Advanced amperometric nanocomposite sensors based on carbon nanotubes and graphene, characterization, optimization, functionalization and applications - Muǫz Martn̕ Jose Mara̕; Universidad Autn̤oma de Barcelona. Departamento de Qum̕ica
Entre la amplia gama de nanocomps̤itos, la incorporacin̤ de materiales conductores nanoestructurados de carbono, entre los que se encuentran los nanotubos de carbono (NTCs) y el grafeno, dentro de una matriz polimřica aislante, es una forma muy atractiva de combinar las propiedades mecǹicas y elčtricas n͠icas del material de relleno con los atributos de los pls̀ticos. Concretamente, los materiales nanocomps̤itos basados en carbono han jugado un gran liderazgo en el campo de la electroqum̕ica analt̕ica, sobre todo en el desarrollo de dispositivos (bio)sensores, debido a sus interesantes ventajas con respecto a un material conductor puro. Dichas ventajas les proporcionan un alto valor aądido, como versatilidad, durabilidad, fc̀il regeneracin̤ de la superficie e integracin̤, simple incorporacin̤ de (bio)modificadores o baja corriente de fondo, entre otras. En este sentido, esta tesis aborda el desarrollo de sensores nanocomps̤itos avanzados de tipo amperomťrico que, habiendo sido optimizada su relacin̤ carbono/polm̕ero, pueden ser modificados con un amplio abanico de nanopartc̕ulas (NPs) para mejorar su eficiencia electroanalt̕ica. Las propiedades elčtricas de estos nanocomps̤itos y, por lo tanto, su aplicabilidad analt̕ica, estǹ directamente influenciadas tanto por la naturaleza de las partc̕ulas conductoras como por la cantidad y distribucin̤ espacial de štas a travš de la matriz polimřica aislante. Una de las propiedades electroqum̕icas ms̀ importantes que envuelven a estos materiales es la similitud de su comportamiento electroqum̕ico con respecto a un array de microelectrodos. Por lo tanto, una optimizacin̤ de la relacin̤ carbono/polm̕ero con respecto a la naturaleza del material conductor de partida permitir ̀lograr una mayor dispersin̤ de las r̀eas conductoras a travš de las zonas no conductoras, presentando beneficios similares a los de un array de microelectrodos. Adems̀, es conocido que algunos parm̀etros, tales como la resistividad del material compuesto, la transferencia electrn̤ica, la robustez del material y la corriente capacitiva estǹ fuertemente influenciadas por la naturaleza fs̕ica de la muestra de nanotubos de partida, como son su relacin̤ longitud/dim̀etro o su pureza, hecho que pueden influir fuertemente en la respuesta electroanalt̕ica final del material transductor. Bajo este contexto, la primera etapa de esta tesis consisti ̤en la implementacin̤ de un conjunto de tčnicas instrumentales que, aplicadas de manera sistemt̀ica, han perimitido, la caracterizacin̤ y optimizacin̤ de la composicin̤ de materiales nanocomps̤itos basados en nanotubos de carbono y resina epoxi (Epotek H77) con respecto a la naturaleza de los NTCs de partida para la fabricacin̤ de sensores electroqum̕icos ms̀ eficientes. El protocolo de caracterizacin̤ llevado a cabo incluye herramientas elčtricas, electroqum̕icas, morfolg̤icas, microscp̤icas, espectroscp̤icas y electroanalt̕icas. Una vez optimizada las proporciones de NTC/epoxi, el siguiente paso consisti ̤en mejorar el rendimiento analt̕ico de estos sensores electroqum̕icos nanocomps̤itos incorporǹdoles diferentes NPs con la finalidad de introducir algn͠ tipo de efecto electrocatalt̕ico. Para alcanzar este objetivo, se desarroll ̤una metodologa̕ simple para la sn̕tesis de una amplia gama de NPs. La Sn̕tesis Intermatricial (IMS) fue utilizada como tčnica verde para el diseǫ de tres rutas diferentes que permitan una incorporacin̤ personalizada de estas NPs en el material transductor, obteniendo as ̕sensores amperomťricos ms̀ sensibles a diferentes analitos. Finalmente, los estudios de caracterizacin̤ y funcionalizacin̤ implementados en los sensores nanocomps̤itos basados en NTCs han sido extendidos para materiales nanocomps̤itos basados en otra forma alotrp̤ica del carbono: el grafeno, el cual es el l͠timo descubrimiento en třminos de material de carbono nanoestructurado.