907 resultados para organic-inorganic hybrid materials
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In dieser Arbeit werden zwei Arten von nicht-kovalent verknüpften Netzwerkstrukturen vorgestellt, die aus phosphonsäurehaltigen Molekülen aufgebaut sind. Einerseits sollen diese phosphonsäurehaltigen Moleküle als Protonenleiter in Brennstoffzellen eingesetzt werden. Dies ist durch die Möglichkeit des kooperativen Protonentransports in wasserstoffbrückenhaltigen Netzwerken begründet. Auf der anderen Seite sollen die phosphonsäurehaltigen Moleküle unter Einsatz von Metallkationen zur Darstellung ionischer Netzwerke verwendet werden. In diesem Fall fungieren die phosphonierten Moleküle als Linker in porösen organisch-anorganischen Hybridmaterialien, die sich beispielsweise zur Gasspeicherung eignen.rnEine Brennstoffzelle stellt Energie mit hoher Effizienz und geringer Umweltbelastung bereit. Das Herzstück der Brennstoffzelle ist die Elektrolytmembran, die auch als Separator oder Protonenaustauschmembran (PEM) bezeichnet wird. Es wird davon ausgegangen, daß der Schlüssel zur Weiterentwicklung der PEM-Brennstoffzellen in der Entwicklung von Elektrolyten liegt, die ausschließlich und effizient Protonen transportieren und darüber hinaus chemisch (oxidationsbeständig) und mechanisch stabil sind. Die mechanische Stabilität betrifft insbesondere den Betrieb der Brennstoffzelle bei hohen Temperaturen und niedriger relativer Feuchtigkeit. In dieser Arbeit wird ein neuartiger Ansatz zum Erreichen eines hohen Protonentransports im Festkörper vorgestellt, der auf dem Einsatz kleiner Moleküle beruht, die durch Selbstorganisation eine kontinuierliche protonenleitende Phase erzeugen. Bis jetzt stellt Hexakis(p-phosphonatophenyl)benzol das erste Beispiel eines kristallinen Protonenleiters dar, der im festen Zustand eine hohe und konstante Leistung zeigt. Die Modifizierung von Hexakis(p-phosphonatophenyl)benzol, entweder durch Änderung von para- zu meta-Substitution oder die Einführung von Alkylketten, führt zu Verbindungen geringerer Kristallinität und niedriger Protonenleitfähigkeit.rnIm zweiten Teil der Arbeit wurde 1,3,5-Tris(p-phosphonatophenyl)benzol als Linker in der Synthese von offenen Phosphonat-Netzwerken eingesetzt. Es bilden sich aufgrund der ionischen Wechselwirkung zwischen den positiv geladenen Metallkationen und den negativ geladenen Phosphonsäuregruppen hochstabile Feststoffe. Eines der wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit besteht darin, daß 1,3,5-Tris(p-phosphonatophenyl)benzol als Linker zum Aufbau poröser Hybridmaterialien eingesetzt werden kann. Zum ersten Mal wurde ein dreifach phosphoniertes organisches Molekül zum Aufbau mikroporöser offener Phosphonat-Netzwerke verwendet. Zudem konnte gezeigt werden, daß die Porosität mit dem Wachstumsmechanismus dieser Materialien zusammenhängt. Es ist nur dann möglich ein gleichfalls mikroporöses und kristallines ionisches Netzwerk auf der Grundlage phosphonierter Moleküle zu erhalten, wenn Linker und Konnektor die gleiche Geometrie und Funktionalität besitzen.rn
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
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Hybrid materials were prepared by combining clay mineral (montmorillonite SWy-2 and saponite SapCa-1) and dyes extracted from the acai (Euterpe oleracea Mart.) fruit, which contains mainly anthocyanins from the 3-glucoside class, to increase the stability of the dye and facilitate its handling and storage. Clay minerals are common ingredients in therapeutic and pharmaceutical products and acai phytochemicals show disease prevention properties. The extract of the acai fruit was mixed with water suspensions of layered silicates in different proportions. The dyeclay hybrids presented incorporated organic material in amounts up to 24 wt.-%. X ray diffractometry and vibrational (FTIR and Raman) and electronic spectroscopic data showed that flavylium cations were successfully intercalated between the inorganic layers. Mass-coupled thermogravimetric analysis (TGA-MS) data showed a significant gain in the thermostability of the organic species in relation to anthocyanins in the extract. MS curves related to CO2 release (m/z = 44) are ascendant above 200 degrees C when the dye cations are confined to the inorganic structure. The radical scavenging activity of the hybrid materials was monitored by electron paramagnetic resonance (EPR) toward the stable radical DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) and compared to the activity of the acai extract. In addition to the fact that interaction with clay minerals improves the stability of the acai dyes against heat, their properties as radical scavengers are preserved after intercalation. The improvement in the properties of the nutraceutical species by intercalation by using biocompatible inorganic structures can be valuable for human therapy.
