Nanoscale 다기능 물자: 성격은 계층 아키텍쳐를 고무시켰습니다

디렉터, Nanoscale 다기능 물자를 위한 센터, Wright 주립 대학, Sharmila M. Mukhopadhyay 교수,
대응 저자: smukhopa@wright.edu

소개

능률 적이고 및 우아한 다기능 물자의 가장 큰 다양성은 전통적인 인공 물자의 간단한 기하학적인 모양에서 아주 드물게 생기지 않는 자연적인 생물 체계에서 보입니다. 표면 공용영역 관련 프로세스에서 관련시킨 생체 적합 물질을 위해, 일반적인 기하학은 모세관, 모수석, 더 큰 기질에 지원된 부착 탄미익 같이 머리를, 또는 관련시킵니다. 느끼고는 반응성, 책임 저장의, 열/전기 수송 또는 긴장 이동과 같은 지상 과민한 기능을 관련시키는 다기능 합성 물질의 디자인 그리고 제작에 있는 유사한 계층적 구조를 통합하는 것이 유리할지도 모릅니다.

사람이 그 같은 구조물을 만들기를 기본 물자를 선정하기 위한 것인 경우에, 석묵 탄소는 아마 가장 다재다능할 것입니다. sp2 탄소의 6각형 장에는 비행기 내의 전례가 없는 기계적인 병력, 전기 및 열 전도도, 그러나 비행기에 일반 더 약한 유대 병력 및 전도도가 있을 수 있습니다. 그러므로, graphene에 기지를 둔 고체의 속성은 전반적인 고체에 있는 6각형 비행기의 상대적인 오리엔테이션에 의해 수시로 지시될 수 있습니다.

각종 서기소 기지를 둔 구조물 사이에서, 탄소 nanotubes는 (CNT) 그들의 기하학 및 차원 때문에 biomimetic 계층적 구조를 위한 적당한 빌딩 블록일 수 있습니다. 더욱 반경, chirality, 헬리시티, 및 그것을1,2 겹쳐 쌓이기의 통제가, 차례차례로 가공 매개변수를 통해 통제될 수 있더라도 그들의 전기, 열의, 기계 적이고와 자기적 성질의 많은 것이 맞추어질 수 있다, 문서에 있는 적당한 기록이 있습니다.

최근 어드밴스

중요한 노력은 박사 실험실에서 Mukhopadhyay 배수 길이 가늠자 및 기능을 관련시키는 물자를 날조하고 이해하는 지시되고 있습니다. 이 검토는 간단한 편평한 흑연에서 복잡한 셀 방식에 거품이 이는 구역 수색할 수 있는 더 큰 석묵 고체에 붙어 있던 탄소 nanotubes에 집중할 것입니다, 유공성을 열려있 상호 연락하.

다공성 셀 방식 구조물은 비교된 현저하게 더 높은 표면을 제공하는 경량 고체 같이 그들을 압축하기 위하여 작동할 수 있습니다. 붙어 있는 무슨이, 매트릭스가 그(것)들에서 침투되는 무슨이에 따라서 그들의 표면에, 이 코어 구조물은 다양한 표면 활성 분대 또는 그물 모양 합성물에서 계획될 수 있습니다. nanotubes가 숨구멍에서 붙어 있을 수 있는 경우에, 주어진 공간 내의 표면은 그로 인하여 어떤 요구한 지상 기능든지의 힘을 증가하는 몇몇 크기 순서에 의해, 증가될 수 있습니다3.

이 개념은 똑바르게 소리가 날지도 모르지만, 아주 최근에까지, 고르지못한 다공성 물자에 강하게 붙어 있던 nanotubes를 만들기를 위한 설치한 절차가 없었습니다. 이 단에 있는 신 개발은 이것을, 마이크로파 플라스마에서 만들 수 있는 민감하는 산화물3-5 의 선구자 nano 층에게 감사 가능하게 했습니다. 이것은 어떤 모양 및 규모든지의 기능적인 물자를 취하고, 추가한 지상 기능을 위해 그(것)들에 nanotubes를 붙이기의 가능성을 엽니다. 숫자 1은 이 프로세스에 의해 장악된 다공성 석묵 거품에 붙어 있던 CNT의 심상을 보여줍니다.

nanotubes를 붙여서 만드는 미세성 거품에 숫자 1. 계층적인 다공성 탄소. 각종 확대에 심상: (a) (c) 20,000 X와 (d) 150,000 50X (b) 500X X.

