Películas delgadas mesoporosas polímero-inorgánico: uso del confinamiento como herramienta de diseño de nanoarquitecturas híbridas

La manipulacion de procesos quimicos y fisicos en geometrias nanoconfinadas, ej.: nano- o mesoporos, ha comenzado a ser utilizada por la comunidad cientifica como una estrategia para crear nuevos materiales. En espacios confinados de dimensiones comparables al tamano de las moleculas, estas interactuan fuertemente con las paredes del poro. Este es un hecho con consecuencias remarcables en las propiedades quimicas y fisicas de las moleculas adsorbidas en nano y mesoporos, que presentaran estructuras y rasgos dinamicos con diferencias marcadas a las observadas en ausencia de confinamiento (“bulk” phase). Estas peculiaridades se hacen aun mas evidentes cuando el tamano del poro disminuye y la interaccion de las moleculas con las paredes del poro desempena un rol predominante. La combinacion de oxidos mesoestructurados (como plataformas robustas) y arquitecturas macromoleculares (como bloques de construccion funcionales) ha permitido el desarrollo de nuevos materiales hibridos altamente funcionales. La incorporacion precisa de elementos activos en redes tridimensionales de dimensiones nanometricas representa el punto central del diseno racional de ensamblados hibridos organico-inorganico “hechos a medida” para diferentes aplicaciones especificas. Tales materiales serian de suma importancia en una gran variedad de aplicaciones tecnologicas, tales como optoelectronica, catalisis, biosensado o separaciones moleculares, entre algunos ejemplos. Se plantea como eje de la investigacion la convergencia de elementos y herramientas provenientes de la quimica sol-gel, supramolecular y macromolecular con el fin de estudiar nuevas alternativas para el desarrollo de materiales mesoporosos avanzados con un control preciso de la densidad y la localizacion espacial de los grupos funcionales. Los oxidos mesoporosos son materiales que presentan poros monodispersos (de tamanos de entre 2 y 50 nm) altamente ordenados, de elevada area especifica (100 - 1000 m2/g). Se sintetizan mediante la combinacion de dos procesos: reacciones sol gel, que dan lugar al material inorganico, y autoensamblado de moleculas anfifilicas, que actuan como molde de los poros. Las peliculas (films) mesoporosas, utilizadas como matriz, poseen diferentes propiedades que pueden ser seleccionadas especificamente de acuerdo a la quimica del material que los compone (silice, titania o zirconia u oxidos mixtos), su mesoestructura (grado de porosidad, tamano de poro y cuellos) o cristalinidad. Su cuidadosa seleccion estara supeditada al fin ultimo que se desee buscar en estos materiales, ya sea liberacion controlada de drogas, celdas de combustible, comportamiento fotovoltaico, etc. Partiendo de estas estructuras se han explorado nuevos enfoques para generar materiales hibridos mesoestructurados polimero-inorganico con propiedades funcionales especificas. Mediante tecnicas de electropolimerizacion, polimerizacion iniciadas desde la superficie (“grafting-from”) y “grafting to” (ej. ensamblados capa por capa, hidrogeles) se ha logrado alcanzar un control de la localizacion de arquitecturas macromoleculares en entornos nanoconfinados o en la superficie del film. La integracion sinergica entre los bloques de construccion y su distribucion espacial daran al sistema caracteristicas unicas en el diseno de nuevos materiales. De esta manera se alcanzan membranas mutltirresponsivas, multiselectivas o responsivas y selectivas cuyas capacidad de seleccion y respuesta puede ser modulable en intensidad ante diferentes estimulos fisicos, quimicos y biologicos. En particular se han explorado variaciones en el trasporte de especies moleculares en presencia de analitos especificos asi tambien como variaciones en la configuracion polimerica ante estimulos como temperatura y pH. Se ha tomado ventaja de efectos estericos y de carga tanto para la modificacion de las membranas como para manipular la selectividad a iones y moleculas. En resumen, la presente tesis se enfoca en el diseno y la nanoconstruccion de peliculas delgadas hibridas con propiedades funcionales bien definidas y potenciales aplicaciones nanotecnologicas.