There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Материалы Nanoscale Многофункциональные: Природа Воодушевила Иерархические Зодчеств

Профессор Sharmila M. Mukhopadhyay, Директор, Центр для Материалов Nanoscale Многофункциональных, Государственный Университет Wright,
Соответствуя автор: smukhopa@wright.edu

Введение

Самое большое разнообразие эффективных и шикарных многофункциональных материалов увидено в естественных биологических системах, которые очень редко происходят в простых геометрических формах традиционных искусственных материалов. Для биоматериалов, котор включили в процессы отнесенные поверхност-интерфейсом, общяя геометрия включает капилляры, дентриты, волос, или ребр-как приложения поддержанные на более больших субстратах. Может быть полезно включать подобные иерархическаяа структура в конструкции и изготовлении многофункциональных синтетических материалов которые включают поверхностные чувствительные функции как воспринимать, реактивность, переход хранения обязанности, термальных/электрических или переход усилия.

Если одно было выбрать основное вещество для создавать такие структуры, то графитообразный углерод возможно будет самыми разносторонними. Шестиугольные листы углерода sp2 могут иметь беспрецедентную механически прочность, электрическую и термальную проводимость внутри плоскость, но более слабую скреплени-прочность и проводимости нормальные к плоскостям. Поэтому, свойства твердых тел основанных graphene могут часто быть продиктованы относительной ориентацией шестиугольных плоскостей в общем твердом теле.

Среди различных графем-основанных структур, nanotubes углерода (CNT) могут быть соответствующими строительными блоками для biomimetic иерархическая структура, должными к их геометрии и размерам. Сверх Того, разумное доказательство в литературе1,2 что много из их электрических, термальных, механически и магнитных свойств можно портняжничать хотя управление радиуса, chirality, спиралеобразности, и штабелировать то можно, в свою очередь, контролировать через параметры процесса.

Недавние Выдвижения

Направляется, что Значительно усилие в лабораторию Др. Mukhopadhyay's изготовляет и понимать материалы включая множественные маштабы и функциональности длины. Это просмотрение сфокусирует на nanotubes углерода прикрепленных на более больших графитообразных твердых телах, которые могут заколебаться от простого плоского графита к сложное клетчатому пенятся открыт-соединяющ пористость.

Пористые сетчатые микроструктуры могут поступать как облегченные твердые тела обеспечивая значительно более высокую поверхностную область сравненную для того чтобы компактировать одни. В зависимости от что прикреплено на их поверхностях, или какое матрица проинфильтрирована в их, эти структуры сердечника можно envisioned в большом разнообразии поверхностноактивных компонентов или смесей сет-формы. Если nanotubes можно прикрепиться в порах, то поверхностная зона внутри, котор дали космос может быть увеличена несколькими порядков величины, таким образом увеличивая мощь любой пожеланной поверхностной функциональности3.

Эта принципиальная схема может звучать прямодушной, но до очень недавно, не будут никаких установленных процедур для создавать сильно прикрепленные nanotubes на неровных пористых материалах. Новейшие разработки в этой группе делали это возможной, спасибо nano-слой прекурсора реактивной окиси3-5 который можно создаться в плазме микроволны. Это открытое поднимающее вверх возможность принимать функциональный материал любых формы и размера, и прикреплять nanotubes на их для добавленной поверхностной функциональности. На Диаграмму 1 показано изображения CNT прикрепленные на пористой графитообразной пене полученной этим процессом.

Диаграмма 1. Иерархический пористый углерод созданный путем прикреплять nanotubes на микропористой пене. Изображения на различных увеличениях: (a) 50X (b) 500X (c) 20.000 X и (d) 150.000 X.

Когда этот тип сердечника пены проинфильтрирован с материалом матрицы как эпоксидная смола, сверхнормальная площадь границы раздела причиняет значительный рост в межпластинной прочности между 2 участками. На Диаграмму 2 показано механически результаты теста на смесях пен-эпоксидной смолы созданных с и без приложения CNT. Пена постоянного посетителя формирует хрупкую смесь которая разрушает в обжатии, только CNT-прикрепленные формы пены дуктильная смесь которая позволяет обширной пластичной деформации. Эти материалы пены теперь испытываются как возможные леса для биомедицинских смесей.

