Nanopore の自然な欠陥の開発による Graphene の選択的な膜: 教授との Rohit Karnik インタビュー

行なわれるインタビューは Soutter

対応する著者: Rohit Karnik、 karnik@mit.edu 教授
機械工学の助教授、 MIT

この思考のリーダーのインタビューでは、 Rohit Karnik MIT からの教授は Graphene の膜の彼の作業についての Soutter 言います。 Karnik 教授のチームは最近化学気相堆積によって作り出される graphene が完全で、完全な表面ではないが検出しましたり、 graphene が非常に高い流動度の選択的な膜に使用するようにするかもしれない本質的な nanopores をことを含んでいます。

WS: graphene の膜の作業に私達に短い導入を与えることができますか。

RK: 私達は選択的な材料として graphene を使用する機能膜を発達させています。 Nano ACS で出版された私達の最近の作業では、私達は化学気相堆積によって育つ graphene の2 単一の 25 の mm の層が多孔性のポリカーボネートの (CVD)膜サポートに置かれる graphene の膜を製造しました。 私達は CVD の graphene に優先的に間より大きい物を妨げるより小さい分子の輸送を可能にした 1-15 nm のサイズの範囲の本質的な穴があったことが分りました。

WS: 何が最初に graphene を使用することにさせますか。

RK: 私達が前に浄水のための膜について 3 年以上考え始めたときに graphene は驚くべき機械強さおよび原子スケールの厚さが魅力的な原因でした。 研究は graphene が欠陥を含むことができることが原始的な graphene がヘリウムに不浸透性であるが、また知られていましたことを示しました。

膜の非常に低い厚さは graphene に選択式にイオンか分子が渡るようにする潜在性があったことを気孔の欠陥を支える機能は意味したが高い流動度を提供すると期待されます。

これらの気孔は可能性としては異なったサイズおよび基があることができます既存の膜から graphene をかなり個別に作る。 私達は他の材料を使用して容易に達成することができない興味深い輸送特性を表わすとそれが期待しました。 2 番目に、 graphene の膜の製造は他の nanomaterials からなされる膜より簡単です。

これらの面は graphene に膜の新しいクラスのための非常に個別および有望なプラットホームを作り、従って私達は graphene の膜の実用的な認識の方に働き始めました。

私達がこの領域の作業を開始した後、他のグループは計算機シミュレーションを使用してガスの分離および脱塩のための graphene の潜在性を示し、ちょうどグループは顕微鏡の graphene の膜を通して最近選択的なガスの輸送を観察しました。 これらの開発は graphene の膜の未来の間とてもよく前兆をしめします。

WS: 誰もなぜ graphene のフィルムのこれらの欠陥を前に検出し、特徴付けられませんでしたか。

RK: Graphene の研究は電子工学および photonics のアプリケーションによって支配されます。 この場合、私達がである観察した粒界のような他の機能よりより少なく重要より大きい (かなり気孔ではない) 気孔、端、ポイント欠陥、およびインターフェイス。 プラス、大きい領域に総合することができる CVD の graphene は電子アプリケーションのために不完全に行い、 graphene のより原始的な形式にあまり好意をもたれていないです

ただし、 CVD の graphene は本当らしいです製造のスケーラビリティそして容易さによる膜で使用されるために。 従って分子を可能にするより大きい気孔は実際の輸送の測定が CVD の graphene から製造された膜でなされたときにだけ明白でした。 

2 番目に、イメージ投射 graphene は電子へ電子ビームがイメージ投射の間にそれで照るときほとんどの伝達電子顕微鏡で使用される電圧によって傷つけられて得る悪名高く過透性、汚染物を引き付ける傾向および傾向が困難な原因です。

graphene のサンプルの原子解像度を達成することは非常にまれである、研究者に簡単にアクセスできない必要とし専門にされた顕微鏡を。 私達は私達が原子解像度のこれらの気孔を視覚化することを可能にしたオーク・リッジの国立研究所の先生と Idrobo 協力するために幸運でした。

WS: この発見の潜在的なアプリケーションのいくつかの輪郭を描くことができますか。

RK: 私は実用的な graphene の膜の開発の私達の作業を手始めとして見ます。 私達が多分作った膜は現在の形式のユーティリティ、作業を示します選択率が graphene の原子的に厚い層のナノメータースケールの気孔によって与えられる大き領域の graphene の膜を作成する可能性を限定しましたが。

フィールドは特に graphene の気孔のより多くの制御が達成されるので、ここから十分に開いたです。 潜在的なアプリケーションは減らされた処理時間、高い流動度水フィルター病原体か汚染物を、水脱塩除去する、ガスの分離、および他の生物的か他のサンプルのろ過を含んでいます。

WS: graphene の膜の大規模な商用アプリケーションは間違いなく以外の方法そこにあります調査のために開発される小規模アプリケーションか研究の道ですか。

RK: 私は - 例えば、生物的アプリケーションのための分子量の締切りの膜小規模にあるアクセス可能な実用化があるかもしれないことを考えます。 この場合、 graphene の膜は高い流動度による処理時間にかなり削減するかもしれません。 生物的サンプルは高く、汚染を防ぐ最初使用従って使用できる利点がここに可能性としては巨大だった後膜は捨られます。

もう一つの可能性は携帯用水フィルターです。 これらの種類のアプリケーションのための棒は大規模な逆浸透の脱塩の膜のようなより塹壕で防備されたアプリケーションより大いに低いです。 Graphene の膜は本当らしいですこれらのより小さい市場を最初に突き通すために。 しかしどんな新しい革新およびアプリケーションがアップするかもしれないか、だれが確認しますか。

WS: どのように graphene の気孔の特性はこれらの広くさまざまなシナリオに適するために制御することができますか。

RK: これらは graphene の気孔を制御する複数の可能性です。 コロラド州の大学からのグループは最近タイプの酸化エッチングが graphene の顕微鏡領域にガスの選択率を与えることを示しました。 他は顕微鏡領域でイオンか電子衝突が気孔を作成し、育てることができる再度ことを示しました。

同じような方法はこれらの大きい領域の膜に適用することができますか。 本質的な欠陥による流れを最小化するために私達がある利発なアプローチを用いれば、はい。 私達が見つけたものは本質的な欠陥がを graphene 領域の 1% 以下説明することです。 その気孔と設計されるべき残りの 99% を残します。 これらの気孔は異なった化学グループおよび材料と選択率を調整するために更に functionalized かもしれません。

注文仕立ての気孔を通した制御された輸送特性の達成へのキーはサポート資料の適切な選択によって 「漏る」、または他の手段による開発に除去するか、または最小化する膜アーキテクチャのあります。

WS: 次のステップは何あなた自身の研究のですか。

RK: 私達は controllably 気孔を生成し、 graphene の膜を通して小さい分子のろ過流れによって実際をまたは塩示す方法の現在の働きです (私達が膜を通して拡散に焦点を合わせた) 現在の作業で。

WS: 私達はどこで作業についてのより多くの情報を見つけてもいいですか。

RK: Nano ACS の私達の作業についての詳細を読むことができます。 私達の研究グループのウェブサイトはまた私達の最新の出版物と更新済保たれます。

AZoNano の graphene の nanopores についての詳細を調べるためにここにクリックして下さい

 

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

Last Update: 26. June 2014 00:05

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