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We herein report the synthesis of organic-inorganic hybrid poly(methyl methacrylate) containing 1 polyhedral oligosilsesquioxanes. Octakis(3-hydroxypropyldimethylsiloxy)octasilsesquioxane (OHPS) was synthesized from octakis(hydridodimethylsiloxy)octasilsesquioxane [Si8O12(OSiMe2H)(8), Q(8)M(8)(H)] following literature procedures. Octakis(tnethacryloxypropyldimethylsiloxy) octasilsesquioxane (OMPS) was synthesized via the reaction of methacryloyl chloride or methacrylic acid anhydride with OHPS, with the latter giving improved purity. Polymerization of OMPS with methyl inethacrylate using a dibenzoylperoxide initiator gave a highly cross-linked polymer. Characterization of the polymer was performed using Fourier transform IR spectroscopy, Si-29 NMR, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, atomic force microscopy, and transmission electron microscopy with energy-dispersive X-ray analysis. The polymer was found to be largely homogeneous. Increasing the OMPS concentration in the polymer gave increased decomposition and glass transition temperatures.
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New sol-gel functionalized poly-ethylene glycol (PEGM)/SiO
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Organic-inorganic hybrid materials can be prepared dispersing organic species into well-defined inorganic nanoblocks. This paper describes the immobilization of natural dyes from the extract of the Brazilian acai-fruit into two types of layered hexaniobate precursors derived from H(2)K(2)Nb(6)O(17): (i) colloidal dispersion of niobate exfoliated nanoparticles and (ii) niobate pre-intercalated with tetraethylammonium cations (TEA(+)). The restacking of exfoliated particles in the presence of acai anthocyanins promotes their intercalation and produces stacked layers showing large basal spacing (ca. 50 angstrom). The TEA(+) pre-intercalated niobate provides particles with lower content of dye species than the exfoliated precursor but with higher degree of organization and regularity according to X-ray diffraction data and images obtained by electron microscopies. Vibrational (FTIR and Raman) and (13)C NMR spectroscopies indicate the presence of flavylium cations in the hybrid materials and spectral profiles characteristic of glycosylated anthocyanidins. According to thermal analysis results, the purplish hybrids materials are more stable than the free acai-dyes. One hybrid sample was heated under air up to 170 degrees C and maintained at this temperature for 240 min. No weight loss events were observed and the sample retained its original color, indicating that the intercalation of anthocyanin into hexaniobate increases its thermal stability. Considering the structural, chemical, optical and thermal properties of the synthesized hybrid materials, they might be good candidates to be investigated for future specialized applications.
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Estudi elaborat a partir d’una estada a l’ Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier, França, durant 2006. S’han sintetitzat materials híbrids orgànico-inorgànics mitjançant el procés sol-gel i altres estratègies sintètiques. En alguns casos, s’ha intentat estructurar aquests materials, ja sigui per autoestructuració o per mitjà de tensioactius. Com a catalitzadors de les reaccions d'hidròlisi i policondensació s’han utilitzat àcids, bases i fluorurs. Els materials obtinguts s’han caracteritzat mitjançant diferents tècniques: BET (Brunauer-Emmett-Teller), TEM (microscopia electrònica de transmissió), SEM (microscòpia electrònica de rastreig), raigs X en pols , IR i RMN (ressonància magnètica nuclear) en estat sòlid. Amb aquests materials es pretén preparar catalitzadors heterogenis de Pd per reaccions d’acoblament creuat, i de Ru per reaccions de metàtesi. També s’han sintetitzat sals d'imidazoli amb cadenes hidrocarbonades llargues amb l'objectiu de preparar gels de sílice amb aquestes molècules atrapades dins la matriu inorgànica. Aquests materials s’utilitzaran com a organocatalitzadors i també es prepararan els corresponents catalitzadors de Pd per reaccions de Heck, Suzuki i Sonogashira. Les sals d’imidazoli s’han utilitzat com a tensioactius en la preparació de gels de sílice estructurats. Aquestes molècules han resultat ser cristalls líquids i s’han caracteritzar mitjançant DSC (differential scanning calorimetry), microscopia òptica i raigs X.
