Σύνθεση και χαρακτηρισμός οργανικών-ανόργανων νανοδομών για την ανάπτυξη νέων υλικών με εφαρμογή σε τεχνολογίες αιχμής
Authors: Καινούργιος Παναγιώτης 
Published: June 2024

Στη παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνάται η ανάπτυξη ανόργανων νανοσωματιδίων στην επιφάνεια πολυμερικών και πυριτικών νανοδομών. Σε αντίθεση με την συμβατική μέθοδο ανάπτυξης νανοσωματιδίων με τη χρήση επιφανειοδραστικών ουσιών, εδώ εξετάζονται τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των νανοδομημένων υποστρωμάτων ως παράμετροι για την έλεγχο της ανάπτυξης ανόργανων νανοσωματιδίων στην επιφάνειά τους. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκαν δυο διαφορετικές συνθέσεις. Στην πρώτη περίπτωση, συντέθηκαν νανοσφαίρες πολυμεθακριλικού οξέος όπου στην επιφάνειά τους αναπτύχθηκαν νανοσωματίδια αργύρου. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν, η αναλογία διασταυρωτή/μονομερές, το μέγεθος των σφαιρών (ειδική επιφάνεια) και η τιμή του pH κατά την ανάπτυξη των νανοσωματιδίων αργύρου. Η αναλογία διασταυρωτή/μονομερές στο 35% έδειξε ότι βελτιώνει την πρόσδεση των νανοσωματιδίων στο πολυμερές, το μέγεθος των νανοσφαιρών επηρεάζει την κατανομή μεγεθών των νανοσωματιδίων αργύρου, ενώ η ρύθμιση του pH στην τιμή ιονισμού των πολυμερικών νανοσφαιρών βελτιστοποιεί το ποσοστό αργύρου στην τελική δομή. Συμπερασματικά, συντέθηκαν τρία δείγματα πολυμερούς-αργύρου με διαφορετικά μεγέθη πολυμερικών νανοσφαιρών το οποία ανέπτυξαν διαφορετικές κατανομές μεγεθών νανοσωματιδίων αργύρου και εξετάστηκαν ως προς την αντιμικροβιακή τους δράση ενάντια στα στελέχη της Εσερίχιας κόλι (E.Coli) και του χρυσίζων Σταφυλόκοκκου(S.Aureus). Η βέλτιστη αντιμικροβιακή δράση εμφανίστηκε στις πολυμερικές δομές με μεγάλο μέγεθος και στενή κατανομή μεγεθών (~3nm) με ελάχιστη βακτηριοκτόνο συγκέντρωση στα 8μg/ml και 32 μg/ml για την Εσερίχια Κόλι και τον Χρυσίζων Σταφυλόκοκκο, αντίστοιχα. Η υπόθεση που σχηματίστηκε είναι πως αυτές οι δομές δημιουργούν ένα καλό εναιώρημα στο υδατικό περιβάλλον της μικροβιακής καλλιέργειας το οποίο ευνοεί την καλύτερη οξείδωση των νανοσωματιδίων αργύρου και την παραγωγή ιόντων αργύρου που συντελούν στην βακτηριοκτόνο δράση. Στην δεύτερη περίπτωση, συντέθηκαν νανοσφαίρες πυριτίας όπου η επιφάνειά τους τροποποιήθηκε με χλωριούχο σίδηρο με σκοπό να δημιουργηθούν καταλυτικές νανοδομές για την παραγωγή νανοσωλήνων άνθρακα στην επιφάνειά τους μέσω της τεχνικής χημικής εναπόθεσης ατμών. Η καταλυτική δράση αποδίδεται στις δομές των νανοσωματιδίων οξειδίου του σιδήρου που αναπτύσσεται κάθε φορά πάνω στην επιφάνεια των πυριτικών δομών. Συμπερασματικά, στόχος αυτής της μελέτης ήταν οι ανίχνευση των παραμέτρων που ευνοούν την πρόσδεση ιόντων σιδήρου στις πυριτικές δομές. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν η θερμοκρασία και η τιμή του pH κατά την ανάδευση των πυριτικών νανοσφαιρών με χλωριούχο σίδηρο ενώ αναπτύχθηκαν και νανοσφαίρες μεσοπορώδους πυριτίας για να εξεταστεί και η ικανότητα του πορώδους στην προσρόφηση ιόντων σιδήρου. Τόσο το pH όσο και η θερμοκρασία ευνοούν την αποπρωτονίωση των υδροξυλομάδων της πυριτίας και την πρόσδεση ιόντων σιδήρου που συντελούν στην δημιουργία νανοσωματιδίων οξειδίου του σιδήρου τα οποία εν συνεχεία είχαν καταλυτική δράση στην ανάπτυξη νανοσωλήνων άνθρακα με στενή κατανομή διαμέτρων. Παρόλα αυτά οι τελικές δομές εμφάνιζαν μεγάλο ποσοστό οξειδίου του σιδήρου αλλά και άμορφο άνθρακα όπως φάνηκε στις μετρήσεις θερμοβαρυμετρικής ανάλυσης και σκέδασης Raman, αντίστοιχα. Απ’ την άλλη μεριά το πορώδες συντέλεσε στην προσρόφηση ιόντων σιδήρου και στην ανάπτυξη νανοσωλήνων άνθρακα καθώς επίσης και δομών παράλληλα διευθετημένων νανοσωλήνων άνθρακα.