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Technik von Nanomembranes für Auftauchende Anwendungen

Dr. Dusan Losic, Forschungsinstitut Ians Wark, Universität von Süd-Australien, Australien
Entsprechender Autor: dusan.losic@unisa.edu.au

Für Membranen spielen eine wesentliche Rolle in der Natur auch in vielen Industrien einschließlich Wasserbehandlung, Energie, Gesundheit und Landwirtschafts-geschäft, in dem Handelsmembrantechnologien unter Verwendung synthetischen polymerischen und der Keramik-Membranen die letzten 50 Jahre vor eingesetzt worden sind. Wenn ein Jahrbuchmarkt ungefähr $10 von Milliarde und von neuen Märkten bewertet ist, für Membrananwendungen in den Brennstoffzellen, in der Wasserstoffproduktion, in der Trinkwasserproduktion, in der Abwasserbehandlung, in der Luftreinhaltung, in der Katalyse, in der Lebensmittelverarbeitung, in der Medikamentenverabreichung und in den medizinischen Geräten.

Nanoscience und Nanotechnologie wird wie die Schlüsselstrategie erkannt, um herkömmliches zu verbessern und neue Membrantechnologien zu entwickeln, indem man neue Nanomaterials und Nano-schuppe Prozesse erforscht. Die Entwicklung von neuen nanomembranes unter Verwendung der hoch entwickelten Nanofabrikationsanflüge ist schnell in den letzten Jahren weitergekommen, und ihre Anwendung über Trennungen hinaus ist in Neuanmeldungsbereiche erweitert.

Dr. Losic und seine Forschungsgruppe am Forschungsinstitut Ians Wark (IWRI), Universität von Süd-Australien, Adelaide, arbeiten an Entwicklung von neuen nanomembranes mit besonderem Fokus auf dem Konstruieren ihrer spezifischen Funktionseigenschaften in Richtung zu auftauchenden Anwendungen, einschließlich gerichtete molekulare Trennungen, das Biosensing und verpflanzbare Medikamentenverabreichung (Fig.1). Der Anflug wird direkt von Natur aus, zum Beispiel biosilica Membranen in den Diatomeen angespornt (einzellige Algen) wo Bio-mimetic Prinzipien für Entwicklung von Schlüsselmembranfunktionen wie dem selektiven molekularen Transport, Energietransport und Signalisieren (Ermittlen) angewandt sind.

Abbildung 1. Nanomembranes für auftauchende Anwendungen: A) molekulare Trennungen, B) Biosensing und c) Medikamentenverabreichung

Um nanomembranes mit gewünschten Funktionen und Eigenschaften zu konstruieren, entwickelte Gruppe Dr. Losics eine Reihe Fälschungsprotokolle um ihre kritischsten Parameter, einschließlich Porendurchmesser, Porengeometrie und Oberflächenchemie genau zu steuern. Der selbst-bestellende elektrochemische Prozess wird als der Nanofabrikationsanflug ausgewählt, weil es einfach ist, billig, Lithographie frei und in hohem Grade flexibel, Stahlhochbau am nanoscale durchzuführen.

Typische nanomembrane Zellen (Tonerdeoxid) fabrizierten routinemäßig in unserem Labor (Feige. 2) bemisst die in hohem Grade organisierte Show, vertikal ausgerichtete Porenkanäle mit kontrollierbarem strukturellem, einschließlich Porendurchmesser (10-200 nm), Interpore Abstände (50 bis 400 nm), hohes PorenLängenverhältnis, Porendichte (µm9 10 -11 10-2 cm), Porosität (10 70%), Membranstärke (1 - 500) und ausgezeichnetes Thermal-, chemische Stabilität und Bio-kompatibilität. Die strukturellen Merkmale von nanomembranes können indem man Bedingungen (Elektrolyt, Spannung, Strom, Temperatur und Zeit) während der Fälschung leicht gesteuert werden und tunned, einstellt.

Abbildung 2. SEM-Bilder von Porenzellen von den nanomembranes (Tonerdeoxid) fabriziert durch selbst-bestellende elektrochemische Anodisation. A) Oberfläche und B) Querschnitt

Das schwierige Problem der Fabrikation von nanomembranes mit geformter und Ratschenporengeometrie wurde durch Entwicklung einer eindeutigen elektrochemischen Nanofabrikationsmethode gelöst, die zyklische Anodisation genannt wurde. Deshalb Auslegung von nanomembranes mit komplexer und hierarchischer Porenarchitektur erlaubt uns zum ersten Mal, die Porenform als Strategie für molekulare Trennung zu verwenden. Ein neues Konzept für selektive Molekültrennung unter Verwendung dieser periodischen Nano-ratschen ist in Entwicklung, neue Abscheidungstechnologie zu untermauern (Feige. 3).

Abbildung 3. Nanomembranes mit den geformten Porengeometrie fabriziert durch zyklische Anodisation

Um die Eigenschaften von fabrizierten nanomembranes voranzubringen entwickelten wir einige Strategien für ihr zusätzliches strukturelles und chemisches functionalization, das Modifikationsprozesse wie Metall-Beschichtung mit einbezieht (chemisch und elektrochemisch), Kohlenstoff nanotube Wachstum, Atom- Schichtabsetzung, Plasmapolymerisierung und Oberflächen-functionalization.

Zusammengesetzte nanomembranes, mit genau esteuerten Pore dimeters (unten zu einigen nm), wurden mit Gold, Nickel, Kohlenstoff, Polymeren und nanoparticles ausgeführt. Die Transporteigenschaften und die Größe und die Chemikalienselektivität von Membranen sind beträchtlich verbessert worden, um fordernde Bedingungen für schnelle und selektive molekulare Trennung zu erfüllen.

Die eindeutigen magnetischen, Ionenaustausch-, electrocatalytic und optischen Eigenschaften (SERS, interferometric) dieser Membranen bieten ausgezeichnetes Potenzial, mit der Entwicklung von Chip basierten und Schild-freien nanopore Biosensors für biomedizinische Diagnosen und verpflanzbare Medikamentenverabreichung des besonderen Interesses für unsere Gruppe am Forschungsinstitut Ians Wark an.


Bezüge

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Copyright AZoNano.com, Dr. Dusan Losic (Forschungsinstitut Ians Wark, Universität von Süd-Australien)

Date Added: Nov 4, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:13

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