Селективные Мембраны Graphene путем Эксплуатировать Естественные Дефекты Nanopore: Интервью с Prof. Rohit Karnik

Интервью дирижированное Мимо Будет Soutter

Соответствуя Автор: Профессор Rohit Karnik, karnik@mit.edu
Адъюнкт-Профессор Машиностроения, MIT

В этом интервью Руководителя Мысли, Prof Rohit Karnik от MIT говорит Будет Soutter о его работе на мембранах graphene. Команда Prof. Karnik недавно открыла что graphene произведенное низложением химического пара нет совершенной, безупречной поверхности, но содержит внутреннеприсущие nanopores, которые могут позволить graphene быть использованным для селективных мембран с очень высокими расходами потока.

WS: Можете вы дать нам кратко введение к вашей работе на мембранах graphene?

RK: Мы развиваем функциональные мембраны которые используют graphene как селективный материал. В нашей недавней работе, которая была опубликована в ACS Nano, мы изготовили мембраны graphene куда одиночный слой 252 mm graphene, котор росло низложение химического пара (CVD) помещен на пористой поддержке мембраны поликарбоната. Мы нашли что graphene CVD имело внутреннеприсущие отверстия в ряде размера 1-15 nm, который преференциально позволил переходу более малых молекул пока преграждающ более большие одни.

WS: Что сперва сделало вас решить работать с graphene?

RK: Когда мы начали думать о мембранах для очищения воды больше чем 3 лет тому назад, graphene было привлекательные должными к своей замечательной механически толщине прочности и атомн-маштаба. Исследование показало что древнее graphene непомокаемо даже к гелию, но также было знано что graphene может содержать дефекты.

Ожидано, что обеспечивает очень низкая толщина мембраны высокие расходы потока, пока способность вытерпеть дефекты поры значила что graphene имело потенциал выборочно позволить ионам или молекулам пройти до конца.

Эти поры могут потенциально иметь различные размеры и функциональные группы, который делает graphene довольно определенным от существующих мембран. Мы ожидали его для того чтобы показать интересные свойства перехода которых нельзя легко достигнуть используя другие материалы. Secondly, изготовление мембран graphene более просто чем мембраны сделанные от других nanomaterials.

Эти аспекты делают graphene очень определенную и перспективнейшую платформу для нового класса мембран, и мы поэтому начали работать к практически осуществлению мембран graphene.

После Того Как мы начали работу в этой области, другие группы показали потенциал graphene для разъединений и опреснения газа используя имитации компьютера, и группа как раз недавно наблюдала селективным переходом газа через микроскопические мембраны graphene. Эти развития обещают очень хорошо на будущее мембран graphene.

WS: Почему никто могл открыть и охарактеризовать эти дефекты в фильмах graphene раньше?

RK: Исследование Graphene преобладано применениями в электронике и photonics. В этот случай, более большие поры которым мы наблюдали более менее важны чем другие характеристики как границы между зернами, края, дефекты пункта (которые нет довольно пор), и интерфейсы. Положительная Величина, graphene CVD, которое можно синтезировать над обширными районами, выполняет бедно для электронных применений и более менее а над более древний формами graphene

Однако, graphene CVD правоподобно быть использованным в мембранах должных к своим масштабируемости и легкости изготовления. Более большие поры которые позволяют молекулам до конца были поэтому только очевидны когда фактические измерения перехода были сделаны на изготовленных мембранах от graphene CVD. 

Secondly, graphene воображения заведомо трудные должные к своему транспаранту к электронам, пристрастию получить поврежденным напряжениями тока используемыми в большинств просвечивающих электронных микроскопах, и тенденции привлечь загрязняющие елементы когда луч электронов светит на ем во время воображения.

Достигать атомного разрешения на образцах graphene требует специализированных микроскопов которые очень редки, и не легко доступно к исследователям. Мы были удачны для того чтобы сотрудничать с Др. Idrobo Лабораторий Oak Ridge Национальных, которые позволили мы визуализировать эти поры с атомным разрешением.

WS: Можете вы конспектировать некоторые из потенциальных применений этого открытия?

RK: Я вижу нашу работу для начала в развитии практически мембран graphene. Мембрана которую мы делали возможно ограничивала общее назначение в своей присутствующей форме, но работу демонстрирует осуществимость создавать мембраны graphene обширного района где селективность imparted порами нанометр-маштаба в атомно толщином слое graphene.

Поле широко открыто отсюда, специально по мере того как достигано больше управления над порами в graphene. Потенциальные применения включают фильтрацию биологических или других образцов с уменьшенными длительностями процесса, высокими фильтрами воды расхода потока извлечь патогены или загрязняющие елементы, опреснением воды, разъединениями газа, и другими.

WS: коммерческое применение Больш-Маштаба мембран graphene не завещает никакое сомнение некоторый путь - там все бульвары применений или исследования более малого маштаба которые будут раскрыты вверх для исследования?

RK: Я думаю что могут быть некоторые доступные практические применения на мелкомасштабном - например, мембраны выключения молекулярного веса для биологических применений. В этот случай, мембраны graphene могут значительно отрезать вниз на длительности процесса должной к высокому расходу потока. Биологические образцы дорогие, и мембраны размещаны после того как первая польза предотвратить загрязнение, поэтому преимущества доступные здесь потенциально огромны.

Другая возможность портативные фильтры воды. Адвокатское сословие для этих видов применений гораздо низкее чем более укоренившийся применения как широкомасштабные мембраны опреснения обратного осмоза. Мембраны Graphene правоподобны для того чтобы прорезать эти более малые рынки сперва. Однако, кто знает каким новым рационализаторствам и применениям смогите прийти вверх по?

WS: Как можно свойства пор в graphene контролировать для того чтобы одеть эти широко меняя сценарии?

RK: Эти несколько возможностей для того чтобы контролировать поры в graphene. Группа от Университета Колорадо недавно показала что тип оксидативного вытравливания imparts селективность газа к микроскопическим зонам graphene. Другие показывали что ион или бомбардировка электронами могут создать и вырасти поры, но снова на микроскопических областях.

Могут подобные методы быть прикладной к этим мембранам более большой области? Да, если мы используем некоторые ухищренные подходы для того чтобы уменьшить подачу через внутреннеприсущие дефекты. Что мы нашли что внутреннеприсущие дефекты определяют меньш чем 1% из зоны graphene. Т выходит оставая 99%, котор нужно проектировать с порами. Эти поры могут более далее быть functionalized с различными химическими группами и материалами для того чтобы настроить их селективность.

Ключ к достигать контролируемых свойств перехода через сделанные на заказ поры будет лежать в развитии зодчеств мембраны которые исключают или уменьшают «протекают» соотвествующим выбором материалов поддержки, или иным путем.

WS: Что следующие шаги в вашем собственном исследовании будут?

RK: Мы в настоящее время деятельность на методах controllably для того чтобы произвести поры и продемонстрировать фактическое подач-через фильтрацию малых молекул или соли через мембраны graphene (в присутствующей работе мы сфокусировали на диффузии через мембрану).

WS: Где можем мы найти больше информации о вашей работе?

RK: Вы можете прочитать больше о нашей работе в ACS Nano. Наш вебсайт исследовательской группы также сдержан обновленный с нашими самыми последними изданиями.

Щелкните здесь для того чтобы узнать больше о nanopores graphene на AZoNano.

 

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

Last Update: 26. June 2014 00:22

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