Оптимизация концентраций поверхностно-активных веществ для диспергирования одностенных углеродных нанотрубок в водном растворе

Метод сонication–центрифугирования широко используется для диспергирования одностенных углеродных нанотрубок (SWCNTs) в водных растворах поверхностно-активных веществ. Однако методики и материалы, применяемые для этой цели, существенно различаются, а систематически исследовано лишь небольшое число диспергирующих агентов. В данной работе представлено систематическое исследование способности ряда хорошо известных и менее распространённых поверхностно-активных веществ и полимеров диспергировать SWCNTs, полученные двумя различными методами. Спектры поглощения в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях (UV–vis–NIR) надосадочных растворов показали, что небольшие ионные поверхностно-активные вещества, как правило, являются более эффективными диспергаторами, тогда как более крупные молекулы полимеров и поверхностно-активных веществ демонстрируют сниженную эффективность для ансамблей углеродных нанотрубок с меньшим средним диаметром. Оптимальные концентрации поверхностно-активных веществ были установлены для дисперсий углеродных нанотрубок, полученных электродуговым методом, в водных растворах додецилбензолсульфоната натрия, дезоксихолата натрия, Triton X-405, Brij S-100, Pluronic F-127 и поливинилпирролидона. Оптимальной считалась концентрация, при которой относительная концентрация диспергированных нанотрубок достигает максимума, прежде чем начинают доминировать привлекательные depletion-взаимодействия, вызывающие флокуляцию. Состояние агрегации углеродных нанотрубок, диспергированных в додецилбензолсульфонате натрия, исследовали методом атомно-силовой микроскопии (AFM) на различных стадиях повторного образования пучков, что продемонстрировало зависимость этих эффектов от длины нанотрубок.