Membrane Selettive di Graphene Sfruttando i Difetti Naturali di Nanopore: Un'Intervista con Prof. Rohit Karnik

L'Intervista condotta Vicino Soutter

Autore Corrispondente: Il Professor Rohit Karnik, karnik@mit.edu
Professore Associato di Ingegneria Meccanica, MIT

In questa intervista della Guida di Pensiero, Prof. Rohit Karnik dal MIT dice Soutter circa il suo lavoro sulle membrane del graphene. Il gruppo di Prof. Karnik recentemente ha scoperto che il graphene prodotto tramite di deposizione chimica in fase di vapore non è una superficie perfetta e perfetta, ma contiene i nanopores intrinsechi, che possono permettere che il graphene sia usato per le membrane selettive con le portate molto alte.

La WS: Potete farci una breve introduzione al vostro lavoro sulle membrane del graphene?

RK: Stiamo sviluppando le membrane funzionali che usano il graphene come il materiale selettivo. Nel nostro lavoro recente, che è stato pubblicato in ACS Nano, da costruzione le membrane del graphene in cui un singolo livello da 252 millimetri di graphene sviluppato tramite di deposizione chimica in fase di vapore (CVD) è collocato su un supporto poroso della membrana del policarbonato. Abbiamo trovato che il graphene di CVD ha avuto fori intrinsechi nell'intervallo di grandezza di 1-15 nanometro, che ha permesso preferenziale il trasporto di più piccole molecole mentre bloccando quei più grandi.

La WS: Che Cosa in primo luogo vi ha incitato a decidere di lavorare con graphene?

RK: Quando abbiamo cominciato pensare alle membrane per depurazione delle acque più di tre anni fa, il graphene era attraente dovuto il suo spessore meccanico notevole del atomico-disgaggio e di concentrazione. La Ricerca aveva indicato che il graphene incontaminato è impermeabile anche ad elio, ma egualmente è stato conosciuto che il graphene può contenere i difetti.

Lo spessore molto basso della membrana si pensa che fornisca le alte portate, mentre la capacità di sostenere i difetti del poro ha significato che il graphene ha avuto il potenziale di permettere selettivamente che gli ioni o le molecole passino da parte a parte.

Questi pori possono potenzialmente avere le dimensioni differenti e gruppi funzionali, che rende il graphene abbastanza distinto dalle membrane attuali. Lo abbiamo invitare per presentare i beni interessanti del trasporto che non possono essere raggiunti facilmente facendo uso di altri materiali. Secondariamente, la lavorazione delle membrane del graphene è più semplice delle membrane fatte da altri nanomaterials.

Questi aspetti rendono a graphene una piattaforma molto distinta e di promessa per una nuova classe di membrane e quindi abbiamo cominciato lavorare verso la realizzazione pratica delle membrane del graphene.

Dopo Che abbiamo iniziato il lavoro in questa area, altri gruppi hanno mostrato il potenziale di graphene per le separazioni e la desalificazione del gas facendo uso delle simulazioni su elaboratore e un gruppo appena recentemente ha osservato il trasporto selettivo del gas tramite le membrane microscopiche del graphene. Questi sviluppi preannunciano molto bene per il futuro delle membrane del graphene.

La WS: Perché nessuno ha potuto scoprire prima e caratterizzare questi difetti in pellicole del graphene?

RK: La ricerca di Graphene è dominata dalle applicazioni nell'elettronica ed in fotoniche. In questo caso, i più grandi pori che abbiamo osservato siamo meno importanti che altre funzionalità quali i limiti di granulo, barriere, difetti di punto (che non sono abbastanza pori) ed interfacce. Il Più, graphene di CVD, che può essere sintetizzato sopra le ampie aree, esegue male per le applicazioni elettroniche ed è svantaggiato sopra i moduli più incontaminati di graphene

Tuttavia, il graphene di CVD è probabile essere utilizzato in membrane dovuto la sue scalabilità e facilità della lavorazione. I più grandi pori che permettono le molecole da parte a parte erano quindi soltanto evidenti quando le misure reali del trasporto sono state effettuate sulle membrane da costruzione dal graphene di CVD. 

Secondariamente, il graphene della rappresentazione è notoriamente difficile dovuto la sua trasparenza agli elettroni, la tendenza rovinarsi dalle tensioni utilizzate nella maggior parte dei microscopi elettronici della trasmissione e la tendenza ad attirare gli agenti inquinanti quando un fascio di elettroni splende su durante la rappresentazione.