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The dramatic impact that vascular diseases have on human life quality and expectancy nowadays is the reason why both medical and scientific communities put great effort in discovering new and effective ways to fight vascular pathologies. Among the many different treatments, endovascular surgery is a minimally-invasive technique that makes use of X-ray fluoroscopy to obtain real-time images of the patient during interventions. In this context radiopaque biomaterials, i.e. materials able to absorb X-ray radiation, play a fundamental role as they are employed both to enhance visibility of devices during interventions and to protect medical staff and patients from X-ray radiations. Organic-inorganic hybrids are materials that combine characteristics of organic polymers with those of inorganic metal oxides. These materials can be synthesized via the sol-gel process and can be easily applied as thin coatings on different kinds of substrates. Good radiopacity of organic-inorganic hybrids has been recently reported suggesting that these materials might find applications in medical fields where X-ray absorption and visibility is required. The present PhD thesis aimed at developing and characterizing new radiopaque organic-inorganic hybrid materials that can find application in the vascular surgery field as coatings for the improvement of medical devices traceability as well as for the production of X-ray shielding objects and garments. Novel organic-inorganic hybrids based on different polyesters (poly-lactic acid and poly-ε-caprolactone) and polycarbonate (poly-trimethylene carbonate) as the polymeric phase and on titanium oxide as the inorganic phase were synthesized. Study of the phase interactions in these materials allowed to demonstrate that Class II hybrids (where covalent bonds exists between the two phases) can be obtained starting from any kind of polyester or polycarbonate, without the need of polymer pre-functionalization, thanks to the occurrence of transesterification reactions operated by inorganic molecules on ester and carbonate moieties. Polyester based hybrids were successfully coated via dip coating on different kinds of textiles. Coated textiles showed improved radiopacity with respect to the plain fabric while remaining soft to the touch. The hybrid was able to coat single fibers of the yarn rather than coating the yarn as a whole. Openings between yarns were maintained and therefore fabric breathability was preserved. Such coatings are promising for the production of light-weight garments for X-ray protection of medical staff during interventional fluoroscopy, which will help preventing pathologies that stem from chronic X-ray exposure. A means to increase the protection capacity of hybrid-coated fabrics was also investigated and implemented in this thesis. By synthesizing the hybrid in the presence of a suspension of radiopaque tantalum nanoparticles, PDMS-titania hybrid materials with tunable radiopacity were developed and were successfully applied as coatings. A solution for enhancing medical device radiopacity was also successfully investigated. High metal radiopacity was associated with good mechanical and protective properties of organic-inorganic hybrids in the form of a double-layer coating. Tantalum was employed as the constituent of the first layer deposited on sample substrates by means of a sputtering technique. The second layer was composed of a hybrid whose constituents are well-known biocompatible organic and inorganic components, such as the two polymers PCL and PDMS, and titanium oxide, respectively. The metallic layer conferred to the substrate good X-ray visibility. A correlation between radiopacity and coating thickness derived during this study allows to tailor radiopacity simply by controlling the metal layer sputtering deposition time. The applied metal deposition technique also permits easy shaping of the radiopaque layer, allowing production of radiopaque markers for medical devices that can be unambiguously identified by surgeons during implantation and in subsequent radiological investigations. Synthesized PCL-titania and PDMS-titania hybrids strongly adhered to substrates and show good biocompatibility as highlighted by cytotoxicity tests. The PDMS-titania hybrid coating was also characterized by high flexibility that allows it to stand large substrate deformations without detaching nor cracking, thus being suitable for application on flexible medical devices.
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The preparation and application of organic-inorganic hybrid materials are under fast development and constitute an interesting research topic on account of the versatility and wide range of applications offered by these materials. These properties can be achieved due to the mixture of the components at the molecular level. The present review covers the state of the art, the most useful preparation routes and the potential applications of these materials.
