Effect of temperature and viscosity on size-selected polyynes production and investigation of nanocomposites of polyynes embedded in electrospun polymeric nanofibers

Carbynes are a one-dimensional linear chains carbon allotrope composed solely of sp-hybridized carbon atoms. They may come in the form of cumulenes or polyynes, depending on the bond joining the various atoms. Polyynes consist of atoms with sp hybridization alternated by single and triple bonds. To exploit these materials for future applications, one needs good concentrations and stability. The goals of this thesis is divided into two categories: the study of temperature and viscosity aimed at improving the production yield of polyynes by Pulsed Laser Ablation in Liquid (PLAL); the study and analysis of the morphologies of composite nano-materials for the optimization of stability over time. For the first case, the ablations were conducted at 0°C. Uv-Vis spectroscopy and High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) were used to perform polyynes analysis. This strategy increase the production yield of the longer chains. Different compounds have been used to perform ablations in solutions with increased viscosity. Among the most effective results are the use of glycerol in aqueous solutions and the addition of a polymer in an acetonitrile solution. The synergistic action of viscosity and Silver Nanoparticles (AgNP) was also investigated, obtaining, in this case, the best increase on production yield of about 450%. The production of electrospun nanoifbers having polyynes embedded inside was also investigated. Polyynes were embedded using PLAL poly-dispersed mixtures and HPLC size-selected solutions. To date, polyynes produced via PLAL have low concentrations and, for this reason, their detection and characterization are done by the interaction with AgNP to display signals given by Surface Enhanced Raman Scattering. Among the analyses performed, electrospun membranes produced from different solutions have been produced. The role of different electrospinning parameters on the morphologies, and the effect that different diameters can have on the stability in time of the embedded polyynes have been investigated. The various dimensional studies were carried out with Scanning Electron Microscope images and a Matlab program written specifically for dimensional analysis.

Le carbine sono un allotropo del carbonio a catene lineari unidimensionali composte da atomi di carbonio ibridizzati sp. Possono presentarsi sotto forma di cumuleni o poliine, a seconda del legame che unisce i vari atomi. Le poliine sono costituite da atomi con ibridazione sp alternati da legami singoli e tripli. Per sfruttare questi materiali è necessario avere buone concentrazioni e stabilità. Gli obiettivi di questa tesi si dividono in due categorie: lo studio della temperatura e della viscosità finalizzato a migliorare la resa produttiva delle poliine mediante ablazione laser pulsata in liquido (PLAL); lo studio e l'analisi delle morfologie dei nano-materiali compositi per l'ottimizzazione della stabilità nel tempo. Per il primo caso, le ablazioni sono state condotte a 0°C. La spettroscopia Uv-Vis e la cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC) sono state utilizzate per l'analisi delle poliine. Questa strategia aumenta la resa produttiva delle catene più lunghe. Sono stati utilizzati diversi composti per eseguire ablazioni in soluzioni con viscosità aumentata. Tra i risultati più efficaci vi sono l'uso di glicerolo in soluzioni acquose e l'aggiunta di un polimero in una soluzione di acetonitrile. È stata anche studiata l'azione sinergica della viscosità e delle nanoparticelle d'argento (AgNP), ottenendo il miglior incremento della resa produttiva di circa il 450%. È stata studiata anche la produzione di nanofibre elettrofilate con poliine incorporate all'interno. Ad oggi, le poliine prodotte tramite PLAL hanno basse concentrazioni e, per questo motivo, la loro rilevazione e caratterizzazione avviene tramite l'interazione con AgNP per visualizzare i segnali dati dal Surface Enhanced Raman Scattering. Tra le analisi effettuate, sono state prodotte membrane elettrofilate da diverse soluzioni. È stato studiato il ruolo dei diversi parametri di elettrofilatura sulle morfologie e l'effetto che diametri diversi possono avere sulla stabilità nel tempo delle poliine incorporate. I vari studi dimensionali sono stati effettuati con immagini al microscopio elettronico a scansione e con un programma Matlab scritto appositamente per l'analisi dimensionale.