Membranas Selectivas de Graphene Explotando los Defectos Naturales de Nanopore: Una Entrevista con Profesor Rohit Karnik

La Entrevista conducto Cerca Soutter

Autor Correspondiente: Profesor Rohit Karnik, karnik@mit.edu
Profesor Adjunto de la Ingeniería Industrial, MIT

En esta entrevista del Arranque De Cinta del Pensamiento, Profesor Rohit Karnik del MIT informa Soutter sobre su trabajo sobre las membranas del graphene. Las personas de Profesor Karnik descubrieron recientemente que el graphene producido por la deposición de vapor químico no es una superficie perfecta, sin defectos, pero contienen los nanopores intrínsecos, que pueden permitir que el graphene sea utilizado para las membranas selectivas con flujos muy altos.

WS: ¿Puede usted darnos una introducción abreviada a su trabajo sobre las membranas del graphene?

RK: Estamos desarrollando las membranas funcionales que utilizan el graphene como el material selectivo. En nuestro trabajo reciente, que se ha publicado en ACS Nano, fabricamos las membranas del graphene donde una única capa de 252 milímetros de graphene crecida por la deposición de vapor químico (CVD) se pone en un soporte poroso de la membrana del policarbonato. Encontramos que el graphene del CVD tenía agujeros intrínsecos en la gama de tallas de 1-15 nanómetro, que permitió preferencial el transporte de moléculas más pequeñas mientras que cegaba los más grandes.

WS: ¿Qué primero hizo que usted decide a trabajar con el graphene?

RK: Cuando comenzamos a pensar en las membranas para la purificación del agua hace más de tres años, el graphene era atractivo debido a su espesor mecánico notable de la fuerza y de la atómico-escala. La Investigación había mostrado que el graphene prístino es impermeable incluso al helio, pero también era sabido que el graphene puede contener defectos.

Se prevee que el espesor muy inferior de la membrana proporcione a altos flujos, mientras que la capacidad de sostener defectos del poro significó que el graphene tenía el potencial de permitir selectivamente que los iones o las moléculas pasen a través.

Estos poros pueden potencialmente tener diversas tallas y grupos funcionales, que hace el graphene muy distinto de las membranas existentes. Preveímos que exhibiera las propiedades de transporte interesantes que no se pueden lograr fácilmente usando otros materiales. En Segundo Lugar, la fabricación de las membranas del graphene es más simple que las membranas hechas de otros nanomaterials.

Estos aspectos hacen graphene una plataforma muy distinta y prometedora para una nueva clase de membranas, y por lo tanto comenzamos a trabajar hacia la realización práctica de las membranas del graphene.

Después De Que comenzáramos el trabajo en esta área, otros grupos mostraron el potencial del graphene para las separaciones y la desalación del gas usando simulaciones por ordenador, y un grupo apenas observó recientemente transporte selectivo del gas a través de las membranas microscópicas del graphene. Estos progresos presagian muy bien para el futuro de las membranas del graphene.

WS: ¿Por Qué nadie ha podido descubrir y caracterizar estos defectos en películas del graphene antes?

RK: La investigación de Graphene es dominada por aplicaciones en electrónica y photonics. En este caso, los poros más grandes que observamos somos menos importantes que otras características tales como límites de grano, bordes, defectos de punta (que no es muy poros), e interfaces. El Más, el graphene del CVD, que se puede sintetizar sobre áreas extensas, se realiza mal para las aplicaciones electrónicas y es menos favorecido sobre formularios más prístinos del graphene

Sin Embargo, el graphene del CVD es probable ser utilizado en las membranas debido a su capacidad de conversión a escala y facilidad de la manufactura. Los poros más grandes que permiten las moléculas eran a través por lo tanto solamente evidentes cuando las mediciones reales del transporte fueron hechas en las membranas fabricadas de graphene del CVD. 

En Segundo Lugar, el graphene de la proyección de imagen es notorio difícil debido a su diapositiva a los electrones, a la propensión de conseguir dañado por los voltajes usados en la mayoría de los microscopios electrónicos de la transmisión, y a la tendencia de atraer los contaminantes cuando un haz electrónico brilla en él durante proyección de imagen.