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Organic-inorganic hybrid materials based on the assembly between inorganic 2D host structure and polymer have received considerable attention in the last few years. This emerging class of materials presents several applications according to their structural and functional properties. Particularly, among others, layered double hydroxides (LDHs) provide the opportunity of preparing new organically modified 2D nanocomposites. Pyrrole carboxylic acid derivatives, namely 4-(lH-pyrrol-1-yl)benzoate, 3-(pyrrol-i-yl)-propanoate,7-(pyrrol-1-yl)-heptanoate, and aniline carboxylic acid derivative, namely 3-aminobenzoic acid, have been intercalated in LDHs of intralamellar composition Zn2Al(OH)(6). The LDHs were synthesized by the co-precipitation method at constant pH followed by hydrothermal treatment for 72 h. The materials were characterized by powder X-ray diffraction patterns (PXRD), transmission electron microscopy (TEM) thermogravimetric analysis (TGA), and electron spin resonance (ESR). The basal spacing found by the PXRD technique gives evidence of the formation of bilayers of the intercalated anions. ESR spectra present a typical signal with a superhyperfine structure with 6 + 1 lines (g = 2.005 +/- 0.0004), which is assigned to the interaction between a carboxylate radical from the guest molecules and a nearby aluminium nucleus (I = 5/2) from the host structure. Additionally, the ESR data suggest that the monomers are connected to each other in limited number after thermal treatment. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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We report the synthesis and characterization of organic-inorganic hybrid materials: Zn-2-Al-LDHs (layered double hydroxides) containing 3-(1H-pyrrol-1-yl)-propanoate and 7-(1H-pyrrol-l-yl)-heptanoate as the interlayer anions. The LDHs were synthesized by the co-precipitation method at constant pH followed by hydrothermal treatment for 72 h. The materials were characterized by PXRD, C-13 CP-MAS NMR, TGA, and ESR. The basal spacing found by PXRD technique is coincident with the formation of bilayers of the intercalated anions. The solid state C-13 NMR showed that the interlayered anions remain identical after intercalation. ESR data suggest that the monomers connect each other in a limited number of guests when a thermal treatment is applied. The inorganic LDH sheets delay the temperature of degradation of the monomers. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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Pós-graduação em Química - IBILCE
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The sol-gel process and the wide variety of alkoxides commercially available have facilitated the processing of various Organic-Inorganic Hybrid Materials. In general, the hybrids are excellents matrix to incorporate organic or inorganic dopants that presents photochromic, thermochromic, and halochromic effects and in some cases photorefractive effects. The GPTS-TEOS hybrid matrix when deposited in the form of film is very resistant, adherent, has excellent transparency in visible region and allows to be doped with various azo-dye and metal salts of unusual oxidation states. One of the main characteristics of the azo-dyes when immersed in some hybrid matrix , is the capacity to isomerizes through group Azo (-N = N-) would can be commutated between the Cis (Z) and Trans (E) configurations by means of light or heat. Our goal was through the sol-gel process to prepare hybrid films of GPTS-TEOS doped with azo-dyes Methyl Red and Disperse Red 1, and characterize them optically. The characterizations are performed using techniques of UV / Vis spectroscopy, to identify changes in the absorption band of azo-dyes in the presence of optical pumping, (photochromic effects), in function of temperature (thermochromic effect). These properties are of wide scientific and technological interest because they will contribute to the confection Smart Windows (windows sensible to light), temperature sensors monitored optically and also in the recording of amplitude and phase diffraction gratings
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The Sol-gel process has facilitated the processing of Organic-Inorganic Hybrid Materials with several scientific applications and technologies. The hybrid combine the advantages of the Sol-gel process with specific characteristics of organic polymers, allowing processing of thin films without fractures or fissures. The incorporation of azo dyes in polymer matrices has been widely used in the investigation of optical properties. The azo dye Disperse Red (DR1) presents optical alterations when exposed to visible or ultraviolet light. The alterations occur due to transitions of their isomers, trans and cis, caused by photoisomerization, due to electronic transitions of azo group (-N=N-), presenting photochromic and/or photorefractive effects. The hybrid system used in this work is the precursor 3- Glycidoxypropyl-Trimethoxi-silane (GPTS), the Tetraethylorthosilicate (TEOS) and DR1 as a dopant. The characterizations were performed using absorption spectroscopy UV-Vis which allowed the identification of the absorption bands and its variations when the samples were treated thermally and/or illuminated by ultraviolet light
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ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2 4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4 1H2O und Na2ZnPO4(OH) 2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.