Il Raggiungimento della risoluzione atomica sui campioni del graphene richiede non facilmente i microscopi specializzati che sono molto rari ed accessibile ai ricercatori. Eravamo fortunati collaborare con il Dott. Idrobo dei Laboratori Nazionali di Oak Ridge, che ci hanno permesso di visualizzare questi pori con risoluzione atomica.

La WS: Potete descrivere alcune delle applicazioni potenziali di questa scoperta?

RK: Vedo il nostro lavoro in un primo tempo nello sviluppo delle membrane pratiche del graphene. La membrana che abbiamo fatto forse ha limitato l'utilità nel suo modulo attuale, ma il lavoro dimostra la fattibilità di creazione delle membrane del graphene di ampia area in cui la selettività si comunica dai pori del nanometro-disgaggio in un livello di graphene atomico spesso.

Il campo è spalancato di qui, particolarmente poichè più controllo è raggiunto sopra i pori nel graphene. Le applicazioni Potenziali comprendono la filtrazione di campioni biologici o altri con i tempi di lavorazione diminuiti, gli alti filtri da acqua di portata rimuovere gli agenti patogeni o gli agenti inquinanti, la desalificazione dell'acqua, le separazioni del gas ed altre.

La WS: L'applicazione commerciale Su Più Vasta Scala delle membrane del graphene senza dubbio sarà un certo modo fuori è là tutti gli applicazioni o viali su scala ridotta della ricerca che saranno aperti per prospezione?

RK: Penso che ci possano essere alcune applicazioni pratiche accessibili su un su scala ridotta - per esempio, membrane di taglio del peso molecolare per le applicazioni biologiche. In questo caso, le membrane del graphene possono ridurre significativamente tempo di lavorazione dovuto l'alta portata. I campioni Biologici sono costosi e le membrane sono eliminate dopo che il primo uso impedire la contaminazione, in modo dai vantaggi disponibili qui è potenzialmente enormi.

Un'Altra possibilità è filtri da acqua portatili. La barra per questi generi di applicazioni è molto più bassa delle applicazioni più trincerate come le membrane su grande scala di desalificazione di osmosi inversa. Le membrane di Graphene sono probabili penetrare questi più piccoli servizi in primo luogo. Tuttavia, chi conosce che nuove innovazioni ed applicazioni può venire?

La WS: Come possono i beni dei pori nel graphene essere gestiti per essere adatti a questi scenari ampiamente varianti?

RK: Queste sono parecchie possibilità per gestire i pori nel graphene. Un gruppo dall'Università di Colorado recentemente ha indicato che un tipo incisione ossidativa comunica la selettività del gas alle aree microscopiche di graphene. Altri hanno indicato che lo ione o il bombardamento dell'elettrone può creare e coltivare i pori, ma ancora sulle aree microscopiche.

Possono i simili metodi applicarsi a queste membrane di più grande area? Sì, se impieghiamo alcuni approcci abili per minimizzare l'attraversare la qualità intrinseca diserta. Che Cosa abbiamo trovato è che i difetti intrinsechi rappresentano meno di 1% dell'area del graphene. Quel lascia il 99% rimanente da costruire con i pori. Questi pori possono più ulteriormente essere functionalized con differenti gruppi e materiali chimici per sintonizzare la loro selettività.

Il tasto a raggiungere i beni di trasporto controllati attraverso i pori su misura si troverà nello sviluppo delle architetture della membrana che eliminano o minimizzano “colano„ dalla scelta dei materiali di supporto appropriata, o attraverso altri mezzi.

La WS: Che Cosa i punti seguenti nella vostra propria ricerca saranno?

RK: Siamo corrente funzionamento sui metodi controllably per generare i pori e dimostrare reali attraversano la filtrazione di piccoli molecole o sali tramite le membrane del graphene (nel lavoro che attuale abbiamo messo a fuoco sulla diffusione tramite la membrana).

La WS: Dove possiamo trovare più informazioni sul vostro lavoro?

RK: Potete leggere più circa il nostro lavoro in ACS Nano. Il Nostro sito Web del gruppo di ricerca egualmente è tenuto aggiornato con le nostre ultime pubblicazioni.

Clicchi qui per scoprire più circa i nanopores del graphene su AZoNano.

 

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

Last Update: 26. June 2014 00:02

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