Fortschritte im Automobilbau
Offener Zugang
ISSN: 2167-7670
ISSN: 2167-7670
Jean-Paul (Moshe) Lellouche
Wolframdisulfid-Nanoröhren (INTs-WS2) sind extrem hydrophobe und chemisch inerte anorganische Nanomaterialien. Diese Eigenschaft schränkt ihre Nützlichkeit in zahlreichen Forschungsentwicklungen im Bereich der mechanischen Härte und Tribologie sowie in nachfolgenden industriellen/bioaktiven Endanwendungen stark ein. Daher bleibt die kovalente, vielseitige Verknüpfung jeglicher Art funktionaler organischer und/oder biologischer Spezies ein ganz entscheidender Entwicklungsschritt hin zu hochinnovativen Hochleistungs-Nanomaterialien und Mehrphasenverbundstoffen im Bereich der wesentlichen vielseitigen Grenzflächenchemie. In einem derart anspruchsvollen methodologischen/funktionalisierungstechnischen Kontext dieser chemisch inerten hydrophoben Nanomaterialien wurde erfolgreich eine innovative Methode zur Oberflächenfunktionalisierung (vielseitige Polycarboxylierung – Bildung einer PolyCOOH-Schale) von mehrwandigen anorganischen Nanoröhren (INTs-WS2) und fullerenartigen (IFs-WS2) Nanopartikeln entwickelt. Diese Methode der kovalenten Funktionalisierung macht sich hoch elektrophile und reaktive Imminiumsalze zunutze (Vilsmeier-Haack (VH)-Komplexreaktionen), um die Einführung einer chemisch vielseitigen polysauren (PolyCOOH) Schale auf der Oberfläche von mit VH behandelten anorganischen Nanomaterialien zu ermöglichen. Darüber hinaus wurde eine bedeutende statistische Methode der Versuchsplanung (DoE) zur globalen Optimierung dieser multiparametrischen PolyCOOH-Schalenerzeugung eingesetzt.
Diese neuartige PolyCOOH-Funktionalisierung der Seitenwände von INTs-Nanoröhren ermöglichte innovative, zielgerichtete Grenzflächenchemie. Tatsächlich ermöglichte sie die effektive Nanofabrikation einer großen Bandbreite an kovalenten WS2-INTs-Oberflächenmodifikationen (PolyNH2, PolyOH, PolySH) über (i) chemische Aktivierung von PolyCOOH (EDC, CDI) und (ii) kovalente nukleophile Substitutionen im zweiten Schritt durch kurz aminierte bifunktionelle Liganden H2N-Linker-X (X-Außenoberflächenfunktionalität). Darüber hinaus wurde eine zusätzliche innovative Oberflächentechnikmethode für dieselben mehrwandigen anorganischen Nanoröhren (INTs-WS2) durch die Verwendung von kleinen 5,5–6,0 nm großen Lanthanid-Wirkungs-/Komplex-dotierten magnetischen Maghemit-Nanopartikeln für entsprechende magnetisch reagierende anorganische Nanoröhren für die Antikrebs-Bioaktivität der Photothermaltherapie (PTT) entdeckt. Die daraus resultierenden vollständig charakterisierten funktionellen INTs-WS2 (f-INTs-WS2) besitzen ein recht breites Anwendungspotenzial als neuartige funktionelle Nanofüllstoffe für neue mechanisch verstärkte und/oder leitfähige Verbundpolymermatrizen (Fall von hybriden polythiophendekorierten f-INTs-WS2-Nanokompositen, Abbildung 1). In vorläufigen Toxizitätsstudien wurde auch gezeigt, dass entsprechende neuartige funktionelle Nanomaterialien/Nanofüllstoffe PTT-bioaktiv und ungiftig sind, was einen breiten F&E-Weg/Fortschritt für entsprechende Endverbraucheranwendungen (z. B. Ersatz von zelltoxischen CNT-Nanofüllstoffen) eröffnet.