que para las partículas secundarias menores de SiO₂ de 1 y 4 µm, se realizó recubrimiento LbL de PDDA/PSS/PDDA. Las suspensiones se mezclaron y agitaron según corresponda.

Formación de varias combinaciones compuestas usando método EA

Paraさらに demostrar la factibilidad y flexibilidad de este método novedoso en diseño compuesto involucrando varios materiales y formas, materiales como Al₂O₃, polimetilmetacrilato (PMMA), nanotubo de carbono (CNT), nitruro de boro (BN), fibra de carbono y carburo de silicio (SiC) en forma estructural de fibra, whisker, nano lámina y estructura de espuma irregular fueron usados para formar los compuestos vía el método EA. Dependiendo del material, la modificación de carga de superficie difiere. Para Al₂O₃ y SiO₂ que poseen carga de superficie positiva y negativa respectivamente, se usaron PSS y PDDA para inducir la carga opuesta hasta que el potencial zeta sea mayor que +/− 40 mV previo al ensamblaje electrostático. Para materiales que exhiben potencial zeta bajo o despreciable como PMMA, microesferas de carbono, CNT, BN, fibra de carbono, SiC y uretano, una capa inicial de surfactante, desoxicolato de sodio (SDC), se usó para recubrir e inducir una carga de superficie negativa en la superficie seguida por PDDA. Múltiples capas alternadas de PDDA y PSS se ajustaron hasta que el potencial zeta sea mayor que +/− 40 mV previo a la mezcla para permitir el ensamblaje electrostático. Por ejemplo, para obtener compuesto que consiste de microesfera de carbono-Al₂O₃, la superficie de partícula primaria Al₂O₃ fue modificada de carga de superficie usando PSS para inducir carga de superficie negativa. Para las microesferas de carbono secundarias, un recubrimiento inicial de SDC se realizó seguido por PDDA para generar un potencial zeta de superficie positivo. Si el potencial zeta es menor que +40 mV, se realiza recubrimiento alternado de PSS/PDDA para obtener un potencial de superficie más alto y estable para el ensamblaje electrostático. Luego, la solución acuosa de Al₂O₃ y microesfera de carbono con carga de superficie modificada se mezclaron y agitaron para promover el proceso de adsorción electrostática. Un enfoque similar se aplicó a PMMA, CNT, BN, fibra de carbono, SiC y uretano previo al proceso de ensamblaje electrostático.

Método, observación morfológica y medición

Un homogeneizador ultrasónico (QSonica, LLC., Q 700) se usó para dispersar partículas aglomeradas en una solución. Un liofilizador (FDU-1200, Tokyo Science Instrument Co., Ltd.) se usó para secar la suspensión de partícula compuesta obtenida. Las morfologías obtenidas tras EA se observaron usando un Microscopio Electrónico de Barrido de Emisión de Campo S-4800 (FE-SEM, Hitachi S-4800). El potencial zeta se midió usando equipo de medición de Otsuka Electronics Co. Ltd., ELSZ-1 y Micro Tech Nission, ZEECOM Co. Ltd.

