CHAPTER 3 RESEARCH METHODOLOGY (PHASE ONE)
3.2 Computer Vision based for Obtaining Road User Trajectories
La separación cromatográfica de la dispersión de SWCNT de partida da lugar a muestras de SWCNT con diferentes propiedades optoelectrónicas. Aquí estudiamos la relación de estas propiedades con la respuesta electroquímica de los electrodos SWCNT, que se analiza mediante estudio por CV en un medio alcalino (Figura 5.8.).
Figura 5.7. CV de la película de los SWCNT de partida y de las películas con las fracciones separadas Fr. 1, Fr. 2, Fr. 3 y Fr. 4.
Como vemos en la Figura 5.7. la separación cromatográfica de los SWCNT en diferentes composiciones conformacionales modifica la respuesta electroquímica de los electrodos SWCNT.
En el voltamperograma de la película de la dispersión de partida SWCNT (Figura 5.7.a.) aparece un pico faradaico, alrededor de E = -0,7 V. No obstante, el voltamperograma muestra forma relativamente rectangular y los picos faradaicos solo representan, en comparación, contribuciones de baja intensidad. En la bibliografía, esos picos faradaicos se han asociado al proceso de reducción de los SWCNT, cuyos potenciales redox se evaluaron y se encontró dependencia con la conformación SWCNT (n, m).21, 22
En la Figura 5.8.b., el voltamperograma de la película Fr. 1 SWCNT, que contiene principalmente SWCNT metálicos, tiene una forma aún más rectangular, en concordancia con los estudios encontrados en la bibliografía sobre los SWCNT metálicos,22 y alcanza valores altos de corriente, lo que indica un aumento de la capacidad de doble capa.
La película de Fr. 2 SWCNT muestra una forma menos rectangular que el Fr. 1 SWCNT y el pico faradaico alrededor de -0,7 V se puede apreciar mejor.
Las películas obtenidas con las fracciones Fr. 3 y Fr. 4 de SWCNT muestran capacidades de doble capa más bajas que en los electrodos preparados con la dispersión de SWCNT de partida y las fracciones Fr. 1 y Fr. 2.
Los cambios que observamos en la capacidad y en la intensidad de los picos faradaicos pueden estar relacionados con las propiedades electrónicas intrínsecas de las diferentes conformaciones SWCNT y su capacidad de transferencia o acumulación de carga. Normalmente el aumento de la capacidad se asocia con el área superficial y la conductividad eléctrica dada por los materiales de carbono nanoestructurados. Sin embargo, aquí se demuestra que las características electrónicas de cada electrodo preparado con tintas enriquecidas en SWCNT con conformaciones distintas son decisivas para el comportamiento del electrodo resultante, ya que no todas las fracciones SWCNT conducen a los mismos resultados.23
5.5. Conclusiones
Los resultados muestran que esta técnica sencilla de cromatografía de columna de gel separa efectivamente los SWCNT en semiconductores y metálicos. La concentración de la dispersión
inicial de SWCNT y la longitud de la columna desempeñan un papel importante en la separación de SWCNT con diámetros específicos. Las condiciones óptimas para una separación de SWCNT en función de sus conformaciones (n,m) más específica se alcanzan con bajas concentraciones de SWCNT y columnas largas. Este estudio proporciona datos relevantes para la aplicación de la separación cromatográfica de los SWCNT a gran escala. Con la caracterización por CV se obtiene que una alta concentración de SWCNT metálicos conduce a un aumento de la capacidad de doble capa. La obtención de SWCNT con un carácter electrónico bien controlado y diámetros específicos es una etapa crítica para el desarrollo de dispositivos electrónicos y nanocircuitos basados en SWCNT. Este capítulo revela una relación entre las propiedades ópticas de los SWCNT y la respuesta electroquímica de los electrodos SWCNT, y sugiere nuevas ideas para transferir las propiedades de nanoescala a los sistemas macroscópicos.
5.6. Referencias
1. Moore, V. C.; Strano, M. S.; Haroz, E. H.; Hauge, R. H.; Smalley, R. E.; Schmidt, J.; Talmon, Y., Individually Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes in Various Surfactants. Nano Letters 2003, 3 (10), 1379-1382.
2. Hou, P.-X.; Liu, C.; Cheng, H.-M., Purification of carbon nanotubes. Carbon 2008,
46 (15), 2003-2025.
3. Ansón-Casaos, A.; González-Domínguez, J. M.; Lafragüeta, I.; Carrodeguas, J. A.; Martínez, M. T., Optical absorption response of chemically modified single-walled carbon nanotubes upon ultracentrifugation in various dispersants. Carbon 2014, 66, 105-118.
4. Sayago, I.; Terrado, E.; Aleixandre, M.; Horrillo, M. C.; Fernández, M. J.; Lozano, J.; Lafuente, E.; Maser, W. K.; Benito, A. M.; Martinez, M. T.; Gutiérrez, J.; Muñoz, E., Novel selective sensors based on carbon nanotube films for hydrogen detection. Sensors and
Actuators B: Chemical 2007, 122 (1), 75-80.
5. Sayago, I.; Santos, H.; Horrillo, M. C.; Aleixandre, M.; Fernández, M. J.; Terrado, E.; Tacchini, I.; Aroz, R.; Maser, W. K.; Benito, A. M.; Martínez, M. T.; Gutiérrez, J.; Muñoz, E., Carbon nanotube networks as gas sensors for NO2 detection. Talanta 2008, 77 (2), 758-764.
