Engenharia de Nanomembranes para Aplicações Emergentes

Dr. Dusan Losic, Instituto de Investigação de Ian Wark, Universidade do Sul da Austrália, Austrália
Autor Correspondente: dusan.losic@unisa.edu.au

As Membranas jogam um papel essencial na natureza também em muitas indústrias que incluem o tratamento da água, a energia, a saúde e o agro-negócio, onde as tecnologias comerciais da membrana usando as membranas poliméricos e cerâmicas sintéticas foram usadas pelos 50 anos passados há. Com um mercado do anuário avaliado de aproximadamente $10 bilhões e de mercados emergentes para aplicações da membrana em células combustíveis, em produção do hidrogênio, em produção da agua potável, em tratamento de águas residuais, em controle de poluição do ar, em catálise, na transformação de produtos alimentares, na entrega da droga, e em dispositivos médicos.

Nanoscience e a nanotecnologia são reconhecidos como a estratégia chave para melhorar convencional e desenvolver tecnologias novas da membrana explorando nanomaterials novos e processos da nano-escala. A revelação dos nanomembranes novos que usam aproximações avançadas da nanofabricação tem progredido ràpida nos últimos anos, e sua aplicação além dos processos da separação é prolongada em áreas de nova aplicação.

O Dr. Losic e seu grupo de investigação no Instituto de Investigação de Ian Wark (IWRI), Universidade do Sul da Austrália, Adelaide, está trabalhando na revelação de nanomembranes novos com particular destaque em projetar suas propriedades funcionais específicas para aplicações emergentes, incluindo separações moleculars visadas, biosensing, e a entrega implantable da droga (Fig.1). A aproximação é inspirada directamente por natureza, por exemplo as membranas do biosilica nas diatomáceas (únicas algas da pilha) onde os princípios bio-mimetic são aplicados para a revelação das funções chaves da membrana tais como o transporte molecular selectivo, o transporte da energia e a sinalização (detecção).

Figura 1. Nanomembranes para aplicações emergentes: a) separações moleculars, b) biosensing e c) entrega da droga

Para projectar nanomembranes com funções desejadas e propriedades, o grupo do Dr. Losic desenvolveu uma série de protocolos da fabricação para controlar precisamente seus parâmetros mais críticos, incluindo diâmetros do poro, geometria do poro e química da superfície. O processo eletroquímico auto-pedindo é seleccionado como a aproximação da nanofabricação porque é simples, barato, litografia livre e altamente flexível executar a engenharia estrutural no nanoscale.

Estruturas Típicas do nanomembrane (óxido da alumina) fabricadas rotineiramente em nossos canais altamente organizados, verticalmente alinhados da mostra do laboratório (Fig. 2) do poro com as dimensões estruturais verificáveis, incluindo os diâmetros do poro (10-200 nanômetro), as distâncias do inter-poro (50 a 400 nanômetro), prolongamento alto do poro, densidade do poro (µm9 10 -11 10-2 cm), porosidade (10- 70%), espessura da membrana (1 - 500), e thermal excelente, estabilidade química e bio-compatibilidade. As características estruturais dos nanomembranes podem facilmente ser controladas e tunned ajustando circunstâncias (eletrólito, tensão, corrente, temperatura e tempo) durante a fabricação.

Figura 2. imagens de SEM de estruturas de poro dos nanomembranes (óxido da alumina) fabricados pela anodização electroquímica auto-pedindo. A) superfície superior e b) secção transversal

O problema desafiante de fabricar nanomembranes com geometria dado forma e da catraca do poro foi resolvido com a revelação de um método eletroquímico original da nanofabricação chamado anodização cíclica. Conseqüentemente o projecto dos nanomembranes com arquiteturas complexas e hierárquicas do poro permite que nós pela primeira vez usem a forma do poro como uma estratégia para a separação molecular. Um novo conceito para a separação selectiva da molécula que usa estas nano-catracas periódicas é em desenvolvimento sustentar a tecnologia nova da separação (Fig. 3).

Figura 3. Nanomembranes com as geometria dadas forma do poro fabricadas pela anodização cíclica

Para avançar as propriedades de nanomembranes fabricados nós desenvolvemos diversas estratégias para seu functionalization estrutural e químico adicional que envolve processos da alteração tais como o revestimento de metal (químico e eletroquímico), o crescimento do nanotube do carbono, o depósito atômico da camada, a polimerização do plasma, e o functionalization de superfície.

Os nanomembranes Compostos, com os dimeters precisamente controlados do poro (para baixo aos alguns nanômetro), foram projectados com ouro, níquel, carbono, polímeros e nanoparticles. As propriedades de transporte e o tamanho e a selectividade do produto químico das membranas foram melhorados significativamente para cumprir exigências de exigência para a separação molecular rápida e selectiva.

As propriedades originais magnéticas, da troca iónica, as electrocatalytic e as ópticas (SERS, interferometric) destas membranas oferecem o potencial excelente, com a revelação de biosensors baseados e etiqueta-livres da microplaqueta do nanopore para diagnósticos biomedicáveis e a entrega implantable da droga do interesse particular para nosso grupo no Instituto de Investigação de Ian Wark.


Referências

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Copyright AZoNano.com, Dr. Dusan Losic (Instituto de Investigação de Ian Wark, Universidade do Sul da Austrália)

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

Last Update: 13. June 2013 23:36

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