Smart thermomechanochemical composite materials driven by different forms of electromagnetic radiation

Autores
Riberi, Kevin Sebastián; Bongiovanni Abel, Silvestre Manuel; Martinez, María Victoria; Molina, María Alejandra; Rivarola, Claudia Rosana; Acevedo, Diego Fernando; Rivero, Rebeca Edith; Cuello, Emma Antonia; Gramaglia, Romina Andrea; Barbero, César Alfredo
Año de publicación
2020
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Photo-thermo-mechanochemical (P-T-MCh) nanocomposites provide a mechanical and/or chemical output (MCh) in response to a photonic (P) input, with the thermal (T) flux being the coupling factor. The nanocomposite combines a photon absorbing nanomaterial with a thermosensitive hydrogel matrix. Conjugated (absorbing in the near infrared (NIR, 750–850 nm) wavelength range) polymer (polyaniline, PANI) nanostructures are dispersed in cross-linked thermosensitive (poly(N-isopropylacrylamide), PNIPAM) hydrogel matrices, giving the nanocomposite P-T-MCh properties. Since PANI is a conductive polymer, electromagnetic radiation (ER) such as radiofrequency (30 kHz) and microwaves (2.4 GHz) could also be used as an input. The alternating electromagnetic field creates eddy currents in the PANI, which produces heat through the Joule effect. A new kind of “product” nanocomposite is then produced, where ER drives the mechanochemical properties of the material through thermal coupling (electromagnetic radiation thermomechanochemical, ER-T-MCh). Both optical absorption and conductivity of PANI depend on its oxidation and protonation state. Therefore, the ER-T-MCh materials are able to react to the surroundings properties (pH, redox potential) becoming a smart (electromagnetic radiation thermomechanochemical) (sER-T-MCh) material. The volume changes of the sER-T-MCh materials are reversible since the size and shape is recovered by cooling. No noticeable damage was observed after several cycles. The mechanical properties of the composite materials can be set by changing the hydrogel matrix. Four methods of material fabrication are described.
Fil: Riberi, Kevin Sebastián. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentina
Fil: Bongiovanni Abel, Silvestre Manuel. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina
Fil: Martinez, María Victoria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina
Fil: Molina, María Alejandra. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina
Fil: Rivarola, Claudia Rosana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina
Fil: Acevedo, Diego Fernando. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina
Fil: Rivero, Rebeca Edith. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentina
Fil: Cuello, Emma Antonia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina
Fil: Gramaglia, Romina Andrea. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; Argentina
Fil: Barbero, César Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina
Materia
CONDUCTING POLYMER
ELECTROMAGNETIC RADIATION
PRODUCT COMPOSITES
SMART MATERIALS
THERMOSENSITIVE HYDROGEL
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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Conjugated (absorbing in the near infrared (NIR, 750–850 nm) wavelength range) polymer (polyaniline, PANI) nanostructures are dispersed in cross-linked thermosensitive (poly(N-isopropylacrylamide), PNIPAM) hydrogel matrices, giving the nanocomposite P-T-MCh properties. Since PANI is a conductive polymer, electromagnetic radiation (ER) such as radiofrequency (30 kHz) and microwaves (2.4 GHz) could also be used as an input. The alternating electromagnetic field creates eddy currents in the PANI, which produces heat through the Joule effect. A new kind of “product” nanocomposite is then produced, where ER drives the mechanochemical properties of the material through thermal coupling (electromagnetic radiation thermomechanochemical, ER-T-MCh). Both optical absorption and conductivity of PANI depend on its oxidation and protonation state. Therefore, the ER-T-MCh materials are able to react to the surroundings properties (pH, redox potential) becoming a smart (electromagnetic radiation thermomechanochemical) (sER-T-MCh) material. The volume changes of the sER-T-MCh materials are reversible since the size and shape is recovered by cooling. No noticeable damage was observed after several cycles. The mechanical properties of the composite materials can be set by changing the hydrogel matrix. Four methods of material fabrication are described.Fil: Riberi, Kevin Sebastián. Universidad Nacional de Río Cuarto; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba; ArgentinaFil: Bongiovanni Abel, Silvestre Manuel. Universidad Nacional de Córdoba; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. 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