6. Martínez, M. T.; Tseng, Y.-C.; Salvador, J. P.; Marco, M. P.; Ormategui, N.; Loinaz, I.; Bokor, J., Electronic Anabolic Steroid Recognition with Carbon Nanotube Field- Effect Transistors. ACS Nano 2010, 4 (3), 1473-1480.
7. Martínez, M. T.; Tseng, Y.-C.; González, M.; Bokor, J., Streptavidin as CNTs and DNA Linker for the Specific Electronic and Optical Detection of DNA Hybridization. The
Journal of Physical Chemistry C 2012, 116 (42), 22579-22586.
8. Sieben, J. M.; Ansón-Casaos, A.; Montilla, F.; Martínez, M. T.; Morallón, E., Electrochemical behaviour of different redox probes on single wall carbon nanotube buckypaper-modified electrodes. Electrochimica Acta 2014, 135, 404-411.
9. Gasnier, A.; González-Domínguez, J. M.; Ansón-Casaos, A.; Hernández-Ferrer, J.; Pedano, M. L.; Rubianes, M. D.; Martínez, M. T.; Rivas, G., Single-Wall Carbon Nanotubes Covalently Functionalized with Polylysine: Synthesis, Characterization and Analytical Applications for the Development of Electrochemical (Bio)Sensors. Electroanalysis 2014, 26 (8), 1676-1683.
10. Arnold, M. S.; Green, A. A.; Hulvat, J. F.; Stupp, S. I.; Hersam, M. C., Sorting carbon nanotubes by electronic structure using density differentiation. Nature
Nanotechnology 2006, 1, 60.
11. Liu, H.; Nishide, D.; Tanaka, T.; Kataura, H., Large-scale single-chirality separation of single-wall carbon nanotubes by simple gel chromatography. Nature Communications 2011, 2, 309.
12. Khripin, C. Y.; Fagan, J. A.; Zheng, M., Spontaneous Partition of Carbon Nanotubes in Polymer-Modified Aqueous Phases. Journal of the American Chemical Society 2013, 135 (18), 6822-6825.
13. Gunaydin, O.; Demir, A.; Demir, G. E.; Yücedağ, İ.; Çoşut, B., The Preparation of Transparent Organic Field Effect Transistor Using a Novel EDOT Functional Styrene Copolymer Insulator With a PEDOT:PSS Gate Electrode. Macromolecular Research 2018,
26 (2), 164-172.
14. Dan, B.; Irvin, G. C.; Pasquali, M., Continuous and Scalable Fabrication of Transparent Conducting Carbon Nanotube Films. ACS Nano 2009, 3 (4), 835-843.
15. Mirri, F.; Ma, A. W. K.; Hsu, T. T.; Behabtu, N.; Eichmann, S. L.; Young, C. C.; Tsentalovich, D. E.; Pasquali, M., High-Performance Carbon Nanotube Transparent Conductive Films by Scalable Dip Coating. ACS Nano 2012, 6 (11), 9737-9744.
16. Ansón-Casaos, A.; Mis-Fernández, R.; López-Alled, C. M.; Almendro-López, E.; Hernández-Ferrer, J.; González-Domínguez, J. M.; Martínez, M. T., Transparent conducting films made of different carbon nanotubes, processed carbon nanotubes, and graphene nanoribbons. Chemical Engineering Science 2015, 138, 566-574.
17. Ansón-Casaos, A.; González-Domínguez, J. M.; Martínez, M. T., Separation of single-walled carbon nanotubes from graphite by centrifugation in a surfactant or in polymer solutions. Carbon 2010, 48 (10), 2917-2924.
18. Gangoli, V. S.; Azhang, J.; Willett, T. T.; Gelwick, S. A.; Haroz, E. H.; Kono, J.; Hauge, R. H.; Wong, M. S., Using Nonionic Surfactants for Production of Semiconductor- Type Carbon Nanotubes by Gel-Based Affinity Chromatography. Nanomaterials and
Nanotechnology 2014, 4, 19.
19. Blanch, A. J.; Quinton, J. S.; Shapter, J. G., The role of sodium dodecyl sulfate concentration in the separation of carbon nanotubes using gel chromatography. Carbon 2013,
60, 471-480.
20. Santidrian, A.; Lozano, N.; Benito, A. M.; Maser, W. K.; Ansón-Casaos, A., Preparation of metallic and semiconducting SWCNT inks by a simple chromatographic method: A two-parameter study. In NATO Science for Peace and Security Series B: Physics
and Biophysics, 2018; Vol. PartF2, pp 229-238.
21. Hodge, S. A.; Bayazit, M. K.; Tay, H. H.; Shaffer, M. S. P., Giant cationic polyelectrolytes generated via electrochemical oxidation of single-walled carbon nanotubes.
Nature Communications 2013, 4, 1989.
22. Hirana, Y.; Juhasz, G.; Miyauchi, Y.; Mouri, S.; Matsuda, K.; Nakashima, N., Empirical Prediction of Electronic Potentials of Single-Walled Carbon Nanotubes With a Specific Chirality (n,m). Scientific Reports 2013, 3, 2959.
23. Ansón-Casaos, A.; Rubio-Muñoz, C.; Hernández-Ferrer, J.; Santidrian, A.; Benito, A. M.; Maser, W. K., Capacitive and Charge Transfer Effects of Single-Walled Carbon Nanotubes in TiO 2 Electrodes. ChemPhysChem 2019, 20 (6), 838-847.