Resultados y discusión

La Figura 4 muestra las imágenes SEM de las partículas compuestas Al₂O₃-SiO₂ obtenidas con las diferentes coberturas de 25, 50 y 75 %, respectivamente. Se puede observar claramente que las nanopartículas de Al₂O₃ están distribuidas homogéneamente a lo largo de la superficie de la partícula de SiO₂. Desde las imágenes SEM, la cantidad de partículas de Al₂O₃ adsorbidas en la superficie de las partículas de SiO₂ se calculó y resume en Tabla 1. Desde los resultados obtenidos, los valores de cobertura estimada medidos son aproximados a las coberturas objetivo previstas de 25, 50 y 75 %. Este resultado muestra que usando este método EA novedoso, la cobertura podría controlarse ajustando la cantidad de partículas aditivas manteniendo una cobertura homogénea muy buena donde las partículas secundarias de Al₂O₃ se distribuyen uniformemente en la superficie de partícula primaria de SiO₂ sin ningún signo de aglomeración o parches concentrados. En el estudio separado de tiempo de reacción durante la mezcla y agitación, las imágenes SEM de las partículas compuestas (25 % cobertura) obtenidas tras 5, 15 y 60 min se muestran en Fig. 5. La cantidad de partículas aditivas depositadas en la partícula primaria de SiO₂ se observó aumentar con el tiempo. Es notable que incluso en un tiempo corto de mezcla y agitación de 5 min, las partículas aditivas se ven distribuidas uniformemente en la superficie de partículas de SiO₂ (no aglomeradas). Con tiempos prolongados de mezcla y agitación de 15 y 60 min, la cantidad de Al₂O₃ depositado aumentó según corresponda. A 60 min, la cantidad de partículas de Al₂O₃ obtenidas en SiO₂ es similar a la obtenida en la mencionada distribución de cobertura 25 %. Esto muestra que la deposición de partículas del método EA depende del tiempo de reacción (mezcla y agitación). El comportamiento general de dependencia temporal de adsorción de Al₂O₃ en SiO₂ para diferentes relaciones de cobertura así como el potencial zeta medido se resumen en Fig. 6. De Fig. 6a, para obtener cobertura de 25 %, el tiempo requerido para alcanzar una meseta de deposición es 60 min mientras que aquellos con mayor cobertura de superficie requirieron tiempo prolongado hasta 180 min. El retraso de deposición es causado por el aumento de suspensión de partícula Al₂O₃ llevando a aumento de adsorción de Al₂O₃ en SiO₂ que subsecuentemente resultó en ocurrencia de efecto de impedimento estérico [5, 29]. De Fig. 6b, se puede ver que el potencial zeta aparente de compuesto Al₂O₃-SiO₂ cambió gradualmente de negativo a positivo con aumento de cobertura de partícula aditiva Al₂O₃. A medida que la cantidad de partículas Al₂O₃ cargadas positivamente adsorbidas en SiO₂ aumentó, el potencial zeta positivo de la superficie también aumentó generando un efecto de apantallamiento previniendo la subsecuente adsorción de Al₂O₃ en SiO₂ y causando el retraso de deposición. La distribución homogénea de partículas Al₂O₃ cargadas positivamente a través de la superficie de SiO₂ a casi la misma distancia entre cada partícula Al₂O₃ resultó en la generación del efecto estérico que se piensa equivalente al de la partícula SiO₂ cargada negativamente. Por tanto, esto resulta en el logro de punto isoeléctrico. En el trabajo reportado por Xu et al., reportaron una observación casi similar donde, controlando la densidad de carga de polielectrolito, se mostraron la rugosidad de película de membrana y variación de distancia del sustrato así como la importancia de restricciones estéricas al espaciado ión-ión en emparejamiento de polielectrolito [30].

Imágenes SEM de las partículas compuestas Al₂O₃-SiO₂ con diferentes coberturas de a 25, b 50 y c 75 %, respectivamente

Imágenes SEM de las partículas compuestas Al₂O₃-SiO₂ que fueron mezcladas y agitadas por a 5, b 15 y c 60 min, respectivamente, con cantidad fija de partícula aditiva de 25 % cobertura

a Comportamiento de dependencia temporal de adsorción de Al₂O₃ en partícula SiO₂ para varias relaciones de cobertura de suspensión. b Potencial zeta de partículas compuestas Al₂O₃-SiO₂ obtenidas usando porcentaje de cobertura variable. Tres muestras independientes se prepararon y un promedio de cinco mediciones se realizaron para obtener la desviación estándar