거품 코어의 이 모형이 에폭시와 같은 매트릭스 물자로 침투될 때 과잉 계면적은 2 단계 사이 interlaminar 병력에 있는 중요한 증가를 일으키는 원인이 됩니다. 숫자 2는 CNT 부착 유무 만든 거품 에폭시 합성물에 기계적인 시험 결과를 보여줍니다. 정규병 거품은 압축에서 박살내는 과민한 합성물, 그러나 CNT 붙어 있던 거품 양식을 광대한 플라스틱 개악을 허용하는 연성이 있는 합성물 형성합니다. 이 거품 물자는 지금 생물 의학 합성물을 위해 가능한 비계로 시험되고 있습니다.

숫자 2. 거품 에폭시 합성 견본의 압축 테스트: 비교는의 CNT 부착 유무 거품이 입니다. (a) 응력 변형은 시험해서 (과민한 합성물은 쉽게 분쇄됩니다), (b) 합성물의 사진이 CNT 붙어 있을 거품으로 시험 후에 만들 후에, (b) 치료되지 않는 거품 에폭시 합성물의 사진 음모를 꾸밉니다 (골절 없이 모양없이 하는) 현저하게 더 거친 합성물. 모든 시험에는 있었습니다 6X6X6 mm 입방체의 차원 시작 간색합니다.

숫자 3은 그(것)들에 경작된 뼈 세포를 보여줍니다. CNT 부착이 생물학 기능을 향상하는 뼈 세포의 고밀도 귀착된다는 것을 심상 분석과 생물학 분석실험은 표시합니다. 흑연이 아주 biocompatible 이기 때문에, 계층적인 셀 방식 합성물의 이 모형은 미래 생물 의학 임플란트를 위한 유망한 후보자일지도 모릅니다.

경작되는 거품에 숫자 3. 뼈 세포: (a) 세포를 보여주는 전자 현미경 심상은 (파란) 핵 및 세포질 (분홍색)의 세부사항을 보여주는 심상을 얼룩이 지는 탄소 거품 (b) 세포에 잘 증가합니다.

매트릭스 물자를 가진 합성 대형 이외에 이 구조물의 표면은 전기화학과 그밖 표면 과민한 응용을 위해 필요에 따라서 functionalized 할 수 있습니다. 숫자 4는 유난히 높은 전기화학 활동을 가진 소형 고체의 결과로 CNT 붙어 있던 구조물에 붙어 있던 Pd의 nanoparticles를 보여줍니다. 이 구조물은 수소 저장과 급수정화를 위해 지금 시험되고 있습니다.

붙어 있는 숫자 1.의 CNT 거품 물자에 숫자 4. 팔라듐 nano 입자. 이 구조물에는 유난히 높은 촉매 활동을 보여주고, 많은 잠재적인 응용이 있습니다.

요약하자면, 대자연은 항상 모세관과 모수석과 같은 계속 살아있는 장치의 표면 그리고 관련 기능을 증가하기 위하여 계층적 구조를 이용합니다. 물자 과학자는 다만 이 개념을 사용하고 nanotubes가 더 큰 표면에 붙어 있어 연속적으로 functionalized 할 수 있는 구조물을 만드는 것을 시작하고 있습니다. 이 약품은 이 기술에 의해 강화될 수 있는 장치와 물자의 단지 작은 표본 추출을 언급합니다. 원칙상, 더욱 많은 응용은 계획되고 만들 수 있습니다. 새로운 아키텍쳐가 발전하기 때문에, 표면 과민한 장치의 새풍조는 의 촉매 작용, 사진 voltaics, 세포 비계와 느끼기 관련되고, 가스 저장 응용은 따르기 위하여 바운스됩니다.


참고

1. 피터 J.F. 해리스, "탄소 Nanotube 과학: 종합, 속성 및 응용", 케임브리지 대학 출판, (2009년).
2. M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Phaedon Avouris, "탄소 Nanotubes: 종합, 구조물, 속성 및 응용", Springer, (2001년).
3. S.M. Mukhopadhyay, A. Karumuri 및 다공성 셀 방식 표면에" 접붙여 I.T. Barney, "nanotube에 의하여 계층적인 nanostructures, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 195503, (2009년).
4. R.V. Pulikollu, S.R. Higgins, S.M. Mukhopadhyay, "미세성의와 nano 구축된 탄소의 수정을 위해 적당한 nanoscale 산화물 코팅의 모형 핵형성과 성장 연구 결과." 파도. 외투. Technol., 203, 65-72, (2008년).
5. R.V. Pulikollu와 S.M. Mukhopadhyay, "계면 유대 및 nanotube 성장의 통제를 위한 Nanoscale 코팅", Appl. 파도. Sci. 253, 7342-7352, (2007년).

, 저작권 AZoNano.com Sharmila M. Mukhopadhyay (Wright 대학) 교수

Date Added: Jan 17, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:23

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