Les Nanotubes de Carbone Sont-ils les Tambours De Chalut Éventuels de l'Eau ?

Andrew Vogt, Haveuse de Cameron, Prof. Joe Shapter, Prof. Nicolas Voelcker et M. Amanda Ellis, Centre pour la Science et Technologie de Nanoscale et l'École de la Chimie, Physique et Sciences de la Terre, Université de Flinders, Australie du Sud.
Auteur Correspondant : amanda.ellis@flinders.edu.au

L'Écoulement d'eau par un tuyau d'arrosage ou un nanochannel (10m-9 ) a les mécanismes de transport incroyablement différents d'écoulement de fluide. Dans un cas la théorie de prises de dynamique des fluides et dans les autres phénomènes de nanoscale dominants. En molécule d'eau unique de boyau un transport n'est pas une caractéristique technique de domination cependant les seules propriétés de, en particulier, des nanotubes de carbone effectuent la molécule d'eau unique transporter une réalité. Intéressant, c'est l'entrée et la sortie des molécules d'eau on pense que qui est le facteur limitant le transport. Est-ce qu'Ainsi comment ceci fait surviennent ?

Pour ceci nous avons besoin de simulations dynamiques (MD) moléculaires qui prouvent que des atomes d'hydrogène sont attirés au nanotube tandis que l'oxygène est repoussé tels que l'eau est installée avec l'atome d'hydrogène entrant dans le tube d'abord.1 Si le diamètre de nanotube est assez petit (approximativement 0,8 nanomètres) arrosez les formes un réseau à une dimension se déplaçant à une moyenne de 17 molécules par nanoseconde (ou 99 cm s-1).2 Cependant, d'autres simulations de DM enregistrent la mobilité excessivement diminuée à ce nanoscale dû au changement des propriétés mécaniques de l'eau.3 Donc il y a des divergences dans notre compréhension théorique de ce des phénomènes.

Expérimental le transport de l'eau par des nanotubes de carbone est loin d'insignifiant. Cependant, depuis que Holt4 a et autres mesuré le flux de l'eau par un nitrure de silicium/membrane à double paroi de nanofiltration de nanotube de carbone et des débits découverts 4-5 ordres de grandeur plus haut que prévu par les modèles classiques pour la perméation de Poiseuille4 la recherche a été allumée produire les films étendus de membrane pour l'usage dans des technologies nouvelles apparaissantes de traitement des eaux. La promesse d'un transport plus élevé fond, spécificité et la sélectivité par une membrane de traitement des eaux est toujours dans nos esprits, en particulier dans les environnements arides tels que l'Australie.

Le M. Ellis et ses collègues à l'Université de Flinders croient qu'ils peuvent apporter une cotisation précieuse aux problèmes se posant aux environnements contestés pareau. Leur travail est actuel financé par une concession Australienne de Découverte de Conseil " Recherche ". Leur révision récente sur des « nanotubes de Carbone ancrés au silicium pour la fabrication de dispositif »5 met l'accent sur le besoin de contrôle d'orientation de nanotube afin de récolter le divers domaine des applications possibles qu'ils peuvent avoir les moyens. En particulier, leurs utilisations dans des systèmes de transport de l'eau.

L'efficience d'une membrane peut être dictée par la structure, la composition, et le design. Beaucoup de techniques synthétiques de chimie existent qui permettent au design d'une membrane de filtration de nanohybrid d'améliorer énormément son fonctionnement. À cet effet le M. Ellis et ses collègues emploient un grand choix de chimies synthétiques pour construire des membranes de filtration de l'eau de nanohybrid basées sur les nanotubes verticalement alignés mouillés de carbone de produit chimique (auto-assemblé) (VA-CNTs) et le silicium poreux de nanocrystalline ultra-mince.

Un grand choix de chimies de cadrage ont été réalisées utilisant le couplage de DCC ou de DATE D'ACHÈVEMENT PRÉVUE, et le couplage de thio-ester.5, 6 Le Schéma 1 (a) affiche une image atomique de micrographe (AFM) de force des paquets de nanotubes unique-murés de carbone (SWCNTs) sur une surface de silicium.6 Une méthode de plus en plus populaire pour améliorer des propriétés de dispositif est l'emploi de la chimie de « Claquement ».

Le Schéma 1. (a) image d'AFM des paquets de VA-SWCNTs sur le silicium fixé par l'intermédiaire d'une liaison de dithioester et (b) schéma de la montr de synthèse de membrane de nanohybrid de SWCNT/polymer cliquent la chimie avec la dérivatisation ultérieure des parties de surface de SWCNT avec un agent des transferts à chaînes de RADEAU pour la polymérisation de radical libre « vivante » réglée.

La chimie de Claquement est devenue une condition populaire par Sharpless et autres7 en 2001 dû à la résurrection d'un petit groupe ou d'une classe des réactions organiques. Il y a des conditions définitives de classifier une réaction car un procédé de claquement, bien que l'importance synthétique soit que les réactions de claquement se produisent d'une mode orthogonale et quantitative.

Pour avancer les applications du VA-SWCNTs, la chimie de claquement a été employée pour fixer avec succès SWCNTs verticalement à une surface de silicium. En employant des réactions variées de claquement dans un procédé, le VA-SWCNTs peut être inclus dans une modification polymère par le procédé réglé le plus divers de polymérisation radicale, transfert à chaînes d'ajout-fragmentation réversible (RADEAU) (Figure 1B). Ces membranes fourniront non seulement des capacités à énergie réduite et de haut-flux d'eau de purification mais activeront également le démontage pertinent des toxines.

En Raison des combinaisons synthétiques variées possibles quand employant le claquement et le RADEAU, beaucoup de propriétés et d'applications améliorées continueront à surgir en technologies de membrane de traitement des eaux.


Références

1. Waghe, A., Rasaiah, J.C., Hummer, G.J. « Remplissant et vidant cinétique des nanotubes de carbone dans l'eau, » J. Chem. Phys. 117, 10789 (2002).
2. Hummer, J.C., Rasaiah, J.C., Noworyta, J.P. « conduction de l'Eau par le tunnel hydrophobe d'un nanotube de carbone, » Nature 414, 188 (2001).
3. Koga, K., Gao, G. - T., Tanaka, H., Zeng, X.C. « Formation des nanotubes commandés de glace à l'intérieur des nanotubes de carbone, » Nature 412, 802 (2001).
4. Holt, J.K., Noy, A., Huser, T., Eaglesham, D., Bakajin, O. « Fabrication d'un carbone nanotube-a encastré la membrane de nitrure de silicium pour des études de transport de masse de nanomètre-échelle, » Lett Nano. 2004, 4, 2245.
5. Constantopoulos, K.T., la Haveuse, C.J., Ellis, A.V., Voelcker, N.H., Shapter, J.G. « nanotubes de Carbone a ancré au silicium pour la fabrication de dispositif, » les Matériaux Avancés 21, 1-15 (2009).
6. Poh, Z., Flavel, B.S., la Haveuse, C.J., Shapter, J.G., Ellis, A.V. « Fabrication et comportement électrochimique des électrodes vertical-alignées de nanotube de carbone a en covalence fixé au silicium de type p par l'intermédiaire d'une liaison de thio-ester, » Mère. Lett. 63, 757-760 (2009).
7. Kolb, H.C., Finlandais, M.G., Sharpless, chimie de Claquement de K.B. « : Divers fonctionnement chimique de quelques bonnes réactions, » Angew. Chim. International. Éditez. 40, 2004-2021 (2001).

Droit d'auteur AZoNano.com, M. Amanda Ellis (Université de Flinders)

Date Added: Oct 14, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:10

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