En la demostración de formación de partículas compuestas que consisten del mismo material pero de diferentes tamaños, también es importante ajustar el potencial zeta de superficie ajustando el número de recubrimientos alternados de polielectrolito. Archivo adicional 1: Figura S1 muestra el aumento gradual de potencial zeta con el número de recubrimientos alternados de PDDA y PSS. El potencial zeta aumentó un orden de magnitud desde aproximadamente -30 a -60 mV tras cuatro capas de recubrimiento. Las imágenes SEM de las partículas compuestas SiO₂ se muestran en Fig. 7, que muestran una excelente distribución de partículas sub-micro SiO₂ en una partícula SiO₂ de 16 µm. En Fig. 7a, partículas SiO₂ sub-micrométricas de aproximadamente 1 µm se ven distribuidas homogéneamente a lo largo de la superficie de una partícula SiO₂ de 16 µm mientras que en Fig. 7b, micropartículas SiO₂ mayores de aproximadamente 4 µm se ven distribuidas bien de manera similar. Esto muestra que ajustando la fuerza de la carga de superficie, partículas aditivas mayores también podrían utilizarse para la fabricación de materiales compuestos vía el método EA. Paraさらに demostrar la factibilidad y aplicabilidad de este método novedoso, varios materiales como Al₂O₃, PMMA, CNT, BN, fibra de carbono, SiC y uretano involucrando varias formas como fibra, whisker y espuma de estructura irregular se usaron para la formación de compuesto. Las morfologías de los compuestos obtenidos se muestran en Fig. 8 indicando decoración homogénea de partículas aditivas deseadas en varias partículas primarias y marcos vía el método EA. En Fig. 8a-c, la decoración de diferentes estructuras como microesferas de carbono, CNT de alta relación de aspecto y nano láminas BN en diferentes materiales que consisten de Al₂O₃, PMMA y microesfera SiO₂ se muestran respectivamente. Por otro lado, la decoración homogénea de nanopartículas SiO₂ y Al₂O₃ en estructuras no esféricas e irregulares se demostró en fibra de carbono, whisker SiC y espuma de uretano, como se muestra en Fig. 8d-f respectivamente. Por tanto, este trabajo único ha demostrado una técnica novedosa de ensamblaje controlado micro y nanoescala que tiene un enorme potencial para diseño de materiales cubriendo varios materiales así como dimensiones morfológicas que podrían ofrecer impacto influyente hacia el desarrollo y diseño de materiales compuestos para tecnologías de fabricación de precisión. Las limitaciones del método EA son requisito de preparación acuosa de material que tiene densidad mayor que agua (1 g/cm³), la dificultad en producción a gran escala y el requisito de múltiples limpiezas para remover los exceso de polielectrolitos de la solución. Sin embargo, desde este proyecto, un sistema avanzado de modificación de carga de superficie de precursores a gran escala ha sido desarrollado para producción a escala de ensamblaje nano de material avanzado usando equipo personalizado con monitoreo en tiempo real. Este equipo permite el control y alteración de potencial zeta de carga de superficie (positivo/negativo) de un gran volumen de solución acuosa (aproximadamente 10 l) conteniendo los materiales precursores designados. Tras lograr el potencial zeta deseado, los materiales iniciales con carga de superficie modificada se mezclan para promover la subsecuente adsorción electrostática para generar el material compuesto deseado.

Imágenes SEM de las partículas compuestas SiO₂ que consisten de a partículas SiO₂ de 1 µm y b partículas SiO₂ de 4 µm decoradas en una partícula SiO₂ de 16 µm por método EA que demostró distribución homogénea

Imágenes SEM de los compuestos nano y micro-ensamblados obtenidos por método EA. a microesferas de carbono-Al₂O₃, b CNT-PMMA, c BN-SiO₂, d SiO₂-fibra de carbono, e Al₂O₃-whisker SiC y f Al₂O₃-espuma de uretano

Usando el método EA reportado en este trabajo, varios materiales compuestos han sido fabricados y reportados por nuestro grupo para aplicaciones como propiedades mecánicas controladas de compuesto de alúmina basado en carbono [24], formación rápida de películas cerámicas compuestas a temperatura ambiente por deposición por aerosol [25], propiedad de blindaje IR controlada de compuesto polimérico PMMA-ITO [21] y batería Fe-aire recargable [20]. En un trabajo reciente involucrando la fabricación de compuesto de matriz polimérica PMMA con nanopartículas ITO, se reportó un pellet compuesto PMMA-ITO que demostró buena transparencia en la región de luz visible permitiendo el control del efecto de blindaje de luz IR controlando la cantidad de incorporación de nanopartículas ITO [21]. Por tanto, además de materiales inorgánicos, esto muestra que el método de ensamblaje electrostático puede aplicarse para materiales poliméricos también.

Conclusiones

La factibilidad de controlar la cobertura de partícula aditiva en una partícula primaria en una fabricación compuesta se demuestra en este trabajo novedoso. El trabajo experimental fundamental se realizó por decoración de nanopartículas Al₂O₃ en micropartículas SiO₂ en función de cobertura de superficie y tiempo de reacción. Decoración controlada con coberturas de superficie de 25, 50 y 75 % también se demostró ajustando la cantidad de aditivo y tiempo EA. Hacia el avance del diseño de materiales nanoescala, también demostramos la factibilidad de lograr ensamblaje micro y nano de compuestos de partículas en una amplia gama de materiales con varias estructuras morfológicas a temperatura ambiente usando un método EA. Una homogeneidad superior con cobertura de superficie controlable también se demuestra en este trabajo novedoso. Las posibles aplicaciones de los materiales compuestos fabricados usando el método EA son sinterizado láser selectivo, deposición por aerosol de películas cerámicas compuestas, materiales de blindaje IR y batería metal-aire recargable. Los hallazgos sistemáticos de este trabajo podrían sentar una plataforma para diseño de materiales nanoescala hacia nano-fabricación más sofisticada en el futuro.