Nanopartículas. La nanotecnología

Nanopartículas

1 . Introducción

La nanotecnología es un campo de investigación conocido desde el siglo pasado. Desde que el premio Nobel Richard P. Feynman presentó la "nanotecnología" durante su famosa conferencia de 1959 " Hay mucho espacio en el fondo " ( Feynman, 1960 ), se han realizado varios desarrollos revolucionarios en el campo de la nanotecnología. La nanotecnología produjo materiales de varios tipos a nivel de nanoescala. Las nanopartículas (NP) son una amplia clase de materiales que incluyen sustancias particuladas, que tienen una dimensión de al menos menos de 100  nm ( Laurent et al., 2010 ). Dependiendo de la forma general, estos materiales pueden ser 0D, 1D, 2D o 3D ( Tiwari et al., 2012) La importancia de estos materiales se dio cuenta cuando los investigadores descubrieron que el tamaño puede influir en las propiedades fisicoquímicas de una sustancia, por ejemplo, las propiedades ópticas . Las NP de oro (Au), platino (Pt), plata (Ag) y paladio (Pd) de 20 nm tienen un color rojo vino característico, gris amarillento , negro y negro oscuro, respectivamente. La figura 1 muestra un ejemplo de esta ilustración, en la que Au NPs sintetiza con diferentes tamaños. Estos NP mostraron colores y propiedades característicos con la variación de tamaño y forma, que pueden utilizarse en aplicaciones de bioimagen ( Dreaden et al., 2012 ). Como indica la Fig. 1 , el color de la solución cambia debido a la variación en la relación de aspecto,grosor de la nanocapa y% de concentración de oro La alteración de cualquiera de los factores discutidos anteriormente influye en las propiedades de absorción de los NP y, por lo tanto, se observan diferentes colores de absorción.

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Figura 1 . Dependencia del color de Au NPs en tamaño y forma ( Dreaden et al., 2012 ).

Los NP no son moléculas simples en sí mismas y, por lo tanto, están compuestos de tres capas, es decir (a) La capa superficial, que puede funcionalizarse con una variedad de moléculas pequeñas, iones metálicos , tensioactivos y polímeros. (b) La capa de cubierta, que es un material químicamente diferente del núcleo en todos los aspectos, y (c) El núcleo, que es esencialmente la parte central del NP y generalmente se refiere al NP en sí mismo ( Shin et al., 2016 ). Debido a tales características excepcionales, estos materiales despertaron un gran interés de los investigadores en campos multidisciplinarios. La figura 2 muestra imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopio electrónico de transmitancia (TEM) de mesoporoso.y sílice funcionalizada con metacrilato no poroso (MA-SiO 2 ). La mesoporosidad imparte características adicionales en las NP. Los NP pueden emplearse para la administración de fármacos ( Lee et al., 2011 ), detección química y biológica ( Barrak et al., 2016 ), detección de gases ( Mansha et al., 2016 , Rawal y Kaur, 2013 , Ullah et al. , 2017 ), captura de CO 2 ( Ganesh et al., 2017 , Ramacharyulu et al., 2015 ) y otras aplicaciones relacionadas ( Shaalan et al., 2016 ).

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La Figura 2 . Micrografías FE-SEM de (a) NP de MA-SiO 2 no porosas , (b) NP de MA-SiO 2 mesoporoso . Imágenes TEM de (c) NP de MA-SiO 2 no porosas y (d) NP de MA-SiO 2 mesoporoso ( Lee et al., 2011 ).

En este artículo de revisión, proporcionamos una descripción general de los diferentes tipos, métodos de síntesis, caracterizaciones, propiedades y aplicaciones de NP. La última sección también incluye aspectos y recomendaciones futuras.

2 . Clasificación de NPs

Los NP se dividen ampliamente en varias categorías según su morfología, tamaño y propiedades químicas. Según las características físicas y químicas, algunas de las clases bien conocidas de NP se dan a continuación.

2.1 . NP a base de carbono

Los fullerenos y los nanotubos de carbono (CNT) representan dos clases principales de NP basados ​​en carbono. Los fullerenos contienen nanomateriales que están hechos de una jaula hueca globular, como las formas alotrópicas de carbono. Han creado un interés comercial notable debido a su conductividad eléctrica , alta resistencia, estructura, afinidad electrónica y versatilidad ( Astefanei et al., 2015). Estos materiales poseenunidades de carbonopentagonales y hexagonales dispuestas, mientras que cada carbono estáhibridado ensp2. La figura 3muestra algunos de los fullerenos conocidos que consisten en C60y C70con el diámetro de 7.114 y 7.648  nm, respectivamente.

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Figura 3 . Diferentes formas de Fullerenos / bolas de pelota (A) C 60 y (B) C 70.

Las CNT son alargadas, estructura tubular, 1–2  nm de diámetro ( Ibrahim, 2013 ). Estos pueden predecirse como metálicos o semiconductores dependiendo de su diámetro de telicidad ( Aqel et al., 2012 ). Éstos se parecen estructuralmente a la lámina de grafito que se enrolla sobre sí misma ( Fig. 4 ). Las láminas enrolladas pueden ser simples, dobles o muchas paredes y, por lo tanto, se denominan nanotubos de carbono de pared simple (SWNT), de pared doble (DWNT) o de pared múltiple (MWNT), respectivamente. Se sintetizan ampliamente mediante la deposición de precursores de carbono, especialmente los carbonos atómicos, vaporizados a partir de grafito por láser o por arco eléctrico sobre partículas metálicas. Últimamente, se han sintetizado mediante la técnica de deposición química de vapor (CVD) (Elliott et al., 2013 ). Debido a sus características físicas, químicas y mecánicas únicas, estos materiales no solo se usan en forma prístina, sino también en nanocompuestos para muchas aplicaciones comerciales como rellenos ( Saeed y Khan, 2016 , Saeed y Khan, 2014 ), adsorbentes de gases eficientes para el medio ambiente. remediación ( Ngoy et al., 2014 ), y como medio de soporte para diferentes catalizadores inorgánicos y orgánicos ( Mabena et al., 2011 ).

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La Figura 4 . Laminado de la capa de grafito en CNT de pared simple y pared múltiple.

2.2 . NP de metal

Los NP metálicos están hechos exclusivamente de precursores de metales. Debido a las conocidas características de resonancia de plasmones de superficie localizada (LSPR), estos NP poseen propiedades optoeléctricas únicas. Los NP de los metales alcalinos y nobles, es decir, Cu, Ag y Au tienen una amplia banda de absorción en la zona visible del espectro solar electromagnético. La síntesis controlada de facetas, tamaños y formas de los NP metálicos es importante en los materiales de vanguardia actuales ( Dreaden et al., 2012 ). Debido a sus propiedades ópticas avanzadas , los NP metálicos encuentran aplicaciones en muchas áreas de investigación. El recubrimiento Gold NPs se usa ampliamente para el muestreo de SEM, para mejorar el flujo electrónico, lo que ayuda a obtener imágenes SEM de alta calidad ( Fig. 1) Hay muchas otras aplicaciones, que se discuten profundamente en la sección de aplicaciones de esta revisión.

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