Lograr la resolución atómica en muestras del graphene requiere los microscopios especializados que son muy raros, y no fácilmente accesible a los investigadores. Éramos afortunados colaborar con el Dr. Idrobo de los Laboratorios Nacionales de la Oak Ridge, que nos permitieron visualizar estos poros con la resolución atómica.

WS: ¿Puede usted contornear algunas de aplicaciones potenciales de este descubrimiento?

RK: Veo nuestro trabajo en primer lugar en el revelado de las membranas prácticas del graphene. La membrana que hemos hecho quizás ha limitado utilitario en su actual formulario, pero el trabajo demuestra la viabilidad de crear las membranas del graphene de la área extensa donde la selectividad es comunicada por los poros de la nanómetro-escala en una capa atómico gruesa de graphene.

El campo está abierto de par en par de aquí, especialmente pues más mando se logra sobre los poros en graphene. Las aplicaciones Potenciales incluyen la filtración de muestras biológicas u otras con tiempos de procesamiento reducidos, los altos filtros de agua del flujo para quitar patógeno o los contaminantes, la desalación del agua, las separaciones del gas, y otras.

WS: ¿La aplicación comercial A Mayor Escala de las membranas del graphene no quiere ninguna duda sea una cierta manera lejos - hay avenidas de las aplicaciones o de la investigación de una escala más pequeña que sean abiertas para la exploración?

RK: Pienso que puede haber algunas aplicaciones prácticas accesibles en un a escala reducida - por ejemplo, las membranas del atajo del peso molecular para las aplicaciones biológicas. En este caso, las membranas del graphene pueden reducir importante el tiempo de procesamiento debido al alto flujo. Las muestras Biológicas son costosas, y se disponen las membranas después de que el primer uso de prevenir la contaminación, así que las ventajas disponibles aquí sean potencialmente enormes.

Otra posibilidad es filtros de agua portátiles. La barra para estas clases de aplicaciones es mucho más inferior que aplicaciones afianzadas como las membranas en grande de la desalación de la osmosis reversa. Las membranas de Graphene son probables penetrar estos mercados más pequeños primero. ¿Sin embargo, quién sabe qué nuevas innovaciones y aplicaciones pueden subir?

WS: ¿Cómo se pueden las propiedades de poros en graphene controlar para adaptarse a estos decorados extensamente diversos?

RK: Éstas son varias posibilidades para controlar los poros en graphene. Un grupo de la Universidad de Colorado mostró recientemente que un tipo de aguafuerte oxidativa comunica selectividad del gas a las áreas microscópicas del graphene. Otros han mostrado que el ión o el bombardeo del electrón puede crear y crecer poros, pero otra vez en áreas microscópicas.

¿Se Pueden los métodos similares aplicar a estas membranas de un área más grande? Sí, si empleamos algunas aproximaciones listas para disminuir el atravesar lo intrínseco deserta. Qué encontramos es que los defectos intrínsecos explican menos el de 1% del área del graphene. Ese deja el 99% restante que se dirigirá con los poros. Estos poros se pueden functionalized más lejos con los diversos grupos y materiales químicos para sintonizar su selectividad.

El clave a lograr propiedades de transporte controladas a través de poros específicos mentirá en el revelado de las configuraciones de la membrana que eliminan o disminuyen “se escapan” por la opción apropiada de los materiales de soporte, o por otros medios.

WS: ¿Cuáles los pasos de progresión siguientes en su propia investigación serán?

RK: Somos actualmente funcionamiento en los métodos controllably para generar poros y demostrar reales atraviesan la filtración de pequeñas moléculas o sales a través de las membranas del graphene (en el actual trabajo que nos centramos en la difusión a través de la membrana).

WS: ¿Dónde podemos encontrar más información sobre su trabajo?

RK: Usted puede leer más sobre nuestro trabajo en ACS Nano. Nuestro Web site del grupo de investigación también se mantiene actualizado con nuestras últimas publicaciones.

Haga Clic aquí para descubrir más sobre nanopores del graphene en AZoNano.

 

Date Added: Oct 31, 2012 | Updated: Jun 25, 2014

Last Update: 26. June 2014 00:25

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