Диаграмма 2. испытание Обжатия образцов пен-эпоксидной смолы составных: сравнение пенится с и без приложения CNT. сжатие-деформация (a) прокладывает курс, фотоснимок (b) необработанной смеси пен-эпоксидной смолы после того как испытывающ (хрупкая смесь легко задавлена), фотоснимок (b) смеси сделанный с CNT-прикрепленной пеной после испытывать (значительно более грубая смесь которая деформирует без ломать). Все испытание пробует имело начинать размеры кубика 6X6X6 mm.

На Диаграмму 3 показано клетки косточки выращиванные в питательной среде: на их. Анализы Изображения и биологические assays показывают что приложение CNT приводит к в более высокой плотности клеток косточки улучшая биологическую функцию. В Виду Того Что графит очень biocompatible, эти типы иерархических клетчатых смесей могут быть перспективнейшими выбранными для будущих биомедицинских implants.

Диаграмма 3. выращиванные в питательной среде: клетки Косточки на пене: (a) Изображения Электронного Кинескопа показывая клетки растут хорошо на Клетке пены углерода (b) пятная изображения показывая детали ядр (голубых) и Цитоплазмы (пинка).

В дополнение к составному образованию с материалами матрицы, поверхности этих структур можно functionalized как необходимы для электрохимических и других поверхност-чувствительных применений. На Диаграмму 4 показано nanoparticles Pd прикрепленные на CNT-прикрепленных структурах приводящ к в миниатюрном твердом теле с исключительнейше высокой электрохимической деятельностью. Эти структуры в настоящее время испытываются для хранения водопода и очищения воды.

Диаграмма 4. прикрепленные nano-частицы Палладиума на материале CNT-пены Диаграммы 1. Эта структура показывает исключительнейше высокую каталитическую деятельность, и имеет много потенциальных применений.

В сводке, Матушка-Природа всегда использовала иерархическаяа структура как капилляры и дентриты для того чтобы увеличить поверхностную зону и отнесенную функциональность живущих приборов. Материальные научные работники как раз начинают использовать эту принципиальную схему и создавать структуры где nanotubes можно прикрепиться к более большим поверхностям и затем functionalized. Эта статья упоминает только малый забор материалов и приборов которые могут быть увеличены этим методом. В принципе, еще многие применений можно envisioned и создаться. По Мере Того Как новые зодчеств превращаются, новая волна поверхност-чувствительных приборов отнесла к воспринимать, катализирование, фото-voltaics, леса клетки, и применения хранения газа прыгнуты для следования.


Справки

1. Питер J.F. Херрис, «Наука Nanotube Углерода: Синтез, Свойства и Применения», Давление Кембриджского Университета, (2009).
2. M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Phaedon Avouris, «Углерод Nanotubes: Синтез, Структура, Свойства и Применения», Спрингер, (2001).
3. S.M. Mukhopadhyay, A. Karumuri и I.T. Барни, «Иерархические nanostructures nanotube прививая на пористых клетчатых поверхностях», J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 195503, (2009).
4. R.V. Pulikollu, S.R. Higgins, S.M. Mukhopadhyay, «Модельные изучения нуклеации и роста покрытий окиси nanoscale соответствующих для изменения микропористого и nano-составленного углерода.» Прибой. Пальто. Technol., 203, 65-72, (2008).
5. R.V. Pulikollu и S.M. Mukhopadhyay, «покрытия Nanoscale для управления interfacial скреплений и роста nanotube», Appl. Прибой. Sci. 253, 7342-7352, (2007).

Авторское Право AZoNano.com, Профессор Sharmila M. Mukhopadhyay (Университет Wright)

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

Last Update: 13. June 2013 23:39

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit